一种三级制冷大气预浓缩仪及其温度控制方法

技术领域

本发明涉及大气预浓缩仪技术领域，更具体地说，涉及一种三级制冷大气预浓缩仪及其温度控制方法。

背景技术

大气预浓缩仪是除去含有VOC样品气中的H

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种三级制冷大气预浓缩仪及其温度控制方法。用于解决传统加温方式温度误差大，不能对直接对冷阱加温的缺陷。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种三级制冷大气预浓缩仪，包括进气机构、液氮输入机构、PID控制器、多级冷阱和多通阀；

所述进气机构通过第一压力控制器连通多级冷阱；所述液氮输入机构通过电磁阀组连通多级冷阱，所述液氮输入机构由PID控制器控制；

所述多级冷阱连通多通阀，所述多通阀连接有用于排出残留气体的排气通道，所述排气通道设有排气电磁阀；所述多通阀还分别连接有用于输入GC载气的载气输入通道，以及，用于使VOC样品被GC载气带出至外部分析仪器的载气输出通道；

所述多级冷阱内设有用于监测温度的测温模组，所述多级冷阱内还设有用于快速制热的变压器组，所述变压器组连接多级冷阱的浓缩管路，所述变压器组和测温模组均由PID控制器控制。

在其中一个实施例中，一种三级制冷大气预浓缩仪还包括反吹装置，所述反吹装置包括第二压力控制器、反吹电磁阀和反吹通道，所述第二压力控制器设置于反吹通道，所述反吹通道的一端连接排气通道，所述反吹通道的另一端连接外部反吹气体输出装置，所述反吹电磁阀位于第二压力控制器和排气通道之间。

在其中一个实施例中，所述多级冷阱包括一级除水阱、二级富集阱和三级聚焦阱。

在其中一个实施例中，所述变压器组包括第一变压器、第二变压器和第三变压器；

所述第一变压器、第二变压器和第三变压器分别连接一级除水阱、二级富集阱和三级聚焦阱的浓缩管路。

在其中一个实施例中，所述测温模组包括第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶；

所述第一热电偶、电二热电偶和第三热电偶分别用于测量一级除水阱、二级富集阱和三级聚焦阱的温度。

在其中一个实施例中，所述液氮输入机构包括液氮储存装置和液氮泵，所述液氮灌连通液氮泵，所述液氮泵通过电磁阀组连通一级除水阱、二级富集阱和三级聚焦阱，所述PID控制器控制液氮泵。

在其中一个实施例中，所述电磁阀组包括第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，所述液氮泵通过第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀分别连通一级除水阱、二级富集阱和三级聚焦阱。

在其中一个实施例中，所述多通阀是六通阀，所述多通阀分别设有第一接气口、第二接气口、第三接气口、第四接气口、第五接气口和第六接气口；

所述第一接气口和第四接气口分别连通三级聚焦阱，所述第六接气口连通二级富集阱；所述第二接气口连通载气输入通道，所述第三接气口连通载气输出通道，所述第五接气口连通排气通道。

一种温度控制方法，所述方法如下：

多个热电偶分别监测多个冷阱的实际温度，并分别将多个冷阱的实际温度反馈至PID控制器100；

PID控制器100将实际温度与设定温度比对；

若实际温度与设定温度相等则保持当前状态；

若其中一个或多个冷阱的实际温度低于设定温度时，PID控制器100发出加温信号至大气预浓缩仪程序；PID控制器100控制电路输出220V电压至与需加热的冷阱相对应的变压器；变压器将220V电压转换成2-5V的安全电压，变压器直接连接冷阱的浓缩管路，短路电流通过浓缩管路时发热产生高温；

若其中一个或多个冷阱的实际温度高于设定温度时，PID控制器100发出制冷信号至大气预浓缩仪程序；大气预浓缩仪程序接收制冷信号，开启与需制冷的冷阱相对应的电磁阀；大气预浓缩仪程序反馈信号至PID控制器100；

PID控制器100启动液氮泵92，液氮由液氮泵92从液氮储存装置91抽出并通过开启的电磁阀流向冷阱。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在多级冷阱的浓缩管路上设置变压器组，在需要加温时，由PID控制器控制输出220V电压并输送至变压器，再由变压器转换成2-5V的安全电压输出，当安全电压通过冷阱的浓缩管路时是短路电流会发热产生高温，由此实现快速加温，且是直接对冷阱加温，有效提高了加温效率，

本发明在多级冷阱内设置有测温模组，可直接监测多级冷阱内的实际温度，减少温度误差，且测温模组由PID控制器控制，PID控制器可根据实际温度和设定温度的温差进行加温或是制冷，使温度稳定在设定温度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明多通阀的结构示意图。

