一种低成本的气相色谱仪的气路系统及其实现方式技术方案

气相色谱仪的气路系统，包括用于将进样口中已经气化的样品推入到气相色谱柱的载气流入气路、与进样口接通的吹扫流路和分流气路；所述吹扫流路中安装有一个用来测量进样口的柱头压的压力传感器，压力传感器后面连接有一个用来控制吹扫气体流量的比例阀C，比例阀C后端直接连接到大气中。本发明专利技术首先标定吹扫流路中用到的比例阀的特性，然后在吹扫流路中用比例阀两端压力和设定的吹扫气体流量计算出所需的比例阀线圈电流，用当前温度校正后，通过电路板的电流输出部分驱动比例阀，开环控制吹扫流量，在保证系统应用范围和足够精度的前提下，通过在吹扫气路中减少了一个压力传感器和一个气阻，有效降低了整个气路系统的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分析化学、流体控制领域，具体为一种低成本的气相色谱仪的气路系统及其实现方式。
技术介绍
气相色谱仪在分析化学中用来对混合物进行分析，载气（通常为惰性气体）将进样口中已经气化的样品推入到气相色谱柱中，并在流动过程中产生分离。为了保证气相色谱仪的准确定性、定量能力，在气体的流量控制回路中，要保证准确的分流比和柱头压。现有的典型的载气流路中的控制系统包括3个比例阀，3个传感器和一个气阻，成本很高。在气相色谱仪的典型应用中，吹扫流路的气体流量较低，而且通常为常数，一个常用的吹扫气体流量为3mL/min，而相应地，载气流入气路上流量可以达到1000ml/min，因此需要选择量程大于1000mL/min的流量传感器，流量传感器一个典型精度为量程的1%，则载气流入偏差可以达到10mL/min左右。分流气路中，控制目标是柱头压，实际通过的分流流量是载气流入总流量减去色谱柱流量和吹扫流量。分流流量和色谱柱流量之间的比值影响到分流比，并进一步影响到气体的定量准确性，从这个意义上来说，只需要吹扫流路的流量额定偏差小于载气流入额定偏差的1/3，就不会显著影响气相色谱仪的定量能力。吹扫气体的目的是将膈垫中气化和落下的碎片吹出，因此气体流量有下限，可以通过适当提高吹扫流量的额定值来保证吹扫流量在额定误差范围内不低于下限。综上所述，在适当提高吹扫流量额定值后（如调整到4～6mL/min），吹扫流路的流量大小额定偏差达到50%，也基本不会影响仪器的性能。因此，牺牲一部分吹扫气路的流量控制精度，可以在保证系统分析性能的基础上有效降低气路控制系统的成本。为了降低仪器成本，安捷伦科技有限公司设计研发的中端气相色谱仪7820中采用了固定气阻的方式，在吹扫流路中简化了控制环节，减少了一个比例阀和压力传感器，只留下一个气阻。但是，由于没有比例阀，这种流路控制方式导致吹扫气体流量完全无法控制，而是由具体样品分析方法中的柱头压被动地得到。当柱头压由1 psi表压变为100 psi表压时，通过气阻的流量改变可以高达800倍。因此，实际分析方法中，会出现当设定的柱头压很低时，吹扫气流量很小，不能满足清除进样口膈垫污染的需要，而当柱头压较大时，吹扫流量过大，导致样品泄漏，分流比出现较大偏差，载气总流量下限受限（必须大于吹扫流量）等诸多问题。因此，该吹扫流路控制结构只能用在很窄的柱头压范围，大大限制了仪器的分析范围和方法。而如果可以在系统性能没有明显降低的前提下，减少比例阀、传感器或是气阻的数量，便可以降低整个气路控制系统的成本，提高产品竞争力。
技术实现思路
本专利技术的目的是在保证整个气路系统的性能没有明显降低的前提下，减少比例阀、传感器或是气阻的数量以降低整个气路控制系统的成本，提高产品竞争力。为了实现上述目的，本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种低成本的气相色谱仪的气路系统，包括用于将进样口中已经气化的样品推入到气相色谱柱的载气流入气路、与进样口接通的吹扫流路和分流气路；所述载气流入气路与进样口之间安装有比例阀A和流量传感器；所述分流气路中安装有一个用来将柱头压控制到设定值的比例阀B，比例阀B后端直接连接到大气中；所述吹扫流路中安装有一个用来测量进样口的柱头压的压力传感器，压力传感器后面连接有一个用来控制吹扫气体流量的比例阀C，比例阀C后端直接连接到大气中，对吹扫气路中的气体流量控制采用开环控制方式。一种低成本的气相色谱仪的气路系统的实现方式是预先对吹扫流路中的比例阀C进行预标定，从而开环控制吹扫气路中的气体流量，具体步骤如下：（1）搭建比例阀特性标定平台，测量出当前环境温度，根据标定表的要求先稳定控制比例阀C两端气压，然后，调整比例阀线圈电流，使通过比例阀C的气体流量达到标定表中的要求；（2）将测量结果写入标定表，作为吹扫气路中比例阀C的特性，完成比例阀C的预标定，当气相色谱仪工作时，先根据比例阀C两端气体压力和用户设定的吹扫流量值，从标定表中通过查找和插值得到需要的比例阀线圈电流大小，然后，根据当前的环境温度修正电流值，并输出给比例阀C。