CN110850013B - 一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，包括箱体和箱盖，箱盖的内侧面设有加热模块，加热模块的内部设有热导检测器模块，加热模块的外周部设有色谱柱模块，加热模块包括圆柱状加热块，加热块上连接有加热元件，加热块靠近箱盖的一端端面中部设有安装圆孔，加热块的外圆周面沿其轴线间隔设有至少两个环形安装槽；热导检测器模块包括固定在安装圆孔内部的检测器本体；色谱柱模块包括与至少两个环形安装槽的位置相对应的至少两根色谱柱，每根色谱柱固定安装在位置相对应的环形安装槽内。本发明结构设计合理、紧凑，有效的利用了柱箱模块内部的空间，节省了便携色谱仪的整体体积，能实现绝缘油和含气量模式的气路流程切换，使用方便。

Description

一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块

技术领域：

本发明涉及一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块。

背景技术：

对于电力行业来说，定期的绝缘油色谱分析是保障充油设备正常工作所不可活或缺的条件，目前常用的色谱分析设备是实验室色谱分析和在线色谱分析仪器。实验室色谱分析仪准确度和灵敏度高，但设备结构复杂，不方便携带。在线绝缘油色谱分析设备适合连续的对同一台设备进行连续监测，但灵敏度较低，同样也不方便移动。对于一些突发的设备故障需要快速现场分析，或者短期内持续高精度的连续跟踪监测，传统的实验室设备和在线设备均无法满足要求。

为了解决上述问题，便携式的色谱仪则应运而生。然而，现有的便携式的色谱仪中，其色谱柱箱和检测器都是单独分离设计的，各自实现自己的功能，这种分体式设计需要占用更多的空间，且因为要考虑到移动性的特点，其体积受到一定的限制，因此其内部空间紧凑，如何利用有效的空间成为首要解决的问题。

发明内容：

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种便携的色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，不仅结构设计合理、紧凑，而且满足使用需求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，包括箱体和旋转连接于箱体一端的箱盖，所述箱盖的内侧面设置有加热模块，所述加热模块的内部设置有热导检测器模块，加热模块的外周部设置有色谱柱模块。

进一步的，所述加热模块包括固联在箱盖内侧面的圆柱状加热块，所述加热块上连接有加热元件，加热块靠近箱盖的一端端面中部设有安装圆孔，加热块的外圆周面沿其轴线间隔设有至少两个环形安装槽；所述热导检测器模块包括固定在安装圆孔内部的检测器本体；所述色谱柱模块包括与至少两个环形安装槽的位置相对应的至少两根色谱柱，每根色谱柱分别固定安装在位置相对应的环形安装槽内。

