CN219891171U - 在线气相色谱分析仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种在线气相色谱分析仪，包括装配箱、气路模块、柱柜模块、阀箱模块、检测器模块和工控机电路模块，采用控压结构进行载气压力控制，控压结构进行氢气和空气流量控制，在线气相色谱分析仪采用低维护的隔膜泵和定量环进行定体积采样，隔膜泵对双柱并联反吹，隔膜泵反吹在分析非甲烷总烃时，减少峰展宽，缩短分析时间。在线气相色谱分析仪采用电离发生器和电流探测器，为了给FID检测器提供足够的空气，进入仪器的气压设置在400kPa以上，且系统提供300mL/min的流量，由于实际应用中包括低于1或2ppm的碳氢化合物的测量，所以含的碳氢化合物被限制在低于0.1ppm的零级空气。在这些配置下电流探测器对甲烷和总烃响应较为灵敏。

Description

在线气相色谱分析仪

技术领域

本申请涉及气体检测设备技术领域，特别是涉及一种在线气相色谱分析仪。

背景技术

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是指在1个大气压、25℃时，具有蒸汽压大于0.1torr(mmHg)的有机物。然而，目前对一般的碳氢化合物：如直链或支链的烷烃、烯烃、炔烃的气相色谱分析设备，存在对载气压力控制的控压精确不稳定，对氢气和空气流量控制的控流精度不高，这直接影响了气相色谱分析设备对挥发性有机物检测的精确度。同时，目前的气相色谱分析设备无法通信互联，这就导致了无法校验气相色谱分析设备对挥发性有机物检测精确度的验证。为此本申请提出一种在线气相色谱分析仪。

实用新型内容

为了解决传统气相色谱分析设备无法对挥发性有机物进行高精度检测及验证，本申请提出一种在线气相色谱分析仪。

一种在线气相色谱分析仪，包括：

装配箱，包括安装壁、面板和背板，所述安装壁与所述面板固定连接，所述安装壁与所述背板固定连接，所述背板设置有多个孔洞；

气路模块，包括驱动气罐、十通阀和六通阀，所述十通阀通过一个所述孔洞与外界环境导通，所述十通阀与所述六通阀导通，所述十通阀通过一个所述孔洞外接待检测气体瓶，所述十通阀通过另一个所述孔洞外接载气瓶，所述六通阀通过一个所述孔洞外接氢气瓶；

柱柜模块，包括第一升温装置、空柱和PQ柱，所述空柱设置于所述六通阀和外接氢气瓶的连接链路上，所述PQ柱与所述十通阀导通，所述第一升温装置设置于所述装配箱；

阀箱模块，包括第二升温装置、采样泵、第一气缸、第二气缸和多组控压结构，所述十通阀与所述第一气缸连接，所述六通阀与所述第二气缸连接，所述驱动气罐与所述第一气缸导通，所述驱动气罐与所述第二气缸导通，一组所述控压结构与所述十通阀通过导管连接，另一组所述控压结构与所述六通阀通过导管连接，所述采样泵与所述六通阀导通，所述第二升温装置设置于所述装配箱；

检测器模块，包括电离发生器和电流探测器，又一组所述控压结构与所述电离发生器导通，所述电离发生器与所述十通阀导通，所述电流探测器设置于所述电离发生器，所述电离发生器通过一个所述孔洞外接空气输送装置；

工控机电路模块，包括显示屏、多组通信接口、主机和电路板，所述显示屏设置于所述面板，每组所述通信接口设置于一个孔洞，所述电路板与所述电流探测器电连接，所述显示屏、多组所述通信接口和所述电路板均与所述主机通信连接。

所述电路板设置有模拟量放大电路，所述模拟量放大电路与所述电流探测器电连接。

所述采样泵包括泵体、复进结构和泵膜，所述泵体套设于所述复进结构，所述泵膜设置于所述泵体内腔，所述泵膜与所述复进结构之间为第一腔体，所述泵膜与所述六通阀之间为第二腔体。

