專利名稱：電子控制的背壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及色譜法中的背壓調(diào)節(jié)，更具體而言，涉及背壓調(diào)節(jié)器及其方法。
背景技術(shù)：
諸如氣相色譜法的許多分析應(yīng)用需要經(jīng)調(diào)節(jié)的流體壓力以獲得準確且可重復(fù)的測量。例如，當準備將氣態(tài)樣品傳遞到氣相色譜儀的分析柱內(nèi)時，樣品首先被收集到被稱為“樣品環(huán)(sample loop)”的儀器內(nèi)，然后在氣體進樣閥的控制下被導(dǎo)入(也稱為“注入”)到色譜儀的分析柱內(nèi)。當加載樣品流體到樣品環(huán)中時，氣態(tài)樣品量取決于許多因素，因素之一為樣品環(huán)中的流體壓力。環(huán)境壓力(也稱為大氣壓)的變化影響樣品體積中包含的樣品分子的量，從而導(dǎo)致通過色譜分析所檢測的化合物的絕對量的變化。
此外，因為樣品環(huán)通常通向環(huán)境壓力，所以樣品環(huán)中所包含的分子的絕對數(shù)量低于當樣品環(huán)處于被升高的壓力下時分子的絕對數(shù)量。這導(dǎo)致被注入到色譜柱內(nèi)用于分析的分子的數(shù)量較小，從而限制了分析的準確性。此外，因為和注入樣品的色譜儀的進口壓力相比，樣品環(huán)處于相對較低的表壓下，所以當樣品環(huán)中所容之物被注入到色譜儀中時，存在從而導(dǎo)致的壓力和流動擾動。這個壓力和流動擾動進一步降低了色譜分析的準確性。
現(xiàn)有解決方案包括機械絕對背壓調(diào)節(jié)器和蓄壓器的實施方式，其中機械壓力調(diào)節(jié)器成為色譜儀中所有流動的參考。但是，這樣的系統(tǒng)包括如下缺點需要頻繁從系統(tǒng)離線來校準機械背壓調(diào)節(jié)器、可編程性和可調(diào)整性不足。而且，因為這樣的系統(tǒng)中的所有流動都參考機械壓力調(diào)節(jié)器，并且因為機械壓力調(diào)節(jié)器對流動很敏感，所以穿過調(diào)節(jié)器的流動中的變化(其影響系統(tǒng)中的實際壓力)可能對分析輸出造成噪聲，進一步降低了分析的準確性。
此外，因為這種系統(tǒng)中的所有流動都經(jīng)過絕對壓力調(diào)節(jié)器，所以當電離(例如，通過火焰電離檢測器)后變得具有化學活性的樣品成分很可能起反應(yīng)，并侵蝕調(diào)節(jié)器的多個部分，從而降低調(diào)節(jié)器使用壽命。并且，隨著由于機械偏差或作為化學物質(zhì)穿過調(diào)節(jié)器的結(jié)果而引起的調(diào)節(jié)器老化，分析結(jié)果將變得更不可靠。
因此，在色譜分析系統(tǒng)中需要克服上述缺點的背壓調(diào)節(jié)器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個實施例，一種電子控制的背壓調(diào)節(jié)器包括分析設(shè)備，所述分析設(shè)備具有通過出口路徑耦合到所述分析設(shè)備的出口；耦合到所述出口路徑的壓力傳感器；耦合到所述出口路徑的比例閥，所述比例閥被配置成可控地改變所述分析設(shè)備中的壓力；以及電子控制的閉環(huán)控制器，所述電子控制的閉環(huán)控制器被配置成基于來自所述壓力傳感器的信號和電子控制壓力設(shè)定點來控制通過所述出口的流動。
發(fā)明的其他方法、方面和優(yōu)點將參考附圖以及對優(yōu)選實施例的詳細描述來討論。


具體參照附圖，在對示例性實施例的描述中以示例的方式描述本發(fā)明，附圖中圖1是圖示包括電子控制的背壓調(diào)節(jié)器實施例的示例性氣相色譜儀(GC)的多個部分的框圖；圖2A和圖2B是圖示圖1的進樣閥的示意圖；圖3是圖示圖1中所示出的氣相色譜儀部分的另外的實施例的框圖；圖4是圖示圖1中所示出的氣相色譜儀部分的另外的實施例的框圖；圖5是圖示包括GC和控制器/計算機的系統(tǒng)的框圖；圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例而構(gòu)造的示例性控制器/計算機的框圖；圖7是描述圖1中所示出的電子背壓調(diào)節(jié)器的實施例的操作的流程圖；圖8是描述圖3中所示出的電子控制的背壓調(diào)節(jié)器的實施例的操作的流程圖；圖9是描述圖4中所示出的電子控制的背壓調(diào)節(jié)器的實施例的操作的流程圖。
