CN110071031A - 一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置，包括外壳与质谱系统，所述外壳内部滑动安装有上表面开设有蛇形线式槽的内板，所述蛇形线式槽由进气端向出气端逐渐增加截面面积，所述蛇形线式槽的出气口经连接管路穿透外壳侧壁与质谱系统连接，所述内板下表面有弹簧与轴承支撑，使内板上表面紧密贴合于开设有通气槽的外壳壳内上壁表面，所述通气槽的进气口贯穿外壳上壁与进气管路和进气阀相连，驱动电机通过丝杠机构带动内板在外壳内滑动；本发明结构紧凑，气密性好，具备对被分析气体连续在线取样能力；通过蛇形布局，以及内板在外壳内滑动，可以改变蛇形线式槽的气路长度和截面面积，从而具备了对大范围变压气体的高精度取样分析的能力。

Description

一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置及方法

技术领域

本发明属于气体分析技术领域，尤其是涉及一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置及方法。

背景技术

质谱仪又称质谱计，是分析检测气体中不同成分的仪器，它是根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。质谱仪测量技术现已大量应用于药品、食品、医学、地质、钢铁生产、真空系统检漏、环境模拟、载人航天等工业领域和科学技术研究中，对于现代科技的发展和国民经济的建设都起着重要的作用。

质谱仪的分析室必须工作在特定的高真空状态下，而被分析气体的初始压强常常是接近环境大气压力的不确定值；特别是应用于各种真空设备内气体成分监测的质谱仪，被测气体的压强更是可能从常压一直变化到高真空状态。因此，质谱仪必须配置有气体取样装置，以便将处于不同压强的气体在保持成分构成不发生变化的前提下减压输送至高真空状态的分析室。现有的气体取样装置(如膨胀法取样)工作方式大多是间歇作业的，不能对气体样品进行在线连续取样；而能够连续取样的气体取样装置(如针阀节流取样)通常只适用于测量单一固定气压的工况，难以对压力大范围变化的工况进行连续取样。例如采用针阀作为一种微调阀，可以调节气流量，但是限于其自身结构，可调节压力范围有限，且可调节精度不够高。目前，随着科学研究和工业生产技术水平的持续进步，对气体分析技术的要求也不断提高，在气体压力大范围变化条件下实现气体成分的高精度在线连续监测，已成为迫切的实际需求，现有的质谱仪气体取样方法与装置，无法满足在气体压力变化的情况下实现高精度连续取样的要求，制约了气体分析质谱仪的发展和应用，迫切需要一种全新的气体取样装置及方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置及方法。本发明可以在气体压力变化的情况下连续取样，填补了气体分析行业在这一方面的空白，且对于其他行业中在气体压力变化的情况下连续取样的工作同样适用，其技术方案如下：

一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置，包括外壳与质谱系统，所述外壳内部滑动安装内板，其内板上表面开设有蛇形线式槽，开设的蛇形线式槽由进气端向出气端逐渐增加截面面积，所述内板上表面贴合外壳壳内上壁表面，所述外壳壳内上壁面开设有通气槽，且通气槽的纵向长度等于蛇形线式槽的延展宽度，同时通气槽开设有进气口，且进气口贯穿外壳上壁后依次连接进气管与进气阀，所述蛇形线式槽出气端开设有贯穿内板的出气管，而出气管下端连接管路的一端，所述管路的另一端穿过外壳右壳壁后连接质谱系统，所述内板中部开设有螺纹孔，螺纹孔中配装有丝杠，而丝杠另一端贯穿外壳远质谱系统侧壳壁后配装减速器的输出端，所述减速器的输入端配装电动机的输出端，所述外壳下端固定安装底板，底板上表面固定安装有均匀分布的弹簧轴承槽，弹簧轴承槽上端滚动安装轴承，所述外壳与质谱系统之间的管路依次安装节流阀门与真空泵，所述真空泵上与节流阀门之间的管路安装真空规。

