專利名稱：改善的氣相色譜儀用集成閥設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣相色譜儀的領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種新的氣相色譜儀。更加具體地，本發(fā)明涉及一種有多個(gè)閥和檢測(cè)器的新型氣相色譜儀。
氣相色譜法的領(lǐng)域涉及分析流經(jīng)過程管路的氣樣。把氣樣加到氣相色譜儀中，氣相色譜儀把氣樣分離成組分，并且使用各種檢測(cè)器分析過程氣流中的特定成分的濃度。
以前，氣相色譜儀有幾個(gè)問題。例如，對(duì)于任何氣相色譜儀都希望能進(jìn)行快速和準(zhǔn)確的測(cè)量。流經(jīng)過程管線的氣流可以含有許多不同類別的成分，并且，并且理想地，這些成分中的每個(gè)都要進(jìn)行分析。然而常規(guī)的氣相色譜儀不能夠?qū)^程進(jìn)行所希望地那么快速的響應(yīng)。而且在過程氣流中的液體污染可以使任何分析復(fù)雜化。
在先技術(shù)氣相色譜儀的另一個(gè)問題是，在分析氣流中缺乏靈活性。例如，往往希望分析氣流的不同特性而不切換到另一個(gè)氣相色譜儀。然而，在先技術(shù)的氣相色譜儀因?yàn)槠溟y數(shù)有限和缺乏靈活性而受到限制。因此需要一種能夠更準(zhǔn)確和快速地分析復(fù)雜過程氣流的氣相色譜儀。
氣相色譜儀的其它問題還存在于氣相色譜儀所含的閥系統(tǒng)中。例如，這些閥不易于維修。因?yàn)榻?jīng)常流經(jīng)氣相色譜儀的氣體是臟的，并且這種污染可影響氣相色譜儀中的關(guān)鍵部件的性能，從而可能需要保養(yǎng)。更新氣相色譜儀中的部件可以使這個(gè)問題最小化，但是在過去拆卸氣相色譜儀一直是困難和惱人的經(jīng)歷。因此需要有新型的氣相色譜儀存在。
如領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員所知，在先技術(shù)還有其它的應(yīng)當(dāng)解決或者減輕的問題。
本發(fā)明公開的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)多閥組件。所述多閥組件包括多個(gè)板和隔膜，附著在一起以形成多個(gè)閥。這些板之一是一個(gè)復(fù)式接頭，它包括一個(gè)公共管路通道和多個(gè)操縱通道，操縱通道中的至少一個(gè)連接到公共管路通道，且至少有與閥一樣多的操縱通道。另外，此實(shí)施例可以看作是一種多閥裝置，包括至少兩個(gè)集成為一個(gè)第一區(qū)域的閥，包括一個(gè)第一區(qū)、一個(gè)氣流特性檢測(cè)器，如TCD，和一個(gè)第一溫度傳感器。一個(gè)第二區(qū)域集成一個(gè)第二加熱器和一個(gè)第二溫度傳感器，以第一區(qū)域的溫度傳感器和氣流特性檢測(cè)器在對(duì)于一個(gè)在第二區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)處在同樣半徑的弧上。
本發(fā)明包含使之能夠克服在先技術(shù)裝置的各種問題的特征和優(yōu)點(diǎn)的組合。在閱讀對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)說明并且參照附圖，領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員可以容易地了解上述的各種特性以及其它的特征。
現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，圖中圖1是一個(gè)液相色譜系統(tǒng)的簡化圖，圖2是一個(gè)氣相色譜儀的簡化示意圖，圖3A是一個(gè)在ON狀態(tài)的閥的示意圖。
圖3B是一個(gè)在OFF狀態(tài)的閥的示意圖。
圖3C是一個(gè)用于分析樣品的復(fù)合閥系統(tǒng)的示意圖。
圖4是閥的示意剖視圖，圖5是一個(gè)單向管的剖視圖，圖6是一個(gè)多閥塊的實(shí)施例的分解立體圖。
圖7A是圖6的多閥塊的上活塞板的頂視圖，圖7B是圖6的多閥塊的上活塞板的底視圖，
圖8A是圖6的多閥塊的下活塞板的頂視圖，圖8B是圖6的多閥塊的下活塞板的底視圖，圖9A是圖6的多閥塊的基板的頂視圖，圖9B是圖6的多閥塊的基板的底視圖，圖10A是圖6的多閥塊的初級(jí)板的頂視圖，圖10B是圖6的多閥塊的初級(jí)板的底視圖，圖11是圖6的多閥塊的密封隔膜，圖12是圖6的多閥塊的襯墊隔膜，圖13A是圖6的多閥塊的上操縱隔膜，圖13B是圖6的多閥塊的下操縱隔膜，圖14是在工作中的多閥組件的剖視圖，圖15是多閥組件灶的隔離底片的頂視圖，圖16是所述多閥組件的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，圖17是一個(gè)多閥塊的第二實(shí)施例的分解立體圖，圖18A是圖17的多閥塊的初級(jí)板的頂視圖，圖18B是圖17的多閥塊的初級(jí)板的底視圖，圖19A是圖17的多閥塊的上活塞板的頂視圖，圖19B是圖17的多閥塊的上活塞板的底視圖，圖20A是圖17的多閥塊的下活塞板的頂視圖，圖20B是圖17的多閥塊的下活塞板的底視圖，圖21A是圖17的多閥塊的基板的頂視圖，圖21B是圖17的多閥塊的基板的底視圖，圖22是圖17的多閥塊的下密封隔膜，圖23是圖17的多閥塊的操作器墊隔膜，圖24是圖17的多閥塊的上操縱隔膜，圖25是圖17的多閥塊的襯墊隔膜，圖26是圖17的多閥塊的上密封隔膜，圖27是一個(gè)多閥組件的透視圖，包括復(fù)式接頭和電磁閥，圖28A是圖17的多閥塊的復(fù)式接頭的頂視圖，圖28B是圖17的多閥塊的復(fù)式接頭的底視圖，