进一步的，所述检测器本体的外周面与安装圆孔的内壁之间具有间隙，检测器本体的底面与安装圆孔的底面之间设置有石墨垫片。

进一步的，所述加热块靠近箱盖的一端端面设有两个对称分布的加热孔；所述加热元件包括两根加热棒，两个加热棒分别插设到两个加热孔中。

进一步的，所述加热棒由24V直流温度控制系统控制加热。

进一步的，其中一根加热棒的旁侧设置有温度传感器；加热块靠近箱盖的一端端面还设置有用以控制加热棒的电源断开的过温保护器。

进一步的，所述加热块靠近箱盖的一端端面设置有两根用以与箱盖相连接的连接螺柱。

进一步的，所述环形安装槽为三个，色谱柱的数量为三根，每个环形安装槽内均安装有色谱柱。

进一步的，三根色谱柱分别为第一色谱柱、第二色谱柱以及第三色谱柱；所述箱盖的外侧面设置有用以通入载气的色谱柱分流器、用以通入辅助载气的输入口、第一输出口、第二输出口、第三输出口、第四输出口、二通电磁阀、三通电磁阀A、三通电磁阀B以及三通电磁阀C，所述第一色谱柱与第二色谱柱的进口分别与色谱柱分流器相连接，第三色谱柱的进口经二通电磁阀与色谱柱分流器相连接，第二色谱柱的出口与第一输出口相连；所述第一色谱柱的出口与三通电磁阀B的工作口相连，三通电磁阀B的排出口与三通电磁阀A的排出口相连，三通电磁阀B的进口端分别与第二输出口及三通电磁阀C的排出口相连，所述三通电磁阀A的进口端与第三色谱柱的出口相连，三通电磁阀A的工作口与检测器本体的测量臂R的一端相连，检测器本体测量臂R的另一端与三通电磁阀C的工作口相连，三通电磁阀C的进口端与第三输出口相连，检测器本体的测量臂L的两端分别与输入口和第四输出口相连。

进一步的，所述箱体内部设置有箱体保温块，所述箱体保温块的中部设有用以容置加热块的容腔，所述箱盖的内侧面于加热块的外周侧环设有用以与箱体保温块相贴合的箱盖保温块。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明结构设计合理、紧凑，有效的利用了柱箱模块内部的空间，节省了便携色谱仪的整体体积，方便了气路连接，同时该气路连接能实现绝缘油和含气量模式的气路流程切换，使用方便。

附图说明：

图1是本发明实施例的立体构造示意图一；

图2是本发明实施例的立体构造示意图二；

图3是加热模块、热导检测器模块以及色谱柱模块的装配构造示意图；

图4是图3中的A-A剖视图；

图5是本发明实施例的气路连接示意图。

图中：

1-箱体；2-箱盖；3-加热模块；4-热导检测器模块；5-色谱柱模块；6-加热块；7-加热元件；8-安装圆孔；9-环形安装槽；10-检测器本体；11-色谱柱；12-填充柱；13-石墨垫片；14-温度传感器；15-过温保护器；16-连接螺柱；17-手拧锁紧螺丝；18-第一色谱柱；19-第二色谱柱；20-第三色谱柱；21-色谱柱分流器；22-输入口；23-第一输出口；24-第二输出口；25-第三输出口；26-第四输出口；27-二通电磁阀；28-三通电磁阀A；29-三通电磁阀B；30-三通电磁阀C；31-色谱柱转接头；32-进样阀；33-固定螺丝；34-箱体保温块；35-箱盖保温块；36-容腔。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1～5所示，本发明一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，包括箱体1和旋转连接于箱体1一端的箱盖2，所述箱盖2的内侧面设置有加热模块3，所述加热模块3的内部设置有热导检测器模块4，加热模块3的外周部设置有色谱柱模块5。

本实施例中，所述加热模块3包括固联在箱盖内侧面的圆柱状加热块6，所述加热块6上连接有加热元件7，加热块6靠近箱盖的一端端面中部设有安装圆孔8，加热块6的外圆周面沿其轴线间隔设有至少两个环形安装槽9；所述热导检测器模块4包括固定在安装圆孔8内部的检测器本体10；所述色谱柱模块5包括与至少两个环形安装槽9的位置相对应的至少两根色谱柱11，每根色谱柱11分别固定安装在位置相对应的环形安装槽9内。

本实施例中，所述色谱柱11由2～4根外径为3mm，长度为2m左右的填充柱12组成，填充柱为不锈钢或聚四氟乙烯。

本实施例中，所述加热块6采用太阳花状实心铝合金型材进行切削加工。

本实施例中，所述检测器本体10的底面与安装圆孔8的底面之间设置有0.5mm厚的石墨垫片13，其目的是利用导热石墨片制作的石墨垫，该石墨垫在水平方向导热系数可到到1500W/m•k 在垂直方向导热系数50W/m•k，利用石墨垫片的在水平方向和垂直方向的导热差异使得通过加热块传导到热导池体的温度更加均匀。所述检测器本体的外周面与安装圆孔的内壁之间具有0.3mm的间隙，即加热块与检测器本体不接触，从加热块传导到热导检测器的热量主要通过石墨垫片完成，保证热导池体的温场均匀。

