CN107525708A - 一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统 - Google Patents

一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统，包括第一调节阀、第二调节阀和气管组件，气管组件包括载气管、样气管、稀释气管和管接头，载气管和样气管分别通过管接头与稀释气管连通，样品气稀释系统还包括流量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和负压传感器，样气管包括位于第二压力传感器与管接头之间的气阻段，负压传感器安装在所述管接头或邻近管接头的位置上。本发明能够为气相色谱仪提供浓度稳定的已稀释样品气，提高气相色谱仪的检测精度。

Description

一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统
技术领域
本发明涉及一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统。
背景技术
气相色谱仪在石油、化工、生物化学、医药卫生、食品工业、环保等方面应用广泛，能够对气体进行定量和定性分析。为得到不同浓度的样品气，需对原样品气进行稀释。
现有的样品气稀释系统包括第一调节阀、第二调节阀和气管组件，气管组件包括载气管、样气管和用于连接载气管与样气管的稀释气管，第一调节阀安装在载气管上用于调节载气单位时间内流过载气管的气体流量，第二调节阀安装在样气管上用于调节原样品气单位时间内流过样气管的气体流量，载气管和原样品气在稀释气管内混合后形成不同浓度的样品气。
稀释气管与样品泵连接，在样品泵工作过程中，稀释气管内的气压低于标准大气压，此时，载气管内载气的流速和样气管内原样品气的流速瞬间发生变化，这会造成稀释气管内样品气浓度发生波动。当样品泵抽取浓度发生波动的样品气并将其送至气相色谱仪处检测时，气相色谱仪的检测结果将会发生失真。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，解决现有技术中存在的缺陷，提供一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统，从而保证不同的压力环境下系统输出的稀释比保持不变。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
本发明的一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统，包括第一调节阀、第二调节阀和气管组件，气管组件包括安装有所述第一调节阀的载气管、安装有所述第二调节阀的样气管、稀释气管和管接头，载气管和样气管分别通过管接头与稀释气管连通，样品气稀释系统还包括流量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和负压传感器，流量传感器和所述第一压力传感器分别安装在载气管位于第一调节阀与所述管接头之间的管壁上，第二压力传感器安装在样气管位于第二调节阀与所述管接头之间的管壁上，样气管包括位于第二压力传感器与管接头之间的气阻段，负压传感器安装在管接头或邻近管接头的位置上。
优选地，气阻段为毛细管色谱柱。
优选地，管接头为四通管件，负压传感器安装在四通管件上。
优选地，样品气稀释系统还包括控制单元，第二压力传感器、负压传感器和第二调节阀分别与控制单元连接，控制单元根据所述第二压力传感器的压力信号和负压传感器的负压信号，以调节第二调节阀的开度。
优选地，流量传感器和第一压力传感器分别与控制单元连接。
优选地，控制单元包括A/D模块、PWM模块和用于连接A/D模块与PWM模块的PID控制模块，流量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和所述负压传感器分别与A/D模块连接，第一调节阀和第二调节阀分别与PWM模块连接。
优选地，流量传感器位于载气管位于第一调节阀与第一压力传感器之间的管壁上。
优选地，第一调节阀为比例电磁阀。
