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西门子色谱温控器及加热器回路说明

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发表于 2016-11-27 19:23:04 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 red 于 2016-11-27 19:25 编辑

西门子色谱在加热回路方面有很丰富的温度控制资源。其中，有2个1350W的高瓦数加热控制器、2个500W中瓦数加热控制器、4个250W低瓦数加热控制器。组成一个完整加热控制回路的部件是：加热电源、固态继电器、加热器、测温元件、恒温运算、固态继电器控制等。

下图是西门子色谱的电子机箱。左侧是电源输入模块（PECM）它负责接入来自于用户端的UPS交流电源，并提供2个高瓦数加热控制器和6个中低瓦数固态继电器。中间两个检测器板（DPM），每个都可以提供两个中低瓦数加热控制器。

下图是西门子色谱的柱箱部分。中间偏右的灰色/棕红色保温石棉包裹的东西就是加热器。

下图是两种加热器，左侧棕红色的是大功率的加热器（1350W），右侧灰色的是小功率的加热器（650W）。大功率加热器多用于高温应用，它可将色谱柱箱加热到最高190℃。小功率加热器多用于60℃的应用，它是专为防爆要求很高的应用设计的。

下图是柱箱加热控制回路的逻辑布局图。

电源入口提供整套色谱的交流电量。通过PECM板的内部分配到固态继电器的电源输入端。

固态继电器的导通或断开是受控于PECM板的过温控制、恒温控制、压力开关控制。在两个加热回路中，每个通道都由两个固态继电器串连组成。左侧是过温保护继电器，右侧是加热控制继电器。上下两组继电器分别是通道二和通道一。没错，这个布局很奇怪，而温度控制通道也是默认使用二通道，一通道空闲。空闲的通道其固态继电器始终处于断开状态。

过温保护回路的设计目的是基于防爆考虑。通常，在线色谱都工作在一区或二区的有爆炸隐患的场合，而色谱柱箱内若使用氢载气或被测介质是爆炸性气体，那么就被定义为一区。为了满足一区防爆要求，加热器的热丝温度就必须要严格限制。过温控制检测的RTD由两个相同的PT100元件组成并安装在靠近热风出口位置，此处的温度约等于热丝表面温度。当加热器热丝表面温度超过限定时，过温控制检测的RTD电阻也会增加到相应的电阻值，两个RTD阻值与温限板上的两个标准固定电阻所构成的桥路内进行比较，进而控制过温保护继电器的断开。当出现过温现象时，色谱会产生 Over Temp Shutdown 报警。

恒温控制的电阻信号来自于一个恒温控制检测的RTD，在接线端子上用跳线分配成两路，其目的是模拟两个RTD电阻来接入恒温控制电路。当柱箱温度没有达到预设值前，RTD的电阻将低于预设值对应的电阻值，PECM板上的恒温控制电路将驱动右侧的加热控制继电器，通过脉宽调制（PWM）来控制固态继电器导通与断开的频率，温度越接近预设值，脉宽调制频率越低，通电量越少。利用这种温度－电阻－调制电流的比例微分运算和控制，从而实现柱箱内温度的恒定。

通过固态继电器调制的电流进入加热器后将使加热丝发热，来自于管道的压缩空气（0.7~1.2Kg/cm2）将携带加热丝的热量吹扫到柱箱内，实现柱箱加热。任何时候，压缩空气的压力若低于压力开关的设定值（约0.5~0.7Kg/cm2），PECM板上的压力控制将导致恒温控制关闭右侧的恒温控制固态继电器，加热也将立即停止。

下图是三种典型的加热控制回路RTD的接线方式。其中，蓝色、黄色、红色的端子标记代表相同颜色的接线其实是彼此短路的。未标记色标的端子接线都是正常的。本文重点描述的是空气浴柱箱温度控制回路，其温限1和温限2是两个独立的RTD电阻，线的颜色有黑有白，用于它们之间彼此的区分，没有特别意义。电加热柱箱的温度检测中，温控1和温控2其实也是一个RTD电阻抽出两路（四根）线，至于为什么要这么做，只能问研发者了。