具體實施例方式
雖然電子控制的背壓調(diào)節(jié)器在下文描述中是用于氣相色譜儀的，但是它也適用于需要控制設(shè)備背壓的其他分析設(shè)備，例如液相色譜儀。此外，雖然下述內(nèi)容是非窮盡性列表，但是電子控制背壓調(diào)節(jié)器可以用于調(diào)節(jié)液態(tài)樣品或固態(tài)樣品上的蒸汽壓力(也稱作“頂空間取樣器(headspacesampler)”)；可以用于改變樣品環(huán)中樣品的濃度，以提供色譜檢測器的多級校準；可以用于在確定天然氣的含熱量時控制和改變壓力；并且可以用在氣體混合系統(tǒng)中，以校準用于同時產(chǎn)生多個化合物的測量數(shù)據(jù)的分析儀器。
圖1是圖示包括電子控制的背壓調(diào)節(jié)器實施例的示例性氣相色譜儀(GC)100的多個部分的框圖。GC 100包括進樣閥104、GC入口112(通向色譜柱(未示出))和GC分析設(shè)備116。GC分析設(shè)備116分析樣品材料并且提供結(jié)果124。GC分析設(shè)備116經(jīng)由GC出口118通向大氣。
樣品經(jīng)由連接部分102被導(dǎo)入到進樣閥104中。如下文將詳細描述的那樣，進樣閥的輸出可以經(jīng)由連接部分106導(dǎo)向GC入口112，或者經(jīng)由連接部分108導(dǎo)向樣品出口168。在加載操作期間，進樣閥104將樣品導(dǎo)入到稱為“樣品環(huán)”的裝置(圖1中未示出)中。當樣品通過進樣閥10被4導(dǎo)向時，樣品從樣品環(huán)被注入到GC入口112中。
進樣閥104還可以將樣品經(jīng)由連接部分108通過連接部分166并通過比例閥164導(dǎo)向樣品出口168。根據(jù)本發(fā)明的實施例，比例閥164是經(jīng)由連接部分172電子可控的。閉環(huán)控制器158控制樣品閥168的操作。雖然電子背壓調(diào)節(jié)器150在這個示例中被描述為耦合到樣品出口，但是它也可以實現(xiàn)在需要提供電子背壓控制的任何應(yīng)用中。例如，電子背壓調(diào)節(jié)器150可以用于提供分析系統(tǒng)中的載氣或者交換氣體的壓力調(diào)節(jié)。
閉環(huán)控制器158是電子背壓調(diào)節(jié)器150的一部分。電子背壓調(diào)節(jié)器150包括表壓傳感器152，所述表壓傳感器152經(jīng)由連接部分154耦合到連接部分108，以感測進樣閥104的輸出處的表壓。表壓傳感器152通過感測連接部分174上的環(huán)境壓力并感測連接部分108上的壓力來測量相對于環(huán)境(大氣)壓力的壓力。表壓傳感器152經(jīng)由連接部分156向閉環(huán)控制器158傳遞指示連接部分108上壓力的信號。壓力設(shè)定點可以被電子編程到閉環(huán)控制器內(nèi)。壓力設(shè)定點也可以根據(jù)用戶輸入或者根據(jù)程序，通過例如下文將描述的個人計算機或其他控制器被電子控制。使用壓力設(shè)定點信息以及來自表壓傳感器152的壓力信號，閉環(huán)控制器158經(jīng)由連接部分162控制比例閥164的可調(diào)輸入172，以可控地改變進樣閥104的輸出108處的壓力。通過這種方式，可以基于用戶輸入的設(shè)定點或者基于編程的壓力設(shè)定，來控制樣品環(huán)內(nèi)部的壓力以及樣品被注入到GC入口112時的壓力。
圖2A和圖2B是圖示了圖1的進樣閥104的示意圖200。參照圖2A，進樣閥104包括閥體204和轉(zhuǎn)子206。進樣閥104包括第一端口208、出口端口212、樣品端口214、第二端口216、載氣端口218和柱端口222。圖2A示出了處于“加載”狀態(tài)的進樣閥104。由流量控制器234控制的載氣源236供應(yīng)載體氣體，所述載氣穿過端口218，穿過進樣閥104，從柱端口222出來并進入到GC入口112中。在加載狀態(tài)，樣品226經(jīng)由樣品端口214導(dǎo)入，穿過端口216到管道228上并進入到樣品環(huán)230中。樣品填充樣品環(huán)230，經(jīng)由管道232離開樣品環(huán)，經(jīng)由端口208進入閥104，然后經(jīng)由端口212穿過出口224離開閥104。樣品環(huán)被樣品材料加載并經(jīng)由出口224導(dǎo)出。
