DE102015210548B4

DE102015210548B4 - Detektoranordnung

Info

Publication number: DE102015210548B4
Application number: DE102015210548.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas NEUHAUSER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: GAS CHROMATOGRAPHY SYSTEMS MAXUM GMBH, DE
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: US10024830B2; US20160363566A1; DE102015210548A1; CN106248840B; CN106248840A

Abstract

Detektoranordnung mit n·m Wärmeleitfähigkeitsdetektoren (3), wobei n ≥ 2 und m ≥ 2 ist und die Wärmeleitfähigkeitsdetektoren (3) jeweils in einer Aufnahme eines Detektorblocks (4) mit hoher Wärmeleitung angeordnet sind, jeweils m Detektorblöcke (4) unter Bildung eines Detektormoduls (1, 2) radialsymmetrisch und voneinander beabstandet an einem eine zentrale Öffnung (7) aufweisenden Träger (5, 6) gehalten sind und wobei n Detektormodule (1, 2) mit den zentralen Öffnungen (7) der Träger (5, 6) auf einer gemeinsamen Achse (8) aufgeschoben sind.

Description

Wärmeleitfähigkeitsdetektoren dienen zum Nachweis bestimmter flüssiger oder gasförmiger Stoffe (Fluide) anhand ihrer stofftypischen Wärmeleitfähigkeit und werden insbesondere in der Gaschromatographie eingesetzt. Dazu werden die nachzuweisenden Stoffe nach ihrer chromatographischen Trennung nacheinander in einem Messkanal an einem dort angeordneten und elektrisch beheizten Heizfaden vorbeigeführt, wobei je nach Wärmeleitfähigkeit des vorbeiströmenden Stoffes mehr oder weniger Wärme von dem Heizfaden auf die Kanalwandung abgeleitet wird und der Heizfaden dementsprechend mehr oder weniger abkühlt. Durch die Abkühlung des Heizfadens ändert sich dessen elektrischer Widerstand, was detektiert wird. Dazu ist der Heizfaden üblicherweise in einer Messbrücke angeordnet, die weitere Widerstände und einen weiteren Heizfaden in einem von einem Referenzfluid durchströmten Referenzkanal enthält. Anstelle der Widerstände können weitere Heizfäden vorgesehen werden, die fluidisch parallel oder in Reihe mit den Heizfäden in dem Mess- bzw. Referenzkanal angeordnet sind.
Im Weiteren wird der Begriff Wärmeleitfähigkeitsdetektor für jeweils einen Heizfaden und den ihn umgebenden Kanalabschnitt verwendet.
Um die in einer Messbrücke verwendeten Wärmeleitfähigkeitsdetektoren auf demselben Temperaturniveau zu halten, ist es beispielsweise aus der US 2,512,857 , US 3,474,660 oder DE 103 18 450 B3 bekannt, die Kanalabschnitte um die Heizfäden in einem Detektorblock radialsymmetrisch auszubilden, der aus einem Metall mit hoher Wärmeleitung besteht. Darüber hinaus sind die Kanalabschnitte radialsymmetrisch um eine zentrale Achse der Detektorblocks angeordnet, um eine thermische Symmetrie zu erhalten.
Wie z. B. aus der WO 2009/095494 A1 bekannt, können Wärmeleitfähigkeitsdetektoren auch in einem mikromechanisch hergestellten Bauteil ausgebildet sein, das dann in einer Ausnehmung des Detektorblocks angeordnet werden kann.
Je nach Applikation und Komplexität der Trennsäulenschaltung oder bei mehreren Analysenstrecken (Trains) können in einem Gaschromatographen unterschiedlich viele Wärmeleitfähigkeitsdetektoren benötigt werden, die bisher einzeln oder als Detektormodule mit jeweils mehreren Wärmeleitfähigkeitsdetektoren in einem Detektorblock an unterschiedlichen Stelle des Gaschromatographen eingebaut wurden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in Abhängigkeit von der Applikation einfach zu skalierende bzw. anzupassende Anordnung von Wärmeleitfähigkeitsdetektoren anzugeben, die darüber hinaus nur wenig Platz benötigt und thermisch symmetrisch ist.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Detektoranordnung mit n·m (n ≥ 2, m ≥ 2) Wärmeleitfähigkeitsdetektoren, die jeweils in einer Aufnahme eines Detektorblocks mit hoher Wärmeleitung angeordnet sind, wobei jeweils m Detektorblöcke unter Bildung eines Detektormoduls radialsymmetrisch und voneinander beabstandet an einem eine zentrale Öffnung aufweisenden Träger gehalten sind und dass n Detektormodule mit den zentralen Öffnungen der Träger auf einer gemeinsamen Achse aufgeschoben sind.
Die erfindungsgemäße Detektoranordnung besteht also aus einem Stapel von zwei oder mehr radialsymmetrischen Detektormodulen, die zu Bildung des Stapels auf der gemeinsamen Achse aufgeschoben werden. Die Detektorblöcke eines Moduls mit den darin enthaltenen Wärmeleitfähigkeitsdetektoren sind voneinander beabstandet, so dass kein unmittelbarer Wärmeübergang von einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor zu dem jeweils benachbarten Wärmeleitfähigkeitsdetektor möglich ist. Dazu weist der Träger vorzugsweise eine die zentrale Öffnung enthaltende Nabe mit Flügeln oder Speichen auf, an denen die Detektorblöcke des jeweiligen Moduls gehalten sind. Zur thermischen Symmetrierung kann auch der Träger aus einem Material mit hoher Wärmeleitung bestehen bzw. mit den an ihm jeweils gehaltenen Detektorblöcken einteilig ausgebildet sein, so dass der thermische Weg von einem der Detektorblöcke über die Nabe zu jedem anderen Detektorblock des Moduls jeweils gleich lang ist.
Die Träger unmittelbar benachbarter Detektormodule können in vorteilhafter Weise um einen Winkelbetrag zueinander versetzt sein, der kleiner oder vorzugsweise gleich der halben Winkeldistanz zwischen den Detektorblöcken eines Detektormoduls ist. Damit wird erreicht, dass die Detektorblöcke des Stapels auf Lücke gesetzt sind, so dass mit Ausnahme der Seite, über die ein Detektorblock an dem Träger gehalten ist, alle übrigen Seiten des Detektorblocks für den elektrischen und fluidischen Anschluss des Wärmeleitfähigkeitsdetektors zugänglich sind.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, wobei
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Detektoranordnung in Seitenansicht und
2 dasselbe Ausführungsbeispiel in Draufsicht zeigen.
Die 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung eine Detektoranordnung, die aus n, hier n = 2, Detektormodulen 1, 2 mit jeweils m, hier m = 4, Wärmeleitfähigkeitsdetektoren 3 besteht. Jeder Wärmeleitfähigkeitsdetektor 3 ist jeweils in einer Aufnahme eines Detektorblocks 4 angeordnet, der aus einem Metall mit hoher Wärmeleitung besteht. Die vier Detektorblöcke 4 jedes Detektormoduls 1, 2 sind radialsymmetrisch und voneinander beabstandet an einem Träger 5 bzw. 6 gehalten. Der Träger 5, 6 weist eine Nabe mit einer zentralen Öffnung 7 und mit Flügel oder Speichen auf, an denen die jeweiligen Detektorblöcke 4 befestigt sind. Die Detektormodule 1, 2 sind mit den zentralen Öffnungen 7 ihrer Träger 5, 6 auf einer gemeinsamen Achse 8 aufgeschoben und bilden mit ggf. weiteren aufsteckbaren Detektormodulen einen Stapel. Indem die Detektormodule 1, 2 um einen Winkelbetrag von hier 45° (also der halben Winkeldistanz von 90° zwischen den Detektorblöcken 4 der Detektormodule 1 bzw. 2) zueinander versetzt sind, kommen die Detektorblöcke 4 auf Lücke zu liegen und sind leicht zugänglich. So sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die fluidischen Anschlüsse 9 aller Wärmeleitfähigkeitsdetektoren 3 jeweils auf den Oberseiten und die elektrischen Anschlüsse 10 auf den Unterseiten der Detektorblöcke 4 angeordnet.