本实施例中，所述加热块、石墨垫片以及检测器本体之间经由固定螺丝锁紧固定，固定螺丝贯穿加热块的底部。

本实施例中，所述加热块6靠近箱盖2的一端端面设有两个对称分布的加热孔；所述加热元件7包括两根40W、24V加热棒，两个加热棒分别插设到两个加热孔中。两根加热棒呈对称式分布，减少出线占用空间。

本实施例中，为了保证热导检测器工作时温度的恒定，所述加热棒由24V直流温度控制系统控制加热；24V直流温度控制系统具有稳定的直流电压，和较快的加热脉冲频率，相对于传统的交流控温系统控温精度更高，控温精度优于0.02摄氏度，加热部分对检测器的温度电磁干扰被降低的最小。

本实施例中，为了减少热导检测器模块的整体体积，其检测器 采用采用微池体积的热导结构，铼钨丝孔结构尺寸为直径3.6mm深度18mm，单池容积大约150μL左右。

本实施例中，其中一根加热棒的旁侧设置有温度传感器14，用于检测温度；优选的温度传感器的材质为PT100铂电阻传感器，铂电阻采用3mm×20mm规格不锈钢封装，引线采用高温线。

本实施例中，加热块6靠近箱盖2的一端端面还设置有用以控制加热棒的电源断开的过温保护器15；过温保护器选用120℃/10A 常闭过温保护器，当因为异常情况导致加热模块温度升高；超过120℃时，过温保护器自动断开加热棒电源。

本实施例中，所述加热块6靠近箱盖2的一端端面设置有两根用以与箱盖2相连接的连接螺柱16，连接螺柱的外径外5mm，长度为15mm，材质为不锈钢。

本实施例中，箱盖2上还设置有手拧锁紧螺丝17，箱体1上设置有用以与手拧锁紧螺丝相配合的连接板，以便实现箱盖与箱盖的锁紧。

本实施例中，所述环形安装槽9为三个，色谱柱11的数量为三根，每个环形安装槽内均安装有色谱柱。在绝缘油分析中，通常有两种分析要求，一种是常规的绝缘油分析，用两根色谱柱，分析七个组分；一种是含气量分析，分析九个组分，用三根色谱柱，其中绝缘油分析和含气量分析共用热导检测器。

本实施例中，三根色谱柱11分别为第一色谱柱18、第二色谱柱19以及第三色谱柱20；如图5所指示，具体的气路连接为：所述箱盖2的外侧面设置有用以通入载气的色谱柱分流器21、用以通入辅助载气的输入口22、第一输出口23、第二输出口24、第三输出口25、第四输出口26、二通电磁阀27、三通电磁阀A28、三通电磁阀B29以及三通电磁阀C30，所述第一色谱柱18与第二色谱柱19的进口分别与色谱柱分流器21相连接，第三色谱柱20的进口经二通电磁阀27与色谱柱分流器21相连接，第二色谱柱19的出口与第一输出口23相连；所述第一色谱柱28的出口与三通电磁阀B29的工作口A相连，三通电磁阀B29的排出口R与三通电磁阀A28的排出口R相连，三通电磁阀B29的进口端P分别与第二输出口24及三通电磁阀C30的排出口R相连，所述三通电磁阀A28的进口端P与第三色谱柱20的出口相连，三通电磁阀A28的工作口A与检测器本体10的测量臂R的一端相连，检测器本体10的测量臂R的另一端与三通电磁阀C30的工作口A相连，三通电磁阀C30的进口端P与第三输出口相25连，检测器本体10的测量臂L的两端分别与输入口22和第四输出口26相连。