圖2B圖示了處于稱為“注入”狀態(tài)的進樣閥104。在注入狀態(tài)，載氣236穿過流量控制器234流入端口218，從端口216出來進入到管道228并穿過樣品環(huán)230。載氣236迫使樣品環(huán)230中的樣品材料穿過管道232，進入端口208，并且從端口222出來進入到GC入口112。在注入狀態(tài)時，樣品226穿過閥104被導(dǎo)向出口224。
如上所述，可以通過控制施加到圖1中的連接部分108的背壓來控制樣品環(huán)230中包含的樣品量，連接部分108對應(yīng)于圖2A和圖2B中的端口212和出口224。此外，通過使用閉環(huán)控制器158和用戶定義的設(shè)定點或者電子編程的設(shè)定點來升高施加于圖1中的連接部分108的背壓，可以升高樣品環(huán)230(圖2A和圖2B)內(nèi)的壓力，使得可以將額外的樣品材料加載到樣品環(huán)230中，進而使GC分析設(shè)備116的靈敏度增加。此外，將背壓調(diào)整為近似于GC入口112處的壓力，使由向入口注入樣品導(dǎo)致的任何壓力擾動和因之而起的流動擾動最小化，從而改進了GC分析設(shè)備116所提供的分析的精確度。
圖3是圖示圖1中所示出的氣相色譜儀部分的另外的實施例的框圖。GC 300包括進樣閥304、GC入口312(通向色譜柱(未示出))和GC分析設(shè)備316。GC分析設(shè)備316分析樣品材料并且提供結(jié)果324。GC分析設(shè)備316經(jīng)由GC出口318通向大氣。樣品經(jīng)由連接部分302導(dǎo)入到進樣閥304中。進樣閥304進行類似于上述進樣閥104的操作。
閉環(huán)控制器358是電子背壓調(diào)節(jié)器350的一部分。在這個實施例中，電子背壓調(diào)節(jié)器350包括表壓傳感器352，所述表壓傳感器352耦合到連接部分308和連接部分375上的環(huán)境壓力，以經(jīng)由連接部分354感測進樣閥304的輸出處的表壓。表壓傳感器352經(jīng)由連接部分356向閉環(huán)控制器358傳遞指示連接部分308上壓力的信號。
在這個實施例中，經(jīng)由連接部分374感測環(huán)境(大氣)壓力的絕對壓力傳感器376經(jīng)由連接部分378向閉環(huán)控制器358提供絕對壓力信號。在絕對壓力傳感器中，壓力傳感器中膜片的一側(cè)并不通向環(huán)境壓力，而是連接到抽空容器，使得其測量相對于真空的壓力，而不是相對于環(huán)境壓力的壓力。在這個實施例中，閉環(huán)控制器358具有兩個壓力傳感器輸入，即來自表壓傳感器352的標準表壓傳感器輸入和來自絕對壓力傳感器376的絕對壓力輸入。閉環(huán)控制器358可以算術(shù)組合這兩個壓力傳感器讀數(shù)，以確定連接部分354處的絕對壓力。這個能力允許用戶設(shè)置絕對背壓設(shè)定點以控制樣品環(huán)(圖2A和圖2B)中的壓力，或者通過色譜儀將絕對背壓編程為方法啟動過程的一部分。
絕對壓力設(shè)定點可以被電子編程到閉環(huán)控制器358中。壓力設(shè)定點也可以根據(jù)用戶輸入或者根據(jù)程序通過例如下文將描述的個人計算機或其他控制器被電子控制。使用絕對壓力設(shè)定點信息以及來自表壓傳感器352的壓力信號，閉環(huán)控制器358經(jīng)由連接部分362控制比例閥364的可調(diào)輸入372，以可控地改變進樣閥304的輸出308處的壓力。通過這種方式，可以基于用戶輸入的設(shè)定點或者基于編程的壓力設(shè)定來控制樣品環(huán)內(nèi)部的壓力以及樣品被注入到GC入口312時的壓力。這種實施方式允許GC 300提供在很大程度上獨立于大氣壓力的樣品流，并且允許對GC 300的絕對背壓進行電子控制。
圖4是圖示圖1中所示出的氣相色譜儀部分的另外的實施例的框圖。GC 400包括進樣閥404、GC入口412(通向色譜柱(未示出))和GC分析設(shè)備416。GC分析設(shè)備416分析樣品材料并且提供結(jié)果424。GC分析設(shè)備416經(jīng)由GC出口418通向大氣。樣品經(jīng)由連接部分402被導(dǎo)入到進樣閥404中。進樣閥404進行類似于上述進樣閥104的操作。
