一种全自动顶空进样器机构和控制方法技术

顶空进样器是气相色谱法中一种方便快捷的样品前处理方法。全自动顶空进样器可实现自动运行，连续分析，无人值守，和最大程度地发挥工作效率。本发明专利技术公开了一种全自动顶空进样器机构和控制方法。包括执行机构、驱动装置、温度控制装置、和工业计算机(IPC)。执行机构由固定在工作台上的两组精密旋转定位机构A和B组成，其中样品盘固定在A上，加热盘固定在B上，A和B分别由两个步进电机驱动。IPC将用户调用的分析方法解释成执行机构的控制逻辑，并控制两个步进电机产生相对运动，实现样品盘孔位和加热盘孔位对准，确保顶空瓶按照确定时序进入加热盘。由于加热盘上安装加热模块和温度传感器，为解决加热盘旋转运动过程中的导线缠绕问题，设计由铜环和铍铜片组成的信号传输装置，实现旋转机构和温控装置的结构解耦。

A fully automatic headspace injector mechanism and control method

The headspace injector is a convenient and quick sample pretreatment method in gas chromatography. Automatic headspace injector can realize automatic operation, continuous analysis, unattended, and maximum work efficiency. The invention discloses a fully automatic headspace injector mechanism and a control method. It includes the actuator, the driving device, the temperature control device, and the industrial computer (IPC). The actuator is made up of two groups of precise rotation positioning mechanism A and B fixed on the worktable, wherein the sample disc is fixed on A, the heating plate is fixed on B, and A and B are driven by two stepper motors. IPC interpretations the analysis method of user calls into the control logic of actuator, and controls the relative movement of two stepper motors, so as to achieve the alignment between the hole position of the sample plate and the hole position of the heating plate, so as to ensure that the headspace bottle enters the heating plate according to the definite time sequence. Because the heating module and temperature sensor are installed on the heating plate, a signal transmission device consisting of copper ring and beryllium copper sheet is designed to solve the problem of wire winding in the process of rotating the heating plate, so as to realize the decoupling of the rotating mechanism and the temperature control device.

