电感耦合等离子体发射光谱仪的气路监测及控制方法与装置

技术领域

本发明涉及理化检验技术领域，具体涉及一种电感耦合等离子体发射光谱仪的气路监测及控制方法与装置。

背景技术

电感耦合等离子体发射光谱仪ICP-OES(Inductively Coupled Plasma OpticalEmission Spectrometer)，是利用高频电感耦合产生等离子体放电的光源来进行原子发射光谱分析的仪器，可用于地质、化工、生物、医药、冶金、农业等方面样品中七十多种金属元素和部分非金属元素的定性、定量分析，性能优异，应用广泛。

ICP-OES通常使用99.999％的高纯氩气作为工作用气，同时具备冷却气、载气、辅助气的功能，工作时供气流速约为12-20L/min，待机时供气流速约为0.6-3L/min。由于仪器本身的设计原理，ICP-OES的气路不是完全密闭的，待机时仍然需要持续供应氩气。待机状态为仪器工作前的必要状态，但长时间待机会容易产生异常，而且会浪费氩气。

现有气路控制方法主要依靠人工，根据设备运行状态判断漏气、失压等异常情况。出于安全考虑，供气装置(压缩气瓶)和用气设备往往设置在不同的区域，当气路出现异常时需要工程师来回排查调试，人工成本较高；另外，人工方式未对气路异常进行实时干预，属于事后排查调整，已经造成了气体浪费，不符合节能环保的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种电感耦合等离子体发射光谱仪的气路监测及控制方法与装置。本发明解决了气体浪费问题，在气路发生异常时，能够自动进行干预。而且可以协助工程师迅速排查解决异常，降低人工成本和仪器维护成本，提高工作效率。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一方面，本发明提供一种电感耦合等离子体发射光谱仪的气路监测及控制方法，所述气路监测及控制方法包括：

1)系统启动后，在显示器上录入各项参数；

2)开启手动开关，导通电感耦合等离子发射光谱仪和供气装置之间的主气路；

3)流量传感器对主气路内气体进行自动采样并记录，并反馈至CPU；

4)CPU自动计算出气体流速，并在显示器上实时展示流速-时间动态；

5)CPU自动计时并执行逻辑判断，具体包括如下：

5.1)若气体实时流速处于第一阈值和第二阈值之间且第二阈值大于第一阈值时，CPU判定为正常状态，执行步骤3；否则执行下一步；

5.2)若气体实时流速大于第二阈值的累计时间超出第一时间参数时，CPU判定为漏气状态，执行步骤7；否则执行下一步；

5.3)若气体实时流速小于第一阈值的累计时间超出第二时间参数时，CPU判定为待机状态，执行步骤7，并执行下一步；否则执行步骤5.1；

5.4)若实时流速小于等于0L/min的累计时间超出第三时间参数时，CPU判定为断气状态，执行步骤6，并执行下一步；否则执行步骤5.1；

5.5)若显示器已发出两次黄色警告，执行步骤8；否则执行步骤5.1；

6)CPU控制显示器发出黄色警告，并执行步骤3；

7)CPU驱动电机关闭主气路上的气阀，并执行步骤3；

8)输出结果，供气装置进入睡眠状态。

优选的是，所述步骤5.1中第一阈值的取值范围为0.6-5L/min，第二阈值的取值范围为15-30L/min。

进一步优选的是，第一阈值的取值为3L/min，第二阈值的取值为20L/min。

优选的是，所述步骤5.2中第一时间参数设置为10-30s。

进一步优选的是，所述步骤5.3中第二时间参数需大于第一时间参数，其可设置为300-800s。

更进一步优选的是，所述步骤5.4中第三时间参数需大于第二时间参数，其可设置为600-1600s。

再进一步优选的是，第三参数时间需超出第二参数时间300s以上。

进一步优选的是，第一时间参数设置为10s，第二时间参数设置为600s，第三时间参数设置为1200s。

优选的是，启动气体流量监测后，可根据气体的流速和时间积分出气体的实际用量。在操作的第4步已经得到了纵坐标为“流速”，横坐标为“时间”的实时动态图，流速在时间尺度上的积分即为气体用量(在该图上显示为流速曲线与坐标轴围成的面积)，电脑上可直接得出。

另一方面，本发明提供一种电感耦合等离子发射光谱仪的气路监测及控制装置，所述气路监测及控制装置包括：

CPU；

显示器，与所述CPU连接；

主气路，两端分别连接供气装置和电感耦合等离子发射光谱仪；

流量传感器，设于所述主气路上并与所述CPU连接，用于采集所述主气路内气体流速；

气阀，设于所述主气路上并与所述CPU连接，用于控制所述主气路内气体流速；

电机，设于所述气阀上并与所述CPU连接，用于驱动所述气阀闭合与开启；以及

手动开关，与所述CPU连接，用于手动开启和关闭所述气路监测及控制装置。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明简单、高效地解决了气体浪费问题，节能环保，降低了人工成本和设备维护成本，而且能对气体使用情况进行实时监测和统计，可以帮助工程师迅速查找并解决异常状况。同时本装置结构简单，制造成本低廉，使用便捷。电感耦合等离子体发射光谱仪的综合使用成本将大大减少。

本发明在监测气体流量的同时，可以设置相应参数来有效控制气路异常情况。在气体流速过高时能立即关闭气阀，避免对设备造成损害。在气路长时间处于低流速状态，可以自动调整气阀，避免气体和能源浪费，节能又环保。在气路异常时能及时提醒用户，提高系统的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明气路监测及控制装置的结构示意图。