所述电路板与所述复进结构电连接。

电路板还包括调温电路，所述第一升温装置和所述第二升温装置均与所述调温电路电连接。

所述第一升温装置贴附于所述空柱和所述PQ柱。

所述十通阀与外接的待检测气体瓶之间设置有过滤器。

多组控压结构的结构相同，一组所述控压结构包括比例阀、压力传感器和分流管；

所述分流管包括进气端和出气端；

所述比例阀设置于分流管内腔且靠近所述进气端；

所述压力传感器设置于分流管内腔且靠近所述出气端。

所述比例阀和所述压力传感器均与所述电路板电连接。

所述多组通信接口包括：

COM接口和VGA接口，用于外置工控机通信；

网口，用于接入外部网络；

485端口，进行485通信；

4-20mA模拟输入口，进行模拟信号输入；

4-20mA模拟输出口，进行模拟信号输出。

本申请涉及一种在线气相色谱分析仪。在线气相色谱分析仪采用控压结构进行载气压力控制，控压精确稳定，控压精度优于±0.05kPa。控压结构进行氢气和空气流量控制，控流精度优于0.5％。在线气相色谱分析仪采用低维护的隔膜泵和定量环进行定体积采样。隔膜泵对双柱并联反吹，隔膜泵反吹在分析非甲烷总烃时，减少峰展宽，缩短分析时间。在线气相色谱分析仪采用电离发生器和电流探测器，为了给FID检测器提供足够的空气，进入仪器的气压设置在400kPa以上，且系统提供300mL/min的流量。由于实际应用中包括低于1或2ppm的碳氢化合物的测量，所以含的碳氢化合物被限制在低于0.1ppm的零级空气。在这些配置下电流探测器对甲烷和总烃响应较为灵敏。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的一种在线气相色谱分析仪的结构示意图。

图2为本申请另一实施例提供的一种在线气相色谱分析仪的结构示意图。

图3为本申请一实施例提供的一种在线气相色谱分析仪的电路板的模块连接图。

图4为本申请一实施例提供的一种在线气相色谱分析仪的背板的主视图。

图5为本申请一实施例提供的一种在线气相色谱分析仪的控压结构的结构示意图。

图6为本申请一实施例提供的一种在线气相色谱分析仪的采样泵的结构图。

图7为本申请一实施例提供的一种在线气相色谱分析仪的检测器模块结果图。

附图标记：

100-装配箱；110-安装壁；120-面板；130-背板；131-孔洞；

200-气路模块；210-驱动气罐；220-十通阀；221-过滤器；230-六通阀；

300-柱柜模块；310-第一升温装置；320-空柱；330-PQ柱；400-阀箱模块；

410-第二升温装置；420-采样泵；421-泵体；422-复进结构；423-泵膜；

430-第一气缸；440-第二气缸；450-控压结构；451-比例阀；

452-压力传感器；453-分流管；500-检测器模块；510-电离发生器；

520-电流探测器；600-工控机电路模块；610-显示屏；620-通信接口；

621-COM接口；622-VGA接口；623-网口；624-485端口；

625-4-20mA模拟输入口；626-4-20mA模拟输出口；630-主机；

640-电路板；641-模拟量放大电路；642-调温电路。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

本申请提供本申请提出一种在线气相色谱分析仪。

如图1所示，在本申请的一实施例中，一种在线气相色谱分析仪，包括装配箱100、气路模块200、柱柜模块300、阀箱模块400、检测器模块500和工控机电路模块600。

装配箱100包括安装壁110、面板120和背板130，所述安装壁110与所述面板120固定连接，所述安装壁110与所述背板130固定连接，所述背板130设置有多个孔洞131。

气路模块200包括驱动气罐210、十通阀220和六通阀230，所述十通阀220通过一个所述孔洞131与外界环境导通，所述十通阀220与所述六通阀230导通，所述十通阀220通过一个所述孔洞131外接待检测气体瓶，所述十通阀220通过另一个所述孔洞131外接载气瓶，所述六通阀230通过一个所述孔洞131外接氢气瓶。

柱柜模块300包括第一升温装置310、空柱320和PQ柱330，所述空柱320设置于所述六通阀230和外接氢气瓶的连接链路上，所述PQ柱330与所述十通阀220导通，所述第一升温装置310设置于所述装配箱100。