閉環(huán)控制器458是電子背壓調(diào)節(jié)器450的一部分。在這個實施例中，省略了表壓傳感器，并且類似于圖3中的絕對壓力傳感器376的絕對壓力傳感器476位于進樣閥404的輸出408處，以經(jīng)由連接部分456向閉環(huán)控制器458提供代表連接部分454處的絕對壓力的絕對壓力信號。
絕對壓力設(shè)定點可以被電子編程到閉環(huán)控制器458中。壓力設(shè)定點也可以根據(jù)用戶輸入或者根據(jù)程序經(jīng)由例如下文將描述的個人計算機或其他控制器被電子控制。使用絕對壓力設(shè)定點信息以及來自絕對壓力傳感器476的絕對壓力信號，閉環(huán)控制器458經(jīng)由連接部分462控制比例閥464的可調(diào)輸入472，以可控地改變進樣閥404的輸出408處的壓力。通過這種方式，可以基于用戶輸入的絕對壓力設(shè)定點或者基于編程的壓力設(shè)定來控制樣品環(huán)內(nèi)部的壓力以及樣品被注入GC入口412時的壓力。這種實現(xiàn)允許GC 400提供在很大程度上獨立于大氣壓力的樣品流，并且允許對GC400的絕對背壓進行電子控制。
圖5是圖示包括GC 100和控制器/計算機600的系統(tǒng)500的框圖。GC100通過雙向連接部分502耦合到控制器/計算機600。如上所述，GC 100分離并檢測樣品基質(zhì)中的化合物，并且產(chǎn)生每種化合物的保持時間數(shù)據(jù)?？刂破?計算機600控制和GC 100相關(guān)的功能、數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理?？刂破?00可以是諸如包括用于控制GC 100所有方面的軟件組件、處理和接口的計算機、計算機化的控制器或者其他類型的計算設(shè)備。或者，控制器600的功能可以被加入到GC 100中。
圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例而構(gòu)造的示例性控制器/計算機600的框圖。如圖6所示，通常就硬件體系結(jié)構(gòu)而言，計算機600包括經(jīng)由本地接口618連接起來并互相通信的下述組件處理器604、存儲器606(一個或多個隨機存取存儲器(RAM)元件、只讀存儲器(ROM)元件等等)、可選的可移動介質(zhì)盤驅(qū)動器612、控制器600通過其耦合到GC 100(圖5)的被稱為“GC接口608”的氣相色譜儀接口608、輸入/輸出控制器622和電源模塊665。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的那樣，本地接口618例如可以是但不限于一個或多個總線或者其他有線或者無線連接。本地接口618可以具有諸如緩沖器(高速緩存)、驅(qū)動器和控制器等的其他元件以實現(xiàn)通信，此處為簡化而省略了這些元件。此外，本地接口618包括地址、控制和數(shù)據(jù)的連接，以使得能夠在前述組件間進行適當?shù)耐ㄐ拧?br> 處理器604是用于執(zhí)行可以被存儲在存儲器606中的軟件的硬件設(shè)備。處理器604可以是用于實現(xiàn)控制器/計算機600功能的任何適合的處理器。在一個實施例中，處理器/計算機600在個人計算機(PC)上執(zhí)行。
存儲器606可以包括易失存儲器元件(例如，隨機存取存儲器(RAM，例如DRAM、SRAM等))和非易失存儲器元件(例如，NVRAM、ROM、硬盤驅(qū)動、磁帶、CDROM等)中的任意一種或者其組合。而且，存儲器606可以包括電、磁、光和/或其他類型的存儲介質(zhì)。注意，存儲器606可以具有分布式體系結(jié)構(gòu)，其中各個組件位于互相遠離的地方，但是可以被處理器604訪問。
存儲器606中的軟件可以包括一個或多個獨立程序，其中每個程序包括一個或多個代碼段，所述代碼段是用于實現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的有序列表。在圖6的示例中，存儲器606中的軟件包括具有氣相色譜儀(GC)軟件636和背壓控制軟件650的形式的軟件。在另一個實施例中，背壓控制軟件650可以被集成到GC軟件636中。GC軟件636可以是諸如使用保持時間分析進行上述GC分析的專有軟件模塊。背壓控制軟件650可以包括用于控制上述GC 100的背壓的邏輯和程序指令。
