脉冲氙灯电源的设计及在水质分析仪中的应用

换为电信号作为测量电压和参比电压; 测量电压、 参比电 压和水温信号传输给 A/ D 转换器转换为数字信号后, 送给 分析仪的 M CU 进行计算得到污染物浓度值 , 通过 RS232/ RS485 接口传送到上位机 ; 控制板根据预设的流程控制各 [ 6] 光电信号 , 以及控制整个系统的工作, 实现自动测量 。
研究与设计
电 子 测 量 技 术 ELECTRONIC MEA SUREM ENT T ECH NOLOGY
第 34 卷 第 2 期 2011 年 2 月
脉冲氙灯电源的设计及在水质分析仪中的应用
陈清清 刘君华 胡海珠 马培羚
石家庄
安胜波
050035)
( 河北先河环保科技股份有限公司 摘
要 : 针对国外脉冲氙灯配套电源模块价格昂贵 , 订货周期长的问题 , 河 北先河环保科技股份有限公司自行研制 了
V 测i 测量电压平均值 V 测 =
30 1
重复性误差 C = = 2171. 4 m V
2
参
V参
! 100% =
30
6. 53 ! 100% = 914. 6
30
0. 71% SA C i = 0. 61 m 30 max{ SA C max - SA C , SA C - SA C min } 零点 漂 移 ! FS 0. 47 100% = = 0. 19% 250 根据企标规定, 分析仪重复性误差应小于 2% , 零点漂 移小于 1. 5% FS。 本次 测量 中, 测量 电压 重复 性 误差 0. 91% < 2% ; 参比电压重复性误差 0. 71% < 2% ; 零点漂 移 0. 19% < 1. 5% FS。说明本高压电源能满足分析仪的使 用要求, 达到了设计标准。 吸光系数平均值 SA C =
图 1 分析仪结构原理
采用紫外吸收法测量水体中的 COD 含量时 , 对光源 光强的稳定性有很高的要求[ 7 8] , 而氙灯光源光强的强弱与 输入高压的大小成正比例关系, 所以分析仪对高压电源模 [ 9] 块输出高压的稳定性提出了很高的要求 。
6
陈清清 等: 脉冲氙灯电源的设计及在水质分析仪中的应用
30 1
2 数据分析与误差计算
2. 1 测量吸光系数值是 200 m- 1 的标液 将本高压电源装到分析仪上 , 在实验室内测量吸光系
30
= 230. 6 mV
2
V 测i - V 测 标准偏差
测
=
1
30 - 1
= 0. 73
表1 测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 测 量电压 V 测i / mV 230 232 232 231 231 231 231 231 231 230 230 230 231 232 231 参比电压 V 参i / mV 938 942 942 938 939 939 938 938 938 937 936 936 939 943 940 m 199. 06 198. 13 198. 13 198. 59 198. 59 198. 59 198. 59 198. 59 198. 59 199. 06 199. 06 199. 06 198. 59 198. 13 198. 59
吸光系数 SA C i /
7
第 34 卷
电
测
子
测
量
技
术
30
重复性误差 C = 0. 32%
V测
! 100% =
30
0. 73 ! 100% = 230. 6
V SA Ci - V SA C 标准偏差
SA C
2
=
1
30 - 1
SAC
= 0. 35 0. 35 ! 100% = 198. 79
V 参i 参比电压平均值 V 参 =
表 2 0 m- 1 标液数据 测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 测量电压 V 测i / mV 2 211 2 190 2 181 2 181 2 162 2 136 2 136 2 206 2 199 2 199 2 197 2 189 2 175 2 175 2 168
- 1
测量次数 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
测量电压 V 测i / mV 2 160 2 160 2 158 2 171 2 171 2 171 2 159 2 156 2 152 2 136 2 162 2 158 2 168 2 175 2 181
30 1
重复性误差 C = = 938. 3 m V
2
SA C
! 100% =
30
V 参i - V 参 标准偏差
参
=
1
30 - 1
参
= 1. 86 1. 86 ! 100% = 938. 3
重复性误差 C = 0. 20%
V参百度文库
! 100% =
30
SA C i 吸光系数平均值 SA C =
1
30
= 198. 79 m- 1
( H ebei S ailh ero Environment al Prot ecti on H igh t ech Lim ited C om pany, S hijiazhuang 050035)
Abstract: A ccording to the pro blem of expensive pr ice and lo ng deliver y term o f the cor ollar y use on high vo ltag e po wer for pulsed x enon lam p, H ebei Sa ilhero Envir onmenta l P ro tect ion H ig h t ech L imited Co mpany has independently dev elo ped po wer supply source for pulsed x enon lamp, which not only met the design r equirements, but also gr eatly reduced the pr oductio n co st and develo pment cycle of instr uments. I ntr oduced the backg round application of pulsed x enon lamp, and