阀箱模块400包括第二升温装置410、采样泵420、第一气缸430、第二气缸440和多组控压结构450，所述十通阀220与所述第一气缸430连接，所述六通阀230与所述第二气缸440连接，所述驱动气罐210与所述第一气缸430导通，所述驱动气罐210与所述第二气缸440导通，一组所述控压结构450与所述十通阀220通过导管连接，另一组所述控压结构450与所述六通阀230通过导管连接，所述采样泵420与所述六通阀230导通，所述第二升温装置410设置于所述装配箱100。

检测器模块500包括电离发生器510和电流探测器520，又一组所述控压结构450与所述电离发生器510导通，所述电离发生器510与所述十通阀220导通，所述电流探测器520设置于所述电离发生器510，所述电离发生器510通过一个所述孔洞131外接空气输送装置。

工控机电路模块600包括显示屏610、多组通信接口620、主机630和电路板640，所述显示屏610设置于所述面板120，每组所述通信接口620设置于一个孔洞131，所述电路板640与所述电流探测器520电连接，所述显示屏610、多组所述通信接口620和所述电路板640均与所述主机630通信连接。

具体的，在线气相色谱分析仪采用高温伴热双柱并联反吹色谱分离技术，可以自动测量和分析甲烷和总烃的含量，通过总烃和甲烷含量的差值计算得到非甲烷总烃的含量，大大缩短了分析周期，同时针对高沸点非甲烷总烃研制的高温伴热技术大幅度减少了高沸点非甲烷总烃的色谱峰展宽，允许仪表对高沸点物质进行的非甲烷总烃进行精确地测量，甚至在高浓度非甲烷总烃存在的情况下也可以进行该操作。装配箱100中各有一个十通阀220和一个六通阀230，两个阀均是具有两个位置的转向阀。通过第一气缸430来回切换十通阀220和第二气缸440来回切换六通阀230将采样泵420抽进来的气体样品带入空柱320和PQ柱330进行分离，电离发生器510和电流探测器520进行分析，由于在线气相色谱分析仪还设有定量环，并通过控制定量环的体积控制进入分析仪的气体样品的总量。所以总烃在空柱320上无保留能够迅速通过到达FID检测器被检测。而甲烷物质因为沸点低，相对于非甲烷总烃在PQ柱330上仅有部分保留，可快速通过PQ柱330到达FID检测器，此时通过切换十通阀220使载气反向流过PQ柱330，将非甲烷总烃反吹出分析系统而不被检测。在整个分析过程中，十通阀220和六通阀230所置的位置始终是保持一致的。十通阀220和六通阀230均是一个头部为圆形，外围等间距分布有十口或六口连接点，尾部安装有第一气缸430或第二气缸440。头部可以随意切换到其中一个位置，以此来提供两种不同气体流向。

本实施例涉及一种在线气相色谱分析仪。在线气相色谱分析仪采用控压结构450进行载气压力控制，控压精确稳定，控压精度优于±0.05kPa。控压结构450进行氢气和空气流量控制，控流精度优于0.5％。在线气相色谱分析仪采用低维护的隔膜泵和定量环进行定体积采样。隔膜泵对双柱并联反吹，隔膜泵反吹在分析非甲烷总烃时，减少峰展宽，缩短分析时间。在线气相色谱分析仪采用电离发生器510和电流探测器520，为了给FID检测器提供足够的空气，进入仪器的气压设置在400kPa以上，且系统提供300mL/min的流量。由于实际应用中包括低于1或2ppm的碳氢化合物的测量，所以含的碳氢化合物被限制在低于0.1ppm的零级空气。在这些配置下电流探测器520对甲烷和总烃响应较为灵敏。

如图3所示，在本申请的一实施例中，所述电路板640设置有模拟量放大电路641，所述模拟量放大电路641与所述电流探测器520电连接。

本实施例涉及模拟量放大电路641，由于待检测气体的产生的焰火电离的等离子体浓度较低，所以电流探测器520探测的电流强度较弱，为了使被探测的电流强度能够被高效的显示。

如图6和图7所示，在本申请的一实施例中，所述采样泵420包括泵体421、复进结构422和泵膜423，所述泵体421套设于所述复进结构422，所述泵膜423设置于所述泵体421内腔，所述泵膜423与所述复进结构422之间为第一腔体，所述泵膜423与所述六通阀230之间为第二腔体。

