CN104698206B - 注射器式样品管的气体恒压自动进样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一套注射器式样品管的气体恒压自动进样装置，它由双向气缸活塞驱动注射器驱动板在导向杆上推动注射器注射手柄做直线进动，由旋转气缸和旋转驱动组合以及旋转抓手配合使用控制注射器三通导向阀的旋转和开关动作,配合气体连接管路上的导样阀、吹扫阀、维持阀体组合，使采集到的温室气体样品由样品管按一定的进样速率通过样品管阀进入气体富集装置中，一个样品的进样完成后，双向气缸活塞的释放返回，注射器驱动板在导向杆上也快速回返到原初始位置，同时由旋转气缸和旋转驱动组合将注射器三通导向阀关闭，样品管中剩余气体保留用作重复测试，一个完整的进样过程结束。本发明保证了样品进样的完整，统一和快速，省时省力，提高稳定性和准确度，具有良好的使用和推广价值。

Description

注射器式样品管的气体恒压自动进样装置

技术领域

本发明涉及一套注射器式样品管的气体恒压自动进样装置。

背景技术

人们将具有吸收地表红外辐射，增加地表和近地层大气温度的气体称为温室气体（Green house gas）。近年来随着全球气候持续变暖，人们对温室气体的温室效应越来越重视。国内外多家公司也相继研发了对温室气体分析测试仪器，如IsoPrime 的TraceGas 自动在线预浓缩和纯化系统；SerCon 的Cryoprep 痕量气体制样系统；Thermo 的 PreCon痕量气体预浓缩装置等，所有这些装置都需要和采集样品用的特定样品瓶相连接，才能把采集的气体样品送入这些装置进行各种指标的分析测定。如Thermo 的 PreCon痕量气体预浓缩装置需要使用100ml的带阀门的专用特制的双阀玻璃瓶，不便于野外取样；在进样时必须通入吹扫He气才能从样品瓶中把样品气体携带进入冷阱，这样对于稀释后的100ml样品利用率低，需要富集的时间长，并且样品需要量无法自行控制，且人为操作会影响稳定性。

发明内容

为了配合冰冻圈科学研究中利用静态箱法样品的采集技术，针对使用的100ml塑料注射器式取样器，本发明的目的旨在提供一套注射器式样品管的气体恒压自动进样装置，配合气体同位素富集分析仪来完成对温室气体中碳、氮、氢、氧同位素丰度的分析测定，为研究其产生的机制及迁移规律和生态系统碳氮循环提供技术支撑。

