CN114887683A - 一种小型冷阱加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种小型冷阱加热系统,所述小型冷阱加热系统包括加热元件、测温元件、供电模块、温度控制模块,其中:所述加热元件包括两个电热合金薄片,所述电热合金薄片呈半圆弧状,所述半圆弧状电热合金薄片内径等于待装入冷阱管外径,所述两个电热合金薄片头部用导热金属压环焊接连接,所述两个电热合金薄片尾端分别焊接有金属扇片,并通过金属扇片连接供电模块;所述测温元件设置于电热合金薄片表面以检测电热合金片温度并传送至温度控制模块;所述温度控制模块通过读取测温元件传送温度再控制供电模块以调节加热元件温度。

Description

一种小型冷阱加热系统
技术领域
本发明属于环境空气监测的技术领域,特别涉及一种小型化冷阱的加热系统。
背景技术
近年来,我国对环境保护的力度不断加大,理念不断加强。大家越来越意识到,想摆脱重污染天数打造优良天数,VOCs的监测治理是重中之重。
其中环境空气VOCs浓度低,已有的VOCs检测技术很难实现低浓度VOCs 的直接准确监测已成为时下的痛点。在监测过程中引入吸附浓缩原理的富集系统,通过富集实现检测进样量成倍增加,以提高整个系统的检出能力,是解决 VOCs准确监测的重要核心技术,能够将VOCs分析水平从ppm提升至ppt级别。高效富集阱由于高温区域的线速升温技术、高精度控温技术等难点,国内始终无法突破,导致市面上没有成熟的吸附浓缩原理的富集设备,必须从美国、英国等国外进行采购,存在供货不稳定、交期长、价格昂贵等问题。因此研发一款基于低温捕集高温脱附半导体制冷原理的高效富集阱是解决臭氧超标问题, VOCs的监测治理的必经之路。而对于富集系统来说,其中最重要的器件之一就是具有快速加热技术的高效捕集阱,其直接影响了测量的准确度以及仪器的稳定性。
目前市面上主流冷阱的加热温度控制存在如下问题:a、温度控制对象多是捕集管的固定铝块,而在实际的应用当中,温度指标是针对捕集管本身的要求; b、仪表仅进行低温温度显示,不进行高温温度显示,高温部分的控制仅使用经验值,不做直接的控制调节。导致每次的脱附温度不能保证稳定性以及重复性。经常出现加热异常损坏元件的情况;c、使用加热丝直接缠绕在捕集管上进行加热,其存在缝隙加热不均匀情况,导致样品在脱附过程中存在先后顺序检出,影响分析峰型问题;d、使用加热丝这种加热元件导致更换捕集管难度大,必须拆开整个阱才能实现捕集管的更换,不利于生产维护。e、使用加热丝或铝块的形式作为加热元件导致升温速率低,无法实现吸附物的高效洗脱。
发明内容
为解决上述问题,本发明的首要目的在于提供一种加热均匀、升温速率高的小型冷阱加热系统。
本发明所采用的技术方案是:
一种小型冷阱加热系统,包括加热元件、测温元件、供电模块、温度控制模块,其中:
所述加热元件包括两个电热合金薄片,所述电热合金薄片呈半圆弧状,所述半圆弧状电热合金薄片内径等于待装入冷阱管外径,所述两个电热合金薄片头部用导热金属压环焊接连接,所述两个电热合金薄片尾端分别焊接有金属扇片,并通过金属扇片连接供电模块;
所述测温元件设置于电热合金薄片表面以检测电热合金片温度并传送至温度控制模块;
所述温度控制模块通过读取测温元件传送温度再控制供电模块以调节加热元件温度。
优选所述电热合金薄片采用Ni-Cr系或Fe-Cr-Al系合金,阻值≤0.2Ω。
所述导热金属压环采用银、铜、铝中的一种。
优选所述金属扇片采用导电性能良好的金属。
优选所述金属扇片采用银、铜、金铝中的一种。
优选所述测温元件为高精度热电偶温度传感器。
优选所述电热合金薄片上设有多个紧固片用以夹紧测温元件
优选所述测温元件直径不大于0.5mm。
优选所述小型冷阱加热系统还包括参数设置模块用以对系统参数进行设置以及显示。
优选所述通过PID参数调节方法控制调节加热元件温度。
本发明使用的加热元件创新性使用加热材质打薄洗压出完全贴合冷阱管的两片式加热结构。与目前的加热丝、加热块等方式相比,实现与冷阱管中需要加热部分均完整贴合,不存在加热不均匀的情况,保证了加热效果的均一性,大大降低了局部过热情况出现。同时由于加热元件的与冷阱管结构弧度相同,与冷阱管的贴合度一致性高,出于该元件材料自身应力作用,可以在不拆卸该元件的基础上,将冷阱管从底部直接拉出更换,减少更换的步骤,降低更换难度。测温元件直接设置于加热元件表面,可以迅速感知加热元件的温度变化实现更精确的温度控制。通过线性温度控制算法,快速将温度稳定在所需温度上,提高了设备的控温精度以及稳定时间。与常规的不做高温数据展示的产品相比,提高了数据的可信度,保持了每次加热效果的一致性,更好的为后端分析提供了条件。
附图说明
图1是本发明实施例的加热元件结构示意图;
图2是本发明实施例的加热元件分解结构示意图;
图3是本发明实施例的温度控制原理图。
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。
参照图1、图2所示,本发明实施例中加热元件1包括两个电热合金薄片 11,电热合金薄片11采用Fe-Cr-Al系合金,电热合金薄片11呈半圆弧状,电热合金薄片11内径等于待装入冷阱管2外径,禁锢在2冷阱管外表面,其均匀的贴附保证了加热的均匀性以及一致性,此部件的热阻值极低,不大于0.2Ω,保证了较高的加热速率,其中冷阱管2为长度8mm,外径3mm,内径2mm的中空圆柱体,内部填有自制填料,可用于对环境空气种的VOCs进行捕集吸附,为防止与加热元件直接接触造成短路情况,此部件采用石英材质,两个电热合金薄片头部用导热金属压环12焊接连接以避免局部过热,导热金属压环12材质选用导热性能良好的铜,两个电热合金薄片尾端分别焊接有金属扇片13,两个金属扇片13材质选用导电性能良好的铜以便,测温元件3采用高精度热电偶温度传感器,直径不大于0.5mm,设置于电热合金薄片11表面,检测电热合金片温度并传送至温度控制模块,电热合金薄片11上还设有多个紧固片111用以夹紧测温元件3。
图3是本发明实施例的温度控制原理图,温度控制模块通过读取测温元件传送温度再通过PID参数调节方法控制供电模块以调节加热元件温度,首先在参数设置模块上进行温度设置,并启动升温指令,温度控制模块接收到参数设置模块的控制指令,并根据测温元件3实时反馈的实际温度进行算法判断,当温度与设置值温差相对较大时,采用全功率加热模式,调节输出电压以及电流的大小,从而对加热元件1的温度进行精准控制。加热元件1由于接收到电压电流不同而产生不同的热量作用于冷阱管2。同时温度控制模块将采集的温度值反馈给参数设置模块进行实时展示。随着温度与设置值不断接近,温度控制模块会以接近线性的控制方式,使温度在设置值上下规律波动,精度控制在± 1℃。
以上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 (10)

