CN105137108A - 一种多气路的气体自动进样仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多气路的气体自动进样仪，解决现有的气体进样器不能适用气袋采样直接进样、自动化程度不够高等问题。本装置包括支架，支架上设有控制箱，其特征在于，控制箱内设有气泵，气泵后端连接气体检测仪器，气泵前端连接有若干样气管和至少一条氮气管，所述各条样气管及氮气管后端通过电磁阀连接气泵，所述样气管通过转接头连接抽气头，抽气头扎入采样气袋，支架底部还设有与氮气管连接的氮气罐。本发明设置多条气路分别连接样气采样气袋，实现连续进样；能实时监控工作气路，可以及时发现多气路进气故障；并在不同样气进气间隔采用氮气管冲洗气路，避免不同样气交叉污染。

Description

一种多气路的气体自动进样仪

技术领域

本发明涉及一种检测仪器，特别涉及一种多气路的气体自动进样仪。

背景技术

我们知道在日常的实验室气相色谱分析中，其中一种常见的气体采集方式为现场气袋采样，进样方式一般是手动进样方式，必须靠人去定时操作进样，人工操作往往给气体进样带来一定的人为因素误差，如进样时间的不一致会造成气体出峰谱图重复性不好，另外现在越来越多的在线气体分析中，是不能靠手工操作来完成的，过去手动操作的气体进样方式满足不了气体在线分析的需要。另外一种是注射器气瓶进样，目前国际上最多的方式还是注射器气瓶进样，包括很多进口仪器原配的顶空进样器也是采用这种方式。该方式需要将气袋样气人工转移到玻璃样瓶中，操作繁琐，费时费力。气袋直接进样方式还未见推广。

中国专利局2010年6月30日公开的CN201518013U专利，名称为多路持续供气的气体进样装置。该装置公开了一种多气路的气体进样装置，该装置包括一个多通道连接模块，在所述多通道连接模块上设有多个多路电磁阀，每个多路电磁阀包括一个进气口和两个出气口，进气口通过所述多通道连接模块上的通气管道与样品气的进气管道相连接，一个出气口通过所述多通道连接模块上的进样通气管道与用于向检测仪器提供样气的进样口相连接，另一个出气口通过所述多通道连接模块上的排空通气管道与用于将废气排空的排空口相连接。该装置每一道进气气路通过三通阀连接进气管和排气管，需要进气时，打开进气管通道，需要将气路排空时，打开排气通道。显然，该装置的气路连接的是固定的样气容器，因此需要采用排气通道将样气容器排空，因此，该装置并不适用于气袋采样直接进样，而是需要将采样的气体转移到固定容器中进样。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的气体进样器不能适用气袋采样直接进样、自动化程度不够高等问题，提供一种多气路的气体自动进样仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多气路的气体自动进样仪，包括支架，支架上设有控制箱，其特征在于，控制箱内设有气泵，气泵后端连接气体检测仪器，气泵前端连接有若干样气管和至少一条氮气管，所述各条样气管及氮气管后端通过电磁阀连接气泵，所述样气管通过转接头连接抽气头，抽气头扎入采样气袋，支架底部还设有与氮气管连接的氮气罐。每条样气管的前端直接扎入对应的采样气袋中，当样气管对应的电磁阀打开时，气泵直接将采样气体抽入检测仪器中。各条样气管的电磁阀依次打开，且同一时间只开启一条样气管的电磁阀。在第一条样气管进气之前、最后一条样气管进气之后、相邻两条样气管进气之间，均打开氮气管对应的电磁阀，采用氮气冲洗进样管路和检测仪器，防止各样气交叉污染。当氮气管电磁阀打开时，所有样气管电磁阀关闭。

作为优选，转接头外壁上设有抽气端指示灯，转接头上端连接样气管，下端连接抽气头，中部为套管，套管壁嵌设有线圈，套管内部设有环形槽、并在环形槽中嵌设球形的转子，转子的下端中轴线位置向上开设进气孔，进气孔为盲孔，转子上表面与进气孔顶端之间开设出气孔，出气孔从进气孔顶端边缘位置斜向上切向开设有多个，形成螺旋出风。抽气时，出气孔螺旋出风，对转子反向推动，转子转动，使线圈中产生电流点亮抽气端指示灯，当气路抽气工作时，抽气端指示灯能指示工作状态，当若干气路的抽气端指示灯一起点亮，则是系统电磁阀控制出现故障。