圖29是多閥組件第二實(shí)施例的第一剖視圖，圖30是多閥組件第二實(shí)施例的第二剖視圖，圖31表示適宜用于精煉環(huán)境的氣相色譜儀系統(tǒng)圖1示出一般地根據(jù)本發(fā)明的學(xué)說構(gòu)成的一種氣相色譜儀系統(tǒng)。氣體經(jīng)一個(gè)過程管線110流動(dòng)，所述氣的樣品由一個(gè)采樣探頭120提取，而后導(dǎo)入氣相色譜儀(GC)100。可以把氣樣過濾后一般地沿管子130跟蹤加熱，然后再流進(jìn)氣相色譜儀100。對(duì)于在較冷的溫度下可能凝結(jié)成部分氣體和部分液流的氣體，所述加熱可能是需要的。在由氣相色譜儀分析后，氣樣或返回過程管線110或排出至大氣。
轉(zhuǎn)而參看圖2，氣相色譜儀100包括連接到多柱220和檢測(cè)器230的多閥組件210，在此例中檢測(cè)器230是導(dǎo)熱性檢測(cè)器(TCD)。氣樣一般地沿路徑240通過閥組件210、柱220和TCD230。閥組件使之能夠選擇柱220，所述柱含有液相材料、微孔聚合體材料，或者其它用以把氣樣分離成多個(gè)部分的材料，把各個(gè)部分順序地向TCD230釋放。例如一個(gè)氣樣可能含有不同分子量的碳水化合物成份。柱220可以分離氣樣，從而分子量低成份的會(huì)先離開所述柱，跟著是更高分子量的成份依此等等。
參看圖3A和圖3B，表示閥的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。閥300包括多個(gè)閥口，以1至6標(biāo)示?？梢钥闯?，還可有或多或少的閥口。輸入線310向閥300提供一個(gè)氣樣。排出管路320把氣樣從閥300排出。實(shí)線330表示閥口之間的開放通道，而虛線340指示閥口間的閉塞了的通道。
電磁閥(未示)或把閥300置于ON位置，如圖3A所示；或把它置于OFF位置，如圖3B所示。當(dāng)一個(gè)閥處于ON位置，氣體從輸入管路310經(jīng)閥口1流到閥口6，經(jīng)管路315并且最終經(jīng)閥口3至閥口2最后出排出管路320。當(dāng)閥在OFF位置時(shí)，氣體從輸入管路310經(jīng)閥口1至閥口2再經(jīng)排出管路320排出。
圖3C和3D表示一對(duì)閥可以怎樣或者單獨(dú)地工作或者與其它的閥(未示)結(jié)合工作。第一閥300包括一個(gè)六閥口陣列。第二閥350也包括一個(gè)六閥口陣列。圖中表示了雙TCD380以及關(guān)聯(lián)的管子350、315、320、325和390、柱360和370。
輸入管路310連接到一個(gè)氣樣輸送管路(未示)。當(dāng)?shù)谝婚y300在OFF位置，氣樣從輸入線310流到閥300的閥口1到閥口2然后流出排出管路320。但是，當(dāng)閥300在ON位置時(shí)，氣樣從閥口1流到閥口6，再流經(jīng)采樣環(huán)路315。然后所述氣體從閥300的閥口3流到閥口2，再從排出管線320排出。這時(shí)，采樣環(huán)路315充滿氣樣。這意味著，如果閥300在此時(shí)轉(zhuǎn)OFF，氣樣就捕獲在采樣環(huán)路315中。
現(xiàn)在說明閥350，當(dāng)它處于OFF狀態(tài)時(shí)。載體氣體從載體氣體輸入管路390經(jīng)閥350的閥口2流到閥口1流經(jīng)載體管子325。這時(shí)，閥300還是處于OFF的狀態(tài)，從而將在管子325中的氣體經(jīng)閥口5迫向閥口6，再經(jīng)過氣體采樣管子315。接著，所述作用使氣樣經(jīng)閥口3和4迫使其沿柱360流動(dòng)?？梢愿郊拥匕褮鈽訅哼^柱370并經(jīng)閥口3和4進(jìn)入雙TCD380。還存在許多的閥口組合，它們都在領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)。從而可以把閥串連以形成“通路”。
每個(gè)通路饋入相應(yīng)的TCD對(duì)(一個(gè)測(cè)量TCD和一個(gè)參考TCD)。使用一個(gè)以上的TCD對(duì)得到對(duì)流經(jīng)其相應(yīng)連接的柱的樣品由TCD進(jìn)行同時(shí)分析。這種并聯(lián)分析比串連分析提高了分析速度。而且，因?yàn)楣に嚠?dāng)前把通路和檢測(cè)器對(duì)限制為一對(duì)一對(duì)應(yīng)，在任何特定時(shí)間投入使用的通路數(shù)量既受閥數(shù)的限制也受檢測(cè)器數(shù)的限制。當(dāng)然，閥的數(shù)越多，可用的通路就越多，從而更加有潛力進(jìn)行更多的平行處理和加速整個(gè)系統(tǒng)。但是，即使檢測(cè)器數(shù)限制了在任何一個(gè)時(shí)間投入使用的通路數(shù)，較多的閥數(shù)得到較多數(shù)量的從中對(duì)每個(gè)TCD選擇的通路數(shù)。例如，一個(gè)多閥系統(tǒng)可以有足夠的閥來操作八個(gè)通路。即使只有兩個(gè)檢測(cè)器對(duì)存在使得在任何時(shí)間只能有兩個(gè)通路投入使用，可以把檢測(cè)器對(duì)設(shè)計(jì)成這八個(gè)通路中選擇哪個(gè)通路連接到檢測(cè)器對(duì)。這大大地增加了本發(fā)明的氣相色譜儀的靈活性。
