CN203414448U - 具有改善的热稳定性的过程分析装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种具有改善的热稳定性的过程分析装置。该过程分析装置具有用于接收感兴趣样本的输入装置。分析检测器可操作地连接以接收感兴趣样本并提供关于感兴趣样本的分析输出。热管热连接至分析检测器。在一种实施例中，过程分析装置是过程气相色谱仪。

Description

具有改善的热稳定性的过程分析装置
技术领域
本实用新型涉及一种具有改善的热稳定性的过程分析装置。
背景技术
分析装置和仪器用在多种应用中以定量和/或定性分析感兴趣样本。分析装置和仪器通常在实验室中被发现，并且有时用在处理操作中。如本文中使用的那样，分析装置是能够接收感兴趣样本并提供感兴趣样本的某个方面的指示的任何装置、系统或配置。分析装置包括但不限于过程气体分析器、NO/NOx分析器、碳氢化合物分析器、连续排放监测系统和过程气相色谱仪。
气相色谱仪(GC)依赖于检测器、支撑系统和色谱柱的温度的精确控制。一个或多个电加热器用来加热受控的炉、室或局部加热区域或基板(以下称为炉)。这种加热器通过在闭环控制系统中循环开/关而运行，且由炉中或炉附近的一个或多个温度传感器提供温度反馈。现有炉温度控制系统的这种状态在外部环境条件稳定时为炉的温度设定点(通常是+/-0.1℃或更小)提供了足够的控制。然而，常见的是在没有防护周围环境的情况下安装过程气相色谱仪。这种暴露的过程气相色谱仪可能经历从-40°到+60°的环境温度变化，但还被希望在这种宽的环境变化范围内输出恒定的测量性能。
随着过程分析装置技术的发展，存在即使在面临相当大的环境温度波动时也可提供更精确的分析输出的越来越大的压力。
实用新型内容
一种过程分析装置具有用于接收感兴趣样本的输入装置。分析检测器可操作地连接以接收感兴趣样本并提供关于感兴趣样本的分析输出。热管热连接至分析检测器。
附图说明
图1是根据本实用新型的一个实施例的过程气相色谱仪的一部分的示意图；以及
图2是根据本实用新型的一个实施例的连接至热管的过程气相色谱仪的热导检测器(thermal conductivity detector)的示意性透视图。
具体实施方式
在现有气相色谱仪的当前状态中，炉加热器控制由来自炉内的温度传感器的一个或多个测量值驱动的平均炉温度。这种传感器的示例包括热电偶、电阻式温度装置(RTD)和热敏电阻器。通常，使用单个温度传感器。当由于外部环境温度变化而导致出现热量从炉热损失时，单点测量导致性能折衷。典型地，当炉损失热量时，在控制传感器向控制系统指示平均炉温度已经下降并且控制系统通过施加电力到加热器作出响应之前存在延迟时间。结果是一些炉表面或区域在由控制系统指令加热之前可能已经冷却到控制设定点以下，并且炉的其它区域将在控制系统检测到已经将足够的热量添加至炉以达到该设定点之前达到高于该设定点的温度。因此，由于环境影响而导致在当前的色谱仪炉中可能出现明显的变化。
热导检测器(TCD)通常用在气相色谱仪中，并通过测量流过检测器的气体的导热率的微小偏差而作用。这种检测器对温度变化极其敏感，从而影响测量稳定性和精度。通常，TCD在色谱仪炉中的位置不是热对称的。当炉控制系统和加热器(一个或多个)响应于外部影响时，如上所述，在炉内出现局部温度变化。结果，这些炉变化容许通过TCD支架和/或TCD本体的热损失或增益以引起TCD本体的局部温度变化。TCD本身的任何这种温度偏差导致测量变化。
本实用新型的实施例通过明显地改善与过程分析装置中的温度敏感检测器相关的热控制而提高这种检测器的测量性能。本实用新型的实施例总体采用一个或多个热管来向TCD本体提供附加的加热，以抵消热损失和减小炉内的热变化的影响。