本实施例涉及采样泵420。复进结构422控制泵膜423的伸缩，当复进结构422靠近泵膜423运动时，第一腔体的气体被压缩，第一腔体的气体推动泵膜423向第二腔体伸展，当复进结构422远离泵膜423运动时，第一腔体的气体形成低压，第一腔体的气体拉动泵膜423向第一腔体内缩，这样就能够控制第二腔体的气流方向。根据图7，检测器模块500一旦探测到甲烷峰值，十通阀220和六通阀230自动返回原始位置，此时，流经色谱柱的载气的方向已倒转，样气回路被采样泵420转换到载气之外，返回采样系统。随着色谱柱的载气改向后，非甲烷总烃(NMTHC)被采样泵420反吹出色谱柱外，而不被检测器模块500检测。通过总烃与甲烷的响应差值，产生一个与所有NMTHC浓度成比例的信号，通过与已知的标准产生的信号相比较，该信号被转换成浓度值。

如图3所示，在本申请的一实施例中，所述电路板640与所述复进结构422电连接。

本实施例涉及电路板640。电路板640的主要作用是为复进结构422提供电平，控制复进结构422的往复运动，实现控制第二腔体的气流方向的目的。

如图3所示，在本申请的一实施例中，电路板640还包括调温电路642，所述第一升温装置310和所述第二升温装置410均与所述调温电路642电连接。

本实施例涉及调温电路642。FID检测器的分离效果主要由色谱柱、柱箱温度、阀箱温度及载气流速等因素决定。正常应用情况下，室内温度在5℃-35°C之间。但从保证仪器良好性能考虑和操作安全讲，温度变化高于5℃/h的室内环境下使用，PQ柱330内的待检测气体得不到稳定的保留时间，进而影响仪器性能，所以需要利用调温电路642控制第一升温装置310和第二升温装置410，将柱柜模块300和阀箱模块400温度维持在15℃-28℃。

如图1至图2所示，在本申请的一实施例中，所述第一升温装置310贴附于所述空柱320和所述PQ柱330。

本实施例涉及第一升温装置310。事实上，第一升温装置310贴附于空柱320和PQ柱330，是为了增加第一升温装置310对空柱320和PQ柱330温度的控制精确度，保证空柱320和PQ柱330温度的变化幅度较低。

如图1至图2所示，在本申请的一实施例中，所述十通阀220与外接的待检测气体瓶之间设置有过滤器221。

本实施例涉及过滤器221。过滤器221可以吸附空气或氢气中氧化物、碳氢化合物和水蒸气等杂质。如果使用的是最高级的高纯气体，一般就不需过滤器221，如果使用中低等的气体，就要添加过滤器221。如果使用的是呼吸所用的气体或从空压机来的室内空气，过滤器221就显得尤其有用。一般碳氢化合物过滤器221包含了活性炭或安装了分子筛，但是这些设备不能去除最常见的碳氢化合物，污染气体(甲烷)必须定期更换或再填充过滤器221填料以维持运作。如果不能提供常规维护将导致过滤器221运作能力降低，甚至在一些情况下，会增大测量气体中污染物的等级。

如图5所示，在本申请的一实施例中，多组控压结构450的结构相同，一组所述控压结构450包括比例阀451、压力传感器452和分流管453。所述分流管453包括进气端和出气端。所述比例阀451设置于分流管453内腔且靠近所述进气端。所述压力传感器452设置于分流管453内腔且靠近所述出气端。

本实施例涉及控压结构450。控压结构450采用压力传感器452测定流入在线气相色谱分析仪的待检测气体、氢气和空气的流入量，控流精度较高。

如图3所示，在本申请的一实施例中，所述比例阀451和所述压力传感器452均与所述电路板640电连接。

本实施例涉及电路板640。实际上，电路板640接收比例阀451和压力传感器452的电平信号，就是在接收流入在线气相色谱分析仪的待检测气体、氢气和空气的流入量信息。

如图4所示，在本申请的一实施例中，所述多组通信接口620包括COM接口621、VGA接口622、网口623、485端口624、4-20mA模拟输入口625和4-20mA模拟输出口626。COM接口621和VGA接口622用于外置工控机通信。网口623用于接入外部网络。485端口624进行485通信。4-20mA模拟输入口625进行模拟信号输入。4-20mA模拟输出口626进行模拟信号输出。