參看圖4，表示一個(gè)部分閥組件的剖視圖。閥400包括一個(gè)帶有操縱閥口412和414的基板410、一個(gè)下操縱隔膜420、一個(gè)帶有相關(guān)長活塞435的下活塞板430、一個(gè)上操縱隔膜440、一個(gè)帶有相關(guān)短活塞455的上活塞板450、襯墊隔膜460、密封隔膜465，和其中帶有閥口472和474的初級(jí)板470。這些閥口適當(dāng)?shù)乜梢允侨鐖D3所示的閥口1和6。
回顧圖4，氣樣480進(jìn)入閥口472。當(dāng)長活塞435在升高的(關(guān)閉的)位置而短活塞不在此位時(shí)，所述氣樣480流出閥口474。長活塞435由施加在操縱閥口A412上的氣體壓力提升。所述壓力使下操縱器隔膜420變形并且把長活塞435沿向上方向進(jìn)入下活塞板430。長活塞435的上端然后靠在初級(jí)板470上。同樣地，短活塞455由來自操作口B414的氣體壓力驅(qū)動(dòng)并把氣樣480迫向路徑485。
閥是在ON還是在OF位置取決于電磁閥，它變換地把氣體要么施加到操縱口A或施加到操縱閥口B。圖5一般地表示一個(gè)電磁閥的工作。電磁閥500包括一個(gè)公共管路閥口510、一個(gè)與操縱閥口A對(duì)應(yīng)的排出閥口520、與操縱閥口B對(duì)應(yīng)的排出閥口530、排出閥口A或B的釋放口，及控制導(dǎo)線540。管子550連接到公共管路閥口510、排出閥口520和530。排出閥口A和B分別連接圖4中所示的操縱閥口A和B。公共管路閥口510連接著受壓力的氣體。施加在或操縱閥口A或操縱閥口B上的氣壓控制相應(yīng)的閥是在ON位置還是在OFF位置。來自導(dǎo)線540的電控制信號(hào)控制公共管路510是連接排出口A還是排出口B，從而氣壓是施加于操縱閥口A還是操縱閥口B。在本發(fā)明的學(xué)說范圍內(nèi)可以對(duì)此設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)有些改變。
圖6示出多閥塊600的一個(gè)實(shí)施例的分解圖，包括一個(gè)開放區(qū)域605、一個(gè)帶有相關(guān)的用于對(duì)齊部件的定位銷的基板610，和一個(gè)下操縱器隔膜620、一個(gè)帶有相關(guān)長活塞635的下活塞板630、一個(gè)上操作隔膜640，一個(gè)帶有相關(guān)的短活塞655的上活塞板650、一個(gè)襯墊隔膜660、一個(gè)密封隔膜665、和一個(gè)初級(jí)板679。每個(gè)活塞包括一個(gè)有一從其上伸出的桿的下基部?？捉M680和690適于兩個(gè)TCD對(duì)。圖中示出用于插過基板610、下活塞板和上活塞板的第一組螺絲，以及用于插過基板670、上活塞板650和下活塞板630的第二組螺絲。另外，因?yàn)橛形鍌€(gè)閥，所以設(shè)置五個(gè)電磁閥(未示)，各控制一個(gè)不同的閥。
由圖可見，多閥裝置600包括五個(gè)閥，每個(gè)閥有六個(gè)閥口。通過把多個(gè)閥集成為一個(gè)單個(gè)的多閥塊，得到一個(gè)可以把氣樣分離到上述大數(shù)量柱的緊湊裝置。這便于更快和更準(zhǔn)地分析含在氣樣中的氣體。還可以降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的技術(shù)可以用于把多于或者少于五個(gè)閥集成進(jìn)一個(gè)單個(gè)的單元，并且每個(gè)閥可以有或多或少的閥口。例如如果希望大數(shù)量的閥，可以在圖6所示的實(shí)施例中放進(jìn)多達(dá)七個(gè)閥。
圖6的實(shí)施例用之可以進(jìn)行快速準(zhǔn)確的氣樣分析的一個(gè)方式是降低所謂的“無效容積”。當(dāng)氣相色譜儀的部件分隔過遠(yuǎn)從而出現(xiàn)不適當(dāng)?shù)臍怏w混合時(shí)就會(huì)使無效容積增加。氣樣或者液樣的這種混合產(chǎn)生一種“譜帶擴(kuò)大”。譜帶擴(kuò)大是違人心愿的，因?yàn)榉治龅淖V帶區(qū)域與濃度對(duì)應(yīng)，并且這些譜帶不應(yīng)當(dāng)重迭。因此，一系列的寬帶的結(jié)果是比一系列短的、緊湊的帶可能達(dá)到的分析慢得多。因此，一個(gè)集成的、緊湊的設(shè)計(jì)從性能的角度上是特別希望的。而且，圖示的幾何形狀對(duì)第一組和第二組TCD提供了足夠的面積。盡管如果希望的話這些TCD組可以放在多閥塊之外(例如為了把較大時(shí)的閥集成進(jìn)多閥塊)，然而把TCD含進(jìn)多閥塊有幫于進(jìn)一步小型化所述裝置并且使之更加緊湊。
圖7A和圖7B分別表示是圖6的多閥塊的上活塞板的頂視圖和底視圖。參見圖7A的頂視圖，圖中示五個(gè)閥的位置701至705。圖中還表示用于接收螺絲以把初級(jí)板和其它的板緊固在一直起的螺絲孔750，一般位于720?？?50用于來自底上的把板緊固在一起的螺絲，而孔760用于閥的定位銷釘。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7B所示的上活塞板的底視圖，類似地示出位置701-707。每個(gè)閥包括用于3個(gè)活塞底和三個(gè)活塞桿的足夠空間730、735。繞每個(gè)閥位的隆起的邊緣也示出了。由隆起的邊緣界定的隆起的表面存在于上和下活塞板的雙側(cè)。例如可以使用0.032英寸的隆起的邊緣。這些隆起的邊緣740減少了螺絲615和675在其上施加力的表面積，從而降低了泄露的機(jī)率。