热管通常形成为由具有相对高的导热率的金属，如铜构造而成的导管。该导管通常被排空，随后向其提供工作流体，此后密封该导管。工作流体的示例包括水、乙醇和丙酮。工作流体被选择为使得当该工作流体接触热管的热(蒸发器)侧时，工作流体吸收热量并变成蒸汽。蒸汽随后流至冷侧，在冷侧工作流体释放热能(冷却)并冷凝回到液体。液体随后经由毛细管作用或重力返回到热侧，并且重复该过程。
热管是已知的，并用于将热量从热(蒸发器)区传导至冷(冷凝器)区。热管通常用来去除废热(如，冷却微处理器)，或从远程加热器驱动热量进入到一装置。热管技术通常提供是铜的导热率的100-200倍的导热率。热管性能使得相当多的热通量可以在蒸发器与冷凝器之间的小温度偏差范围内移动。
本实用新型的实施例总体采用以将热导检测器本体与温控炉连接在一起的方式设置的一个或多个热管。热管通常是无源装置，该无源装置在其蒸发器和其冷凝器之间提供高水平的热耦合。本实用新型的一个实施例将热管蒸发器定位成使得该热管蒸发器延伸到精确受控的炉中，且热管冷凝器位于热导检测器本身上或邻近热导检测器。这种配置提供了非常稳定的热源，以基于热管蒸发器的温度将补充加热(或冷却)添加至热导检测器，而不需要具有任何附加的控制系统来控制热管操作。热管蒸发器理想地位于炉的被确定为被最精确地热控制的且最不受外部影响的区域中，通常靠近用于炉的热控制系统的温度传感器附近。因此，用于热管的热源特别稳定，并且提供比调制补充加热器更精确的控制。这种稳定的无源热源将热量从炉的最稳定区域泵送至热导检测器本体。这又有助于补偿由外部影响引起的热需求变化。从炉的温度最恒定的区域获得热量以恒定的温度将补充加热提供至热导检测器本体，从而在实际中提供比炉控制所提供的偏差小的实际偏差。这种配置消除了对补充加热器和控制器和/或附加绝缘或热导检测器隔离的需求。这种补充热量的稳态源最小化热导检测器本体的变化，并且因此提供改进在变化的环境中的测量性能。
图1是根据本实用新型的一个实施例的过程气相色谱仪10的一部分的示意性透视图。图1图示了过程气相色谱仪10的上部热受控部的一部分。具体地，色谱仪10包括基板12，所述基板优选地由金属，如铝或不锈钢形成。多个多端口流量阀14与多个多端口分配接头16一起安装在基板12上。此外，用于过程气相色谱仪的一个或多个适当的检测器，如热导检测器34(在图2中示出)也安装在基板12上或邻近基板12安装。一个或多个色谱分离柱通常邻近环境密封罩20内的各种流量装置安装。在某些阀致动配置期间切断样品气体的流动的采样节流阀(未示出)可以邻近其它流量装置内安装。
在罩20内，一个或多个加热器22保持整个组件10的精确热控制。例如，对于过程气相色谱分析，整个组件10通常被保持在约80℃加减一小部分度数C。加热器22连接至控制器24，控制器24可以是过程气相色谱仪10的部件或者是单独的。控制器24还连接至一个或多个温度传感器26以确定罩20内的温度。控制器24基于测量的温度选择性地施加电力到加热器22以在罩20内提供精确的热控制。这种精确的热控制允许控制器24将感兴趣样本和分析检测器的温度保持在规定温度处。然而，如上所述，根据热流、时滞和控制方式(regime)，可能出现小的热波动。
如图1所示，金属防护屏蔽件28设置在热管30周围。当罩20沿由箭头32指示的方向移动并安装或以其它方式固定至过程气相色谱仪10时，加热器22基本上包围柱18、阀14和接头16。此外，安装至罩20或安装在罩20内的温度传感器26热连接至金属屏蔽件28。为金属的屏蔽件28具有相对较高的导热率，并且确保热管30与温度传感器26紧密地热接触。
