CN206788122U - 一种多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于气相色谱仪气路控制装置技术领域，可替代传统的机械阀式气路控制系统，具体涉及一种多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，包括控制电路和气路组件，控制电路包括四路传感器信号采集器和Cortex‑M3高速处理器，控制电路上连接多个气路组件，气路组件至少包括一个通用基座，通用基座上安装有传感器和比例电磁阀，通用基座上设置有压力传感器比例电磁阀进气口和出气口；通用基座底部设置有固定孔用于经通用基座固定在电路板上。本实用新型提供了一种准确度高、灵活性强，能满足气相色谱载气和辅助气流量控制要求的自动化和数字化的气相色谱仪电子气路控制装置；通过CAN或RS485总线实现多个模块的串接，简化了系统结构，模块上设计两个RJ45接口，方便通过网线实现不同模块之间串接组网使用。
Description
技术领域
本实用新型属于气相色谱仪或其他需要流量及压力精密控制的设备的电子气路控制装置技术领域，可替代传统的机械阀式气路控制系统，具体涉及一种多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置。
背景技术
气相色谱仪在火灾调查、石油、化工、生物化学、医药卫生、食品工业、环保、商品检验和法医检验等方面有广泛的应用。属于对混合气体中各组成分进行分析检测的仪器。气相色谱仪的基本构造有两部分，即分析单元和显示单元。前者主要包括气源及控制计量装置﹑进样装置﹑恒温器和色谱柱。后者主要包括检测器和自动记录仪或色谱分析工作站。传统的机械阀气路控制系统，存在控制精度低，不能满足现代仪器自动化调节的需求，不能远程控制，分流进样口分流比准确度差，不能实现程序升压，载气节省等功能。现有的气相色谱仪电子气路控制系统，有的采用内部带气路的微流路板等结构，缺少灵活性。不同功能的气路模组需要定制不同的微流路板，存在开发成本高，开发周期长等问题。还有的采用商用的成熟单路产品组合使用，产品使用成本过高。需要实现分流比控制等串联控制时需要外部处理器协调使用效率低。
发明内容
本实用新型针对现有的电子气路控制系统，采用内部带气路的微流路板等结构，缺少灵活性，不同功能的气路模组需要定制不同的微流路板，存在开发成本高，开发周期长等问题，而采用商用的成熟单路产品组合使用，产品使用成本过高，需要实现分流比控制等串联控制时需要外部处理器协调使用效率低等问题，提出一种多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置。
本实用新型的技术方案是：一种多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，包括控制电路和气路组件，控制电路包括四路传感器信号采集器和Cortex-M3高速处理器，控制电路上连接多个气路组件，气路组件至少包括一个通用基座，通用基座上安装有传感器和比例电磁阀，通用基座为一个不规则矩形体，通用基座顶部设置有压力传感器接口及压力传感器固定孔，还设置有比例电磁阀进气口和比例电磁阀出气口；通用基座侧部设置有流量传感器进气口和流量传感器出气口；通用基座的一个端部设置有气体出口连接密封口和气体入口连接密封口；通用基座底部设置有固定孔用于经通用基座固定在电路板上。
所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，所述通用基座上安装比例电磁阀、压力传感器和流量传感器构成流气路组件A。
所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，所述通用基座上安装比例电磁阀和压力传感器构成气路组件B。
所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，所述通用基座上安装比例电磁阀和压力传感器，压力传感器上连接需要进行压力控制的气路，构成气路组件F。
所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，气路组件A、气路组件B和气路组件F同时连接在控制电路上，实现不同分流比控制，其中，气路组件A控制进入进样口的气体总流量F总，气路组件F控制进样口处的压力，根据进样口处的压力和毛细管色谱柱的参数，采用泊肃叶方程可以方便的求出毛细管色谱柱的流速为F柱，气路组件B的气路流量可以根据压力和气阻的关系求出为固定值F吹，气路组件F的出气口为F分= F总-F吹-F柱，则，根据进样口处的压力可以方便的求出进样口的分流比为F柱：F分，反之，可以根据分流比求出进样口的设定压力。