翻回來參見圖6，可以看到對(duì)應(yīng)于孔720和750表示了兩套螺絲。這兩套螺絲穿過孔720和750簡化了本發(fā)明的維修保養(yǎng)。底套螺絲615伸過基板610、下活塞板630和上活塞板650。螺絲615把這些板固定在一起。頂套螺絲765伸過初級(jí)板和上活塞板，以把這些板固定在一起。因?yàn)樗砷_并且拆卸螺絲675使得能夠夠得著及更換密封隔膜665和襯墊隔膜660，而不必過多地折除大量的板，這個(gè)雙螺絲套方法簡化了維修保養(yǎng)。正是密封隔膜最常受流經(jīng)多閥臟氣體的沾染。我們發(fā)現(xiàn)可以接受約10英尺磅較低力矩去擰這些螺絲套，同時(shí)使拆卸這些螺絲盡可能地容易。多閥構(gòu)形還簡化了保養(yǎng)和維修，因?yàn)槔迷谝粋€(gè)集成單元中的多閥只需要更換一個(gè)隔膜面不是需要象其它情況下那樣為多閥更換多個(gè)隔膜。
圖8A和圖8B表示圖6的下活塞板。圖8A和圖8B分別是所述下活塞板的頂視圖和底視圖。請(qǐng)?jiān)僖淮螀⒖磮D8A，除為兩套TCD提供的一個(gè)區(qū)域之外，還為五個(gè)閥提供了位置810-815?？?20和孔825容納緊固螺絲。圖中還示出五個(gè)三角槽830和伴隨在各個(gè)槽中的孔840。來自電磁閥的氣體經(jīng)過操縱孔840走到槽830。槽830提供了一條提升短活塞的操縱氣體的通道。因?yàn)樗龅膶?shí)施例有六個(gè)閥口，所以每個(gè)閥三個(gè)短活塞，三角形便于(但是并不必須)同時(shí)操縱所有的三個(gè)短活塞?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)看圖8B的底視圖，圖中示出位置801-807。還有一般地示于840的是連接到一個(gè)操縱閥口的孔，氣體經(jīng)此操縱閥口施壓力。這些孔840對(duì)應(yīng)于圖8A中的槽830。由圖可見，對(duì)長活塞635提供了空間830。
圖9A和9B分別表示圖6的基板的頂視圖和底視圖。參看圖9A，與圖8A類似，圖中示出多個(gè)槽930，每個(gè)槽具有一個(gè)操縱氣體的孔940。另外，圖中還示出，操縱孔945向上行到下活塞板。圖9B表示基板的底視圖。圖中示出裂槽960和孔970、980和990。裂槽的存在是因?yàn)樗喕诓鹦稌r(shí)折隔膜。具體上說，在安裝閥后，隔膜傾向于粘在接觸面上，并且所述的裂槽提供了一個(gè)隔膜可以易于咬合于其上的區(qū)域。孔970是經(jīng)管子把閥口A和B連接到電磁閥上的、閥口A和B的公共管路?？?80和990是螺絲孔。圖9B還示出交叉鉆孔管路962、964，代表用于插入載體管和樣氣樣管的鉆孔區(qū)域。圖中還示出進(jìn)入所述各個(gè)插孔區(qū)域的孔。載體和樣氣在交叉鉆孔管路界定的插入?yún)^(qū)域中由多閥塊中的熱快速有效地預(yù)加熱。
圖10A和10B示出是圖6的多閥塊的初級(jí)板的頂視圖和底視圖。現(xiàn)在參看圖10A，圖中所示的是TCD孔1050-1953和關(guān)聯(lián)的管子孔1060-1063。圖中還示孔1070，它適用于RTD熱傳感器。圖10B是所述初級(jí)板的底視圖。包括有容納螺絲的孔1010，和容納定位銷的孔1020。
圖11-13表示圖6的隔膜。圖11示圖6的密封隔膜。優(yōu)選地所述密封隔膜用杜邦公司生產(chǎn)的3密爾KaptonTM制造，在兩側(cè)各覆0.5密爾厚的聚四氟乙烯。圖12所示是圖6的襯墊隔膜。所述襯墊隔膜優(yōu)選地約0.002英寸厚并且用杜邦公司生產(chǎn)的Nomax紙制造。圖13A和13B所示上和下操縱器隔膜。兩個(gè)操縱器隔膜都優(yōu)選地用杜邦公司生產(chǎn)的3毫米KaptonTM紙制造。
圖14表示一個(gè)多閥塊1400，包括一個(gè)卷軸1410，具有用于第一RTD(電阻式熱檢測(cè)器)1420和兩個(gè)TCD對(duì)1425、一個(gè)對(duì)于多閥塊1400的外表面、一個(gè)在外表面1430的外側(cè)的帶狀加熱器1440、位于外表面1430和帶狀加熱器1450之間的載體氣體預(yù)熱管1450、和一個(gè)作為多閥塊一部分的基板610。卷軸1410含有一或者多個(gè)支架加熱器1460和一個(gè)第二RTD1465。返回見圖6，一個(gè)孔或者開口區(qū)域605處于所述多閥塊的中間。所述開口區(qū)域605容納從基板610伸出的卷軸1410。柱1470環(huán)繞著卷軸1410。圖中還示出經(jīng)管子1485連接到基板于其下端1490處的電磁閥1480。帶狀加熱器1440是一個(gè)功率約為200瓦特的交流帶狀加熱器。
在工作中，氣樣經(jīng)管子或者導(dǎo)管315(圖14中未示)流入多閥塊然后流經(jīng)柱1470的管路。相反，載體氣體流經(jīng)載體氣體預(yù)熱管1450然后再流經(jīng)柱1470。載體氣體預(yù)熱管可以放置在不同的位置以加熱載體氣體到預(yù)定的溫度。載體氣體預(yù)熱管可以剛好放在帶狀加熱器中，如圖14所示，或者它可以優(yōu)選地占據(jù)多閥中的插入?yún)^(qū)域，如參照?qǐng)D9所說明。從而在受卷軸加熱前，載體氣體和氣樣都加熱到約為多閥塊的溫度。
