一種低成本的氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方式的制作方法
【專利摘要】氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)，包括用于將進(jìn)樣口中已經(jīng)氣化的樣品推入到氣相色譜柱的載氣流入氣路、與進(jìn)樣口接通的吹掃流路和分流氣路；所述吹掃流路中安裝有一個(gè)用來測(cè)量進(jìn)樣口的柱頭壓的壓力傳感器，壓力傳感器后面連接有一個(gè)用來控制吹掃氣體流量的比例閥C，比例閥C后端直接連接到大氣中。本發(fā)明首先標(biāo)定吹掃流路中用到的比例閥的特性，然后在吹掃流路中用比例閥兩端壓力和設(shè)定的吹掃氣體流量計(jì)算出所需的比例閥線圈電流，用當(dāng)前溫度校正后，通過電路板的電流輸出部分驅(qū)動(dòng)比例閥，開環(huán)控制吹掃流量，在保證系統(tǒng)應(yīng)用范圍和足夠精度的前提下，通過在吹掃氣路中減少了一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)氣阻，有效降低了整個(gè)氣路系統(tǒng)的成本。
【專利說明】一種低成本的氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方式

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分析化學(xué)、流體控制領(lǐng)域，具體為一種低成本的氣相色譜儀的氣路系 統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方式。

【背景技術(shù)】
[0002] 氣相色譜儀在分析化學(xué)中用來對(duì)混合物進(jìn)行分析，載氣(通常為惰性氣體）將進(jìn)樣 口中已經(jīng)氣化的樣品推入到氣相色譜柱中，并在流動(dòng)過程中產(chǎn)生分離。為了保證氣相色譜 儀的準(zhǔn)確定性、定量能力，在氣體的流量控制回路中，要保證準(zhǔn)確的分流比和柱頭壓。
[0003] 現(xiàn)有的典型的載氣流路中的控制系統(tǒng)包括3個(gè)比例閥，3個(gè)傳感器和一個(gè)氣阻，成 本很高。在氣相色譜儀的典型應(yīng)用中，吹掃流路的氣體流量較低，而且通常為常數(shù)，一個(gè)常 用的吹掃氣體流量為3mL/min，而相應(yīng)地，載氣流入氣路上流量可以達(dá)到1000ml/min，因此 需要選擇量程大于l〇〇〇mL/min的流量傳感器，流量傳感器一個(gè)典型精度為量程的1%，則載 氣流入偏差可以達(dá)到10mL/min左右。分流氣路中，控制目標(biāo)是柱頭壓，實(shí)際通過的分流流 量是載氣流入總流量減去色譜柱流量和吹掃流量。分流流量和色譜柱流量之間的比值影響 到分流比，并進(jìn)一步影響到氣體的定量準(zhǔn)確性，從這個(gè)意義上來說，只需要吹掃流路的流量 額定偏差小于載氣流入額定偏差的1/3,就不會(huì)顯著影響氣相色譜儀的定量能力。吹掃氣體 的目的是將膈墊中氣化和落下的碎片吹出，因此氣體流量有下限，可以通過適當(dāng)提高吹掃 流量的額定值來保證吹掃流量在額定誤差范圍內(nèi)不低于下限。
[0004] 綜上所述，在適當(dāng)提高吹掃流量額定值后(如調(diào)整到4?6mL/min)，吹掃流路的流 量大小額定偏差達(dá)到50%，也基本不會(huì)影響儀器的性能。因此，犧牲一部分吹掃氣路的流量 控制精度，可以在保證系統(tǒng)分析性能的基礎(chǔ)上有效降低氣路控制系統(tǒng)的成本。
[0005] 為了降低儀器成本，安捷倫科技有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)的中端氣相色譜儀7820中采 用了固定氣阻的方式，在吹掃流路中簡(jiǎn)化了控制環(huán)節(jié)，減少了一個(gè)比例閥和壓力傳感器，只 留下一個(gè)氣阻。但是，由于沒有比例閥，這種流路控制方式導(dǎo)致吹掃氣體流量完全無法控 制，而是由具體樣品分析方法中的柱頭壓被動(dòng)地得到。當(dāng)柱頭壓由1 psi表壓變?yōu)?00 psi 表壓時(shí)，通過氣阻的流量改變可以高達(dá)800倍。因此，實(shí)際分析方法中，會(huì)出現(xiàn)當(dāng)設(shè)定的柱 頭壓很低時(shí)，吹掃氣流量很小，不能滿足清除進(jìn)樣口膈墊污染的需要，而當(dāng)柱頭壓較大時(shí)， 吹掃流量過大，導(dǎo)致樣品泄漏，分流比出現(xiàn)較大偏差，載氣總流量下限受限(必須大于吹掃 流量）等諸多問題。