发明的目的是这样实现的：

一套注射器式样品管的气体恒压自动进样装置，主要包括:压缩空气连接气管、150型双向气缸、导杆固定A板、气缸固定板、D6导向杆、D12导向杆、导杆固定B板、气缸固定支架、注射器驱动板、注射器注射手柄、手柄螺钉、内衬固定螺钉、压盖挡板、压盖、橡胶内衬、注射器套管、注射器压板、螺钉、气体连接管、封口帽、旋转气缸固定板、转接头、气密阀持、旋转驱动组合、旋转气缸、注射器固定基座、放空口、三通导向阀、旋转抓手、旋转抓手正面花型凹槽、旋转抓手背面横凹槽、旋转接头、旋转接头正面横凸、旋转接头背面横凹槽、旋转驱动、旋转驱动正面横凸、旋转驱动和旋转气缸的固定螺钉、双向气缸活塞、吹扫阀、导样阀、维持阀、气体富集分析仪和放空阀。100ml塑料取样注射器由注射器注射手柄、注射器套管、封口帽、放空口、三通导向阀组成：注射器注射手柄的前端有橡胶活塞用于密封注射器套管内密闭的气体，封口帽和转接头螺旋密封连接；气体连接管处有放空阀、导样阀、吹扫阀、维持阀组成的阀体组合，导样阀和气体富集分析装置连接，气体样品由三通导向阀、导样阀进入气体富集分析装置中完成气体样品的进样和富集；放空口处有放空阀；注射器套管内密封的气体通过100ml气密注射器的三通导向阀、气体连接管、导样阀进入气体富集分析仪。100ml塑料取样注射器套管放在凹形的注射器固定基座里：注射器套管的后端由压盖固定，压盖内里面粘贴有橡胶内衬，压盖和内里面的橡胶内衬由螺钉固定，压盖的尾端焊接有压盖挡板，压盖、橡胶内衬和压盖挡板成为一体，由手柄螺钉固定在注射器固定基座上；注射器的前端由注射器压板通过螺钉固定在注射器固定基座上，注射器压板前端下方是气密阀持，气密阀持是一个直立的外方内圆的突出接口，气密阀持和旋转驱动组合中的旋转抓手以及100ml塑料取样注射器上的三通导向阀紧密配合，三通导向阀的转动由计算机控制完成。旋转驱动组合包括旋转抓手、十字旋转接头和旋转驱动三部分：旋转抓手的花型凹槽和注射器的三向导向阀紧密配合，旋转抓手背面的横凹槽和旋转接头正面的横凸紧密配合；旋转接头背面横凹槽和旋转驱动正面横凸紧密配合；旋转驱动和下部的旋转气缸以固定螺钉连接；旋转气缸固定在旋转气缸固定板上，由压缩空气控制转动；这样注射器的三向导向阀和旋转驱动组合以及旋转气缸在压缩空气控制下成为一个整体统一转动；150型双向气缸的一端固定在气缸固定支架上，另一端固定在气缸固定板上，150型双向气缸的气缸活塞由气缸固定支架和注射器驱动板固定支撑，D6导向杆和D12导向杆固定在导杆固定A板和导杆固定B板上， 150型双向气缸两端和压缩空气气管连接。

本发明的优点是：

1、恒压气体自动进样器针对100ml气密注射器样品容器设计,根据样品含量的多少可以调节进样状态, 样品富集完全快捷。

2、本发明中自动进样器是靠压缩空气驱动的，将压缩空气的压力能转换为机械能, 驱动机构作直线往复运动或旋转运动。压缩空气由压缩空气连接气管和气体连接管进入150型双向气缸和旋转气缸中，活塞推动气缸，速度可调节。

3、100ml气密注射器的三通导向阀的三个方向转动由旋转气缸驱动下的旋转驱动组合配合完成；双向气缸活塞驱动注射器驱动板在导向杆上推动注射器注射手柄做直线运动，配合气体连接管路上的导样阀、吹扫阀、维持阀体组合的开关动作使采集到的温室气体样品由样品管按恒定的压力和一定的进样速率通过样品管阀进入气体富集装置中，一个样品的进样结束后，双向气缸活塞的释放返回，注射器驱动板在导向杆上也快速返回到初始位置，同时由旋转气缸和旋转驱动组合将注射器三通导向阀关闭，样品管中剩余气体保留用作重复测试，一个样品的进样过程完成。

这套气体恒压自动进样装置的使用，动作完全由计算机来控制，可根据样品中气体成分的含量多少选择进样量和进样时的进动速率，以保证样品富集的效率；该进样器直接和富集装置相连接，保证了样品进样的完整、统一和快速，省时省力，提高稳定性和准确度，具有良好的使用和推广价值。

4、本发明设计的气体恒压自动进样装置，和Thermo 的 PreCon痕量气体预浓缩装置联用，在线自动完成对温室气体的含量以及同位素的分析和测定，可避免人为操作的差异性和进样时间的非均一性等对测试的稳定性的影响，节省人力、物力，保证数据的准确可靠，并大大节省测试时间，缩短样品储存周期，提升仪器的使用效率，更好的为科研服务。