存儲器606還包括圖形用戶接口(GUI)649。GUI 649為控制器/計算機600提供圖形用戶接口，并且還在顯示器680上為用戶顯示信息。存儲器606還包括一個或多個操作軟件模塊，通稱為操作系統(tǒng)(O/S)610。O/S 610可以包括執(zhí)行這里未專門描述的控制器/計算機600的某些功能的軟件模塊。
在優(yōu)選實施例中，O/S 610是通?？蓮腗icrosoft獲得的Microsoft 2000或者XP操作系統(tǒng)。但是也可以使用其他的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)610主要控制諸如GC軟件636和背壓控制軟件650的其他計算機程序的執(zhí)行。處理器604和操作系統(tǒng)610定義了用于以高級編程語言編寫諸如GC軟件636和背壓控制軟件650的應(yīng)用程序的計算機平臺。GC軟件636和背壓控制軟件650包括可執(zhí)行指令，它們允許控制器/計算機600控制樣品環(huán)中樣品的背壓，以及檢測、分離和識別樣品基質(zhì)中的目標化合物。
輸入/輸出控制器622包括每個都與本地接口618通信的網(wǎng)絡(luò)接口624、輸入接口645和輸出接口656。網(wǎng)絡(luò)接口624經(jīng)由連接部分626將控制器/計算機600耦合到外部網(wǎng)絡(luò)628。外部網(wǎng)絡(luò)可以是控制器/計算機600可以耦合到其上以交換信息的任何網(wǎng)絡(luò)。輸入接口645經(jīng)由連接部分644耦合到內(nèi)部鍵盤646并且經(jīng)由連接部分648耦合到外部鍵盤652。內(nèi)部鍵盤646位于控制器/計算機600上，而外部鍵盤是控制器/計算機600可以耦合到其上的輔助鍵盤。
輸出接口656經(jīng)由連接部分658耦合到打印機667。打印機667可以用來提供對在控制器/計算機600控制下的GC 100獲得的分析結(jié)果的永久記錄。輸出接口656還經(jīng)由連接部分664耦合到視頻控制器670。視頻控制器670經(jīng)由連接部分672耦合到顯示器680上，顯示器680可以是能夠接收來自用戶輸入的LCD觸摸屏顯示器，但也可以是任何類型的適當顯示器。
盤驅(qū)動器612可以是任何儲存元件或存儲設(shè)備，如這里所使用的，通常指閃存，有時指壓縮閃存(Compact Flash，CF)或者PC卡電源模塊665可以從AC電源給控制器/計算機600供電，或者可以包括電池以及內(nèi)置充電器以提供便攜式DC電源。GC接口608為GC設(shè)備提供電接口和機械接口。
當控制器/計算機600工作時，處理器604被配置成執(zhí)行存儲在存儲器606內(nèi)的軟件，以向/從存儲器606傳送/接收數(shù)據(jù)，并且通常依照軟件，控制控制器/計算機600和GC 100(圖5)的操作。
當控制器/計算機600的多個部分以軟件實現(xiàn)時，如圖6所示，應(yīng)該注意到O/S 610、GC軟件636和背壓控制軟件650可以存儲在與任何計算機相關(guān)的系統(tǒng)或方法相結(jié)合或者由其使用的任何計算機可讀介質(zhì)上。在本文的上下文中，計算機可讀介質(zhì)是可以容納或存儲計算機程序的電、磁、光或其他的物理設(shè)備或者裝置，所述計算機程序用于由任何計算機相關(guān)的系統(tǒng)和方法使用或者與其相結(jié)合。O/S 610、GC軟件636和背壓控制軟件650可以實現(xiàn)為與指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備相結(jié)合或者由其使用的任何計算機可讀介質(zhì)，所述系統(tǒng)、裝置或設(shè)備例如是可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備取出指令并且執(zhí)行指令的基于計算機的系統(tǒng)、包含處理器的系統(tǒng)或者其他系統(tǒng)。在本文的上下文中，“計算機可讀介質(zhì)”可以是能夠容納、存儲、傳送、傳播或者傳輸程序的任何裝置，所述程序與指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備相結(jié)合或者由其使用。