因此，該吹掃流路控制結(jié)構(gòu)只能用在很窄的柱頭壓范圍，大大限制了儀 器的分析范圍和方法。而如果可以在系統(tǒng)性能沒有明顯降低的前提下，減少比例閥、傳感器 或是氣阻的數(shù)量，便可以降低整個(gè)氣路控制系統(tǒng)的成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是在保證整個(gè)氣路系統(tǒng)的性能沒有明顯降低的前提下，減少比例 閥、傳感器或是氣阻的數(shù)量以降低整個(gè)氣路控制系統(tǒng)的成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)： 一種低成本的氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)，包括用于將進(jìn)樣口中已經(jīng)氣化的樣品推入到氣 相色譜柱的載氣流入氣路、與進(jìn)樣口接通的吹掃流路和分流氣路；所述載氣流入氣路與進(jìn) 樣口之間安裝有比例閥A和流量傳感器；所述分流氣路中安裝有一個(gè)用來將柱頭壓控制到 設(shè)定值的比例閥B，比例閥B后端直接連接到大氣中；所述吹掃流路中安裝有一個(gè)用來測(cè)量 進(jìn)樣口的柱頭壓的壓力傳感器，壓力傳感器后面連接有一個(gè)用來控制吹掃氣體流量的比例 閥C，比例閥C后端直接連接到大氣中，對(duì)吹掃氣路中的氣體流量控制采用開環(huán)控制方式。
[0008] -種低成本的氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式是預(yù)先對(duì)吹掃流路中的比例閥C 進(jìn)行預(yù)標(biāo)定，從而開環(huán)控制吹掃氣路中的氣體流量，具體步驟如下： (1) 搭建比例閥特性標(biāo)定平臺(tái)，測(cè)量出當(dāng)前環(huán)境溫度，根據(jù)標(biāo)定表的要求先穩(wěn)定控制比 例閥C兩端氣壓，然后，調(diào)整比例閥線圈電流，使通過比例閥C的氣體流量達(dá)到標(biāo)定表中的 要求； (2) 將測(cè)量結(jié)果寫入標(biāo)定表，作為吹掃氣路中比例閥C的特性，完成比例閥C的預(yù)標(biāo)定， 當(dāng)氣相色譜儀工作時(shí)，先根據(jù)比例閥C兩端氣體壓力和用戶設(shè)定的吹掃流量值，從標(biāo)定表 中通過查找和插值得到需要的比例閥線圈電流大小，然后，根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度修正電流 值，并輸出給比例閥C。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述比例閥特性標(biāo)定平臺(tái)包括含有標(biāo)定程序的主機(jī)、 前端壓力控制器、后端壓力控制器和氣體流量傳感器及溫度傳感器；所述前端壓力控制器、 后端壓力控制器、氣體流量傳感器和溫度傳感器均與主機(jī)連接，預(yù)標(biāo)定時(shí)，前端壓力控制器 和后端壓力控制器分別接入比例閥C的進(jìn)氣端和出氣端，氣體流量傳感器接在后端壓力控 制的出氣端。
[0010] 為了在長(zhǎng)期使用過程中保證氣相色譜儀的吹掃流量控制精度，可以定期校正比例 閥C的氣體參數(shù)標(biāo)定表，所述校正方法為內(nèi)校正或是外校正的任意一種，所述內(nèi)校正，其具 體步驟如下： 內(nèi)校正利用氣相色譜儀氣路中的安裝在載氣流入氣路與進(jìn)樣口之間的流量傳感器，在 氣相色譜儀使用一段時(shí)間之后，用堵頭堵住氣相色譜儀的進(jìn)樣口，并關(guān)閉分流氣路中的比 例閥B，此時(shí)通過吹掃氣路的載氣流量可以通過載氣入口處的流量傳感器測(cè)量，通過實(shí)際 的氣體流量和比例閥C兩端壓力對(duì)標(biāo)定表進(jìn)行校正；如果已知?dú)庀嗌V柱的尺寸參數(shù)，也 可以不用堵頭，通過柱頭壓計(jì)算出柱流量，流量傳感器測(cè)量得到的載氣流入總流量減去柱 流量即為吹掃流路的氣體流量，通過實(shí)際的氣體流量和比例閥C兩端壓力對(duì)標(biāo)定表進(jìn)行校 正；內(nèi)校正不需要外接設(shè)備，可以由氣相色譜儀定期自動(dòng)進(jìn)行。
[0011] 所述外校正，是指在吹掃氣路外接流量傳感器，并通過調(diào)整柱頭壓，對(duì)整個(gè)標(biāo)定表 進(jìn)行更準(zhǔn)確和全面的校正；外接流量傳感器精度更高，而且可以調(diào)整柱頭壓實(shí)現(xiàn)更全面的 校正，但是需要額外的校正設(shè)備和操作，較為復(fù)雜。
