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本课题是山东大学机械工程学院智能检测数控研究室与济南精瑞达分析仪器有限公司合作开发GC-2090A型智能气相色谱仪项目的一部分,课题主要以提高仪器检测性能指标,同时保证仪器稳定性、降低成本为目的,围绕智能气相色谱仪关键技术展开深入研究。
气相色谱仪作为一种精密分析仪器,是重要的复杂混合物分离分析工具之一,它在石油化工、医药卫生、环境检测、食品检验及合成材料等行业中都有着广泛的应用,是各类研究室、实验室极为重要的仪器设备,因此提高气相色谱仪的检测及控制性能具有非常重要的现实意义和实用价值。
本文在阐述了气相色谱仪工作原理、系统组成和发展趋势的基础上,重点对影响仪器检测性能的温度控制系统及检测系统两大关键模块进行了研究与设计。仪器以AT89C52单片机为核心,从提高气相色谱仪温度控制精度及稳定性出发,合理设计温控电路,实现了柱箱、检测器、进样器多通道、大范围、高精度的温度采集与控制。设计了热导检测器(TCD)、火焰离子检测器(FID)两款检测器信号检测电路。针对色谱仪检测器输出信号非常微弱的特点,设计出了高精度程控微电流放大电路,同时设计了TCD过载保护、极性转换电路;设计了FID极化电压产生电路,解决了FID基流补偿,调零等问题。软件上采用模糊PID自适应控制算法,详细设计了基于模糊PID的温度控制器,同时设计了相关系统软件,阐述了各功能子模块的作用及设计方法。合理的软件设计使系统具有较好的动态特性、稳态品质和对各种噪声和干扰有效的抑制作用,进而保证了仪器整体性能的提高,达到了色谱信号灵敏度、检测限、稳定性及可靠性的要求。通过仿真及实验,进一步验证了所设计系统的正确性。最后综述了整个论文的研究内容,对所做的工作进行了总结。指出本研究不足之处,并对气相色谱仪今后的发展及研究方向作了进一步展望。