JP2005221474A - Gas chromatograph - Google Patents

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康二 大宮
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas chromatograph having a filament protecting mechanism in a heat conductivity detector while minimizing a rise in cost. <P>SOLUTION: The gas chromatograph is constituted so as to control the flow rate of the gas flowing to a heat conductivity detector 5 by an electronic control type flow rate control part 2 and provided with a protective mechanism 6 constituted so that a pressure sensor 24 provided in order to control a flow rate is used in order to protect a filament 51 to feed power to the filament 51 only when the output signal of the pressure sensor 24 exceeds a predetermined value. By this constitution, the filament protecting mechanism of the heat conductivity detector 5 can be added to the gas chromatograph without adding a new sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はガスクロマトグラフに関し、さらに詳しくは、熱伝導度検出器のフィラメントの過熱に対する保護機構を備えたガスクロマトグラフに関する。   The present invention relates to a gas chromatograph, and more particularly to a gas chromatograph provided with a protection mechanism against overheating of a filament of a thermal conductivity detector.

ガスクロマトグラフ用検出器の一つである熱伝導度検出器は、ガスクロマトグラフのカラムから流出するガスの流れの中に設けたフィラメントを通電加熱しておくと、ガスの組成が変わったときその熱伝導度の変化を受けてフィラメントの温度が変化するので、これによるフィラメントの電気抵抗の変化をブリッジ回路等を通して電圧の変化に変えて取り出すように構成したものである。   A thermal conductivity detector, one of the detectors for gas chromatographs, heats the filament provided in the flow of gas flowing out from the column of the gas chromatograph by energizing and heating it when the gas composition changes. Since the temperature of the filament changes in response to the change in conductivity, the change in the electrical resistance of the filament due to this is changed into a change in voltage through a bridge circuit or the like and is taken out.

図2に熱伝導度検出器が組み込まれたガスクロマトグラフの従来の構成例を示す。
同図において、1はキャリアガスの供給源であるボンベ、2はキャリアガスの流れを調整する流量制御部、3はキャリアガスの流れの中に分析すべき試料を導入する試料導入部、4は導入された試料を各成分に分離するカラム、5は分離された各成分を検出する熱伝導度検出器である。
FIG. 2 shows a conventional configuration example of a gas chromatograph in which a thermal conductivity detector is incorporated.
In the figure, 1 is a cylinder which is a carrier gas supply source, 2 is a flow rate control unit for adjusting the carrier gas flow, 3 is a sample introduction unit for introducing a sample to be analyzed into the carrier gas flow, 4 is A column 5 for separating the introduced sample into each component, and 5 is a thermal conductivity detector for detecting each separated component.

流量制御部2としては、かつては調圧弁や質量流量調節弁などが用いられたが、近年は図に示すような電子制御方式による流量制御が多く用いられる。この方式による流量制御は、電気的に開度調節が可能な制御弁21とこれに直列に接続される流路抵抗22、その両端間の差圧を検出する圧力センサ23、及びその近傍におけるキャリアガスの圧力を検出する圧力センサ24等で構成され、コンピュータを含む制御部25で上記2つの圧力センサ23、24からの出力信号に基づいて所定の計算式により流量値を算出し、その流量値を設定値に近づけるように制御弁21の開度を調節することによって行われる(例えば、特許文献1参照)。この電子制御方式により、キャリアガスの圧力を一定に保つ定圧制御、流量を一定に保つ定流量制御、或いはプログラムに従って流量を次第に変化させるプログラム流量制御などの制御モードが可能となる。   As the flow rate control unit 2, a pressure regulating valve, a mass flow rate control valve, or the like has been used in the past. The flow rate control by this method is performed by a control valve 21 that can be electrically adjusted in opening degree, a flow path resistance 22 connected in series thereto, a pressure sensor 23 that detects a differential pressure between both ends, and a carrier in the vicinity thereof. A flow rate value is calculated by a predetermined calculation formula based on output signals from the two pressure sensors 23 and 24 by a control unit 25 including a computer, which is configured by a pressure sensor 24 for detecting gas pressure, and the flow rate value. Is performed by adjusting the opening of the control valve 21 so as to approach the set value (see, for example, Patent Document 1). This electronic control method enables control modes such as constant pressure control for keeping the pressure of the carrier gas constant, constant flow control for keeping the flow rate constant, or program flow rate control for gradually changing the flow rate according to the program.

