CN107607609A - 一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器，包括：气瓶、中控器、数字式气体阀门和传感器组；气瓶，提供质谱仪需要的高压气体；中控器，用以执行上位机的指令，接收并执行阀门开度指令；数字式气体阀门，通过接收中控器的数字指令，调整流量范围；传感器组，实时监控气体的各项参数并传递给中控器。本发明针对现有的模拟量控制的流量控制器的精度差，电路复杂，长期工作误差大，反映不够灵敏的诸多问题，提出数字量控制，阀门开度实时自动校正的流量控制器，能够提高气体流量控制器的控制精度和长期工作的稳定性，更好地提高质谱仪的检测效率。

Description

一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器

技术领域

本发明涉及一种数字式气体流量控制器，特别涉及用于给质谱仪使用的高压数字式气体流量控制器。

背景技术

电感耦合等离子体质谱技术(ICP-MS) 是20 世纪70 年代迅速发展起来的分析测试技术，其原理是利用电感耦合等离子体将分析样品中所含的元素离子化为带电离子，通过离子传输系统将带电离子引入质量分析器中，按不同质荷比分开，经探测器将离子电流放大后，由测控系统处理给出分析结果。与其它分析技术相比，ICP-MS 具有检出限低、线性范围宽、可快速同时检测各种元素等优点。随着应用范围的扩大，ICP-MS 已发展成为本领域的一种常规的分析测试技术。

质谱仪主要由进样系统、离子源、离子导入和离子传输、质量分析器、探测器组成，而不论是进样系统，离子源的产生、导入或者传输等过程都需要高压气体的参与，可靠的气体控制器至关重要，其主要作用如下两点：

首先，可靠的气体控制器精准地提供质谱仪各部分需要的宽范围、特定流量的高压气体，使得各个部分的工作正常（如离子源产生时需要的高压气体流量和碰撞反应器所需要的气体流量可调范围和调整级数相差很大），保证的质谱仪工作的稳定；

其次，气体控制器在质谱仪工作时，不仅宽范围，大压力的工作环境下，频繁地开关调节，还需要长期稳定的工作、灵活地调控。在长期工作情况下不能出现太大的温度漂移或者时间漂移，对气体流量的调节不能出现大的误差。否则会对质谱仪产生严重后果（如冷却气体流量不足，容易造成质谱仪矩管烧毁的问题），造成极大的损失。

基于以上两点，可知流量控制器的稳定，控制灵活的重要性，因此，为了更好地提高质谱仪的检测效率，需要提高气体流量控制器的控制精度和长期工作的稳定性。

如果想提高气体流量控制器的控制进度，则需要采取高进度、高耐压的数字式控制器件，在根本上提高流量控制器的工作压力范围和调整精度，总体地提高流量控制器控制的灵活性；同时需要给流量控制器系统增加校正系统，闭环控制，加快流量控制器的实时反映速率，实时修正流量控制器控制阀门的开度，保证长期工作的稳定性。

然而，目前国内现有的气体流量控制器，多采用模拟量的控制器件，电路复杂，缺少对气体流量的灵活的优化调节，同时也缺少对长期工作的控制器参数的校正，具体地说，缺少对流量控制器的数字化控制，缺少对控制器阀门参数的实时自动控制。

发明内容

鉴于上述，有必要针对现有的模拟量控制的流量控制器的精度差，电路复杂，长期工作误差大，反映不够灵敏的诸多问题，提出数字量控制，阀门开度实时自动校正的流量控制器。

本发明提出了一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器，用于对质谱仪工作时的气体流量控制，包括：

气瓶，提供质谱仪需要的高压气体；

中控器，用以执行上位机的指令，接收阀门开度指令后，解码产生阀门开度1，通过阀门电机的驱动，控制相关阀门达到开度2，并将阀门传感器组传回的参数返回给上位机，同时，根据传感器组的参数，自动校正阀门实际的开度3；

数字式气体阀门，通过接收中控器的数字指令，给系统提供多级数，宽范围的调整流量范围；通过相关电机到达相应的开度，并实时接收中控器的指令修正阀门的开度，达到实际流量控制器需要的流量值；

传感器组，由流量传感器，气体压力传感器，气体温度传感器等各项传感器组成，实时监控气体的各项参数并传递给中控器。

在第一实施方式中，气瓶提供质谱仪需要的高压气体。

在第一实施方式中，中控器还包括：控制芯片，通讯接口、通讯总线及外围电路组成，解码上位机的指令，读取传感器组的参数，控制数字阀门的开度，返回传感器组的值至上位机，实时修正数字阀门的参数。

