专利名称：一种往复式磁控柱塞气泵及多功能微量反应气体测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种往复式磁控柱塞气泵及包括该气泵的微量反应气体在线检测系统，特别是涉及一种可用于光解水制氢、光催化还原二氧化碳制甲醇、光化学、光降解、有机化学等领域的微量气体反应与收集实验，包含该气泵的系统与色谱连接后可进行检测，构成完整的在线检测系统。
技术背景往复式电磁柱塞泵是利用电磁线圈感应产生磁场带动密封于玻璃管路中的铁磁材料向上运动，依靠柱塞自重下落复位，实现上下往复运动，从而产生气体循环作用。但现有的电磁柱塞泵因密封性不好导致抽气效率较低，所以工作功率较大，电磁线圈与电磁铁之间会产生很强的涡流加热效应，会导致局部管路过热，对生成物、实验条件的稳定性带来影响，进而导致一定的实验误差。并且现有的电磁柱塞泵体积及长度都过大，因而导致整个反应测试系统难以缩小，管路容积难以缩小。同时，现有的电磁柱塞泵对玻璃外管的圆柱度匹配要求都较高，管材需要进行挑选，生产效率低。现有的电磁柱塞泵采用的平板材质密封效果不好。此外，实验中的多种可能存在的气体会对电磁铁的寿命造成影响。一般柱塞泵限位装置在工作过程中，行程距离不确定，易发生碰撞，容易对玻璃泵体造成损坏。现在市场上的微量反应气体在线检测系统普遍存在以下几个问题(I)由于反应气体在线检测系统所用的泵体积过大，造成在线检测系统整体体积较大，导致某些极其微量的气体生成物难以被检出；(2)在线检测系统整体体积较大，不利于运输、移动，在更换实验地点的时候，容易损坏；(3)现有的泵体通常采用平板材质密封，密封效果不是很好；现有的电磁泵在工作过程中会产生较强的涡流热效应，导致在线检测系统局部管路过热，对生成物、实验条件的稳定性带来影响，进而导致一定的实验误差；(5)现有的在线检测系统中缺少能够精确测定实验环境的装置；从而导致一定的实验误差；(6)现有在线检测系统通常只能进行光解水制氢一种或几种相类似的实验，用途较为单一；(7)现有在线检测系统的系统总有效容积不易计算，且很难对系统进行调压、补充反应气体；(8)现有在线检测系统通常采用人工手动操作的取样方式，很难解决手动操作下的催化剂衰减性能试验的问题该实验需要长时间连续反应，并且需要多次按时间间隔周期取样，有时实验长达几十小时甚至上百小时，在手动操作下需要实验人员连夜操作并记录。
发明内容为解决上述技术问题，本实用新型的一个目的在于，提供一种小型的，可提高泵的做功效率的，可降低电磁涡流热效应的，具有缩小封闭回路整体体积的往复式电磁柱塞泵。为解决上述技术问题，本实用新型的另一个目的在于，提供一种小型的，便于运输移动不易损坏，且具有良好密封性的新型多功能微量气体反应在线检测系统。本实用新型解决上述问题，是采用以下技术方案来实现的提供一种往复式磁控柱塞气泵，包括圆柱形玻璃壳体和气体压缩室。所述壳体一端设置有出气接口，另一端设有进气接口，进气接口与壳体内的进气门座相连接，进气门座内部设有与其线密封的进气门阀，进气门座上部设有进气门限位喉口，该进气门限位喉口上部设有下止点塔式缓冲弹簧，下止点塔式缓冲弹簧上部设有柱塞，所述柱塞内设有出气门座，出气门座内设有与其线密封的出气门阀，在出气门阀的上部设有限位喉口，出气门阀与出气门座之间形成进气导管，出气门座外套设有衔铁，衔铁密封在柱塞与出气门座之间，柱塞上部设有上止点塔式缓冲弹簧；圆柱形壳体外设有由线圈骨架固定的电磁线圈，衔铁与电磁线圈配合，通过磁力线圈感应推力及柱塞自重使柱塞上下运动，以实现柱塞上下行程往复做功。