图2是本发明气路监测及控制装置的控制原理图。

附图标记：1、主气路；2、流量传感器；3、气阀；4、电机；5、CPU；6、显示器；7、手动开关。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，本发明提供一种电感耦合等离子发射光谱仪的气路监测及控制装置，所述气路监测及控制装置包括：

CPU5(中央处理器)，具备计时，计算，逻辑判断等功能；

显示器6，与所述CPU5连接，具备输入输出功能，可以实时展示时间参数和气体流速，可以记录和显示异常状态；

主气路1，两端分别连接供气装置(存储有净化后的压缩氩气)和电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-OES)；

流量传感器2，设于所述主气路1上并与所述CPU5连接，用于采集所述主气路1内气体流速；

气阀3，设于所述主气路1上并与所述CPU5连接，用于控制所述主气路1内气体流速；

电机4，设于所述气阀3上并与所述CPU5连接，用于驱动所述气阀3闭合与开启；以及

手动开关7，与所述CPU5连接，用于手动开启和关闭所述气路监测及控制装置，手动开关7为物理实体开关，是开启装置的唯一方式。

如图2所示，CPU5共连接了4个结构：手动开关、驱动电机、流量传感器和显示器。手动开关相当于指示灯和安全按钮，手动开关关闭时该装置是无法正常运作的；开启手动开关后，才能通过CPU驱动电机开启或关闭气阀。

基于上述装置，本发明提供一种电感耦合等离子体发射光谱仪的气路监测及控制方法，所述气路监测及控制方法包括：

1)系统启动后，在显示器6上录入各项参数，即气体流速第一阈值：0.6-5L/min，第二阈值：15-30L/min，第一时间参数：10-30s，第二时间参数：300-800s(第二时间参数需大于第一时间参数)，第三时间参数：600-1600s(第三时间参数需大于第二时间参数，实际操作中第三参数时间超出第二参数时间300s以上为佳)，(本方法中以实践中常用参数为例进行讲解演示，即流速第一阈值为3L/min、第二阈值为20L/min、第一时间参数设为10s、第二时间参数设为600s、第三时间参数设为1200s)；

2)开启手动开关7，导通电感耦合等离子发射光谱仪和供气装置之间的主气路1；

3)流量传感器2对主气路1内气体进行自动采样并记录，并反馈至CPU；

4)CPU自动计算出气体流速，并在显示器6上实时展示“流速-时间”动态；

5)CPU自动计时并执行逻辑判断(步骤5.1-5.5)，具体包括如下：

5.1)若气体实时流速处于第一阈值和第二阈值之间(即3-20L/min)且第二阈值大于第一阈值时，CPU判定为正常状态，执行步骤3；否则执行下一步；

5.2)若实时流速大于流速第二阈值(即20L/min)的累计时间超出第一时间参数(即10s)时，CPU判定为漏气状态，执行步骤7；否则执行下一步；

5.3)若实时流速小于流速第一阈值(即3L/min)的累计时间超出第二时间参数(即600s)时，CPU判定为待机状态，执行步骤7，并执行下一步；否则执行步骤5.1；

5.4)若实时流速小于等于0L/min的累计时间超出第三时间参数(即1200s)时，CPU判定为断气状态(原因可能是钢瓶内氩气已耗尽或气路已关闭)，执行步骤6，并执行下一步；否则执行步骤5.1；

5.5)若显示器6已发出两次黄色警告，执行步骤8；否则执行步骤5.1；

6)CPU控制显示器6发出黄色警告，并执行步骤3；

7)CPU驱动电机4关闭主气路1上的气阀3(如需进入工作状态，打开手动开关7即可)，并执行步骤3；

8)输出结果，供气装置进入睡眠状态。

其中，主气路上的气阀关闭时，手动开关处于LOCK状态，只有启用手动开关按钮才可以更改气阀设置。

本发明将电感耦合等离子体发射光谱仪的气路监测及控制方法装置的第一阈值的取值范围为0.6-5L/min，第二阈值的取值范围为15-30L/min，第一时间参数设置为10-30s，第二时间参数设置为300-800s。启动流量监测后，可以在显示屏上实时观测氩气流速，而且可以根据时间积分出氩气实际用量。当流速大于流速上限的累计时间超过第一时间参数时，CPU会判断为漏气，气阀3将迅速关闭(需手动开启)；当实时流速小于流速下限的累计时间超过第二时间参数时，CPU会判断为设备待机，气阀3自动闭合，避免气体浪费。如果需要进入工作状态，打开手动开关7即可，操作很方便。当实时流速小于等于0L/min的累计时间超过第三时间参数时，CPU会判断为断气(原因可能是氩气钢瓶耗尽或气路已关闭)，显示器6将发出黄色警告并将该装置调整为睡眠状态。

在引入该装置后，可以方便快捷的了解氩气的使用数据，及时发现气路的异常情况，减少忘记手动关闭气瓶或者长时间待机时氩气的大量消耗。另外可以协助工程师迅速排查并解决异常状况，降低了人工成本和仪器维护成本，大大提高工作效率。考虑到本装置的结构简单，制造成本低廉，使用便捷，体系的综合成本将大大减少。

以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似的方法替代，这些也应视作本发明的保护范围。