具体的切换原理如下：

（1）绝缘油模式时：默认状态下，二通电磁阀27关闭，三通电磁阀A28的R口和A口通，三通电磁阀B29的A口和R口通，三通电磁阀C30的A口和R口通。这时待分析样品，从色谱柱分流器流入，一部分样品进入第二色谱柱19，样品中的烃类物质经第二色谱柱19进行分离后，经过第一输出口23连接的FID检测器进行检测；一部分样品进入第一色谱柱18，样品中的氢气和一氧化碳、二氧化碳等物质被分离，分离后的样品通过三通电磁阀B29的A口流向R口，经过三通电磁阀A28的R口流向A口，进入热导检测器模块4的测量臂R内。样品中的氢气通过热导检测器转化成电信号进行输出，通过热导检测器模块4的样品进一步经过三通电磁阀C30的A口流向R口，经过出第二输出口24接入到甲烷化转化炉，进一步通过FID检测器完成一氧化碳和二氧化碳的检测。这时第三色谱柱20处于封闭状态，载气和空气不能进入色谱柱，色谱柱可长期保存。

（2）当需要分析含气量时：二通电磁阀27上电打开，三通电磁阀A、B、C均上电打开。这时三通电磁的A28的A口和P口相通，三通电磁阀B29的A口和P口相通，三通电磁阀C30的A口和P口相通。这时样品从色谱柱分流器进入后。一部分经过色谱转接头31进入第二色谱柱19，样品中的烃类物质经第二色谱柱19进行分离后，经过第一输出口23连接的FID检测器进行检测；一部分样品经色谱柱转接头进入第一色谱柱18，样品中的氢气和一氧化碳、二氧化碳等物质被分离，分离后的样品通过三通电磁阀B29的A口流向P口经过第二输出口24接入到甲烷化转化转化炉，进一步通过FID检测器完成一氧化碳和二氧化碳的检测；另外一部分样品气体通过二通电磁阀27以及色谱柱转接头31进入第三色谱柱20，样品中的氢气、氧气、氮气、等组分经过第三色谱柱分离后，经过色谱柱转接头31流向三通电磁阀A28由P口流向A口经热导检测器模块4检测后将样品浓度转换成电信号，检测完成的样品经三通电磁阀C30的A口流向P口进一步经第三输出口流出，然后排空。

通过阀切换实现了含气量模式和绝缘油分析模式的自动切换，这样在不进行含气量分析时断开含气量分析的第三色谱柱，对色谱柱进行密封防止水分和二氧化碳进入色谱柱引起色谱柱失效。

本实施例中，所述箱体1内部设置有箱体保温块34，所述箱体保温块34的中部设有用以容置加热块的容腔36，所述箱盖2的内侧面于加热块6的外周侧环设有用以与箱体保温块34相贴合的箱盖保温块35，当箱盖扣紧箱体时，箱盖保温块与箱体保温块密切接触不产生缝隙，起到良好的保温效果。优选的，箱体保温块由五块拼接组成，其材质为轻质莫来石固态保温材料，尺寸精确，导热系数小，热容小。而箱盖保温块采用柔性的陶瓷纤维纸裁切成一定的形状。

本实施例中，为了方便将箱体1固定到便携箱内部，所述箱体的四周设置有四个固定孔，箱体通过锁紧螺栓穿过固定孔锁紧于便携箱内。

本实施例中，所述箱体为矩形状，其由1.5mm厚的铝合金板材通过钣金铆接等工艺成型，其大小为100mm×100mm×60mm。

本实施例中，加热块的两侧留有用于热导检测器的气路管引出的槽，加热控制线，热导检测器的信号线通过箱盖保温层预留的通道从箱盖侧部引出。

本发明的优点在于：

（1）有效的利用了箱体内部的空间，节省了便携色谱仪的整体体积，方便了气路连接；

（2）只需要一路恒温控制系统可以同时满足柱箱和热导检测器的恒温需求，节省了加热所需的能源；加热采用24V直流加热，提高了控温精度减少了加热对检测器信号的干扰；

（3）色谱柱出口直接和热导检测器连接，有效的减少了从色谱柱到热导检测器的死体积，减少了色谱峰的延展效应；

（4）箱盖方便打开，便于维护和更换色谱柱；

（5）采用高导热石墨片作为热导检测器本体和加热块之间的温度传递介质，利用石墨的水平方向导和垂直方向导热的差异性，保证热导检测器本体的温度均匀性，与以往的空气绝热温场结构相比热导检测器稳定更快；