[0012] 有益效果 本發(fā)明首先標(biāo)定吹掃流路中用到的比例閥的特性，然后在吹掃流路中用比例閥兩端壓 力和設(shè)定的吹掃氣體流量計(jì)算出所需的比例閥線圈電流，用當(dāng)前溫度校正后，通過電路板 的電流輸出部分驅(qū)動(dòng)比例閥，開環(huán)控制吹掃流量，在保證系統(tǒng)應(yīng)用范圍和足夠精度的前提 下，通過在吹掃氣路中減少了一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)氣阻，有效降低了整個(gè)氣路系統(tǒng)的成 本。
[0013]

【專利附圖】

【附圖說明】 圖1為比例閥特性標(biāo)定的硬件平臺(tái)工作原理圖； 圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖； 圖3為比例閥特性的內(nèi)校正結(jié)構(gòu)框圖； 圖4為比例閥特性的外校正結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]

【具體實(shí)施方式】 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯 然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施 例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于 本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015] 實(shí)施例1 如圖1所示，比例閥C4-2的特性標(biāo)定：首先確定好標(biāo)定表，標(biāo)定表要覆蓋氣相色譜儀工 作時(shí)吹掃氣路的壓力和流量范圍，標(biāo)定程序按照標(biāo)定表要求發(fā)送命令給比例閥C4-2兩端 的前壓力控制器和后壓力控制器，前、后兩端的壓力控制器將氣體壓力穩(wěn)定控制在指定值， 溫度傳感器讀出環(huán)境溫度并送入主機(jī)；通過氣體流量傳感器讀出流過比例閥的氣體流量， 標(biāo)定程序通過主機(jī)調(diào)整比例閥線圈電流大小，使比例閥C4-2的氣體流量達(dá)到標(biāo)定表的要 求，最后將經(jīng)特性標(biāo)定的比例閥C4-2接入氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)中的吹掃流路4中。
[0016] 如圖2所示，氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)，包括用于將進(jìn)樣口 1中已經(jīng)氣化的樣品推入 到氣相色譜柱2的載氣流入氣路、與進(jìn)樣口 1接通的吹掃流路4和分流氣路；所述載氣流入 氣路與進(jìn)樣口 1之間安裝有比例閥A3和流量傳感器5 ;所述分流氣路中安裝有一個(gè)用來將 柱頭壓控制到設(shè)定值的比例閥B6,比例閥B6后端直接連接到大氣中；所述吹掃流路4中安 裝有一個(gè)用來測(cè)量進(jìn)樣口的柱頭壓的壓力傳感器4-1，壓力傳感器4-1后面連接有一個(gè)用 來控制吹掃氣體流量的比例閥C4-2,比例閥C4-2后端直接連接到大氣中，吹掃流路4中氣 體在壓力傳感器4-1后流經(jīng)比例閥C4-2,最后進(jìn)入到大氣中，通過大氣壓力傳感器可以測(cè) 量出當(dāng)前大氣壓力值，比起傳統(tǒng)的氣相色譜儀吹掃氣路，減少了一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)氣 阻，有效降低了氣體流路的硬件成本。
[0017] 氣相色譜儀工作時(shí)，溫度傳感器測(cè)量出當(dāng)前環(huán)境溫度，吹掃流路4中的兩端壓力 通過壓力傳感器4-1測(cè)量得到，吹掃流量的大小由用戶設(shè)定，查詢標(biāo)定表并插值可以得到 所需要的比例閥C4-2的線圈電流，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)吹掃氣路4流量的開環(huán)控制。
[0018] 如圖3所示，在進(jìn)行比例閥的內(nèi)校正時(shí)，關(guān)閉吹掃流路4中的比例閥C4-2，并將色 譜柱2接頭處用堵頭堵住，此時(shí)所有通過流量傳感器5的載氣流量均通過吹掃氣路4中的 比例閥C4-2流出，用溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度，此時(shí)比例閥C4-2兩端壓力，通過流量和 環(huán)境溫度均為實(shí)際測(cè)量值，與標(biāo)定表中的值比較，可以得到標(biāo)定表的校正系數(shù)，從而對(duì)標(biāo)定 表進(jìn)行有效校正。