計算機可讀介質(zhì)例如可以是但不限于電、磁、光、電磁、紅外線或者半導(dǎo)體的系統(tǒng)、裝置、設(shè)備或者傳播介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡列表)包括具有一條或多條導(dǎo)線的電連接(電子的)、便攜式計算機磁盤(磁的)、隨機存取存儲器(RAM)(電子的)、只讀存儲器(ROM)(電子的)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM或者閃存)(電子的)、光纖(光的)和便攜式只讀光盤(光的)。注意，計算機可讀介質(zhì)甚至可以是打印有程序的紙或者其他適當?shù)慕橘|(zhì)，因為程序可以通過諸如對紙或者其他介質(zhì)進行光學掃描而被電獲取，然后編譯、解釋或者根據(jù)需要以合適方式進行其他處理，然后存儲在計算機存儲器中。
控制器/計算機600的硬件組件可以采用下述技術(shù)的任一種或者其組合來實現(xiàn)，每種技術(shù)均為本領(lǐng)域熟知，所述技術(shù)有具有基于數(shù)字信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門的(一個或多個)離散邏輯電路、具有適當組合邏輯門的專用集成電路(ASIC)、可編程門陣列(PGA)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等等。
圖7是描述圖1中示出的電子背壓調(diào)節(jié)器實施例的操作的流程圖700。在框702中，調(diào)整背壓設(shè)定點。可以通過例如用戶經(jīng)由控制器600的用戶接口649(圖6)輸入設(shè)定點來調(diào)整背壓設(shè)定點。或者，可以通過圖6的背壓控制軟件650來自動設(shè)定該設(shè)定點。在框704中，表壓傳感器152向閉環(huán)控制器158提供表壓讀數(shù)。在框706中，背壓控制軟件650確定表壓是否高于設(shè)定點的值。如果表壓高于設(shè)置點的值，那么在框708中背壓控制軟件650引起閉環(huán)控制器158通過增加比例閥164的出口容量來降低壓力。但是，如果在框706中確定感測的壓力低于設(shè)定點，那么在框712中背壓控制軟件650引起閉環(huán)控制器158控制比例閥164，從而增加樣品環(huán)230中的壓力。在框708中降低壓力或者在框712中增加壓力之后，過程前進到框714。
在框714中，確定是否需要任何額外的壓力調(diào)整。根據(jù)閉環(huán)控制器的操作，隨著過程返回到框702，連續(xù)的閉環(huán)控制操作繼續(xù)。如果不需要額外的壓力調(diào)整，那么過程終止。
圖8是描述圖3中所示出的電子背壓調(diào)節(jié)器實施例的操作的流程圖800。在框802中，調(diào)整背壓設(shè)定點?？梢酝ㄟ^例如用戶通過控制器600的用戶接口649(圖6)輸入設(shè)定點來調(diào)整背壓設(shè)定點?；蛘?，可以通過圖6的背壓控制軟件650來自動設(shè)定該設(shè)定點。在框804中，表壓傳感器352向閉環(huán)控制器358提供表壓信號。在框806中，絕對壓力傳感器經(jīng)由連接部分378向閉環(huán)控制器358傳遞代表環(huán)境壓力的信號。在框808中，背壓控制軟件650對表壓讀數(shù)和環(huán)境壓力讀數(shù)進行算術(shù)組合以得到絕對壓力值。在框812，確定絕對壓力是否高于設(shè)定點的值。如果絕對壓力高于設(shè)定點的值，那么在框814中閉環(huán)控制器358控制比例閥364以降低進樣閥304的輸出處的壓力，從而降低樣品環(huán)230內(nèi)的壓力。但是，如果在框812中確定絕對壓力值低于設(shè)定點，那么在框816中閉環(huán)控制器358控制比例閥364以增加進樣閥304的輸出處的壓力，從而增加樣品環(huán)230內(nèi)的壓力。在框814中降低壓力或者在框816中增加壓力之后，過程前進到框818。
在框818中，確定是否需要任何額外的壓力調(diào)整。根據(jù)閉環(huán)控制器的操作，隨著過程返回到框802，連續(xù)的閉環(huán)控制操作繼續(xù)。如果不需要額外的壓力調(diào)整，那么過程終止。