优选地，第二调节阀为球阀。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的样品气稀释系统包括第一压力传感器、第二压力传感器和负压传感器，其中，第一压力传感器安装到载气管用于检测单位时间内载气在载气管内的流速，第二压力传感器安装到样气管用于检测单位时间内原样品气在样品管内的流速，负压传感器安装在管接头或邻近管接头的位置上，由于载气管和样气管通过管接头与稀释气管连通，因此，当负压传感器安装在管接头或邻近管接头的位置时，负压传感器能够监控载气管、样气管和稀释气管三者交汇处的气压。如此设计，根据第一压力传感器和负压传感器能够得出载气管内载气的气压变化值，根据第二压力传感器和负压传感器能够得出样气管内原样品气的气压变化值。
2、本发明的样气管还包括位于第二压力传感器与管接头之间的气阻段，根据气阻段的管径和管道长度，计算气阻段内可容纳的原样品气的容量。如此设计，在样品泵在抽取样品气的过程中，根据第二压力传感器、负压传感器和气阻段得出单位时间内原样品气在气阻段内的流速。当单位时间内原样品气在气阻段内的流速值是可计算时，根据流量传感器、第一压力传感器和负压传感器计算单位时间内载气在载气管内的流速。如此设计，当原样品气的流速和载气的流速是可计算时，即使单位时间内样品管内原样品气的流速和载气管内载气的流速发生改变，也可以根据上述二者的变化量调节第一调节阀和/或第二调节阀的开度。
附图说明
图1为本发明实施例的一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统的电器控制示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
如图1所示，本实施例的一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统，包括第一调节阀2、第二调节阀6和气管组件，气管组件包括安装有第一调节阀2的载气管1、安装有第二调节阀6的样气管5、稀释气管11和管接头9，载气管1和样气管5分别通过管接头9与稀释气管11连通。
样品气稀释系统还包括流量传感器3、第一压力传感器4、第二压力传感器7和负压传感器10。在载气管1，第一调节阀2与管接头9之间的管壁上安装有流量传感器3和第一压力传感器4，流量传感器3安装在第一调节阀2与第一压力传感器4之间；在样气管5，第二调节阀6与管接头9之间的管壁上安装有第二压力传感器7。
第一压力传感器4安装到载气管1用于检测单位时间内载气在载气管1内的流速，第二压力传感器7安装到样气管5用于检测单位时间内原样品气在样品管5内的流速。并且第二压力传感器7与管接头9之间设置有气阻段8，位于载气管1位于所述第一调节阀2与所述第一压力传感器4之间的管壁上，在本实施例中，气阻段8采用2.0m、内径100μm的毛细管色谱柱。
管接头9为四通管件，四端分别连接载气管1、样气管5、稀释气管11以及负压传感器10，负压传感器10安装在管接头9或邻近管接头9的位置上，由于载气管1和样气管5通过管接头9与稀释气管11连通，因此，当负压传感器10安装在管接头9或邻近管接头9的位置时，负压传感器10能够监控载气管1、样气管2和稀释气管11三者交汇处的气压。根据第一压力传感器4和负压传感器10能够得出载气管1内载气的气压变化值，根据第二压力传感器7和负压传感器10能够得出样气管5内原样品气的气压变化值。
如图2所示，样品气稀释系统还包括控制单元20，流量传感器3、第一压力传感器4、第二压力传感器7、负压传感器10、第二调节阀6分别与控制单元20连接。控制单元20根据第二压力传感器7的压力信号和负压传感器10的负压信号，以调整调节阀的开度。
控制单元20包括A/D模块201、PWM模块203和用于连接A/D模块201与PWM模块203的PID控制模块202，流量传感器3、第一压力传感器4、第二压力传感器7和负压传感器10分别与所述A/D模块201连接，第一调节阀2和第二调节阀6分别与PWM模块203连接。第一调节阀2为比例电磁阀，第二调节阀6为球阀。