作为优选，套管由上下两节拼接而成，环形槽位于上下两节套管拼接处。

作为优选，环形槽槽底二次开槽形成定位槽，转子环周上对应设有定位环凸。

作为另外的方案，转接头外壁上设有抽气端指示灯，转接头上端连接样气管，下端连接抽气头，套管壁嵌设有线圈，套管内部的转子为柱形，两端通过轴承固定在套管内部，套管为中间小，两端大的台阶结构，轴承卡设在台阶处，柱形转子的下端轴线位置开设盲孔进气孔，转子上表面与进气孔顶端之间开设出气孔，出气孔从进气孔顶端边缘位置斜向上切向开设有多个，形成螺旋出风，柱形转子的外壁截面为齿形。

作为优选，支架通过水平设置的隔板分隔成多层结构，每层隔板上设有穿线孔，样气管在支架各层平均分布，样气管上下往复穿过对应隔板的穿线孔、端部下垂通过抽气头连接采样气袋，所述支架的一侧还设有供样气管、氮气管上下穿行的管路柱，管路柱为中空柱体，管路柱在每层隔板的上下方以及支架底面上侧开设供样气管、氮气管穿出的孔。

作为优选，所述控制箱的正面设有与样气管一一对应的样气管指示灯、以及与氮气管一一对应的氮气管指示灯。通过电磁阀信号同步控制控制箱的正面的样气管指示灯、氮气管指示灯，指示工作状态。

作为优选，所述抽气头包括扎入口和盖帽，扎入口从上侧面扎入采样气袋，盖帽从采样气袋下侧面扣设在扎入口上，将扎入口包夹在盖帽内部。

作为优选，所述氮气管设置有多条，每一条氮气管均连接有独立的氮气罐。设置多条氮气管，同时供气，可以加大冲洗的氮气气流，提高冲洗效率，加强冲洗效果。

作为优选，各条氮气管对应的电磁阀同步开闭。

作为优选，各条样气管对应的电磁阀同一时间只能开启一个。

作为优选，所述氮气管出口设有稳压阀。

作为优选，还包括控制电路，所述控制电路包括单片机、按键模块和进气控制模块，所述按键模块与单片机电连接，所述单片机通过进气控制模块电连接电磁阀和气泵，所述进气控制模块包括驱动单元和扩展锁存器组，所述单片机通过驱动单元连接气泵，单片机通过扩展锁存器组连接电磁阀。单片机通过进气控制模块控制电磁阀和气泵的工作状态，从而实现自动进气。电磁阀包括64个直动式常闭电磁阀。扩展锁存器组包括8个锁存器和NMOS管，8个锁存器组将单片机的16个双向IO口扩展为64个单向可控输出口。锁存器通过NMOS管驱动电磁阀。使用锁存器不仅可以扩展IO口，同时也可以隔离控制模块与单片机，减小控制模块对单片机的影响。驱动单元包括NMOS管和光电隔离器。气泵由NMOS管驱动，气泵的工作电压为24V电压，所以需要使用光电隔离器隔离低压与高压，避免高压部分对低压部分产生干扰。NMOS管开关特性好，成本低，占用空间小。

作为优选，所述控制电路还包括掉电保护模块，掉电保护模块包括掉电检测单元和数据存储单元，掉电检测单元连接单片机的外部中断口，数据存储单元与单片机连接。数据存储单元为EEPROM芯片。掉电检测单元通过连接到单片机的外部中断口持续监测电源上电情况，单片机工作时外部中断端口为高电平，断电后，检测端口的电压变为低电平，将外部中断口拉低，而单片机可以通过大电容的供电继续工作一段时间，检测到外部中断口电平被拉低后，单片机立即把正在检测中的那一路样气所在的位置信息存储到EEPROM芯片中。等到下次通电时单片机从读取EEPROM芯片中的数据开始运行，然后系统就可以从断电处开始工作（断电时检测未结束的样气重新检测）。