作为本专利技术的进一步方案，所述比例阀特性标定平台包括含有标定程序的主机、前端压力控制器、后端压力控制器和气体流量传感器及温度传感器；所述前端压力控制器、后端压力控制器、气体流量传感器和温度传感器均与主机连接，预标定时，前端压力控制器和后端压力控制器分别接入比例阀C的进气端和出气端，气体流量传感器接在后端压力控制的出气端。为了在长期使用过程中保证气相色谱仪的吹扫流量控制精度，可以定期校正比例阀C的气体参数标定表，所述校正方法为内校正或是外校正的任意一种，所述内校正，其具体步骤如下：内校正利用气相色谱仪气路中的安装在载气流入气路与进样口之间的流量传感器，在气相色谱仪使用一段时间之后，用堵头堵住气相色谱仪的进样口，并关闭分流气路中的比例阀B，此时通过吹扫气路的载气流量可以通过载气入口处的流量传感器测量，通过实际的气体流量和比例阀C两端压力对标定表进行校正；如果已知气相色谱柱的尺寸参数，也可以不用堵头，通过柱头压计算出柱流量，流量传感器测量得到的载气流入总流量减去柱流量即为吹扫流路的气体流量，通过实际的气体流量和比例阀C两端压力对标定表进行校正；内校正不需要外接设备，可以由气相色谱仪定期自动进行。所述外校正，是指在吹扫气路外接流量传感器，并通过调整柱头压，对整个标定表进行更准确和全面的校正；外接流量传感器精度更高，而且可以调整柱头压实现更全面的校正，但是需要额外的校正设备和操作，较为复杂。有益效果本专利技术首先标定吹扫流路中用到的比例阀的特性，然后在吹扫流路中用比例阀两端压力和设定的吹扫气体流量计算出所需的比例阀线圈电流，用当前温度校正后，通过电路板的电流输出部分驱动比例阀，开环控制吹扫流量，在保证系统应用范围和足够精度的前提下，通过在吹扫气路中减少了一个压力传感器和一个气阻，有效降低了整个气路系统的成本。附图说明图1为比例阀特性标定的硬件平台工作原理图；图2为本专利技术结构框图；图3为比例阀特性的内校正结构框图；图4为比例阀特性的外校正结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1如图1所示，比例阀C4-2的特性标定：首先确定好标定表，标定表要覆盖气相色谱仪工作时吹扫气路的压力和流量范围，标定程序按照标定表要求发送命令给比例阀C4-2两端的前压力控制器和后压力控制器，前、后两端的压力控制器将气体压力稳定控制在指定值，温度传感器读出环境温度并送入主机；通过气体流量传感器读出流过比例阀的气体流量，标定程序通过主机调整比例阀线圈电流大小，使比例阀C4-2的气体流量达到标定表的要求，最后将经特性标定的比例阀C4-2接入气相色谱仪的气路系统中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本的气相色谱仪的气路系统，包括用于将进样口中已经气化的样品推入到气相色谱柱的载气流入气路、与进样口接通的吹扫流路和分流气路；所述载气流入气路与进样口之间安装有比例阀A和流量传感器；所述分流气路中安装有一个用来将柱头压控制到设定值的比例阀B，比例阀B后端直接连接到大气中；其特征是，所述吹扫流路中安装有一个用来测量进样口的柱头压的压力传感器，压力传感器后面连接有一个用来控制吹扫气体流量的比例阀C，比例阀C后端直接连接到大气中。

【技术特征摘要】
1.一种低成本的气相色谱仪的气路系统，包括用于将进样口中已经气化的样品推入到气相色谱柱的载气流入气路、与进样口接通的吹扫流路和分流气路；所述载气流入气路与进样口之间安装有比例阀A和流量传感器；所述分流气路中安装有一个用来将柱头压控制到设定值的比例阀B，比例阀B后端直接连接到大气中；其特征是，所述吹扫流路中安装有一个用来测量进样口的柱头压的压力传感器，压力传感器后面连接有一个用来控制吹扫气体流量的比例阀C，比例阀C后端直接连接到大气中。
2.一种如权利要求1任一项所述的低成本的气相色谱仪的气路系统的实现方式，其特征是，预先对吹扫流路中的比例阀C进行预标定，具体步骤如下：
（1）搭建比例阀特性标定平台，测量出当前环境温度，根据标定表的要求先稳定控制比例阀C两端气压，然后，调整比例阀线...

【专利技术属性】
技术研发人员：余超，宋新，
申请(专利权)人：上海冷杉精密仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31