用于稀释样品气的稀释气是一种清洁的不含任何颗粒物的气体，在本实施例中，稀释载气为N2，样品底气为N2。样品气从样品气入口进入稀释器，第二压力传感器7与气阻段8之间的样气管5管道上设置有一旁路管道，一部分样品器进入该旁路管道，用于增加样品气进入稀释器的废气量并降低样品气从气相色谱仪进入稀释器的停留时间从而保证样品气的品质；大部分样品气经过第二调节阀6并与稀释气混合生成稀释样品气，在稀释样品气出口处连接有一样品泵进行抽样并在管接头9处形成负压环境，这将有助于气体和颗粒物的均匀混合，因此在本发明的稀释器里，样品泵不但起着抽样的作用，而且它具有帮助稀释气及样品气均匀混合的作用，从而本发明的稀释器不需要像传统的稀释器一样安装额外混合器帮助气体混合。
作为一种实施例，样品气的进样压力为设定为10PSI，稀释比例为200。PID控制模块采用经典的比例/积分/微分控制法，设Fset为期望的流量值，则PID控制器每隔⊿t采集实际流量Fact并与期望的流量值Fset进行对比，根据比例/积分/微分控制法的计算方法计算出第一调节阀4的比例控制参数DC1，控制样品气气流大小，从而形成一个控制闭环，保持流量的稳定。比例/积分/微分控制法的计算公式如下：
其中，KP为比例系数；KI为积分时间常数；KD为微分时间常数。该实施例中，样品气流量为0.68ml/min，稀释器稳定后，稀释样品气出口流量为136ml/min，表明闭环调节稳定，实现了样品气稀释功能。
作为本发明的另一种实施例，首先设定稀释气的进样压力以及稀释比例，根据比例/积分/微分控制法，计算出第二调节阀6的比例控制参数，控制样品气气流大小，从而形成一个控制闭环，保持流量的稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可工作于负压环境下的样品气稀释系统，包括第一调节阀(2)、第二调节阀(6)和气管组件，所述气管组件包括安装有所述第一调节阀(2)的载气管(1)、安装有所述第二调节阀(6)的样气管(5)、稀释气管(11)和管接头(9)，所述载气管(1)和所述样气管(5)分别通过所述管接头(9)与所述稀释气管(11)连通，其特征在于，所述样品气稀释系统还包括流量传感器(3)、第一压力传感器(4)、第二压力传感器(7)和负压传感器(10)，所述流量传感器(3)和所述第一压力传感器(4)分别安装在所述载气管(1)位于所述第一调节阀(2)与所述管接头(9)之间的管壁上，所述第二压力传感器(7)安装在所述样气管(5)位于所述第二调节阀(6)与所述管接头(9)之间的管壁上，所述样气管(5)包括位于所述第二压力传感器(7)与所述管接头(9)之间的气阻段(8)，所述负压传感器(10)安装在所述管接头(9)或邻近所述管接头(9)的位置上。
2.如权利要求1所述可工作于负压环境下的样品气稀释系统，其特征在于，所述气阻段(8)为毛细管色谱柱。
3.如权利要求1所述可工作于负压环境下的样品气稀释系统，其特征在于，所述管接头(9)为四通管件，所述负压传感器(10)安装在四通管件上。
4.如权利要求1至3之一所述可工作于负压环境下的样品气稀释系统，其特征在于，所述样品气稀释系统还包括控制单元(20)，所述第二压力传感器(7)、所述负压传感器(10)和第二调节阀(6)分别与控制单元(20)连接，所述控制单元(20)根据所述第二压力传感器(7)的压力信号和所述负压传感器(10)的负压信号，以调节所述第二调节阀(6)的开度。
5.如权利要求4所述可工作于负压环境下的样品气稀释系统，其特征在于，所述流量传感器(3和所述第一压力传感器(4)分别与控制单元(20)连接。
6.如权利要求5所述可工作于负压环境下的样品气稀释系统，其特征在于，所述控制单元(20)包括A/D模块(201)、PWM模块(203)和用于连接所述A/D模块(201)与所述PWM模块(203)的PID控制模块(202)，所述流量传感器(3)、所述第一压力传感器(4)、所述第二压力传感器(7)和所述负压传感器(10)分别与所述A/D模块(201)连接，所述第一调节阀(2)和所述第二调节阀(6)分别与所述PWM模块(203)连接。
7.如权利要求1至3之一所述可工作于负压环境下的样品气稀释系统，其特征在于，所述流量传感器(3)位于所述载气管(1)位于所述第一调节阀(2)与所述第一压力传感器(4)之间的管壁上。
8.如权利要求1至3之一所述可工作于负压环境下的样品气稀释系统，其特征在于，所述第一调节阀(2)为比例电磁阀。
9.如权利要求1至3之一所述可工作于负压环境下的样品气稀释系统，其特征在于，所述第二调节阀(6)为球阀。
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