作为优选，所述控制电路还包括显示模块，所述显示模块包括若干个发光二极管，每个电磁阀并联有一个发光二极管。发光二极管作为样气管指示灯、氮气管指示灯，通过与电磁阀一一对应的发光二极管来实时显示电磁阀的开闭状态，操作者通过查看发光二极管的亮灭就可以清楚的分辨哪一路气体正在送入检测仪器中，通过显示还可以及时发现电路中出现的一些问题。

作为优选，所述控制电路还包括通讯模块，所述单片机通过通讯模块连接上位机，所述通讯模块为RS232串口模块。通讯模块使进样仪与上位机之间可以通过电平转换芯片进行数据传输，从而得知对方的工作状态并且做出相应的动作。由于上位机或者检测仪器使用的是RS232串口通信，所以要实现与它们的互联必须也使用RS232串口通信，RS232的通信端口是正负12V的电压，所以需要通过一个电平转换芯片对串口进行升压，实现与其它仪器的通信对接。

本发明采用气泵作为抽气动力源，实现气袋采样直接进气，设置多条气路分别连接样气采样气袋，实现连续进样；气路中气流能直接驱动转接头转子转动产生电流，点亮指示灯，能实时监控工作气路，可以及时发现多气路进气故障；并在不同样气进气间隔采用氮气管冲洗气路，避免不同样气交叉污染；采用单片机智能控制，只需要按键模块一键控制即可实现自动进气，可控性高，稳定性好，操作方便。

附图说明

图1是本发明一种结构示意图。

图2是本发明支架结构示意图。

图3是本发明样气管进气端连接结构示意图。

图4是本发明样气管在隔板上穿接结构示意图。

图5是本发明管路连接结构示意图。

图6是本发明的一种控制电路模块图。

图7是本发明的一种转接头转子安装结构剖视图。

图8是本发明的转接头转子结构俯视图。

图9是本发明的转接头转子侧视示意图。

图10是本发明第二种装接头转子结构示意图。

图中：1、控制箱，2、样气管指示灯，3、氮气管指示灯，4、支架，5、管路柱，6、隔板，7、样气管，8、采样气袋，9、氮气管，10、氮气罐，11、穿管孔，12、标签，13、转接头，14、抽气端指示灯，15、扎入口，16、盖帽，17、单片机，18、按键模块，19、进气控制模块，20、掉电保护模块，21、显示模块，22、通讯模块，23、气泵，24、电磁阀，25、转子，26、套管，27、线圈，28、进气孔，29、出气孔，30、限位环凸，191、驱动单元，192、扩展锁存器组。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例：一种多气路的气体自动进样仪，如图1所示。本装置包括竖立的支架4，支架的顶部放置控制箱1，控制箱内设置电磁阀24、气泵23和控制电路。控制电路如图6所示，包括单片机17、按键模块18、进气控制模块19、掉电保护模块20、显示模块21和通讯模块22。按键模块只有一个按键，按下之后整个系统开始运行，不需要操作者做其他的操作。

进气控制模块包括驱动单元191和扩展锁存器组192，单片机通过驱动单元连接气泵，单片机通过扩展锁存器组连接电磁阀。电磁阀包括64个直动式常闭电磁阀。扩展锁存器组包括8个锁存器和NMOS管，8个锁存器组将单片机的16个双向IO口扩展为64个单向可控输出口。锁存器通过NMOS管驱动电磁阀。

掉电保护模块包括掉电检测单元和数据存储单元，掉电检测单元连接单片机的外部中断口，数据存储单元与单片机连接。数据存储单元为EEPROM芯片。掉电检测单元通过连接到单片机的外部中断口持续监测电源上电情况，单片机工作时外部中断端口为高电平，断电后，检测端口的电压变为低电平，将外部中断口拉低，而单片机可以通过大电容的供电继续工作一段时间，检测到外部中断口电平被拉低后，单片机立即把正在检测中的那一路样气所在的位置信息存储到EEPROM芯片中。等到下次通电时单片机从读取EEPROM芯片中的数据开始运行，然后系统就可以从断电处开始工作（断电时检测未结束的样气重新检测）。