附图说明

图1为恒压气体自动进样器结构示意图。

图2 为图1中100ml取样注射器结构示意图。

图3 为图1中注射器压板和气密阀持结构示意图

图4 为图1中旋转驱动组合--旋转抓手正面示意图

图5 为图1中旋转驱动组合--旋转抓手背面示意图。

图6 为图1中旋转驱动组合--旋转接头示意图。

图7 为图1中旋转驱动组合--旋转驱动示意图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的技术方案再作进一步的说明：

如图1-7所示，一套针对100ml注射器式样品管的气体恒压自动进样装置，主要包括:压缩空气连接气管1、150型双向气缸2、导杆固定A板3、气缸固定板4、D6导向杆5、D12导向杆6、导杆固定B板7、气缸固定支架8、注射器驱动板9、注射器注射手柄10、手柄螺钉11、内衬固定螺钉12、压盖挡板13、压盖14、橡胶内衬15、注射器套管16、注射器压板17、螺钉18、气体连接管19、封口帽20、旋转气缸固定板21、转接头22、气密阀持23、旋转驱动组合24、旋转气缸25、注射器固定基座26、放空口27、三向导向阀28、旋转抓手29、旋转抓手背面横凹槽29B、旋转接头30、旋转接头正面横凸30A、旋转接头背面横凹槽30B、旋转驱动31、旋转驱动正面横凸31A、旋转驱动和旋转气缸的固定螺钉31B、双向气缸活塞32 、吹扫阀33、导样阀34、维持阀35、气体富集分析仪36、放空阀37。

100ml塑料取样注射器由注射器注射手柄10、注射器套管16、封口帽20、放空口27、三通导向阀28组成：注射器注射手柄10的前端有橡胶活塞用于密封注射器套管16内密闭的气体，封口帽20和转接头22螺旋密封连接；气体连接管19处有放空阀37、导样阀34、吹扫阀33、维持阀35组成的阀体组合.导样阀34和气体富集分析装置36连接，气体样品由三通导向阀28、导样阀进入气体富集分析装置36中完成气体样品的进样和富集；放空口27处有放空阀37；注射器套管16内密封的气体通过100ml气密注射器的三通导向阀28、气体连接管19、导样阀34进入气体富集分析仪36。

100ml塑料取样注射器套管16放在凹形的注射器固定基座26里：注射器套管16的后端由压盖14固定，压盖14内里面粘贴有橡胶内衬15，橡胶内衬15的作用增加摩擦阻力来防止注射器套管16的滑动，压盖14和内里面的橡胶内衬15由螺钉18固定，压盖14的尾端焊接有压盖挡板13，压盖挡板13的作用防止注射器套管16被拉出，压盖14、橡胶内衬15和压盖挡板13成为一体由手柄螺钉11固定在注射器固定基座26上；注射器的前端由注射器压板17通过螺钉18固定在注射器固定基座26上，注射器压板17前端下方是气密阀持23，气密阀持23是一个直立的外方内圆突出接口，气密阀持23和旋转驱动组合24中的旋转抓手29以及100ml塑料取样注射器上的三通导向阀28紧密配合，三通导向阀28的转动由在计算机控制完成。

旋转驱动组合24包括旋转抓手29、十字旋转接头30和旋转驱动31三部分：旋转抓手29的花型凹槽29A和注射器的三向导向阀28紧密配合，旋转抓手背面的横凹槽29B和旋转接头30正面的横凸30A紧密配合；旋转接头背面横凹槽30B和旋转驱动正面横凸31A紧密配合；旋转驱动31和下部的旋转气缸25以固定螺钉31B连接；旋转气缸25由压缩空气控制转动；这样注射器的三通导向阀28和旋转驱动组合24以及旋转气缸25在压缩空气控制下成为一个整体统一转动。

150型双向气缸2的一端固定在气缸固定支架8上，另一端固定在气缸固定板4上，150型双向气缸2的气缸活塞32由气缸固定支架8和注射器驱动板9固定支撑，D6导向杆5和D12导向杆6固定在导杆固定A板3和导杆固定B板7上， 150型双向气缸2两端和压缩空气气管1连接。