這樣，此安排提供兩個(gè)加熱區(qū)。接近卷軸的區(qū)域界定一個(gè)第二加熱區(qū)。第一加熱區(qū)由多閥塊的其余處溫度確定。所述第一RTD位于多閥塊中于1420處，測(cè)量第一加熱區(qū)的溫度。第二RTD位于卷軸1410內(nèi)的1465處，測(cè)量第二加熱區(qū)的溫度。兩個(gè)分離的加熱區(qū)是重要的，流經(jīng)柱1470的氣體應(yīng)當(dāng)理想地約高于各個(gè)TCD處溫度(第一加熱區(qū)的溫度)約3-5℃。另外，第一加熱區(qū)中的TCD應(yīng)當(dāng)保持在用于準(zhǔn)確分析的溫度約0.1℃范圍之內(nèi)。在第二加熱區(qū)中的溫度也應(yīng)當(dāng)保持在約0.1℃的公差之內(nèi)。希望時(shí)可以加上多個(gè)加熱區(qū)，以便能夠分析復(fù)雜的樣品。
為了穩(wěn)定加熱區(qū)中的溫度，由熱絕緣材料造成一個(gè)“灶”。所述的灶基本上是一個(gè)圓柱的套，它包圍多閥裝置的其余部分并且保持其溫度穩(wěn)定；電磁閥除外，它應(yīng)當(dāng)避開所述灶內(nèi)的熱。參見圖15，圖中表示這個(gè)熱絕緣圓柱或者說套筒的底1510。如圖中可見，它包含多個(gè)孔1510，電磁閥的管子和基架的支腿經(jīng)過這些孔延伸。
圖16表示的是“灶”的熱絕緣1610，包括熱絕緣圓柱的底1500。作為其多閥塊1600的部分，基板610鄰接絕緣圓柱1500的底。支承用的支腿1600由聚四氟乙烯1605制造。圖中還示經(jīng)底片1500伸向多閥塊1400的下表面的管子1485的管子1485。
接上述實(shí)施例發(fā)展的本發(fā)明第二實(shí)施例示于圖17-30中。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例據(jù)認(rèn)為對(duì)第一實(shí)施例在多個(gè)方面有改進(jìn)。圖17示出倒立狀態(tài)的多閥塊1700的第二實(shí)施例的分解圖。優(yōu)選這樣一種反轉(zhuǎn)的構(gòu)形以簡化裝配。圖17包括一個(gè)UltemTM的復(fù)式接頭1780帶有相關(guān)的UltemTM插塞1782。圖中還示出下密封隔膜1765、帶有載體氣體預(yù)熱蛇形管插入?yún)^(qū)的基板1710、下操縱隔膜、帶有相關(guān)的長活塞1735的下活塞板1730、上操縱器隔膜1740、帶有相關(guān)的短活塞1755的上活塞板1750、襯墊隔膜1760、密封隔膜1775，和帶有相關(guān)的導(dǎo)銷1172的初級(jí)板1770。圖中還示出在多閥塊中心的開口區(qū)域、力矩螺絲1790和傾斜面墊片。在穿過復(fù)式接頭1780把力矩螺絲1790緊固之后，插入絕緣插塞1740。圖中還表示了螺絲1795。
圖18A和圖18B表示圖17的初級(jí)板的頂視圖和底視圖。參見圖18A，圖中示出各帶有六個(gè)閥口1810的五個(gè)閥1801-1805以及TCD孔1850-1853和相關(guān)管孔1860-1863。圖中還表示了孔1870適用于RTD熱傳感器，并且由定位螺絲固定在所述孔中?？?820用于緊固螺絲?？?835用于安裝TCD熱塊的支架。與圖10的RTD熱傳感器的孔相反，RTD熱傳感器孔1870位于TCD孔1850-1853所處的同一圓周上?？梢钥闯?，因?yàn)門CD處溫度對(duì)氣樣的準(zhǔn)確測(cè)量極為重要，溫度傳感器(RTD)應(yīng)當(dāng)盡可能放得靠近TCD。RTD孔1870完成此事。但是還有，由于多閥塊是一個(gè)大家伙，跨所述塊的溫度梯度可能是很顯著。RTD熱傳感器孔1870改放在與TCD的相同半徑的圓周上使由任何跨多閥塊溫度梯度產(chǎn)生的誤差最小化。圖18B表示初級(jí)板的底視圖。包括有對(duì)應(yīng)于圖18A的閥部的孔1810，和用于緊固螺絲的孔1820。還表示了用于簡化保養(yǎng)的裂槽1870和定位銷孔1880。
圖19A和圖19B分別表示的是圖17的上活塞板的頂視圖和底視圖。參見圖19A的頂視圖，圖中示出五個(gè)閥的位置1901至1905。圖中還表示用于接收螺絲以把多閥板緊固在一起的螺絲孔1950，一般位于1920?？?940用于來自底上的把多閥板緊固在一起的螺絲。與對(duì)第一實(shí)施例的說明相似，該實(shí)施例的雙螺絲組比在先技術(shù)的閥顯著地簡化了本實(shí)施例的維修保養(yǎng)。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖19B所示的上活塞板的底視圖，裂槽1960簡化了維修保養(yǎng)，如一般地對(duì)第一實(shí)施例在以上的說明所述。位置1901-1905用于所述的五個(gè)閥。每個(gè)閥位置1901-1905包括用于3個(gè)活塞底和三個(gè)活塞桿的足夠空間1930、1935。
與圖7所示的第一實(shí)施例的上活塞板不同，第二實(shí)施例不包括降低泄露機(jī)率的隆起邊緣。第一實(shí)施例的隆起邊緣可能是所不希望的，因?yàn)樾枰簧偕a(chǎn)成本才能得到這樣一種邊緣。代之可以尋找其它的一些減少泄漏的方法。第二實(shí)施例通過緊固孔1920放進(jìn)各個(gè)閥內(nèi)來減少泄露而不用隆起的邊緣。特別地，緊固孔1920位于每個(gè)閥的中心。這得到了對(duì)多閥塊的無泄露配合，而沒有隆起邊緣的附加成本。