显示模块包括若干个发光二极管，每个电磁阀并联有一个发光二极管。通过与电磁阀一一对应的发光二极管来实时显示电磁阀的开闭状态，操作者通过查看发光二极管的亮灭就可以清楚的分辨哪一路气体正在送入检测仪器中，通过显示还可以及时发现电路中出现的一些问题。

单片机通过通讯模块连接上位机，所述通讯模块为RS232串口模块。通讯模块使进样仪与上位机之间可以通过电平转换芯片进行数据传输，从而得知对方的工作状态并且做出相应的动作。由于上位机或者检测仪器使用的是RS232串口通信，所以要实现与它们的互联必须也使用RS232串口通信，RS232的通信端口是正负12V的电压，所以需要通过一个电平转换芯片对串口进行升压，实现与其它仪器的通信对接。

如图2所示，支架顶部设有顶板，底部设有底板，中部设有两层隔板6将支架分隔成三层结构，支架的背侧还设有上下设置的管路柱5，管路柱5为中空主体，管路柱在每层隔板的上下方以及底板上方开孔，便于管路穿过。

如图5所示，气泵连接有4条氮气管9和60条样气管7，各氮气管和各样气管分别通过对应的电磁阀连接气泵。气泵后端连接气体检测仪器。各氮气管的前端均连接有氮气罐10，四个氮气罐设置在支架的底板上。各样气管7的前端连接采样气袋8。各样气管对应的电磁阀依次开启进气，且同一时间仅开启一条样气管的电磁阀。四条氮气管的电磁阀同步开闭。氮气管的电磁阀与样气管的电磁阀不同时开启。进气前，先通氮气管冲洗管路；根据样气数量选择样气管数量，各样气管一次开启，当两条样气管切换之间，接通氮气管冲洗管路；在所有样气检测完毕后，最后接通氮气管冲洗管路。

如图1所示，样气管7在支架4的三层空间平均分布设置，支架的顶板和隔板上呈矩阵均匀开设有穿管孔11。如图4所示，样气管7从管路柱穿到顶板、隔板位置后，从管路柱开孔位置穿出，上下往复蛇行穿过穿管孔一到两次后，样气管端部向下垂设。

如图3所示，样气管下端通过转接头13连接抽气头，转接头与样气管连接一端的外壁上设有抽气端指示灯14，抽气头包括扎入口15和盖帽16，扎入口从上侧面扎入采样气袋8，盖帽从采样气袋下侧面扣设在扎入口上，将扎入口包夹在盖帽内部，对采样气袋形成固定支撑并防漏。样气管的管壁外贴有标签12。如图1所示，在控制箱1的正面设有60个样气管指示灯2和4个氮气管指示灯3，分别与每条样气管、氮气管对应，所述样气管指示灯2和4个氮气管指示灯3为与电磁阀并联的发光二极管。当样气管抽气时，对应的样气管指示灯和抽气端指示灯均点亮，便于辨认。当氮气管抽气时，氮气管指示灯点亮，当某条氮气管对应的氮气罐气压不足，氮气管指示灯变色或者不亮。

套管内部转子的第一种结构如图7、8、9所示，转接头与样气管连接一端的外壁上设有抽气端指示灯14，抽气端指示灯由转接头自发电供电。转接头13上端连接样气管7，下端连接抽气头，中部为套管26。套管壁嵌设有线圈27。套管由上下两节拼接而成，两节套管拼接处设有环形槽、并在环形槽中嵌设球形的转子25，环形槽槽底二次开槽形成定位槽，转子25环周上对应设有定位环凸30。转子25的下端中轴线位置开设进气孔28，进气孔为从下往上的盲孔，转子上表面与进气孔28顶端之间开设出气孔29，出气孔从进气孔顶端边缘位置斜向上切向开设有多个，形成螺旋出风。抽气时，螺旋出风的出气孔反推转子转动，使套管内嵌的线圈产生电流，点亮抽气端指示灯。