所述内板中部开设的螺纹孔的长度略长于蛇形线式槽的排布长度，丝杠的螺纹表面长度略长于蛇形线式槽的排布长度，所述滚动轴承上端略高于内板下表面。

所述内板上表面蛇形线槽区域外开设有封闭槽，所述封闭槽内卡装橡胶密封圈。

所述外壳下端与底板外缘均焊接有法兰，所述外壳的法兰与底板的法兰通过螺栓进行安装，所述法兰接触面贴合有密封橡胶层。

一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置的取样方法，包括如下步骤：

步骤1：关闭进气阀门，打开节流阀门，开启真空泵抽真空，气体通路内的气体压力逐渐下降到质谱仪的最大工作压强时，启动质谱系统内真空泵，加快抽真空的速度，抽真空的同时也清洁了分析气体成分的气体通路，直至真空度达到质谱仪的最佳工作压强；

步骤2：启动电动机，将内板移动至最靠近质谱仪位置，使外壳上壁通气槽与蛇形线式槽的进气端最小截面处相通，打开进气阀门，被分析气体进入气体通路；

步骤3：根据真空规测量到的真空度反馈控制电动机，将内板逐渐向远离质谱仪方向移动，使与外壳上壁通气槽接通的蛇形线式槽的气体通路长度逐渐变小，气体流量逐渐增大，通道内气体流量和真空度满足质谱仪工作的要求；

步骤4：当进气管中被分析气体压力变化时，根据真空规测量到的真空度反馈控制电动机，当取样气体压力大时，往质谱仪的方向移动内板，以增长气体通路，减小压力，恢复至质谱仪工作压力；当取样气体压力小时，往远离质谱仪的方向移动内板，以减短气体通路，增大压力，恢复至质谱仪工作压力，始终保证通道内收集到的取样气体具有稳定的压力和流量，保证真空度符合质谱仪工作真空度；

此工作过程是连续性过程，此设备可以连续在线检测气体成分。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过流导可变的气体采样通道与真空泵的配合工作，可以使被分析气体能够持续流入采样系统，及时更新，从而实现了气体在线连续取样功能，具备了对分析气体连续在线检测能力，而且响应时间快，灵敏度高，克服了气体间歇采样的不足。

2、本发明提出的变截面、变长度的气体采样通道结构，配合可移动内板，能够灵活地大范围调节气体采样通道的流导。当被分析气体的压力出现变化时，通过反馈调节内板的位置，能够使气体采样通道具有合适的流导，从而始终保证在采样通道出口处具有稳定的气体压力和流量，保证质谱仪处于良好的工作状态。本发明突破了传统在线采样方法只能适用于单一压力下的限制，能在气体压力大范围变化情况下正常工作。

3、本发明将很长的气体管路变成蛇形线式曲线刻制在平板上的气体通路，大大减小了设备体积和占用空间；在内板蛇形线式槽周围设置全封闭密封圈，利用弹簧对内板施加作用力将其紧压在外壳内壁上表面，能够确保气体采样通道的气密性，减少外部气体进入采样通道，从而提高采样装置的测量精度。

4、本发明提出的变截面变长度蛇形线式槽形气体通道，可以根据实际工况需要分段设计加工其截面面积和长度，从而改变通道流导随内板移动位置的变化关系，使其适合于不同压力段和不同流量要求的实际应用场合，并能专门提高某一压力段的调节精度。因此，本发明提出的气体采样装置，适用范围更加广泛，测量精度更高。

附图说明

图1为本发明的一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置的结构原理图；

图2为蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置的结构示意图；

图3为蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置内板的结构示意图；

图中：1、电动机，2、减速器，3、法兰，4、底板，5、丝杠，6、外壳，7、橡胶密封圈，8、进气阀，9、内板，10、蛇形曲线槽，11、出气管、12、管路、13、截流阀门，14、真空规，15、质谱系统，16、真空泵，17、弹簧轴承槽、18、通气槽，19、封闭槽，20、螺纹孔，21、滚动轴承。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

所述外壳下端固定安装底板，底板上表面固定安装有均匀分布的弹簧轴承槽，弹簧轴承槽上端滚动安装轴承，所述外壳与质谱系统之间的管路依次安装节流阀门与真空泵，所述真空泵上与节流阀门之间的管路安装真空规。