圖20A和圖20B表示圖17的下活塞板。圖20A和圖20B分別是所述下活塞板的頂視圖和底視圖。請(qǐng)?jiān)僖淮螀⒖磮D20A，為五個(gè)閥提供了位置2001-2005。孔2080是螺絲孔，而孔2025是定位銷孔。圖中還示出五個(gè)三角槽2030，和其中伴隨的孔2040及孔2020，以容納各個(gè)槽2030中的緊固螺絲。來自操作閥口的氣體流經(jīng)孔2040。槽2030提供了一條提升短活塞的操縱氣體的通道，結(jié)果可以同時(shí)提升和操縱所述短活塞。因?yàn)樗镜膶?shí)施例的閥有六個(gè)閥口，所以每個(gè)閥三個(gè)短活塞，三角形便于(但是并不必須)同時(shí)操縱所有的三個(gè)短活塞。第二實(shí)施例的三角形槽稍大于圖8所示的第一實(shí)施例的三角形槽，以把緊固孔2020容納在其中心?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)看圖20B的底視圖，除了裂槽2060，圖中還示出閥的位置。由圖可見，圖20B還包括用于長活塞2035的空間2030、緊固螺絲孔2020，及其它參照本文


的其它特征。
圖21A和21B分別表示所述基板1710的頂視圖和底視圖。參看圖21A，圖中示出孔2160和多個(gè)三角形槽2130，每個(gè)槽包含一個(gè)操縱器氣體的孔2140。另外圖中還示出一個(gè)形成提升短活塞的操縱器氣體的路徑的孔2145。線2150指示一個(gè)降到區(qū)域2152的隆起邊緣。區(qū)域2152是一個(gè)絕熱氣隙，其作用說明如下。還示出已經(jīng)參照其它

了的特征。圖21B表示基板1710的底視圖。圖中示出操縱器氣體路徑2155，以及螺絲孔2170和2180。還示出銷孔2185和形狀輪廓2190。形狀輪廓2190指出預(yù)熱蛇形管插入的區(qū)域。從而，載體氣體在這些預(yù)熱蛇形管中由多閥塊加熱?？?170和2180是螺絲孔。孔2185是定位銷孔。
圖22-26表示第二實(shí)施例的隔膜。具體上說，圖22表示第二實(shí)施例的下密封隔膜。所述隔膜優(yōu)選進(jìn)一個(gè)5密爾厚的聚四氟乙烯片并且保證在復(fù)式接頭和基板之間的無泄露裝配。在第一實(shí)施例中沒有相應(yīng)的隔膜。圖23表示第二實(shí)施例的下操縱器隔膜。圖24表示第二實(shí)施例的上操縱器隔膜。圖25示第二實(shí)施例的襯墊隔膜。圖26示第二實(shí)施例的上密封隔膜。每個(gè)隔膜都具有其作用已經(jīng)參照其它

了的孔。這些隔膜優(yōu)選地用第一實(shí)施例相應(yīng)的隔膜同樣的材料制造。
現(xiàn)在參看圖27，第二實(shí)施例包括一個(gè)絕熱復(fù)式接頭1780取代第一實(shí)施例的基底絕熱片。還示出電磁閥2980、多閥塊、柱帽2920、柱支架2727和柱罩2745。為了簡化多閥組件的圖，在圖27中沒有示出包圍多閥組件的灶絕熱裝置的其余部分。如圖所示，復(fù)式接頭170的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，電磁閥直接附著在其下表面，從而省去了電磁閥和多閥塊之間的管子。這樣地省去電磁閥和多閥塊之間的管子不僅節(jié)省顯著，在分析時(shí)還有更快的響應(yīng)時(shí)間。
圖28A和28B是復(fù)式接頭1780的頂視圖和底視圖。圖28A表示一個(gè)多用的公共管路孔2800和一個(gè)從公共管路孔2800到一個(gè)中心槽2820的公共管路氣體通道2810。還從中心槽2820伸出的是多個(gè)電磁閥操縱通道2831-2635，每個(gè)電磁閥(未示)各一個(gè)。
圖28B表示許多圖28A中的相同元件?，F(xiàn)在參看圖28A和28B，在工作中，一個(gè)輸送操縱器氣體的管子聯(lián)接到多用的公共管路孔2800。由此操縱氣體經(jīng)公共管路氣體通道2810走到中心槽2820。操縱器氣體經(jīng)電磁閥通道2831-2835走到每個(gè)電磁閥。此時(shí)，操縱器氣體進(jìn)入每個(gè)電磁閥(未示)，電磁閥是用螺絲孔2860緊密地固定在復(fù)式接頭的底上的。操縱器氣體經(jīng)電磁閥走行并且經(jīng)操縱器氣體孔2850或2855而使閥處于或ON或OFF狀態(tài)。
圖29中所示的是在工作中的第二實(shí)施例的工作中的多閥組件。為了簡化圖面，沒有示出多閥組件的灶。多閥塊2900包括在兩個(gè)TCD對(duì)2925的孔的相同半徑平面上的第一RTD的區(qū)域、一個(gè)對(duì)多閥塊2900的外表面2930、一個(gè)在外表面2930的外側(cè)的帶狀加熱器2940、載體氣體預(yù)熱蛇形管2950，和一個(gè)基板1710。卷軸2910含有一個(gè)夾盤加熱器2960和一個(gè)第二RTD2965。與第一實(shí)施例不同，一個(gè)熱絕緣帽2920和一個(gè)氣隙2925分離開卷軸和基板。柱2970包繞著卷軸2910。連接上一個(gè)ULTEM型復(fù)式接頭2990。還示出了連接在復(fù)式接頭2990下端處的電磁閥2980。