本实施例涉及通信接口620。循环测量值可显示在色谱仪自带液晶屏上，同时也可通过通信接口620实时上传至外部的计算机等设备上。进行测试数据分析及校正。运行的谱图数据可保存在硬盘上。此外，这些数据可以通过通信接口620输入到用户指定的数据采集设备上。测量的数据可以通过模拟端口实时对外传输。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，各方法步骤也并不做执行顺序的限制，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种在线气相色谱分析仪，其特征在于，包括：

装配箱，包括安装壁、面板和背板，所述安装壁与所述面板固定连接，所述安装壁与所述背板固定连接，所述背板设置有多个孔洞；

气路模块，包括驱动气罐、十通阀和六通阀，所述十通阀通过一个所述孔洞与外界环境导通，所述十通阀与所述六通阀导通，所述十通阀通过一个所述孔洞外接待检测气体瓶，所述十通阀通过另一个所述孔洞外接载气瓶，所述六通阀通过一个所述孔洞外接氢气瓶；

柱柜模块，包括第一升温装置、空柱和PQ柱，所述空柱设置于所述六通阀和外接氢气瓶的连接链路上，所述PQ柱与所述十通阀导通，所述第一升温装置设置于所述装配箱；

阀箱模块，包括第二升温装置、采样泵、第一气缸、第二气缸和多组控压结构，所述十通阀与所述第一气缸连接，所述六通阀与所述第二气缸连接，所述驱动气罐与所述第一气缸导通，所述驱动气罐与所述第二气缸导通，一组所述控压结构与所述十通阀通过导管连接，另一组所述控压结构与所述六通阀通过导管连接，所述采样泵与所述六通阀导通，所述第二升温装置设置于所述装配箱；

检测器模块，包括电离发生器和电流探测器，又一组所述控压结构与所述电离发生器导通，所述电离发生器与所述十通阀导通，所述电流探测器设置于所述电离发生器，所述电离发生器通过一个所述孔洞外接空气输送装置；

工控机电路模块，包括显示屏、多组通信接口、主机和电路板，所述显示屏设置于所述面板，每组所述通信接口设置于一个孔洞，所述电路板与所述电流探测器电连接，所述显示屏、多组所述通信接口和所述电路板均与所述主机通信连接。

2.根据权利要求1所述的在线气相色谱分析仪，其特征在于，所述电路板设置有模拟量放大电路，所述模拟量放大电路与所述电流探测器电连接。

3.根据权利要求2所述的在线气相色谱分析仪，其特征在于：所述采样泵包括泵体、复进结构和泵膜，所述泵体套设于所述复进结构，所述泵膜设置于所述泵体内腔，所述泵膜与所述复进结构之间为第一腔体，所述泵膜与所述六通阀之间为第二腔体。

4.根据权利要求3所述的在线气相色谱分析仪，其特征在于，所述电路板与所述复进结构电连接。

5.根据权利要求4所述的在线气相色谱分析仪，其特征在于，电路板还包括调温电路，所述第一升温装置和所述第二升温装置均与所述调温电路电连接。

6.根据权利要求4所述的在线气相色谱分析仪，其特征在于，所述第一升温装置贴附于所述空柱和所述PQ柱。

7.根据权利要求6所述的在线气相色谱分析仪，其特征在于，所述十通阀与外接的待检测气体瓶之间设置有过滤器。

8.根据权利要求1所述的在线气相色谱分析仪，其特征在于，多组控压结构的结构相同，一组所述控压结构包括比例阀、压力传感器和分流管；

所述分流管包括进气端和出气端；

所述比例阀设置于分流管内腔且靠近所述进气端；

所述压力传感器设置于分流管内腔且靠近所述出气端。

9.根据权利要求8所述的在线气相色谱分析仪，其特征在于，所述比例阀和所述压力传感器均与所述电路板电连接。

10.根据权利要求1所述的在线气相色谱分析仪，其特征在于，所述多组通信接口包括：

COM接口和VGA接口，用于外置工控机通信；

网口，用于接入外部网络；

485端口，进行485通信；

4-20mA模拟输入口，进行模拟信号输入；4-20mA模拟输出口，进行模拟信号输出。