[0019] 如果已知色譜柱2的尺寸信息，也可以不堵住色譜柱接頭處，此時(shí)通過流量傳感 器5的載氣流入等于吹掃氣路4流量加上色譜柱2的柱流量；色譜柱2的柱流量可以通過 柱頭壓，色譜柱2尺寸及爐膛溫度計(jì)算得到，從而可以計(jì)算出通過比例閥C4-2的氣體流量， 與標(biāo)定表做比較，得到校正系數(shù)，可以對(duì)標(biāo)定表進(jìn)行有效校正，這種方法不用對(duì)氣相色譜儀 的氣路結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何修改，可以定期在氣相色譜儀運(yùn)行的間隙自動(dòng)進(jìn)行校正。
[0020] 如圖4所示，進(jìn)行比例閥的外校正時(shí)，在吹掃流路4中接入一個(gè)外接流量計(jì)，測(cè)量 吹掃流量值，調(diào)整載氣流入氣路和分流氣路的比例閥A3和比例閥B6,使柱頭壓和吹掃流量 達(dá)到標(biāo)定表中的值，對(duì)整個(gè)標(biāo)定表進(jìn)行更全面和準(zhǔn)確的校正。
[0021] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0022] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包 含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1. 一種低成本的氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)，包括用于將進(jìn)樣口中已經(jīng)氣化的樣品推入到 氣相色譜柱的載氣流入氣路、與進(jìn)樣口接通的吹掃流路和分流氣路；所述載氣流入氣路與 進(jìn)樣口之間安裝有比例閥A和流量傳感器；所述分流氣路中安裝有一個(gè)用來將柱頭壓控制 到設(shè)定值的比例閥B，比例閥B后端直接連接到大氣中；其特征是，所述吹掃流路中安裝有 一個(gè)用來測(cè)量進(jìn)樣口的柱頭壓的壓力傳感器，壓力傳感器后面連接有一個(gè)用來控制吹掃氣 體流量的比例閥C，比例閥C后端直接連接到大氣中。
2. -種如權(quán)利要求1任一項(xiàng)所述的低成本的氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，其特 征是，預(yù)先對(duì)吹掃流路中的比例閥C進(jìn)行預(yù)標(biāo)定，具體步驟如下： (1) 搭建比例閥特性標(biāo)定平臺(tái)，測(cè)量出當(dāng)前環(huán)境溫度，根據(jù)標(biāo)定表的要求先穩(wěn)定控制比 例閥C兩端氣壓，然后，調(diào)整比例閥線圈電流，使通過比例閥C的氣體流量達(dá)到標(biāo)定表中的 要求； (2) 將測(cè)量結(jié)果寫入標(biāo)定表，作為吹掃氣路中比例閥C的特性，比例閥C預(yù)標(biāo)定完成，當(dāng) 氣相色譜儀工作時(shí)，先根據(jù)比例閥C兩端氣體壓力和用戶設(shè)定的吹掃流量值，從標(biāo)定表中 通過查找和插值得到需要的比例閥線圈電流大小，然后，根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度修正電流值， 并輸出給比例閥C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低成本的氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，其特征是，所 述比例閥特性標(biāo)定平臺(tái)包括含有標(biāo)定程序的主機(jī)、前端壓力控制器、后端壓力控制器和氣 體流量傳感器及溫度傳感器；所述前端壓力控制器、后端壓力控制器、氣體流量傳感器和溫 度傳感器均與主機(jī)連接，預(yù)標(biāo)定時(shí)，前端壓力控制器和后端壓力控制器分別接入比例閥C 的進(jìn)氣端和出氣端，氣體流量傳感器接在后端壓力控制的出氣端。
【文檔編號(hào)】G01N30/32GK104142377SQ201410339544
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】余超, 宋新 申請(qǐng)人:上海冷杉精密儀器有限公司