在第一实施方式中，数字式阀门还包括：数字通讯芯片，阀门，电机组以及驱动电路组成。能够及时地与中控器通讯，迅速改变阀门的开度，有着较高的开关频率和气体压力耐受度。在10倍的工作气压范围内不会损坏阀门。

在第一实施方式中，传感器组还包括：传感器，通讯电路及外围电路组成。实时地将气体高精度的参数传递给中控器（如气体流量，气体压力，气体温度等），各个传感器通讯精度高，容错率大，报文错误率低，数据传输实行队列通讯模式，保证通讯时，同一个时候总线只是被一个设备占用。

综上，本发明所提出的数字式高精度实时自动校正的气体流量控制器，能够以快速响应上位机指令，高精度控制，实时修正阀门开度，从而提高了流量控制器的精度和稳定性，为质谱仪提供了长期稳定，流量控制灵活的高压气体，使得质谱分析仪能够更加迅速、便捷地提供元素分析结果。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1绘示了本发明实施方式的气体流量控制器结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域相关技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施方式的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

关于本文中所出现的“耦接”，可以指两模块（或单元、元件）的直接连接，也可以指两模块（或单元、元件）的间接连接，即两模块（或单元、元件）间还存在其它模块（或单元、元件）。

参照图1，图1为本发明实施方式流量控制器的模块示意图。

在本实施方式中，气体流量控制器主要由中控器、阀门组，传感器组，外部耦接着气瓶，配合上位机控制指令，通过气体管道，最终准确地完成将上位机需要的不同流量的高压气体，传送至质谱仪的功能。

如图1所示，气瓶中是质谱仪所需要的高压气体，通过气体管道连接至流量控制器的进气口。

当质谱仪进入工作模式后，由上位机下达工作指令，流量控制器中控器接收后，流量控制器进入自检模式；首先各个阀门全部打开，然后全部关断，最后测试开度50%，中控器根据传感器的值判断流量控制器的工作状态并将流量控制器的当前状态传输给上位机（阀门开度，气体各参数值，流量控制器当前各个组件工作状态是否完好），自检完成后流量控制器进入待机状态，并且发送待机指令给上位机。

确定流量控制器待机时，上位机发送流量控制器的各个阀门需要的开度给中控器，控制芯片解码后产生第一开度，流量控制器进入工作模式。

中控器确定第一开度后，控制芯片通过总线传输给数字式控制阀门。通过阀门的电机驱动模块驱动阀门的电机快速启动，将阀门打开到第二开度。

阀门达到第二开度后，由传感器组将气体的当前各个参数通过总线实时传递给中控器，根据气体的当前状态，中控器控制阀门电机修正阀门开度，达到第三开度。完成第三开度后，中控器将数字阀门的开度当前状态以及阀门中气体的当前信息传输至上位机，完成此次阀门的控制。

当本次流量控制结束后，流量控制器保持当前的阀门开度，并将当前参数以及最终执行结果传输至上位机，流量控制器进入持续修正模式。

流量控制器在完成开度后，进入修正模式，当气瓶中的气体压力降低，或者长期工作后，流量控制器的阀门开度有漂移等各种原因造成的气体流量变化时，中控器结合传感器组的当前参数，连续控制阀门电机，直到流量控制器修正到上位机需要的气体流量值，实现实时控制流量控制，消除长期工作时带来的流量漂移造成的安全隐患。

以上仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器，其特征在于，包括：气瓶、中控器、数字式气体阀门和传感器组；

气瓶，提供质谱仪需要的高压气体；

中控器，用以执行上位机的指令，接收并执行阀门开度指令；

数字式气体阀门，通过接收中控器的数字指令，调整流量范围；

传感器组，实时监控气体的各项参数并传递给中控器。

2.根据权利要求1所述的一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器，其特征在于，所述中控器还包括：控制芯片和通讯系统。

3.根据权利要求2所述的一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器，其特征在于，所述中控器用以解码上位机的指令，读取传感器组的参数，控制数字阀门的开度，返回传感器组的值至上位机，实时修正数字阀门的参数。

4.根据权利要求1所述的一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器，其特征在于，数字式阀门还包括：数字通讯芯片、阀门、电机组和驱动电路。

5.根据权利要求1所述的一种阀门开度自动修正的数字式气体流量控制器，其特征在于，传感器组还包括：流量传感器、气体压力传感器和气体温度传感器；所述传感器组用以实时监控气体的各项参数并传递给中控器。