整个自动进样器是压缩空气驱动的, 气缸的原理是将压缩空气的压力能转换为机械能, 驱动机构作直线往复运动或旋转运动。压缩空气由压缩空气连接气管1和气体连接管19进入150型双向气缸2和旋转气缸25中，活塞推动气缸，速度可调节。

具体操作过程如下：

Ⅰ）样品管固定准备过程

首先把装有气体的100ml注射器的注射器套管16放在凹形的注射器固定基座26里，使注射器的三通导向阀28和旋转驱动组合24的旋转抓手29正面的花型凹槽29A配合压紧，盖上注射器压板17，使注射器压板17下方的气密阀持23和三通导向阀28配合压紧，固定在注射器固定基座26上，用螺钉18紧固；注射器套管16的后端用压盖14、橡胶内衬15和压盖挡板13组成的整体由手柄螺钉11固定在注射器固定基座26上；再将封口帽20和转接头22的密封螺旋连接。

然后调节注射器驱动板位置：根据注射器注射手柄10的取样位置，手动调节注射器驱动板9在D6导向杆5和D12导向杆6的位置，使注射器驱动板9和注射手柄10的后端基本平行相触。

Ⅱ）进样过程

首先关闭导样阀34，打开维持阀35，维持阀体组合管路的氦气状态；打开吹扫阀33和放空阀37，这时He气由吹扫阀33进入，吹扫三通导向阀28管口，并通过放空口27处的放空阀37排出；然后关闭吹扫阀33和放空阀37，启动旋转气缸25，使旋转驱动31带动着旋转接头30转动90度，同时旋转抓手29也带动三通导向阀28转动90度呈打开进气状态，准备进样。

接着双向气缸活塞32驱动注射器驱动板9，注射器注射手柄10在注射器驱动板9的驱动下开始慢慢以恒定的压力（气流速度调节在约10-12ml/min的样子）进动，开始富集过程。同时打开导样阀34，关闭维持阀35，这时注射器套管16中气体样品通过导样阀34进入气体富集分析仪36中完成气体样品的富集。

Ⅰ.当样品量足够分析时，可以打开维持阀35，接着关闭导样阀34，同时旋转驱动31带动着旋转接头30反方向转动90度，同时旋转抓手29也带动三通导向阀28转动90度呈关闭状态，注射器注射手柄10停止进动，由维持阀35引进的氦气将管路中的样品气体全部富集，注射器套管16中的剩余样品可以继续保留，以备其它分析。Ⅱ.如果要将注射器套管16中的样品全部用于富集分析，可以在注射器套管16活塞即将完成进动时，打开吹扫阀33，由流量为12ml/min的He气将样品管及管路中的样品气体全部送入气路中进行富集；如果要将注射套管16中剩余的样品做重复测试，只重复上述Ⅱ的过程即可，一般重复测试的条件是注射套管16中剩余气体量要满足富集分析需要量。

Ⅲ）更换注射器样品管

一个样品富集完成后，双向气缸活塞32驱动注射器驱动板9回到初始位置，此时正在样品的分析测试时间段内，为了节省时间，需要更换新的样品管，为下一个样品测试做准备。

首先卸出手柄螺钉11，取出由压盖14、橡胶内衬15和压盖挡板13组成的整体部分；然后再卸下由螺钉18固定注射器压板17，使气密阀持23也和三通导向阀28手动脱离；最后拧开封口帽20和转接头22的螺旋连接，取出整个100ml注射器。

重复上述步骤Ⅰ）、步骤Ⅱ），开始下一个样品的进样和富集过程。

Claims (1)