熱伝導度検出器5は、その内部のフィラメント51が給電回路52から供給される電流により加熱されており、カラム4から流出するキャリアガスがこれに接して流れている。フィラメント51の温度は、電流により発生する熱量とキャリアガスにより持ち去られる放熱量とが平衡するある一定温度に保たれる。カラム4から試料成分がキャリアガスに運ばれてくると、熱伝導度の違いによりフィラメント51からの放熱量が変化し、平衡が崩れてフィラメント51の温度が変化し、これによりフィラメント51の電気抵抗も変わるので、この抵抗変化をブリッジ回路(図示しない)等を通して電圧信号に変えて取り出し、このガスクロマトグラフの出力信号とする。   In the thermal conductivity detector 5, the filament 51 inside is heated by the current supplied from the power supply circuit 52, and the carrier gas flowing out from the column 4 flows in contact therewith. The temperature of the filament 51 is maintained at a certain temperature at which the amount of heat generated by the current and the amount of heat released by the carrier gas are balanced. When the sample component is transported from the column 4 to the carrier gas, the amount of heat released from the filament 51 changes due to the difference in thermal conductivity, the equilibrium is lost, and the temperature of the filament 51 changes. Therefore, this resistance change is converted into a voltage signal through a bridge circuit (not shown) or the like, and is taken out as an output signal of this gas chromatograph.

上記のように、フィラメント51の温度は電流による発熱量とキャリアガスにより持ち去られる放熱量との平衡によって定まるので、もし、キャリアガスが流れていない状態でフィラメント51に通電されると、フィラメント51の温度が過度に上昇して断線その他の損傷を受けるおそれがある。また、キャリアガスが流れていないときは、熱伝導度検出器5の出口側(大気に開放されている)から空気が拡散により侵入し、その空気中の酸素により高温のフィラメント51の酸化が進み、劣化促進、寿命短縮などの可能性も高まる。このような事態を防止するために、別にセンサ(図示しない)を設けて熱伝導度検出器5にキャリアガスが流れていることを確認し、この確認が行われない限りフィラメント51への給電ができないように構成したガスクロマトグラフも提唱されている(例えば、特許文献2参照)。   As described above, since the temperature of the filament 51 is determined by the balance between the amount of heat generated by the current and the amount of heat released by the carrier gas, if the filament 51 is energized when the carrier gas is not flowing, The temperature may rise excessively, causing disconnection or other damage. When the carrier gas is not flowing, air enters by diffusion from the outlet side of the thermal conductivity detector 5 (open to the atmosphere), and oxidation of the high temperature filament 51 proceeds by oxygen in the air. There is also an increased possibility of promoting deterioration and shortening the service life. In order to prevent such a situation, a sensor (not shown) is provided separately to confirm that the carrier gas is flowing in the thermal conductivity detector 5 and power supply to the filament 51 is performed unless this confirmation is performed. A gas chromatograph configured so as to be impossible has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開平9−15222号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-15222 特開平6−324028号公報JP-A-6-324028

上述の、キャリアガスが流れていないときはフィラメント51への通電を禁止する保護機構は、熱伝導度検出器5におけるフィラメント51の断線や劣化を防ぎ、長寿命化を図る上で効果が高い。しかし、キャリアガスが流れていることを確認するためのセンサを別個に設ける必要があるのでコストアップとなることが問題であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を最小限に抑えながら熱伝導度検出器におけるフィラメント保護機構を備えたガスクロマトグラフを提供することを目的とする。
The above-described protection mechanism that prohibits energization of the filament 51 when the carrier gas is not flowing is highly effective in preventing the filament 51 from being disconnected or deteriorated in the thermal conductivity detector 5 and prolonging the life. However, since it is necessary to separately provide a sensor for confirming that the carrier gas is flowing, there is a problem that the cost increases.
This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the gas chromatograph provided with the filament protection mechanism in a thermal conductivity detector, suppressing an increase in cost to the minimum.

本発明は、上記課題を解決するために、上述の電子制御方式の流量制御部に用いられている圧力センサを、ガスが流れていることを確認するためのセンサに兼用してフィラメント保護機構を構成した。即ち、本発明装置は、熱伝導度検出器に流れるガスの流量を制御する制御弁の開度が該ガスの供給路における圧力を検知する圧力センサの出力信号に基づいて調節されるように構成されて成るガスクロマトグラフにおいて、前記圧力センサの出力信号が所定値を越えるときにのみフィラメントに給電することを可能にする保護機構を設けたことを特徴とするガスクロマトグラフである。
このような構成により、新たにセンサを追加することなく熱伝導度検出器におけるフィラメント保護機構をガスクロマトグラフに付加することが可能となる。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a filament protection mechanism that combines the pressure sensor used in the above-described electronically controlled flow control unit with a sensor for confirming that gas is flowing. Configured. That is, the device of the present invention is configured such that the opening degree of the control valve that controls the flow rate of the gas flowing through the thermal conductivity detector is adjusted based on the output signal of the pressure sensor that detects the pressure in the gas supply path. In this gas chromatograph, the gas chromatograph is provided with a protection mechanism that enables power supply to the filament only when the output signal of the pressure sensor exceeds a predetermined value.
With such a configuration, it is possible to add a filament protection mechanism in the thermal conductivity detector to the gas chromatograph without adding a new sensor.