再參見圖17，在多閥塊的中部設(shè)有一個(gè)孔或開口區(qū)1705，該開口區(qū)容納著卷軸2910。絕熱帽2920和氣隙2925將卷軸與基板隔離開來。熱絕緣帽2920優(yōu)選地用尼龍制造。所述熱絕緣帽和氣隙是第二實(shí)施例的重要特征，因?yàn)?，如所說明，多閥組件界定兩個(gè)加熱區(qū)，它們的每個(gè)都應(yīng)當(dāng)仔細(xì)地監(jiān)視和維修保養(yǎng)。第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)用熱絕緣帽和氣隙分開這兩個(gè)加熱區(qū)并且從而有助于達(dá)到每個(gè)區(qū)中的溫度穩(wěn)定。
載體氣體預(yù)加熱管2950螺旋地盤在形成于多閥塊2900體內(nèi)的孔中。從而載體氣體由多閥塊中的熱加熱。帶狀加熱器2940是一個(gè)約30瓦特的直流帶狀加熱器。用直流帶式加熱器代替第一實(shí)施例中的交流帶狀加熱器，通過平滑掉溫度起伏并且消除電噪音而改進(jìn)了多閥組件的性能，并且還有另一個(gè)對(duì)第一實(shí)施例的改進(jìn)。
圖30表示一個(gè)包括灶絕熱裝置的多閥組件。所述多閥組件包括一個(gè)多閥塊3000，該多閥塊含有一個(gè)基板3010和一個(gè)復(fù)式接頭3040。圖中還示出帶有相關(guān)的絕熱插塞1704的力矩螺絲3020、支座3060、灶絕熱裝置3050和電磁閥3080。由圖可見，電磁閥3080與復(fù)式接頭3040直接鄰接。操縱器氣體經(jīng)復(fù)式接頭流向電磁閥，然后經(jīng)復(fù)式接頭返回以操縱相應(yīng)的活塞。第二實(shí)施例的灶絕熱裝置3050與第一實(shí)施例的材料大體相同，但是繞其外部3055用不銹鋼覆蓋以提供加強(qiáng)作用。
除了取消從電磁閥到多閥組件的管子的需要之外，復(fù)式接頭3044還提供相對(duì)于絕熱底片的數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。復(fù)式接頭有良好的絕熱特性。ULTEM具有所需的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣特性，并且對(duì)這種場合工作得良好，盡管看來不可能是唯一適用的材料。ULTMTM由Commercial,Inc.制造。作為另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，復(fù)式接頭設(shè)計(jì)允許將電磁閥放置得鄰近復(fù)式接頭并接近基板，而不是遠(yuǎn)離多閥塊。這使整個(gè)組件更緊湊且增加了響應(yīng)速度。
絕熱材料的外部最好包覆上鋼。這增加了抗折性、耐用性和堅(jiān)固性。
可將本發(fā)明作些修改以適應(yīng)各種環(huán)境。圖31表示一個(gè)適用于在精煉環(huán)境中的多閥組件。多閥塊3110包括柱區(qū)3155、TCD3120、輔助柱灶3130、和一般在3140處的周圍環(huán)境。以此安排，多閥塊3110有空間容納較大數(shù)量閥，因?yàn)門CD3120位于多閥塊之外。在分析復(fù)雜的精煉樣品時(shí)，這是一個(gè)可人心愿的特征。圖中還示一個(gè)輔助灶，它可以熱于也可以冷于多閥塊。這個(gè)輔助灶提供更多加熱區(qū)用于色譜柱，同時(shí)相應(yīng)增加了分析的靈活性。進(jìn)一步，因?yàn)樵诳梢允褂么税才诺木珶挱h(huán)境，通過移動(dòng)所述氣樣分析器(在此例中是多閥塊之外的TCD)，可以在TCD3120周圍得到更加穩(wěn)定的溫度。加熱器在此實(shí)施例中可以優(yōu)選地是一個(gè)空氣浴鍋。這進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的精確性。
盡管已經(jīng)圖示說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其代表性可以由領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出修改。本文說明的實(shí)施例只是示例而不是限制。所述系統(tǒng)和裝置的變形和個(gè)性是可能的并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，保護(hù)的范圍不受所說明的實(shí)施例的限制，而只受權(quán)利要求書的限制，其范圍應(yīng)當(dāng)包括權(quán)利要求書中技術(shù)特征的所有等同物。
權(quán)利要求
1．一種多閥組件，含有多個(gè)板和隔膜，附著在一起以形成多個(gè)閥，每個(gè)閥分別地由操縱壓力驅(qū)動(dòng)，其中所述多個(gè)板之一是一個(gè)復(fù)式接頭，它包括一個(gè)第一公共管路通道適用于輸送操縱流體以施加所述操縱壓力；多個(gè)操縱通道，至少有與所述閥一樣多的所述操縱通道；所述第一公共管路連接著所述多個(gè)操縱通道的至少一個(gè)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的多閥組件，其特征在于，進(jìn)一步包含多個(gè)固定到所述復(fù)式接頭的多個(gè)電磁閥。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的多閥組件，其特征在于，所述多個(gè)電磁閥直接附著到所述復(fù)式接頭的底上，該底是相對(duì)于所述多個(gè)板的其余部分確定的。