researched circuit design pr inciples of hig h v oltage po wer fo r pulsed x eno n lamp, and used this hig h vo ltag e pow er in the on line ana lyzer of water quality detection to measuring standa rd solut ion, car ried o ut err or analy sis and calculat ion o f the t wo gr oups o f test data, and compared the err or w ith design specificatio n o f the inst rument, ver ified the pr act icabilit y and dependability of this hig h voltag e pow er. Keywords: high v olt age pow er; pulsed xenon lamp; o n line ana lyzer
30
参比电压 V 参i / mV 925 918 915 915 909 901 901 924 921 921 924 920 917 917 913
吸光系数 SA C i / m 0. 14 0. 29 0. 35 0. 35 0. 51 0. 75 0. 75 0. 23 0. 22 0. 22 0. 53 0. 48 0. 71 0. 71 0. 63
脉冲氙灯的高压供电电源 , 不仅满足了设计要求 , 而且降 低了仪器的 研发生产成 本 , 缩 短了研发 周期。介绍 了脉冲 氙 灯的应用背景 , 研究了 脉冲氙灯高压供电模块的电路设计原理 , 将此高压电 源模块应用在水质在线分析仪器上对标 准 溶液进行了测试 , 对得到的两组测试数据进行了误差分析和计 算 , 并将 此误差与仪 器的设计 指标进行 比较 , 验证了 本 高压电源模块的实用性和可靠性。 关键词 : 高压电源 ; 脉 冲氙灯 ; 在线分析仪 中图分类号 : T M 832 文献标志码 : A
第2期
1 电路设计原理
首先用针对本高压电源模块 [ 10 16] 定做的升压变压器 将输入的 12 V 电压转变成 490 V , 再通过倍压整流电路将
490 V 电压转变为 700~ 1 000 V 可调的稳定高压 , 供给脉 冲氙灯使用。由 LM 393 精密比较器等元件构成高压反馈 控制电路 , 用 于调整高 压的输 出稳定。电 路设计 如图 2 所示。
Design of high voltage power for pulsed xenon lamp and application in analyzer of water quality detection
Chen Q ingqing L iu Junhua H u Haizhu M a Peiling An Sheng bo
图 2 电路原理
调频电路用于产生符合变压器要求的输入电压。通 过改变可调电阻 VR 1 的阻值来调节输出高压大小 , 实现高 压输出 700~ 1 000 V 连续可调。
数值是 200 m 的标准溶液 30 次 , 每隔 30 min 测一次, 得 到的数据如表 1 所示。
30
- 1
V 测i 测量电压平均值 V 测 =
参比电压 V 参i / mV 912 912 913 919 919 914 914 912 913 901 909 913 913 917 915
吸光系数 SA C i / m- 1 0. 82 0. 82 0. 97 0. 85 0. 85 0. 44 0. 85 0. 79 1. 01 0. 75 0. 51 0. 97 0. 63 0. 71 0. 35
- 1
200 m- 1 标液数据 测量次数 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 测量电压 V 测i / mV 231 230 230 230 231 231 231 230 230 230 230 230 230 230 229 参比电 压 V 参i / mV 940 939 939 938 936 936 939 937 938 938 939 938 936 936 936 吸光系数 SA C i / m- 1 198. 59 199. 06 199. 06 199. 06 198. 59 198. 59 198. 59 199. 06 199. 06 199. 06 199. 06 199. 06 199. 06 199. 06 199. 52
0 引
言
本公司 ( 河北先河环保科技股份有限公司) 在研制投 入式微型水质在线分析仪项目中 , 用到了日本滨松光子公 司生产的 L4642 型高压脉冲氙灯及 E2442 型氙灯底座, 脉 冲氙灯供电电压在 700~ 1 000 V 。与其配套的高压电源 模块不仅价格昂贵, 而且订货周期很长 [ 1 2] , 所以本公司自 行研制了脉冲氙灯的高压供电电源。 本微型水质在线分析仪采用紫外吸收法测量水体中的 COD 含量。主要由以下单元组成 : 光源发射单元、 测量池、 光路检测单元、 数据处理单元等。分析以结构如图 1 所示。 12 V 电源模块为分析仪控制板及氙灯高压电源提供 电源 ; 氙灯高压电源板产生 700~ 1 000 V 可调直流电压供 [ 3 5] 给氙灯, 分析仪按照控制板的时序触发氙灯闪光 ; 氙灯 发出的光通过测量池后, 分别通过测量光滤光片和参比光 滤光片 , 然后到达测量光电检测器和参比光电检测器 , 转
0. 18% 根据企标规定, 分析仪重复性误差应小于 2% , 本次测 量中 , 测量电压重复性误差 0. 32% < 2% ; 参比电压重复性 误差 0. 20% < 2% ; 测量结果重复性误差 0. 18% < 2% 。说 明本高压电源能满足分析仪的使用要求, 达到了设计标准。 2. 2 测量吸光系数是 0 m- 1 的标液 将本高压电源装到分析仪上 , 在实验室内测量吸光系 数是 0 m - 1 ( 蒸馏水 ) 的标准溶液 30 次, 每隔 30 min 测一 次 , 得到的数据如表 2 所示。