本発明は上記のように構成されているので、最小限のコスト増でフィラメント保護機構が付加されたガスクロマトグラフを提供することができ、これにより熱伝導度検出器にガスが流れていない状態でフィラメントに通電することによる断線や劣化が防止できるので熱伝導度検出器の長寿命化が期待できる。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to provide a gas chromatograph to which a filament protection mechanism has been added with a minimum cost increase, so that no gas flows through the thermal conductivity detector. Since it is possible to prevent disconnection and deterioration due to energization of the filament, it can be expected to extend the life of the thermal conductivity detector.

図1に本発明の一実施形態を示す。同図において、図2におけると同一のものには同符号を付すことで再度の説明を省く。
本実施形態を図2に示す従来構成と比較すると、圧力センサ24から信号を入力され、給電回路52に信号を出力する保護機構6が設けられていることが従来と異なる。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG.
When this embodiment is compared with the conventional configuration shown in FIG. 2, it is different from the conventional configuration in that a protection mechanism 6 that receives a signal from the pressure sensor 24 and outputs a signal to the power feeding circuit 52 is provided.

カラム4はその長さ、内径、及びパックドカラムの場合は中に詰める充填材の粒度等で定まる抵抗を持つので、キャリアガスが流れている状態では、カラム4の入口側に圧力(カラム入口圧)が生じる。カラム4の入口側から圧力センサ24が設けられているb点までの間の流路には殆ど圧力差がないので、圧力センサ24はカラム入口圧を観測するものと考えてよい。カラム入口圧はカラム4にキャリアガスが流れることによって発生するものであるから、ある値以上のカラム入口圧が観測されるときはキャリアガスが流れていると判断できる。このことは、流量制御部2の制御モードが定圧制御であれ定流量制御であれ同じである。
保護機構6は、圧力センサ24から入力されるカラム入口圧の値を予め設定された閾値と比較し、カラム入口圧の値が閾値を越える場合にのみ熱伝導度検出器5のフィラメント51に通電するように給電回路52に信号を出力する構成となっている。
Since the column 4 has a resistance determined by its length, inner diameter, and in the case of a packed column, the particle size of the packing material packed therein, the pressure (column inlet pressure) is applied to the inlet side of the column 4 when the carrier gas is flowing. ) Occurs. Since there is almost no pressure difference in the flow path from the inlet side of the column 4 to the point b where the pressure sensor 24 is provided, the pressure sensor 24 may be considered to observe the column inlet pressure. Since the column inlet pressure is generated when the carrier gas flows through the column 4, it can be determined that the carrier gas is flowing when a column inlet pressure of a certain value or higher is observed. This is the same whether the control mode of the flow control unit 2 is constant pressure control or constant flow control.
The protection mechanism 6 compares the column inlet pressure value input from the pressure sensor 24 with a preset threshold value, and energizes the filament 51 of the thermal conductivity detector 5 only when the column inlet pressure value exceeds the threshold value. Thus, the signal is output to the power feeding circuit 52.

上記のように構成された本実施形態は以下のように動作する。
キャリアガスが正常に流れている状態では、圧力センサ24によって得たカラム入口圧の値は保護機構6内に設定されている閾値よりも大きくなる(閾値をそのように設定しておく)ので、保護機構6は給電回路52からフィラメント51への通電を可とする信号を出し、熱伝導度検出器5は動作可能な状態となる。
例えば、ボンベ1のガスが無くなりキャリアガスが流れなくなると、カラム入口圧が低下し、閾値以下にまで下がった時点で保護機構6から通電不可の信号が出力され、これにより給電回路52からフィラメント51への通電が停止されるので、フィラメント51の過熱は防止される。
また、カラム4が接続されていない状態で、誤ってこのガスクロマトグラフの運転を開始した場合には、熱伝導度検出器5までキャリアガスが流れて行かないので、従来であれば通電されたフィラメント51は過熱により損傷を受けるところであるが、本実施形態ではそのような場合はカラム入口圧が発生しないので、圧力センサ24の出力信号は閾値以下となり、保護機構6が作動してフィラメント51への通電が行われない。これによりフィラメント51は過熱から保護される。
The present embodiment configured as described above operates as follows.
In the state where the carrier gas is flowing normally, the value of the column inlet pressure obtained by the pressure sensor 24 is larger than the threshold value set in the protection mechanism 6 (the threshold value is set as such). The protection mechanism 6 outputs a signal that enables the filament 51 to be energized from the power supply circuit 52, and the thermal conductivity detector 5 is in an operable state.
For example, when the gas in the cylinder 1 is exhausted and the carrier gas does not flow, the column inlet pressure decreases, and when the pressure falls below the threshold value, a signal indicating that energization is not possible is output from the protection mechanism 6, and thereby, the filament 51 Since the energization of the filament 51 is stopped, overheating of the filament 51 is prevented.
In addition, when the operation of the gas chromatograph is mistakenly started without the column 4 being connected, the carrier gas does not flow to the thermal conductivity detector 5, so that in the conventional case, the filament that is energized In this embodiment, since the column inlet pressure is not generated in this case, the output signal of the pressure sensor 24 becomes lower than the threshold value, and the protection mechanism 6 is activated to supply the filament 51. Power is not supplied. Thereby, the filament 51 is protected from overheating.