所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，三个气路组件B检测器连接组成辅助气体控制装置，其中三个气路组件B连接在检测器上，气路组件B和检测器之间串接有气阻。
本实用新型的有益效果是：1、本实用新型一种多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，提供了一种准确度高、灵活性强，能满足气相色谱载气和辅助气流量控制要求的自动化和数字化的气相色谱仪电子气路控制装置；通过CAN或RS485总线实现多个模块的串接，简化了系统结构，模块上设计两个RJ45接口，方便通过网线实现不同模块之间串接组网使用；多通道，每个模块包括一路流量传感器和三路压力传感器接口，单个模块可完成三路气体流量的控制，可以满足一个色谱单元的气路系统的控制，如进样口、检测器等；
2、多功能，通过不同的气路组件搭配组合实现不同的控制需求，设计有A、B、F、等多种气路组件，通过不同气路组件配合即可满足色谱仪载气和辅助气的控制需求。比如用于分流进样口的ABF组合用于氢焰检测器的BBB组合；能实现三路气体控制的独立控制互不干扰。分别为三个部件单独供气，也可以只选一路组件实现单独的恒压或恒流控制。
3、采用Cortex-M3高速处理器，通过传感器信号的高速采集，利用传统的PID运算控制比例电磁阀的输出，利用电子反馈替代了传统机械阀的机械反馈过程，能实现传统接线发所不能实现的程序控制方法，提高了分析效率，缩短了分析时间。
4、压力传感器和流量传感器固定到气路组件上，压力传感器和流量传感器和主电路板之间采用插接式结构设计，便于更换不同的气路组件实现不同的功能；气路组件和气路管直接采用便于拆卸的平面密封式结构，用一个螺丝即可固定多路气路的密封连接；基于精密气阻的压力和流量温度和环境大气的数学关系模型实现基于压力的流量控制。通过带温度补偿的压力传感器获得压力数据通过数学模型换算成气路流速，当环境温度或大气压发生变化时，自动通过调节比例电磁阀的输出补偿环境或大气压变化带来的流量变化。
附图说明
图1 为本实用新型的整体结构示意图；
图2为通用基座主要结构示意图；
图3为通用基座侧面结构示意图；
图4为通用基座端面结构示意图；
图5为气路组件A结构示意图；
图6为气路组件B结构示意图；
图7为气路组件F结构示意图；
图8为气路组件A、B和F构成用于分流进样系统的控制气路示意图；
图9为三个气路组件B和检测器连接结构示意图；
图中，1为压力传感器接口，2为比例电磁阀出气接口，3为比例电磁阀进气接口，4为固定孔，5为流量传感器进气接口，6为流量传感器定位销，7为流量传感器出气接口，8为气体出口连接密封口，9为气体入口连接密封口，10为通用模块端部密封面，11为比例电磁阀，12为压力传感器，13为气路进气管，14为气路出气管，15为通用基座，16为流量传感器，17为压力传感器控制气管，18为气路组件A，19为气路组件B，20为气路组件F，21为分流进样口，22为毛细管色谱柱，23为气阻，24为检测器。
具体实施方式
实施例1：结合图1-图9，一种多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，包括控制电路和气路组件，控制电路包括四路传感器信号采集器和cortex-M3高速处理器，控制电路上连接多个气路组件，气路组件至少包括一个通用基座，通用基座上安装有传感器和比例电磁阀，通用基座为一个不规则矩形体，通用基座顶部设置有压力传感器接口及压力传感器固定孔，还设置有比例电磁阀进气口和比例电磁阀出气口；通用基座侧部设置有流量传感器进气口和流量传感器出气口；通用基座的一个端部设置有气体出口连接密封口和气体入口连接密封口；通用基座底部设置有固定孔用于经通用基座固定在电路板上。
通用基座上安装比例电磁阀、压力传感器和流量传感器构成流气路组件A；通用基座上安装比例电磁阀和压力传感器构成气路组件B；通用基座上安装比例电磁阀和压力传感器，压力传感器上连接需要进行压力控制的气路，构成气路组件F。气路组件A、气路组件B和气路组件F同时连接在控制电路上，实现不同分流比控制，其中，气路组件A控制进入进样口的气体总流量F总，气路组件F控制进样口处的压力，根据进样口处的压力和毛细管色谱柱的参数，采用泊肃叶方程可以方便的求出毛细管色谱柱的流速为F柱，气路组件B的气路流量可以根据压力和气阻的关系求出为固定值F吹，气路组件F的出气口为F分= F总-F吹-F柱，则，根据进样口处的压力可以方便的求出进样口的分流比为F柱：F分，反之，可以根据分流比求出进样口的设定压力。三个气路组件B检测器连接组成辅助气体控制装置，其中三个气路组件B连接在检测器上，气路组件B和控制器之间串接有气阻。