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的多閥組件，其特征在于，所述第一公共管路通過在所述的復(fù)式接頭中的一個(gè)溝槽連接著所述多個(gè)操縱通道中的每一個(gè)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的多閥組件，其特征在于，所述復(fù)式接頭用熱絕緣材料制造。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的多閥組件，其特征在于，所述復(fù)式接頭形成一個(gè)包繞所述板的其余部分的熱隔離灶的部分。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的多閥組件，其特征在于，所述閥中的至少一個(gè)附著在一段保持一種液體的管子上，所述的管子插入在至少一個(gè)所述板的插入孔中，在所述的板和所述的管子之間形成高效的熱傳輸。
8．根據(jù)權(quán)利要求5的多閥組件，其特征在于，進(jìn)一步含有一組緊固螺絲，其中每個(gè)所述的閥界定一個(gè)閥區(qū)，并且至少一個(gè)所述緊固螺絲組經(jīng)各個(gè)所述閥區(qū)插入。
9．一種多閥裝置，包含至少兩個(gè)集成為一個(gè)第一區(qū)域的閥，所述第一區(qū)還包括一個(gè)第一加熱器、一個(gè)氣流特性檢測(cè)器，和一個(gè)第一溫度傳感器；一個(gè)第二加熱器和一個(gè)第二溫度傳感器集成為一個(gè)第二區(qū)域；所述第一溫度傳感器和氣流特性檢測(cè)器處在對(duì)于一個(gè)在第二區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)處在同樣半徑的弧上。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的多閥裝置，其特征在于，進(jìn)一步包含一個(gè)熱絕緣；所述第一區(qū)和所述第二區(qū)由所述熱絕緣分開。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的多閥裝置，其特征在于，進(jìn)一步包含一個(gè)氣隙，所述氣隙也分開所述第一區(qū)和所述第二區(qū)。
12．根據(jù)權(quán)利要求9的多閥裝置，其特征在于，所述第一加熱器沿所述第一區(qū)的外周放置，并且所述的第二區(qū)在所述第一區(qū)內(nèi)。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的多閥裝置，其特征在于，所述加熱器是一種直流的帶式加熱器。
14．根據(jù)權(quán)利要求9的多閥裝置，其特征在于，進(jìn)一步含有一組螺絲，其中所述螺絲組之一放成經(jīng)過所述各個(gè)閥的中心。
15．根據(jù)權(quán)利要求9的多閥裝置，其特征在于，進(jìn)一步含有一個(gè)有直接附著的電磁閥的復(fù)式接頭，所述復(fù)式接頭提供所述電磁閥使用的操縱流體的通道，從而所述的操縱流體從所述復(fù)式接頭通過到所述的電磁閥然后流經(jīng)所述復(fù)式接頭。
16．根據(jù)權(quán)利要求9的多閥裝置，其特征在于，進(jìn)一步含有在所述多閥裝置中的插入?yún)^(qū)，所述插入?yún)^(qū)適于固定蛇形管。
17．根據(jù)權(quán)利要求9的多閥裝置，其特征在于，含有至少五個(gè)閥。
18．一種多閥塊，含有把氣流在多個(gè)路徑之間引導(dǎo)的裝置；用于檢測(cè)所述氣流特性的裝置。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的多閥塊，其特征在于，進(jìn)一步含有用于把所述多閥塊的至少一部分加熱到預(yù)定溫度的裝置；用于檢測(cè)接近所述加熱裝置處的溫度的裝置。
20．根據(jù)權(quán)利要求18的多閥塊，其特征在于，進(jìn)一步含有確保所述的路徑不漏露的裝置，該裝置還是可以部分地拆卸所述多閥塊的裝置。
全文摘要
公開了一種有多個(gè)閥的氣相色譜儀。多閥氣相色譜儀的一個(gè)實(shí)施例包括多個(gè)閥、多個(gè)熱傳導(dǎo)檢測(cè)器(TCD),和一個(gè)復(fù)式接頭。這使得氣樣的分離的測(cè)量能夠在一個(gè)緊湊的集成單元中進(jìn)行。這樣的單元是特別合人心愿的,因?yàn)榕c閥相關(guān)的電磁閥直接附著在復(fù)式接頭的下底,從而取消了在電磁閥之間布管路的需要。還可以表現(xiàn)其它特征。例如,一個(gè)無漏露多閥塊可包括加熱閥用的第一溫度區(qū)和加熱柱的第二溫度區(qū)。可以通過在每個(gè)閥的中心放緊固螺絲提供所述無泄露特征。可以在多閥塊中提供載體氣體插入?yún)^(qū)以改善性能。改進(jìn)的溫度區(qū)導(dǎo)致通過既使用熱絕緣也使用氣隙進(jìn)一步改善性能。還有設(shè)置在第一溫度區(qū)的溫度傳感器可以理想地定位以減少測(cè)量衰減,并且得到更加改善的性能。
文檔編號(hào)F16K11/24GK1323380SQ99812220
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期1999年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月16日
發(fā)明者徐陽, 特里薩·萊希納－菲什 申請(qǐng)人:丹尼爾工業(yè)公司