圖9是描述圖4中示出的電子背壓調(diào)節(jié)器實施例的操作的流程圖900。在框902中，調(diào)整背壓設(shè)定點?？梢酝ㄟ^例如用戶經(jīng)由控制器600的用戶接口649(圖6)輸入設(shè)定點來調(diào)整背壓設(shè)定點。或者，可以通過圖6的背壓控制軟件650來自動設(shè)定該設(shè)定點。在框904中，絕對壓力傳感器476向閉環(huán)控制器458提供絕對壓力讀數(shù)。在框906中背壓控制軟件650確定絕對壓力是否高于設(shè)定點的值。如果絕對壓力高于設(shè)定點的值，那么在框908中背壓控制軟件650引起閉環(huán)控制器458通過增加比例閥464的出口容量來降低壓力。但是，如果在框906中確定感測的壓力低于設(shè)定點，那么在框912中背壓控制軟件650閉環(huán)控制器458控制比例閥464以增加樣品環(huán)230中的壓力。在框908中降低壓力或者在框912中增加壓力之后，過程前進到框914。
在框914中，確定是否需要任何額外的壓力調(diào)整。根據(jù)閉環(huán)控制器的操作，隨著過程返回到框902，連續(xù)的閉環(huán)控制操作繼續(xù)。如果不需要額外的壓力調(diào)整，那么過程終止。
升高的背壓還降低可能在樣品環(huán)230內(nèi)部發(fā)生的凝聚，因為樣品的壓力隨著其被注入到GC入口112內(nèi)以及GC柱內(nèi)而降低。根據(jù)上述本發(fā)明的實施例，進樣閥的輸出處的絕對背壓可以被電子控制，并且可以被保存為儀器設(shè)置的一部分且自動被重新調(diào)用，從而消除了手動設(shè)置操作。此外，因為GC 100、GC 300和GC 400內(nèi)的所有流動都是獨立的，所以消除了所有材料流動通過背壓調(diào)節(jié)器的問題。將電子背壓調(diào)節(jié)器150、350和450置于分析樣品點(即GC入口)的下游，消除了樣品和出口流之間的交叉污染。
電子控制的背壓調(diào)節(jié)器可以用于其他實施方式中。例如，電子背壓調(diào)節(jié)器可以用于被稱為的“頂空間取樣器”的設(shè)備中。頂空間取樣器用于在液態(tài)/固態(tài)樣品上方對蒸汽采樣。加熱包含樣品的小瓶以增加處于汽相的樣品量，并用惰性氣體加壓該瓶。這個“加壓后的頂空間”隨后經(jīng)由進樣閥通向環(huán)境，如上所述。這代表提供圖3中示出的樣品302的具體應(yīng)用/裝置。
電子控制的背壓調(diào)節(jié)器還可以用于對分析設(shè)備中的檢測器進行多級校準。因為沒有任何檢測器是純線性響應(yīng)的，所以在色譜法中通常在入口濃度的范圍內(nèi)校準檢測器。這被稱作“多級校準”。因為一些樣品類型(例如標準濃度的AsH3即砷化三氫)非常昂貴，所以下述系統(tǒng)將是有益的，即所述系統(tǒng)可以改變樣品環(huán)中的量(即，分析物的摩爾量)，從而允許使用僅一種濃度標準來為檢測器多級校準提供一系列濃度電子控制的背壓調(diào)節(jié)器還可以用于克服大氣壓力的變化以提供對天然氣含熱量的可重復(fù)的測量。
電子控制背壓調(diào)節(jié)器還可以用于氣體混合系統(tǒng)中。為了校準可以同時產(chǎn)生多個化合物的測量數(shù)據(jù)的分析儀器(例如，原子發(fā)射檢測器、紫外線可視檢測器、質(zhì)譜儀等等)，可以使用氣體混合系統(tǒng)。構(gòu)造這種氣體混合系統(tǒng)的一個途徑是為要被組合的每種試劑氣體實現(xiàn)單獨的流動控制器，以及對所有的流動控制器的輸出進行組合?？梢允褂枚鄠€流動控制器的設(shè)定點來確定“混合物”百分比?；旌衔镫S后被施加到氣體進樣閥。將根據(jù)本發(fā)明實施例的絕對背壓調(diào)節(jié)器置于這種進樣閥的輸出處，這允許經(jīng)混合的氣體的總量(即分析物的摩爾量)獨立于混合物百分比而改變。