1.一种小型冷阱加热系统,所述小型冷阱加热系统包括加热元件、测温元件、供电模块、温度控制模块,其中:
所述加热元件包括两个电热合金薄片,所述电热合金薄片呈半圆弧状,所述半圆弧状电热合金薄片内径等于待装入冷阱管外径,所述两个电热合金薄片头部用导热金属压环焊接连接,所述两个电热合金薄片尾端分别焊接有金属扇片,并通过金属扇片连接供电模块;
所述测温元件设置于电热合金薄片表面以检测电热合金片温度并传送至温度控制模块;
所述温度控制模块通过读取测温元件传送温度再控制供电模块以调节加热元件温度。
2.如权利要求1所述的小型冷阱加热系统,所述电热合金薄片采用Ni-Cr系或Fe-Cr-Al系合金,两片式整体阻值≤0.2Ω。
3.如权利要求1所述的小型冷阱加热系统,所述导热金属压环采用银、铜、铝中的一种。
4.如权利要求1所述的小型冷阱加热系统,所述金属扇片采用导电性能良好的金属。
5.如权利要求4所述的小型冷阱加热系统,所述金属扇片采用银、铜、金铝中的一种。
6.如权利要求1所述的小型冷阱加热系统,所述测温元件为高精度热电偶温度传感器。
7.如权利要求6所述的小型冷阱加热系统,所述电热合金薄片上设有多个紧固片用以夹紧测温元件。
8.如权利要求6所述的小型冷阱加热系统,所述测温元件直径不大于0.5mm。
9.如权利要求1所述的小型冷阱加热系统,所述小型冷阱加热系统还包括参数设置模块用以对系统参数进行设置以及显示。
10.如权利要求1所述的小型冷阱加热系统,所述温度控制模块所述通过PID参数调节方法控制调节加热元件温度。
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