图中：1-进气机构；11-第一压力控制器；21-一级除水阱；22-二级富集阱；23-三级聚焦阱；31-第一电磁阀；32-第二电磁阀；33-第三电磁阀；4-多通阀；41-第一接气口；42-第二接气口；43-第三接气口；44-第四接气口；45-第五接气口；46-第六接气口；47-载气输入通道；48-载气输出通道；5-排气通道；51-排气电磁阀；6-反吹通道；61-第二压力控制器；62-反吹电磁阀；71-第一热电偶；72-第二热电偶；73-第三热电偶；81-第一变压器；82-第二变压器；83-第三变压器；91-液氮储存装置；92-液氮泵；100-PID控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1-2所示，一种三级制冷大气预浓缩仪，包括进气机构1、液氮输入机构、PID控制器100、多级冷阱和多通阀4；

所述进气机构1通过第一压力控制器11连通多级冷阱；所述液氮输入机构通过电磁阀组连通多级冷阱，所述液氮输入机构由PID控制器100控制；

所述多级冷阱连通多通阀4，所述多通阀4连接有用于排出残留气体的排气通道5，所述排气通道5设有排气电磁阀51；所述多通阀4还分别连接有用于输入GC载气的载气输入通道47，以及，用于使VOC样品被GC载气带出至外部分析仪器的载气输出通道48；

所述多级冷阱内设有用于监测温度的测温模组，所述多级冷阱内还设有用于快速制热的变压器组，所述变压器组连接多级冷阱的浓缩管路，所述变压器组和测温模组均由PID控制器100控制。

所述PID控制器100即是比例-积分-微分控制器，PID控制器100分别控制测温模组、变压器组和液氮输入机构，而测温模组监测多级冷阱内的实际温度，并将实际温度数据反馈至PID控制器100，PID控制器100将实际温度数据与设定温度数据进行比对判断是否需要进行加温或是制冷。当需要制冷时PID控制器100控制液氮输入机构输入液氮用于制冷，需要加温时PID控制器100控制线路输出220V电压，并由变压器组转换为2-5V的安全电压进行加温；变压器组是与多级冷阱的浓缩管路直接连接，因此安全电压在浓缩管路形成短路电压，由此快速加温，且直接作用于多级冷阱，浓缩管路是一种惰性金属管，制冷和加温可同时进行确保温度维持在设定温度。

一种三级制冷大气预浓缩仪还包括反吹装置，所述反吹装置包括第二压力控制器61、反吹电磁阀62和反吹通道6，所述第二压力控制器61设置于反吹通道6，所述反吹通道6的一端连接排气通道5，所述反吹通道6的另一端连接外部反吹气体输出装置，所述反吹电磁阀62位于第二压力控制器61和排气通道5之间。所述反吹装置在使用之后对大气预浓缩仪内部管道反吹进行清理，本发明使用氮气进行反吹，因此所述外部反吹气体输出装置是外部氮气输出装置。

所述多级冷阱包括一级除水阱21、二级富集阱22和三级聚焦阱23。一级除水阱21用于除去进入其中的气体中含有的水，一级除水阱21的设定温度可以是-50°。二级富集阱22用于去除气体中含有的永久气体，二级富集阱22的设定温度可以是100°。三级聚焦阱23用于聚焦待分析的VOC样品，三级聚焦阱23的设定温度可以是196°。这里所指的温度并不代表只能是这个温度，可以根据使用需求的不同和流程的不同改变其设定温度。

所述变压器组包括第一变压器81、第二变压器82和第三变压器83；

所述第一变压器81、第二变压器82和第三变压器83分别连接一级除水阱21、二级富集阱22和三级聚焦阱23的浓缩管路。第一变压器81、第二变压器82和第三变压器83用于转换电压对多级冷阱进行加温，可单独多其中一个冷阱加温，也可以多个变压器分别对多个冷阱进行加温。

所述测温模组包括第一热电偶71、第二热电偶72和第三热电偶73；

所述第一热电偶71、电二热电偶和第三热电偶73分别用于测量一级除水阱21、二级富集阱22和三级聚焦阱23的温度。所述第一热电偶71、电二热电偶和第三热电偶73的温度检测范围为-200°到500°；所述第一热电偶71、电二热电偶和第三热电偶73分别将所获得的温度数据反馈至PID控制器100。

所述液氮输入机构包括液氮储存装置91和液氮泵92，所述液氮灌连通液氮泵92，所述液氮泵92通过电磁阀组连通一级除水阱21、二级富集阱22和三级聚焦阱23，所述PID控制器100控制液氮泵92。所述液氮储存装置91可以是一种低压液氮罐，所述液氮泵92由PID控制器100控制，可调控其输出的流量大小，用于控制输出适量的液氮用于制冷或是稳定温度。