前面的詳細描述僅僅是為了理解本發(fā)明的示例性實現(xiàn)給出的，不應(yīng)將其理解為不必要的限制，因為對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不背離權(quán)利要求及其等價物范圍的條件下的改變是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種電子控制的背壓調(diào)節(jié)器(150)，包括分析設(shè)備(116)，所述分析設(shè)備(116)具有通過出口路徑(166)被耦合到所述分析設(shè)備(116)的出口(168)；被耦合到所述出口路徑(166)的壓力傳感器(152)；被耦合到所述出口路徑(166)的比例閥(164)，所述比例閥(164)被配置成可控地改變所述分析設(shè)備(116)中的壓力；和電子控制的閉環(huán)控制器(158)，所述電子控制的閉環(huán)控制器(158)被耦合到所述比例閥(164)，并被配置成基于來自所述壓力傳感器(152)的信號以及電子控制的壓力設(shè)定點來控制通過所述出口(168)的流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制的背壓調(diào)節(jié)器(150)，其中，所述壓力傳感器是絕對壓力傳感器(376)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制的背壓調(diào)節(jié)器(150)，其中，所述壓力傳感器是表壓傳感器(352)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子控制的背壓調(diào)節(jié)器(150)，還包括絕對壓力傳感器(376)，所述絕對壓力傳感器(376)被配置成向所述電子控制的閉環(huán)控制器(358)傳遞代表環(huán)境壓力的信號，其中所述電子控制的閉環(huán)控制器(358)向應(yīng)于表壓和環(huán)境壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子控制的背壓調(diào)節(jié)器(150)，其中，所述電子控制的閉環(huán)控制器(358)控制所述比例閥(164)，以更改被耦合到所述出口(168)的樣品環(huán)(230)中的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子控制的背壓調(diào)節(jié)器(150)，其中，絕對壓力設(shè)定點被輸入到所述電子控制的閉環(huán)控制器(158)中。
7.一種用于在氣相色譜儀中電子控制背壓的方法，包括提供分析設(shè)備(116)，所述分析設(shè)備(116)具有通過出口路徑(166)被耦合到所述分析設(shè)備(116)的出口(168)；將壓力傳感器(152)耦合到所述出口路徑(166)；將比例閥(164)耦合到所述出口路徑(166)，所述比例閥(164)被配置成可控地改變所述分析設(shè)備(116)中的壓力；以及使用電子控制的閉環(huán)控制器(158)，基于來自所述壓力傳感器(152)的信號以及電子控制的壓力設(shè)定點來電子控制通過所述出口(168)的流動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括將絕對壓力傳感器(476)耦合到所述出口(168)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括將表壓傳感器(152)耦合到所述出口(168)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括將絕對壓力傳感器(376)耦合到所述電子控制的閉環(huán)控制器(358)，其中所述電子控制的閉環(huán)控制器(358)向應(yīng)于表壓和環(huán)境壓力。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電子控制的背壓調(diào)節(jié)器(150)，包括分析設(shè)備(116)，所述分析設(shè)備(116)具有通過出口路徑(166)耦合到分析設(shè)備(116)的出口(168)；耦合到出口路徑(166)的壓力傳感器(152)；耦合到出口路徑(166)的比例閥(164)，所述比例閥(164)被配置成可控地改變分析設(shè)備(116)中的壓力；以及電子控制的閉環(huán)控制器(158)，所述電子控制的閉環(huán)控制器(158)被配置成基于來自壓力傳感器(152)的信號以及電子控制的壓力設(shè)定點來控制通過出口(168)的流動。
文檔編號G01N30/32GK1710422SQ200410080988
公開日2005年12月21日 申請日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者羅伯特·克拉克·亨德森, 布魯斯·D·昆比 申請人:安捷倫科技有限公司