保護機構6は、機能的には図示のごとく独立したブロックで示されるが、実際の装置構成上は、制御部25と共通のコンピュータのプログラム上でソフトウェア的に構成できるので、リレー等の出力インターフェース以外に追加すべきハードウェアは殆ど必要無い。即ち、本発明を特徴づける保護機構6を付加するためのコストは僅少である。   Although the protection mechanism 6 is functionally shown as an independent block as shown in the figure, the actual device configuration can be configured by software on a computer program common to the control unit 25, so that an output interface such as a relay is provided. There is almost no hardware to add. That is, the cost for adding the protection mechanism 6 characterizing the present invention is negligible.

電子制御方式の流量制御部2の構成には従来からいくつかの変形例があり、圧力センサ24が図1における制御弁21の下流側のa点、または試料導入部3の内圧を測定するようにc点に設けられている場合もあるが、そのような場合でも本発明は上記と同様の作用効果を有する。   The configuration of the electronically controlled flow control unit 2 has conventionally been modified in some ways, and the pressure sensor 24 measures the point a downstream of the control valve 21 in FIG. 1 or the internal pressure of the sample introduction unit 3. In such a case, the present invention has the same effects as described above.

従来から熱伝導度検出器5は、差動的に働く2つのフィラメント51を備え、その一方には上記と同様にカラム4から流出するキャリアガスを流し、他方には参照ガスとしてキャリアガスと同種のガスを流すように構成する例が多いが、本発明は、その場合のキャリアガスに対して適用できることは勿論であるが、参照ガスに対しても、それが電子制御方式によって流量制御されているならば、適用可能である。
また、カラム4としてキャピラリーカラムを用いる場合は、キャリアガスに加えてメークアップガスが熱伝導度検出器5に導入されるが、このメークアップガスに対しても同様に本発明を適用することができる。
Conventionally, the thermal conductivity detector 5 includes two filaments 51 that work differentially, one of which is supplied with a carrier gas flowing out from the column 4 in the same manner as described above, and the other is the same type of carrier gas as a reference gas. However, the present invention can be applied to the carrier gas in that case, and the flow rate of the reference gas is also controlled by an electronic control method. If applicable, it is applicable.
When a capillary column is used as the column 4, a makeup gas is introduced into the thermal conductivity detector 5 in addition to the carrier gas. The present invention can be similarly applied to this makeup gas. .

本発明の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of this invention. 従来の構成を示す図である。It is a figure which shows the conventional structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 ボンベ
2 流量制御部
3 試料導入部
4 カラム
5 熱伝導度検出器
6 保護機構
21 制御弁
22 流路抵抗
23 圧力センサ
24 圧力センサ
25 制御部
51 フィラメント
52 給電回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 2 Flow control part 3 Sample introduction part 4 Column 5 Thermal conductivity detector 6 Protection mechanism 21 Control valve 22 Flow path resistance 23 Pressure sensor 24 Pressure sensor 25 Control part 51 Filament 52 Feeding circuit

Claims (1)

給電により加熱されたフィラメントに接して流れるガスの熱伝導度の変化を該フィラメントの電気抵抗の変化として検出するように構成された熱伝導度検出器を備えると共に、該熱伝導度検出器に流れるガスの流量を制御する制御弁の開度が該ガスの供給路における圧力を検知する圧力センサの出力信号に基づいて調節されるように構成されて成るガスクロマトグラフにおいて、前記圧力センサの出力信号が所定値を越えるときにのみ前記フィラメントに給電することを可能にする保護機構を設けたことを特徴とするガスクロマトグラフ。 A thermal conductivity detector configured to detect a change in the thermal conductivity of the gas flowing in contact with the filament heated by the power supply as a change in the electrical resistance of the filament and flowing to the thermal conductivity detector; In a gas chromatograph configured such that an opening degree of a control valve for controlling a gas flow rate is adjusted based on an output signal of a pressure sensor for detecting a pressure in the gas supply path, an output signal of the pressure sensor is A gas chromatograph comprising a protection mechanism that enables power supply to the filament only when a predetermined value is exceeded.
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