（6）热导检测器采用微池结构，内部单个铼钨丝池体积150μL左右，能有效的提高在低柱流速下的峰型改善；

（7）能实现绝缘油和含气量模式的气路流程切换，在不使用含气量时对含气量分析的色谱柱进行密封保护，防止柱失效。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，包括箱体和旋转连接于箱体一端的箱盖，其特征在于：所述箱盖的内侧面设置有加热模块，所述加热模块的内部设置有热导检测器模块，加热模块的外周部设置有色谱柱模块；所述加热模块包括固联在箱盖内侧面的圆柱状加热块，所述加热块上连接有加热元件，加热块靠近箱盖的一端端面中部设有安装圆孔，加热块的外圆周面沿其轴线间隔设有至少两个环形安装槽；所述热导检测器模块包括固定在安装圆孔内部的检测器本体；所述色谱柱模块包括与至少两个环形安装槽的位置相对应的至少两根色谱柱，每根色谱柱分别固定安装在位置相对应的环形安装槽内；所述环形安装槽为三个，色谱柱的数量为三根，每个环形安装槽内均安装有色谱柱；三根色谱柱分别为第一色谱柱、第二色谱柱以及第三色谱柱；所述箱盖的外侧面设置有用以通入载气的色谱柱分流器、用以通入辅助载气的输入口、第一输出口、第二输出口、第三输出口、第四输出口、二通电磁阀、三通电磁阀A、三通电磁阀B以及三通电磁阀C，所述第一色谱柱与第二色谱柱的进口分别与色谱柱分流器相连接，第三色谱柱的进口经二通电磁阀与色谱柱分流器相连接，第二色谱柱的出口与第一输出口相连；所述第一色谱柱的出口与三通电磁阀B的工作口相连，三通电磁阀B的排出口与三通电磁阀A的排出口相连，三通电磁阀B的进口端分别与第二输出口及三通电磁阀C的排出口相连，所述三通电磁阀A的进口端与第三色谱柱的出口相连，三通电磁阀A的工作口与检测器本体的测量臂R的一端相连，检测器本体测量臂R的另一端与三通电磁阀C的工作口相连，三通电磁阀C的进口端与第三输出口相连，检测器本体的测量臂L的两端分别与输入口和第四输出口相连。

2.根据权利要求1所述的一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，其特征在于：所述检测器本体的外周面与安装圆孔的内壁之间具有间隙，检测器本体的底面与安装圆孔的底面之间设置有石墨垫片。

3.根据权利要求1所述的一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，其特征在于：所述加热块靠近箱盖的一端端面设有两个对称分布的加热孔；所述加热元件包括两根加热棒，两个加热棒分别插设到两个加热孔中。

4.根据权利要求3所述的一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，其特征在于：所述加热棒由24V直流温度控制系统控制加热。

5.根据权利要求3所述的一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，其特征在于：其中一根加热棒的旁侧设置有温度传感器；加热块靠近箱盖的一端端面还设置有用以控制加热棒的电源断开的过温保护器。

6.根据权利要求1所述的一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，其特征在于：所述加热块靠近箱盖的一端端面设置有两根用以与箱盖相连接的连接螺柱。

7.根据权利要求1所述的一种色谱仪柱箱和热导检测器一体化模块，其特征在于：所述箱体内部设置有箱体保温块，所述箱体保温块的中部设有用以容置加热块的容腔，所述箱盖的内侧面于加热块的外周侧环设有用以与箱体保温块相贴合的箱盖保温块。

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