套管内部转子的第二种结构如图10所示，套管内部的转子也可以为柱形，两端通过轴承固定在套管内部，套管为中间小，两端大的台阶结构，轴承卡设在台阶处，柱形转子的下端轴线位置开设盲孔进气孔，转子上表面与进气孔顶端之间开设出气孔，出气孔从进气孔顶端边缘位置斜向上切向开设有多个，形成螺旋出风，柱形转子的外壁截面为齿形。

Claims (10)

1.一种多气路的气体自动进样仪，包括支架，支架上设有控制箱，其特征在于，控制箱内设有气泵，气泵后端连接气体检测仪器，气泵前端连接有若干样气管和至少一条氮气管，所述各条样气管及氮气管后端通过电磁阀连接气泵，所述样气管通过转接头连接抽气头，抽气头扎入采样气袋，支架底部还设有与氮气管连接的氮气罐。

2.根据权利要求1所述的一种多气路的气体自动进样仪，其特征在于：转接头外壁上设有抽气端指示灯，转接头上端连接样气管，下端连接抽气头，中部为套管，套管壁嵌设有线圈，套管内部设有环形槽、并在环形槽中嵌设球形的转子，转子的下端中轴线位置向上开设进气孔，进气孔为盲孔，转子上表面与进气孔顶端之间开设出气孔，出气孔从进气孔顶端边缘位置斜向上切向开设有多个，形成螺旋出风。

3.根据权利要求2所述的一种多气路的气体自动进样仪，其特征在于：套管由上下两节拼接而成，环形槽位于上下两节套管拼接处。

4.根据权利要求2或3所述的一种多气路的气体自动进样仪，其特征在于：环形槽槽底二次开槽形成定位槽，转子环周上对应设有定位环凸。

5.根据权利要求1所述的一种多气路的气体自动进样仪，其特征在于：转接头外壁上设有抽气端指示灯，转接头上端连接样气管，下端连接抽气头，套管壁嵌设有线圈，套管内部的转子为柱形，两端通过轴承固定在套管内部，套管为中间小，两端大的台阶结构，轴承卡设在台阶处，柱形转子的下端轴线位置开设盲孔进气孔，转子上表面与进气孔顶端之间开设出气孔，出气孔从进气孔顶端边缘位置斜向上切向开设有多个，形成螺旋出风，柱形转子的外壁截面为齿形。

6.根据权利要求1所述的一种多气路的气体自动进样仪，其特征在于：支架通过水平设置的隔板分隔成多层结构，每层隔板上设有穿线孔，样气管在支架各层平均分布，样气管上下往复穿过对应隔板的穿线孔、端部下垂通过抽气头连接采样气袋，所述支架的一侧还设有供样气管、氮气管上下穿行的管路柱，管路柱为中空柱体，管路柱在每层隔板的上下方以及支架底面上侧开设供样气管、氮气管穿出的孔。

7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种多气路的气体自动进样仪，其特征在于：所述控制箱的正面设有与样气管一一对应的样气管指示灯、以及与氮气管一一对应的氮气管指示灯。

8.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种多气路的气体自动进样仪，其特征在于：所述抽气头包括扎入口和盖帽，扎入口从上侧面扎入采样气袋，盖帽从采样气袋下侧面扣设在扎入口上，将扎入口包夹在盖帽内部。

9.跟据权利要求1或2或3或5或6所述的一种多气路的气体自动进样仪，其特征在于：所述氮气管设置有多条，每一条氮气管均连接有独立的氮气罐。

10.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种多气路的气体自动进样仪，其特征在于：还包括控制电路，所述控制电路包括单片机、按键模块和进气控制模块，所述按键模块与单片机电连接，所述单片机通过进气控制模块电连接电磁阀和气泵，所述进气控制模块包括驱动单元和扩展锁存器组，所述单片机通过驱动单元连接气泵，单片机通过扩展锁存器组连接电磁阀。