所述电磁阀组包括第一电磁阀31、第二电磁阀32和第三电磁阀33，所述液氮泵92通过第一电磁阀31、第二电磁阀32和第三电磁阀33分别连通一级除水阱21、二级富集阱22和三级聚焦阱23。

所述多通阀4是六通阀，所述多通阀4分别设有第一接气口41、第二接气口42、第三接气口43、第四接气口44、第五接气口45和第六接气口46；

所述第一接气口41和第四接气口44分别连通三级聚焦阱23，所述第六接气口46连通二级富集阱22；所述第二接气口42连通载气输入通道47，所述第三接气口43连通载气输出通道48，所述第五接气口45连通排气通道5。本发明使用的是六通阀，在不同数量的冷阱设置时，或是用于不同的连接对象时可以是四通阀或八通阀，可根据要求调整其数量。

一种温度控制方法，所述方法如下：

多个热电偶分别监测多个冷阱的实际温度，并分别将多个冷阱的实际温度反馈至PID控制器100；

PID控制器100将实际温度与设定温度比对；

若实际温度与设定温度相等则保持当前状态；

若其中一个或多个冷阱的实际温度低于设定温度时，PID控制器100发出加温信号至大气预浓缩仪程序；PID控制器100控制电路输出220V电压至与需加热的冷阱相对应的变压器；变压器将220V电压转换成2-5V的安全电压，变压器直接连接冷阱的浓缩管路，短路电流通过浓缩管路时发热产生高温；

若其中一个或多个冷阱的实际温度高于设定温度时，PID控制器100发出制冷信号至大气预浓缩仪程序；大气预浓缩仪程序接收制冷信号，开启与需制冷的冷阱相对应的电磁阀；大气预浓缩仪程序反馈信号至PID控制器100；

PID控制器100启动液氮泵92，液氮由液氮泵92从液氮储存装置91抽出并通过开启的电磁阀流向冷阱。

当需要加温时冷阱的实际温度与设定温度的温差越大，电压输出时间越长；当需要制冷时冷阱的实际温度与设定温度的温差越大，液氮流量越大；制冷和加温是可同时进行的，可用于稳定冷阱的温度。本发明的设定温度是可根据使用的流程和程序进行调整变换的并不是一个固定值。

当一级除水阱21的实际温度低于设定温度时，即需要加温。第一热电偶71在将温度数据反馈至PID控制器100后，PID控制器100向大气预浓缩仪发出加温信号，PID控制器100控制电路输出220V电压至第一变压器81，220V电压由变压器转换为2-5V的安全电压，由于第一变压器81与一级除水阱21的浓缩管路直接连接，安全电压形成短路电压，快速发热，由此达到加温的目的，当实际温度越低，即实际温度与设定温度的温差越大，电压输出的时间越长。二级富集阱22和三级聚焦阱23的加温过程除输出电压到达的变压器不同外，其余过程与一级除水阱21相同。一级除水阱21、二级富集阱22和三级聚焦阱23可同时进行加温，或是其中两个同时进行加温。

当一级除水阱21的实际温度高于设定温度时，即需要制冷。第一热电偶71将温度数据反馈至PID控制器100后，PID控制器100向大气预浓缩仪发出制冷信号，大气预浓缩仪程序接收信号后打开第一电磁阀31，PID控制液氮泵92启动，液氮泵92将液氮从液氮储存装置91抽出，液氮通过第一电磁阀31流向一级除水阱21，使一级除水阱21内的温度下降，达到制冷的目的。PID控制器100可控制液氮泵92输出的液氮流量大小，当实际温度越高，即实际温度与设定温度的温差越大，液氮的流量越大。二级富集阱22和三级聚焦阱23的制冷过程除了开启的阀门不同外，其余过程与一级除水阱21相同。一级除水阱21、二级富集阱22和三级聚焦阱23可同时进行制冷，或是其中两个同时进行制冷。

加温和制冷可同时进行，用于稳定冷阱内的温度；例如当一级除水阱21的实际温度高于设定温度则需要制冷，二级富集阱22的实际温度低于设定温度则需要加温，而三级聚焦阱23的实际温度不高于也不低于设定温度则保持当前状态；PID控制器100在接受到第一热电偶71、二级热电偶和三级热电偶的温度数据后，PID控制器100向大气预浓缩仪分别分出制冷和加温信号。大气预浓缩仪开启第一电磁阀31，PID控制器100控制液氮泵92运行，将液氮通过第一电磁阀31输送往一级除水阱21进行制冷；PID控制器100控制电路输出220V电压至第二变压器82，第二变压器82转换电压并输出至二级富集阱22的浓缩管理发热加温；由此实现稳定温度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。