【技术实现步骤摘要】
一种全自动顶空进样器机构和控制方法
本专利技术属于仪器仪表领域，尤其涉及一种全自动顶空进样器机构和控制方法。
技术介绍
顶空分析技术是气相色谱法中一种方便快捷的样品前处理方法，其原理是将待测样品置入一密闭的容器中，通过加热升温使挥发性组分从样品基体中挥发出来，在气液(或气固)两相中达到平衡，直接抽取顶部气体进行色谱分析，从而检验样品中挥发性组分的成分和含量。顶空分析技术的检测流程是：一定量的样品(固体或液体)装入顶空样品瓶内密封，样品瓶在顶空进样器的平衡炉内达到一定温度下的相平衡(气液平衡或者气固平衡)，再通过顶空进样器的进样系统将平衡在样品瓶顶部空间的气相导入样品环中，再通过顶空进样器的载气将样品环中的气体吹入气相色谱的进样口，再通过气相色谱仪的色谱柱和检测器实现分离检测。1962年，Beckman仪器公司出台了世界上第一台手动顶空进样器。1967年，PerkinElmer公司推出了世界上第一台自动化顶空进样器。顶空分析技术得到飞速发展，国内外出现了大量全自动顶空取样器相关产品。当前此类产品的执行机构绝大部分均采用如下设计方案：顶空瓶放置于样品盘上，并可跟随样品盘旋转运动到设定位置，一个三自由度的机械手从设定位置抓取顶空瓶，并放入平衡箱恒温平衡处理。此设计方案需要有四轴电机控制，包括1轴的顶空盘旋转运动和3轴的三自由度的机械手控制。这无疑增加系统成本，造成全自动顶空取样器产品价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种全自动顶空进样器机构和控制方法，通过机构优化设计，使得顶空瓶进入平衡箱的动作只需2轴电机控制即可完成，从而达到降低系统成本目的。本专利技术通过下述技术方案实现：1、一种全自动顶空进样器机构和控制方法，其特征在于：包括执行机构、驱动装置、温度控制装置、和工业计算机(IPC)。执行机构由固定在工作台上的两组精密旋转定位机构A和B组成，其中样品盘固定在A上，平衡箱固定在B上，A和B分别由两个步进电机驱动。IPC将用户调用的分析方法解释成执行机构的控制逻辑，并控制两个步进电机产生相对运动，实现样品盘孔位和平衡箱孔位对准，确保顶空瓶按照确定时序进入加热盘。由于平衡箱上安装加热模块和温度传感器，为解决平衡箱旋转运动过程中的导线缠绕问题，设计由铜环和铍铜片组成的信号传输装置，实现旋转机构和温控装置的结构解耦。2、根据权利要求1所述的一种全自动顶空进样器装置和控制方法，其特征在于：执行机构的设计：(1)、执行机构由固定在工作台上的两组精密旋转定位机构A和B组成；(1)、精密旋转定位机构A包括步进电机、减速器、样品盘托架、以及可放置36个顶空瓶的样品盘构成；(3)、精密旋转定位机构B包括步进电机、减速器、加热盘托架、以及可放置9个顶空瓶的平衡箱构成；(4)、精密旋转定位机构A和B可在IPC控制下产生相对运动，实现平衡箱孔位和样品盘孔位对准，确保顶空瓶能按照设定时序准确落入平衡箱，实现恒温处理。3、根据权利要求1所述的一种全自动顶空进样器装置和控制方法，其特征在于：执行机构和温度控制装置的结构解耦设计：(1)、顶空进样器是气相色谱法中一种方便快捷的样品前处理方法，其原理是将待测样品置入一密闭的容器中，通过加热升温使挥发性组分从样品基体中挥发出来，在气液(或气固)两相中达到平衡，直接抽取顶部气体进行色谱分析，从而检验样品中挥发性组分的成分和含量，因此精密温度控制装置是其中的关键技术；(2)、温度控制装置中的加热模块和温度传感器安装在平衡箱上，因此需要解决平衡箱旋转运动过程中的导线缠绕问题。(3)、4个铜环固定在平衡箱上，并随同平衡箱一起做旋转运动，铜环之间通过绝缘体隔离，并分别与加热模块的两根导线和温度传感器的两根导线连接。(4)、采用铍铜加工而成4根弹性简支梁，4根弹性简支梁采用环氧树脂板绝缘，并通过支架C固定在工作台上。4根弹性简支梁上分别引出四根导线和温度控制系统连接。(5)、通过调整支架C在工作台上的安装位置，使得弹性简支梁以一定的预压紧力和铜环接触，构成动态触点，从而实现执行机构和温度控制装置的结构解耦。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。实施例1.执行机构(1)、精密旋转定位机构A包括步进电机、驱动器、减速器、样品盘托架、和可放置36个顶空瓶的样品盘构成。其中步进电机、驱动器、和减速器的选型见表1，样品盘托架和样品盘自制。表1(2)、精密旋转定位机构B包括步进电机、减速器、平衡箱托架、和可放置9个顶空瓶的平衡箱构成。其中步进电机、驱动器、和减速器的选型见表2。平衡箱托架和平衡箱自制。表2(3)、精密旋转定位机构A和B相对位置应能实现平衡箱孔位和样品盘孔位对准，确保顶空瓶能按照设定时序准确落入平衡箱，实现恒温处理，如图3和图4。2.执行机构和温度控制装置的结构解耦设计：(1)、4个铜环材料为紫铜棒，加热装置和温度传感器分别通过4根导线和4个铜环连接，铜环之间的绝缘体材料为聚四氟乙烯，铜环和绝缘体固定在平衡箱转接盘上，如图2。(2)、4根弹性简支梁采用厚度为3mm的铍铜板线切割加工而成，并采用环氧树脂板作为绝缘基体，通过支架固定在工作台上。4根弹性简支梁上分别引出四根导线和温度控制系统连接，如图2。(3)、支架C在工作台上的安装位置调整量，需根据设定的弹性简支梁和铜环之间的预压紧力大小，对弹性梁弹性简支梁进行有限元分析，获得弹性简支梁应力和应变曲线后确定，如图5、图6、和图7。如上所述，便可较好地实现本专利技术。附图说明图1执行机构的两组精密旋转定位机构图2执行机构和温度控制装置的结构解耦图3平衡箱孔位和样品盘孔位对准俯视图图4平衡箱孔位和样品盘孔位对准侧视图图5弹性简支梁的有限元分析图6弹性简支梁的应变图图7弹性简支梁的应变图图8弹性简支梁的应力图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动顶空进样器机构和控制方法，其特征在于：包括执行机构、驱动装置、温度控制装置、和工业计算机(IPC)。执行机构由固定在工作台上的两组精密旋转定位机构A和B组成，其中样品盘固定在A上，平衡箱固定在B上，A和B分别由两个步进电机驱动。IPC将用户调用的分析方法解释成执行机构的控制逻辑，并控制两个步进电机产生相对运动，实现样品盘孔位和平衡箱孔位对准，确保顶空瓶按照确定时序进入加热盘。由于平衡箱上安装加热模块和温度传感器，为解决平衡箱旋转运动过程中的导线缠绕问题，设计由铜环和铍铜片组成的信号传输装置，实现旋转机构和温控装置的结构解耦。

【技术特征摘要】
1.一种全自动顶空进样器机构和控制方法，其特征在于：包括执行机构、驱动装置、温度控制装置、和工业计算机(IPC)。执行机构由固定在工作台上的两组精密旋转定位机构A和B组成，其中样品盘固定在A上，平衡箱固定在B上，A和B分别由两个步进电机驱动。IPC将用户调用的分析方法解释成执行机构的控制逻辑，并控制两个步进电机产生相对运动，实现样品盘孔位和平衡箱孔位对准，确保顶空瓶按照确定时序进入加热盘。由于平衡箱上安装加热模块和温度传感器，为解决平衡箱旋转运动过程中的导线缠绕问题，设计由铜环和铍铜片组成的信号传输装置，实现旋转机构和温控装置的结构解耦。2.根据权利要求1所述的一种全自动顶空进样器装置和控制方法，其特征在于：执行机构的设计：(1)、执行机构由固定在工作台上的两组精密旋转定位机构A和B组成；(1)、精密旋转定位机构A包括步进电机、减速箱、样品盘托架、以及可放置36个顶空瓶的样品盘构成；(3)、精密旋转定位机构B包括步进电机、减速箱、加热盘托架、以及可放置9个样品瓶的平衡盘构成；(4)、精密旋转定位机构A和B可在IPC控制下产生相对运动，实现平衡箱孔位和样品盘孔位对准，确保...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：北京中兴嘉乘仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11