Claims

Detektoranordnung mit n·m Wärmeleitfähigkeitsdetektoren (3), wobei n ≥ 2 und m ≥ 2 ist und die Wärmeleitfähigkeitsdetektoren (3) jeweils in einer Aufnahme eines Detektorblocks (4) mit hoher Wärmeleitung angeordnet sind, jeweils m Detektorblöcke (4) unter Bildung eines Detektormoduls (1, 2) radialsymmetrisch und voneinander beabstandet an einem eine zentrale Öffnung (7) aufweisenden Träger (5, 6) gehalten sind und wobei n Detektormodule (1, 2) mit den zentralen Öffnungen (7) der Träger (5, 6) auf einer gemeinsamen Achse (8) aufgeschoben sind.
Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5, 6) eine die zentrale Öffnung (7) enthaltene Nabe mit Flügeln oder Speichen aufweist, an denen die jeweils m Detektorblöcke (4) gehalten sind.
Detektoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5, 6) aus einem Material mit hoher Wärmeleitung besteht.
Detektoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5, 6) und die an ihm gehaltenen Detektorblöcke (4) einteilig ausgebildet sind.
Detektoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (5, 6) unmittelbar benachbarter Detektormodule (1, 2) jeweils um einen Winkelbetrag zueinander versetzt sind, der kleiner oder gleich der halben Winkeldistanz zwischen den m Detektorblöcken (4) eines Detektormoduls (1, 2) ist.
Detektoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Detektormodul (1, 2) jeweils m = 4 Detektorblöcke (4) aufweist.