图2是根据本实用新型的一个实施例的连接至热管的过程气相色谱仪的热导检测器的示意性透视图。热导检测器34包括安装在金属块体40内的一对导热率传感器36，38。传感器36，38感测流过块体40的参考气体和感兴趣样本的导热率，以提供关于参考气体和感兴趣样本的导热率的指示。传感器36，38连接至过程气相色谱仪中的测量电路(未示出)，以便可以处理导热率以提供分析输出。热管30包括两个冷凝端部42，44。端部42，44穿过块体40，并且热管30靠近端部42，44的区域与块体40直接热接触。此外，如图2所示，传感器36，38和热管30的穿过块体40的一部分的配置优选是对称的，使得热量对于传感器36，38中的一个来说相对于传感器38，36中的另一个是大致相同的。
热管30优选由管道形成，该管道由具有高导热率的金属，如铜或铝形成。此外，假设约80℃的精确热控制特性，优选的是热管的工作流体具有接近该值的沸点。工作流体的一种合适的、在标准压力处具有接近80°的沸点的示例是乙醇。然而，如果热管内的压力明显地减小，则水也可以是适合80℃控制点的工作流体。在至少一些实施例中，还优选的是图1和2中图示的整个组件被颠倒操作，使得热管30的冷凝端部42，44在连接至屏蔽件28的蒸发回路的上方。以这种方式，重力还将有助于冷凝物从端部42，44向下返回到邻近屏蔽件28的蒸发回路部。
虽然已经参照优选实施例描述了本实用新型，但本领域技术人员将认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下可以在形式和细节方面进行改变。

Claims (15)

1.一种过程分析装置，包括：
用于接收感兴趣样本的输入装置；
分析检测器，所述分析检测器能够操作地连接以接收感兴趣样本并提供关于感兴趣样本的分析输出；和
热连接至分析检测器的热管。
2.根据权利要求1所述的过程分析装置，其中过程分析装置是过程气相色谱仪。
3.根据权利要求1所述的过程分析装置，还包括至少部分地限定加热室的罩，并且其中感兴趣样本流入到加热室中。
4.根据权利要求3所述的过程分析装置，其中分析检测器设置在加热室内。
5.根据权利要求3所述的过程分析装置，其中热管的蒸发部热连接至所述罩。
6.根据权利要求5所述的过程分析装置，其中热管的蒸发部热连接至温度传感器。
7.根据权利要求5所述的过程分析装置，其中热管的冷凝端与分析检测器热接触。
8.根据权利要求7所述的过程分析装置，其中分析检测器是热导检测器。
9.根据权利要求1所述的过程分析装置，其中热管的冷凝端与分析检测器热接触。
10.根据权利要求1所述的过程分析装置，其中热管包括具有80℃沸点的工作流体。
11.根据权利要求10所述的过程分析装置，其中工作流体是水。
12.根据权利要求1所述的过程分析装置，还包括被设置为保护热管的金属屏蔽件。
13.根据权利要求1所述的过程分析装置，还包括：
至少一个加热器，所述至少一个加热器被构造为加热感兴趣样本和分析检测器；
温度传感器，所述温度传感器被构造为提供关于感兴趣样本或分析检测器的温度的指示；和
控制器，所述控制器连接至所述至少一个加热器和所述温度传感器以将感兴趣样本和分析检测器的温度保持在规定温度处。
14.根据权利要求13所述的过程分析装置，其中热管内具有工作流体，所述工作流体具有在规定温度的沸点。
15.根据权利要求14所述的过程分析装置，其中热管具有连接至分析检测器的第一部分和热连接至温度传感器的第二部分。
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