进一步的：控制电路部分包括四路传感器信号采集器采用高速24位模数转换，可以同时接入三路0~100mV的压力传感器信号和一路1~5V流量传感器信号；采用基于Cortex-M3的高速处理器完成PID运算，可以驱动三路微型比例电磁阀驱动电压最高12V电流0~200mA；与外部通讯可以通过RS485总线或CAN总线。
流量控制：气体从进口进入通过流量传感器时，流量传感器会把流量信息转换成电压信号，通过电路板上的AD转换器将该电压转换成对应的数字信号。比例电磁阀可以根据驱动电路驱动电流的大小来控制通过比例阀的气体流速。假设设定流量值S，MCU根据流量传感器的输出信号的大小按照一定的PID计算规则和参数闭环的调节比例电磁阀的开度大小，动态的保持比例电磁阀的出口流量的输出接近设定值。
压力控制：设定所需要的压力P，MCU根据压力传感器返回的信号大小，和事先设定的调节规则去调节比例电磁阀的开度，从而保证压力传感器处的压力接近设定值P。
基于压力的恒流控制：事先测出气阻的压力和流量受环境温度和大气压影响的对应关系数学模型，建立修正表存入MCU, 设定所需流速F，通过查表和读取大气压和当前温度换算出所需的压力设定值。由MCU根据规则控制比例阀的开度，使压力传感器处的压力达到设定值。这时在气阻的出口即可获得所需流量，当环境温度或大气压发生变化时，根据变化实时修正压力设定值，从而保证气阻出口的流量准确性。此控制方式要求去气阻后部管路的阻力恒定。
进一步的：采用气路组件A和气路组件B以及气路组件F 的组合可以完成比例分流进样口的气路；由气路组件A控制进入进样口的气体总流量F总，由气路组件F控制进样口处的压力，当进样口处的压力恒定时，通过毛细管色谱柱的流量F柱可以求出。剩余的气体F分从分流口流出，通过隔垫吹扫气路的流量F吹为固定值，由气路组件B控制。这样总流量F总=F柱＋F吹＋F分分流比等于F柱：F分，这样通过设定不同的F总和不同的柱前压即可实现不同分流比的控制。由于总流量和柱前压可以精确测量和控制，而柱流量又符合一定的数学方程，所以所得到分流比是比较精确的。
进一步的：采用三路气路组件B组合成一个气路模块可以用于检测器等设备的辅助气体的控制；由三个气路模块分别控制不同的气体压里，设定压力通过不同的气阻会产生不同的所需流速。通过所建立的气阻和环境温度及大气压的关系可以根据环境和大气压对输出流量进行实施修正补偿。气阻可以根据流量进行更换，通过更换气阻可以改变可控的输出流量范围。
Claims (6)
1.一种多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，包括控制电路和气路组件，控制电路包括四路传感器信号采集器、Cortex-M3高速处理器和通讯电缆，其特征在于：控制电路上连接多个气路组件，气路组件至少包括一个通用基座，通用基座上安装有传感器和比例电磁阀，通用基座为一个不规则矩形体，通用基座顶部设置有压力传感器接口及压力传感器固定孔，还设置有比例电磁阀进气口和比例电磁阀出气口；通用基座侧部设置有流量传感器进气口和流量传感器出气口；通用基座的一个端部设置有气体出口连接密封口和气体入口连接密封口；通用基座底部设置有固定孔用于经通用基座固定在电路板上。
2.根据权利要求1所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，其特征在于：所述通用基座上安装比例电磁阀、压力传感器和流量传感器构成流气路组件A。
3.根据权利要求2所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，其特征在于：所述通用基座上安装比例电磁阀和压力传感器构成气路组件B。
4.根据权利要求3所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，其特征在于：所述通用基座上安装比例电磁阀和压力传感器，压力传感器上连接需要进行压力控制的气路，构成气路组件F。
5.根据权利要求4所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，其特征在于：气路组件A、气路组件B和气路组件F同时连接在控制电路上，实现不同分流比控制，其中，气路组件A控制进入进样口的气体总流量F总，气路组件F控制进样口处的压力，根据进样口处的压力和毛细管色谱柱的参数，采用泊肃叶方程可以方便的求出毛细管色谱柱的流速为F柱，气路组件B的气路流量可以根据压力和气阻的关系求出为固定值F吹，气路组件F的出气口为F分= F总-F吹-F柱，则，根据进样口处的压力可以方便的求出进样口的分流比为F柱：F分，反之，可以根据分流比求出进样口的设定压力。
6.根据权利要求3所述的多通道气相色谱电子气路压力流量控制装置，其特征在于：三个气路组件B检测器连接组成辅助气体控制装置，其中三个气路组件B连接在检测器上，气路组件B和检测器之间串接有气阻。
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