[發明專利]一種全自動頂空進樣器機構和控制方法

在審

• 申請號: 201710759587.8
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107764919A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 北京中興嘉乘儀器有限公司
• 主分類號: G01N30/24
• 分類號: G01N30/24;G01N30/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于儀器儀表領域，尤其涉及一種全自動頂空進樣器機構和控制方 法。

背景技術

頂空分析技術是氣相色譜法中一種方便快捷的樣品前處理方法，其原理 是將待測樣品置入一密閉的容器中，通過加熱升溫使揮發性組分從樣品基體 中揮發出來，在氣液(或氣固)兩相中達到平衡，直接抽取頂部氣體進行色 譜分析，從而檢驗樣品中揮發性組分的成分和含量。

頂空分析技術的檢測流程是：一定量的樣品(固體或液體)裝入頂空樣 品瓶內密封，樣品瓶在頂空進樣器的平衡爐內達到一定溫度下的相平衡(氣 液平衡或者氣固平衡)，再通過頂空進樣器的進樣系統將平衡在樣品瓶頂部空 間的氣相導入樣品環中，再通過頂空進樣器的載氣將樣品環中的氣體吹入氣 相色譜的進樣口，再通過氣相色譜儀的色譜柱和檢測器實現分離檢測。

1962年，Beckman儀器公司出臺了世界上第一臺手動頂空進樣器。1967 年，Perkin Elmer公司推出了世界上第一臺自動化頂空進樣器。頂空分析技術 得到飛速發展，國內外出現了大量全自動頂空取樣器相關產品。當前此類產 品的執行機構絕大部分均采用如下設計方案：頂空瓶放置于樣品盤上，并可 跟隨樣品盤旋轉運動到設定位置，一個三自由度的機械手從設定位置抓取頂 空瓶，并放入平衡箱恒溫平衡處理。此設計方案需要有四軸電機控制，包括1 軸的頂空盤旋轉運動和3軸的三自由度的機械手控制。這無疑增加系統成本， 造成全自動頂空取樣器產品價格昂貴。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點和不足，提供一種全自動頂空進 樣器機構和控制方法，通過機構優化設計，使得頂空瓶進入平衡箱的動作只 需2軸電機控制即可完成，從而達到降低系統成本目的。

本發明通過下述技術方案實現：

1、一種全自動頂空進樣器機構和控制方法，其特征在于：

包括執行機構、驅動裝置、溫度控制裝置、和工業計算機(IPC)。執行機 構由固定在工作臺上的兩組精密旋轉定位機構A和B組成，其中樣品盤固定 在A上，平衡箱固定在B上，A和B分別由兩個步進電機驅動。IPC將用戶 調用的分析方法解釋成執行機構的控制邏輯，并控制兩個步進電機產生相對 運動，實現樣品盤孔位和平衡箱孔位對準，確保頂空瓶按照確定時序進入加 熱盤。由于平衡箱上安裝加熱模塊和溫度傳感器，為解決平衡箱旋轉運動過 程中的導線纏繞問題，設計由銅環和鈹銅片組成的信號傳輸裝置，實現旋轉 機構和溫控裝置的結構解耦。

2、根據權利要求1所述的一種全自動頂空進樣器裝置和控制方法，其特 征在于：

執行機構的設計：

(1)、執行機構由固定在工作臺上的兩組精密旋轉定位機構A和B組成；

(1)、精密旋轉定位機構A包括步進電機、減速器、樣品盤托架、以及 可放置36個頂空瓶的樣品盤構成；

(3)、精密旋轉定位機構B包括步進電機、減速器、加熱盤托架、以及 可放置9個頂空瓶的平衡箱構成；

(4)、精密旋轉定位機構A和B可在IPC控制下產生相對運動，實現平 衡箱孔位和樣品盤孔位對準，確保頂空瓶能按照設定時序準確落入平衡箱， 實現恒溫處理。

3、根據權利要求1所述的一種全自動頂空進樣器裝置和控制方法，其特 征在于：

執行機構和溫度控制裝置的結構解耦設計：

(1)、頂空進樣器是氣相色譜法中一種方便快捷的樣品前處理方法，其 原理是將待測樣品置入一密閉的容器中，通過加熱升溫使揮發性組分從樣品 基體中揮發出來，在氣液(或氣固)兩相中達到平衡，直接抽取頂部氣體進 行色譜分析，從而檢驗樣品中揮發性組分的成分和含量，因此精密溫度控制 裝置是其中的關鍵技術；

(2)、溫度控制裝置中的加熱模塊和溫度傳感器安裝在平衡箱上，因此 需要解決平衡箱旋轉運動過程中的導線纏繞問題。

(3)、4個銅環固定在平衡箱上，并隨同平衡箱一起做旋轉運動，銅環之 間通過絕緣體隔離，并分別與加熱模塊的兩根導線和溫度傳感器的兩根導線 連接。

(4)、采用鈹銅加工而成4根彈性簡支梁，4根彈性簡支梁采用環氧樹脂 板絕緣，并通過支架C固定在工作臺上。4根彈性簡支梁上分別引出四根導 線和溫度控制系統連接。

(5)、通過調整支架C在工作臺上的安裝位置，使得彈性簡支梁以一定 的預壓緊力和銅環接觸，構成動態觸點，從而實現執行機構和溫度控制裝置 的結構解耦。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述。

實施例