如图1至图3示，本发明提供了一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置，包括外壳6与质谱系统15，外壳6为装置的主体安装基础与保护基础，质谱系统15进行待检测气体的质谱检测，所述外壳6内部滑动安装内板9，为蛇形线式槽10的开设提供基础，同时通过移动实现蛇形线式槽10与通气槽18相对位置的变化，其内板9上表面开设有蛇形线式槽10，将原有的直线式气体通路进行蛇形弯曲排布，降低占用空间，同时通过与通气槽位置的变化，开设的蛇形线式槽10由进气端向出气端逐渐增加截面面积，通过连续性的改变通气槽截面面积，实现通气量的控制，所述内板9上表面贴合外壳6壳内上壁表面，配合内板9上表面构成完整封闭气路，所述外壳6壳内上壁面开设有通气槽18，通过与蛇形线式槽10的配合，实现对蛇形线式槽10进气位置的变化，且通气槽18的纵向长度等于蛇形线式槽10的延展宽度，保证了移动过程中蛇形线式槽10全部纳在通气槽18内，继而保证进气效果，同时通气槽18开设有进气口，且进气口贯穿外壳6上壁后依次连接进气管与进气阀8，所述蛇形线式槽10出气端开设有贯穿内板9的出气管11，将气体导出至管路12，而出气管11下端连接管路12的一端，通过管路12将气体导入质谱系统15，所述管路12的另一端穿过外壳6右壳壁后连接质谱系统15，通过质谱系统15对气体进行质谱检测，所述内板9中部开设有螺纹孔20，配合丝杠5，通过丝杠5的转动使得内板9在外壳6内进行移动，螺纹孔20中配装有丝杠5，将动力传送至装置内，而丝杠5另一端贯穿外壳6左壳壁后配装减速器2的输出端，将电机输出的转速进行降速，保证对内板9移动的稳定性，所述减速器2的输入端配装电动机1的输出端，为装置的工作提供动力，所述外壳6下端固定安装底板4，对外壳6进行封闭，同时为上部结构提供安装基础，底板4上表面固定安装有均匀分布的弹簧轴承槽17，为滚动轴承21提供安装基础，同时通过弹性特性，使得滚动轴承21能够更好的贴合内板9上表面，弹簧轴承槽17上端安装滚动轴承21，通过滚动，降低内板9移动过程中的摩擦力，所述外壳6与质谱系统15之间的管路依次安装节流阀门13与真空泵16，控制装置的气体流速，所述真空泵16上与节流阀门13之间的管路安装真空规14，对装置内的真空度进行监测，同时管路采用硬质管材，继而保证真空度出现时，管路不会发生变形。

所述内板9中部开设的螺纹孔20的长度略长于蛇形线式槽10的横向排布长度，丝杠5的螺纹表面长度略长于螺纹孔20长度，保证丝杠5能够更好的带动内板9进行移动，同时避免丝杠5脱离内板9，所述滚动轴承21上端略高于内板9下表面，保证足够的压合力，保证足够的气密性。

所述内板9上表面蛇形线式槽区域外开设有封闭槽19，所述封闭槽19内卡装橡胶密封圈7，增加密封性。

所述外壳6下端与底板4外缘均焊接有法兰3，所述外壳6的法兰3与底板4的法兰3通过螺栓进行安装，所述法兰3接触面贴合有密封橡胶层，实现有效的组合安装，同时保证足够的气密性。

一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置的取样方法，包括如下步骤：

步骤1：关闭进气阀8门，打开截流阀门13，开启真空泵16抽真空，气体通路内的气体压力逐渐下降到质谱仪的最大工作压强时，启动质谱系统15内真空泵16，加快抽真空的速度，抽真空的同时也清洁了分析气体成分的气体通路，直至真空度达到质谱仪的最佳工作压强；

步骤2：启动电动机1，将内板9移动至最靠近质谱仪位置，使外壳6上壁通气槽18与蛇形线式槽10的进气端最小截面处相通，打开进气阀门8，被分析气体进入气体通路；

步骤3：根据真空规14测量到的真空度反馈控制电动机1，将内板9逐渐向远离质谱仪方向移动，使与外壳6上壁通气槽18接通的蛇形线式槽10的气体通路长度逐渐变小，气体流量逐渐增大，通道内气体流量和真空度满足质谱仪工作的要求；

