温度监测系统的制作方法

本发明涉及一种温度监测系统，并且更具体地涉及一种供质谱仪系统中的热电偶和加热器控制系统使用的温度监测系统。

背景技术：

1、质谱仪通常包括在高电压和高温度下操作的组件。例如，提供加热器来加热质谱法设备中在高电压下操作的组件，诸如电喷雾电离(esi)设备、解吸电喷雾电离(desi)设备或声学液滴传输线设备。

2、附图的图1示出了用于质谱法系统中的加热器1的示例。加热器1包括细长且一般为圆柱形的外罩2，该外罩由加热元件3加热。

3、图2示出了热电偶4，该热电偶4被配置为感测正被加热器1加热的项目(未示出)的温度。热电偶4包括沿着热电偶4的长度延伸的第一细长导体5a和第二细长导体5b。第一和第二细长导体5a、5b在一端在连接6处电连接在一起。在导体5a、5b的另一端，热电偶4包括提供在第一导体5a的自由端处的第一端子7和提供在第二导体5b的自由端处的第二端子8。在这个示例中，导体5a、5b被部分地包围在细长的电绝缘罩9内。电绝缘罩9通常由氧化镁或另一种合适的电绝缘和耐热材料制成。

4、加热器1被提供有电绝缘层10，该电绝缘层10围绕加热元件3并且使外罩2与加热元件3电绝缘。

5、当加热器1在质谱仪或质谱仪的入口设备中使用时，经常希望将加热器1的外罩2附着到处于几百伏的高电压的物体上。热电偶4的电绝缘罩9通常也附着到该物体上，以便测量该物体的温度。电绝缘罩9使热电偶4的导体5a、5b与高电压电绝缘。因此，电绝缘罩9最小化了高电压在导体5a、5b中引起漏电流的风险，该漏电流可能影响热电偶4可以测量所述物体的温度的准确性。

6、当电绝缘罩9按预期运行时，导体5a、5b中漏电流的风险被最小化。然而，如果电绝缘罩9非预期地变得导电，就可能出现问题。随着时间的推移由于电绝缘罩9由于重复地被加热到高温而劣化或者当电绝缘罩9暴露在湿气中时，这可能发生。例如，电绝缘罩9中的氧化镁性质是吸湿的，并且这可能导致氧化镁随时间从空气中吸收水并且变得导电。这可能出现在热电偶4存储时，甚至在热电偶4安装在质谱法系统中之前。

7、如果电绝缘罩9变得导电，物体的高电压可以在热电偶4的导体5a、5b中引起漏电流。漏电流提高或降低穿过导体5a、5b的电压，这进而可以导致连接到热电偶4的加热器控制电路误读热电偶4的温度。这可以导致加热器控制电路控制加热器1在不正确的温度下操作。

8、如果漏电流很小，则热电偶4中的漏电流的后果可能是最小限度的，因为热电偶4的温度测量的准确性将受到最小限度的影响。然而，较大的漏电流将显著地影响热电偶4的温度测量的准确性，这可能导致加热器控制电路控制加热器1以远高于预期的温度操作。这可能导致质谱仪中灾难性的伤害和可能的火灾或烧伤风险。

9、先前已经提出通过在热电偶4周围提供附加的绝缘来减轻上面提到的问题。然而，附加的绝缘具有增加热电偶4的尺寸、复杂度和成本的不合乎期望的影响。

10、现在参考附图的图3，常规的热电偶测量电路11包括差分放大器12，差分放大器12具有非反相输入13和反相输入14。热电偶4的导体5a、5b的自由端7、8电连接到差分放大器12的相应的非反相和反相输入13、14。在使用中，差分放大器12放大第一和第二导体5a、5b的电压之间的差，并且经由输出15提供输出信号。输出信号用于控制加热器1激活或者去激活加热器1，使得加热器1在预定温度下操作。

11、电阻器r1电连接在非反相输入13和正电压电源轨之间。电阻器r2电连接在反相输入14和负电压电源轨之间。提供电阻器r1、r2是为了在热电偶4变成开路的情况下保护热电偶测量电路11不发生故障，使得导体5a、5b中的一个或两者变得与差分放大器12电断开。在常规的热电偶测量电路中，选择电阻器r1、r2为高值，例如1mω。

12、虽然电阻器r1、r2提供了有效保护，避免由于热电偶3变成开路导致的故障，但是电阻器r1、r2的高值使得温度监测系统11易受漏电流的影响，如上所述，该漏电流可能由加热器1的高电压引起。例如，电阻器r1、r2的高值意味着小的漏电流将驱动仪器输入处的电压超过其工作范围。

13、相反地，降低电阻器r1、r2的值导致显著的电流经由热电偶4从一个电源轨传递到另一个。这具有以下不合乎预期的影响：跨热电偶4生成显著电压，模拟了与电流相关的温度，而不是由热电偶4正在测量的物体的实际温度。