1.一种针对注射器式样品管的气体恒压自动进样装置，主要包括:压缩空气连接气管（1）、150型双向气缸（2）、导杆固定A板（3）、气缸固定板（4）、D6导向杆（5）、D12导向杆（6）、导杆固定B板（7）、气缸固定支架（8）、注射器驱动板（9）、注射器注射手柄（10）、手柄螺钉（11）、内衬固定螺钉（12）、压盖挡板（13）、压盖（14）、橡胶内衬（15）、注射器套管（16）、注射器压板（17）、螺钉（18）、气体连接管（19）、封口帽（20）、旋转气缸固定板（21）、转接头（22）、气密阀持（23）、旋转驱动组合（24）、旋转气缸（25）、注射器固定基座（26）、放空口（27）、三向导向阀（28）、旋转抓手（29）、旋转抓手正面花型凹槽（29A）、旋转抓手背面横凹槽（29B）、旋转接头（30）、旋转接头正面横凸（30A）、旋转接头背面横凹槽（30B）、旋转驱动（31）、旋转驱动正面横凸（31A）、旋转驱动和旋转气缸的固定螺钉（31B）、双向气缸活塞（32）、吹扫阀（33）、导样阀（34）、维持阀（35）、气体富集分析仪（36）和放空阀（37），其特征是：100ml塑料取样注射器由注射器注射手柄（10）、注射器套管（16）、封口帽（20）、放空口（27）和三通导向阀（28）组成：注射器注射手柄（10）的前端有橡胶活塞用于密封注射器套管（16）内密闭的气体，封口帽（20）和转接头（22）螺旋密封连接；气体连接管（19）处有放空阀（37)、导样阀（34）、吹扫阀（33）和维持阀（35）组成的阀体组合，导样阀（34）和气体富集分析装置（36）连接，气体样品由三通导向阀（28）、导样阀进入气体富集分析装置（36）中完成气体样品的进样和富集；放空口（27）处有放空阀（37）；注射器套管（16）内密封的气体通过100ml气密注射器的三通导向阀（28）、气体连接管（19）、导样阀（34）进入气体富集分析仪（36）；

100ml塑料取样注射器套管（16）放在凹形的注射器固定基座（26）里：注射器套管（16）的后端由压盖（14）固定，压盖（14）内里面粘贴有橡胶内衬（15），压盖（14）和内里面的橡胶内衬（15）由螺钉（12）固定，压盖（14）的尾端焊接有压盖挡板（13），压盖（14）、橡胶内衬（15）和压盖挡板（13）成为一体由手柄螺钉（11）固定在注射器固定基座（26）上；注射器的前端由注射器压板（17）通过螺钉（18）固定在注射器固定基座（26）上，注射器压板（17）前端下方是气密阀持（23），气密阀持（23）是一个直立的外方内圆的突出接口，气密阀持（23）和旋转驱动组合（24）中的旋转抓手（29）以及100ml塑料取样注射器上的三通导向阀（28）紧密配合，三通导向阀（28）的转动由计算机控制完成；旋转驱动组合（24）包括旋转抓手（29）、十字旋转接头（30）和旋转驱动（31）三部分：旋转抓手（29）的花型凹槽（29A）和注射器的三向导向阀（28）紧密配合，旋转抓手背面的横凹槽（29B）和旋转接头（30）正面的横凸（30A）紧密配合；旋转接头背面横凹槽（30B）和旋转驱动正面横凸（31A）紧密配合；旋转驱动（31）和下部的旋转气缸（25）以固定螺钉（31B）连接；旋转气缸（25）固定在旋转气缸固定板（21）上，由压缩空气控制转动；这样注射器的三向导向阀（28）和旋转驱动组合（24）以及旋转气缸（25）在压缩空气控制下成为一个整体统一转动；

150型双向气缸（2）的一端固定在气缸固定支架（8）上，另一端固定在气缸固定板（4）上，150型双向气缸（2）的气缸活塞（32）由气缸固定支架（8）和注射器驱动板（9）固定支撑，D6导向杆（5）和D12导向杆（6）固定在导杆固定A板（3）和导杆固定B板（7）上， 150型双向气缸（2）两端和压缩空气气管（1）连接。