步骤4：当进气管中被分析气体压力变化时，根据真空规14测量到的真空度反馈控制电动机1，当取样气体压力大时，往质谱仪的方向移动内板9，以增长气体通路，减小压力，恢复至质谱仪工作压力；当取样气体压力小时，往远离质谱仪的方向移动内板9，以减短气体通路，增大压力，恢复至质谱仪工作压力，始终保证通道内收集到的取样气体具有稳定的压力和流量，保证真空度符合质谱仪工作真空度；

此工作过程是连续性过程，此设备可以连续在线检测气体成分。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置，包括外壳与质谱系统，所述外壳内部滑动安装内板，其内板上表面开设有蛇形线式槽，开设的蛇形线式槽由进气端向出气端逐渐增加截面面积，所述内板上表面贴合外壳壳内上壁表面，所述外壳壳内上壁面开设有通气槽，且通气槽的纵向长度等于蛇形线式槽的延展宽度，同时通气槽开设有进气口，且进气口贯穿外壳上壁后依次连接进气管与进气阀，所述蛇形线式槽出气端开设有贯穿内板的出气管，而出气管下端连接管路的一端，所述管路的另一端穿过外壳右壳壁后连接质谱系统，所述内板中部开设有螺纹孔，螺纹孔中配装有丝杠，而丝杠另一端贯穿外壳左壳壁后配装减速器的输出端，所述减速器的输入端配装电动机的输出端，所述外壳下端固定安装底板，底板上表面固定安装有均匀分布的弹簧轴承槽，弹簧轴承槽上端滚动安装轴承，所述外壳与质谱系统之间的管路依次安装节流阀门与真空泵，所述真空泵上与节流阀门之间的管路安装真空规。

2.根据权利要求1所述的一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置，其特征在于，所述内板中部开设的螺纹孔的长度略长于蛇形线式槽的横向排布长度，丝杠的螺纹表面长度略长于螺纹孔长度，所述滚动轴承上端略高于内板下表面。

3.根据权利要求1所述的一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置，其特征在于，所述内板上表面蛇形线槽区域外开设有封闭槽，所述封闭槽内卡装橡胶密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置，其特征在于，所述外壳下端与底板外缘均焊接有法兰，所述外壳的法兰与底板的法兰通过螺栓进行安装，所述法兰接触面贴合有密封橡胶层。

5.权利要求1所述的一种蛇形线式质谱仪连续性变压取样装置的取样方法，包括如下步骤：

步骤1：关闭进气阀门，打开节流阀门，开启真空泵抽真空，气体通路内的气体压力逐渐下降到质谱仪的最大工作压强时，启动质谱系统内真空泵，加快抽真空的速度，抽真空的同时也清洁了分析气体成分的气体通路，直至真空度达到质谱仪的最佳工作压强；

步骤2：启动电动机，将内板移动至最靠近质谱仪位置，使外壳上壁通气槽与蛇形线式槽的进气端最小截面处相通，打开进气阀门，被分析气体进入气体通路；

步骤3：根据真空规测量到的真空度反馈控制电动机，将内板逐渐向远离质谱仪方向移动，使与外壳上壁通气槽接通的蛇形线式槽的气体通路长度逐渐变小，气体流量逐渐增大，通道内气体流量和真空度满足质谱仪工作的要求；

步骤4：当进气管中被分析气体压力变化时，根据真空规测量到的真空度反馈控制电动机，当取样气体压力大时，往质谱仪的方向移动内板，以增长气体通路，减小压力，恢复至质谱仪工作压力；当取样气体压力小时，往远离质谱仪的方向移动内板，以减短气体通路，增大压力，恢复至质谱仪工作压力，始终保证通道内收集到的取样气体具有稳定的压力和流量，保证真空度符合质谱仪工作真空度；

此工作过程是连续性过程，此设备可以连续在线检测气体成分。