14、本发明寻求提供一种温度监测系统，该温度监测系统至少减轻本文中概述的一些问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种如权利要求1中所要求的温度监测系统、如权利要求8中所要求的集成电路、如权利要求9中所要求的加热装置、如权利要求11中所要求的电喷雾电离源以及如权利要求12中所要求的质谱法系统。

2、本发明还提供了如从属权利要求中所要求的优选实施例。

3、本公开的示例的温度监测系统提供了输出信号，该输出信号总是指示等于或高于由温度监测系统控制的加热器的真实温度的温度。这确保了温度监测系统控制加热器的温度等于或低于预定安全温度，并且永远不高于预定安全温度。这最小化了温度监测系统控制加热器在过高温度下操作的风险，否则过高温度可能引起灾难性损坏并且呈现烧伤或火灾风险。

4、本公开的示例的温度监测系统的另外的好处是温度监测系统被配置成响应于流入或流出温度监测系统的输入的电流的水平来改变其输入阻抗。这使得温度监测系统比常规的温度监测系统显著地不易受漏电流的影响。

5、例如，本公开的示例的温度监测系统降低了热电偶一侧和低电压(例如，接地或者仪器放大器的输入范围内的另一个电压)之间的阻抗。当发生高电压泄漏时差分输入不会超过放大器的输入范围是因为以下事实：热电偶的至少一侧对接地(或者其他低电压)为低阻抗。通过热电偶的静态电流被最小化是因为以下事实：只有一个热电偶输入对低电压为低阻抗。电路随泄漏量值改变这个阻抗的事实允许电路在宽漏电流范围内保持功能。变化的阻抗还允许系统检测温度准确性何时被显著影响，同时仍然允许进行功能加热。

6、本公开的示例的温度监测系统的另外的好处是温度监测系统被配置成检测流入或流出热电偶的漏电流并且检测漏电流的水平。这使温度监测系统能够向用户输出漏电流值，该漏电流值可以用于警告用户热电偶和/或其周围的电绝缘已经老化或劣化并且要求更换。

7、本公开的示例的温度监测系统的又一个好处是温度监测系统从不禁用加热器，因为温度监测系统总是控制加热器在安全预定温度或低于安全预定温度操作。因此，加热器保持功能，允许新的但是受湿气影响的热电偶和加热器安全地使用一段时间。这产生的附加好处在于：由加热器施加的热量在一段时间内可以驱除电绝缘材料中的湿气，进而降低或消除漏电流。

8、本公开的示例的温度监测系统具有的环境效益在于：它通过使热电偶和加热器能够安全地使用而使工业废料减至最少，即使当加热器和热电偶之间的电绝缘例如由于湿气而部分地劣化时。

技术特征：

1.一种供热电偶和加热器控制器使用来控制加热器的温度监测系统，其中所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述保护电路包括：

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述保护电路被配置成：

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述保护电路包括：

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的系统，其中所述保护电路包括：

6.根据权利要求2到5中的任一项所述的系统，其中所述保护电路包括：

7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述保护电路被配置成监测所述第一输入端子和/或所述第二输入端子处相对于接地的电压并且使用监测到的电压来补偿所述误差或使所述误差趋零，如果所述监测到的电压指示漏电流超过预设阈值，则提供诊断电流测量结果和/或提供警告信号。

8.一种集成电路，包括前述权利要求中的任一项所述的温度监测系统。

9.一种加热装置，包括：

10.根据权利要求9所述的加热装置，其中所述热电偶至少部分地容纳在所述加热器中的凹部内，所述热电偶通过电绝缘层与所述加热器电绝缘。

11.一种电喷雾电离源，包括根据权利要求9或权利要求10所述的加热装置。

12.一种质谱法系统，包括根据权利要求9或权利要求10所述的加热装置。

技术总结一种供热电偶(21)和加热器控制器(24)使用来控制加热器(1)的温度监测系统(16)。系统(16)包括差分放大器(17)，该差分放大器包括被配置成连接到热电偶(21)的第一端子(20)的第一输入端子(18)和被配置成连接到热电偶(21)的第二端子(22)的第二输入端子(19)。差分放大器(17)包括输出端子(23)，该输出端子被配置成将温度感测信号提供给加热器控制器以控制加热器(1)。系统(16)还包括保护电路(24)，该保护电路连接到第一输入端子(18)和第二输入端子(19)。保护电路(24)被配置成在漏电流流入第一输入端子(18)或第二输入端子(19)的情况下在第一模式下操作；以及在漏电流从第一输入端子(18)或第二输入端子(19)流出的情况下在第二模式下操作，使得保护电路(24)控制差分放大器(17)输出温度感测信号，该温度感测信号控制加热器(1)在等于或低于预定温度的温度下操作，以降低由加热器(1)引起损坏的风险。技术研发人员：R·莫尔兹受保护的技术使用者：英国质谱公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23