优选的，所述限位喉口为均匀设置在进气门座(5)或出气门座(7)的侧壁上的凸台。优选的，所述进气门阀和排气门阀为半球体和圆锥体的组合。本实用新型的另一个目的及技术问题的解决是采用以下技术方案来实现的提供一种包括上述往复式磁控柱塞气泵的多功能微量反应气体在线检测系统，包括支架、真空部、反应冷凝部、气体混合部、在线采样部、精密压力表、连接各部分的循环气路连接管和设于循环气路连接管上的阀门；气体混合部、在线采样部通过循环气路连接管依次串联，真空部通过循环气体管路并接在反应冷凝部与在线采样部之间，精密压力表通过循环气体管路并接在在线采样部与真空部之间，气体混合部为所述的往复式磁控柱塞气栗。优选的，所述的真空部包括缓冲器(17)、连接在该缓冲器(17)下部的冷阱(19)以及与冷阱(19)并接的用于连接真空泵的循环气路连接管。优选的，所述的用于连接真空泵的循环气路连接管上设有阀门。优选的，所述的反应冷凝部包括反应器(26)以及与反应器(26)相连的冷凝器。冷凝器包括第一冷凝管(23)和第二冷凝管(24)，第一冷凝管(23)的另一端与往复式磁控柱塞气泵(22)串联，第二冷凝管的另一端与在线采样部串联。优选的，所述的在线采样部包括由相互联通构成回路的六通阀、四通阀和三通阀构成的在线进样器，六通阀分别连接缓冲器上管、定量管、往复式磁控柱塞气泵；四通阀连接色谱仪，三通阀连接缓冲器下管。优选的,还包括并联在在线采样部与反应冷凝部之间的定量储气罐；所述定量储气罐与在线采样部、反应冷凝部并联的循环气路连接管上分别设有阀门。优选的，所述支架具有可伸缩底脚和横竖相间的可伸缩杆，缓冲器定量储气罐，第一冷凝管、第二冷凝管以及往复式磁控柱塞气泵通过夹具固定在可伸缩杆上。在线检测系统在线检测系统在线检测系统在线检测系统在线检测系统在线检测系统在线检测系统在线检测系统在线检测系统在线检测系统与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于将衔铁密封于玻璃材质的往复柱塞与出气门座之间，可以有效的将衔铁与实验气体隔离开，保护衔铁防止其被腐蚀，延长使用寿命；塔式缓冲弹簧具有更好的弹性和柔性，能够在往复运动过程中卸掉一部分能量，有效的起到缓冲作用，同时保护易碎的玻璃装置；一体成型的限位喉口易于加工且能够有效的对进、出气门阀进行限位，避免气门阀跳出。往复式磁控柱塞气泵可以采用更细的玻璃管路内径，采用线性密封因而更易加工且具有更好的密封性，减少泄漏并可使得整体系统容积缩小，从而使得整体系统容积缩小；虽然磁控气泵气室缩小，但是因为行程短，气门密封好，且可以较高的速度往复运动，因此系统内循环效率不仅未降低，甚至有所提高；此外，缩小了在线检测系统的整体体积，有利于运输、移动；增设的精密压力表能够精确测量显示实验环境；增设的定量储气罐体现了微量反应气体在线检测系统的更精密检测的能力，同时解决了系统总有效容积的计算问题，还可对系统进行调压、补充反应气体；电子控制进样取样克服了手动操作下的催化剂衰减性能实验很难解决的问题。
图I为本实用新型的往复式磁控柱塞气泵的结构示意图；图2为本实用新型的往复柱塞的结构示意图；图3为本实用新型的进气门阀的结构示意图；图4为本实用新型的排气门阀的结构示意图；图5为本实用新型的往复式磁控柱塞气泵壳体的结构示意图；图6为本实用新型的活塞上行程时的结构示意图；图7为本实用新型的活塞下行程时的结构示意图；图8为本实用新型提出的多功能微量气体反应在线检测系统在进行光解水制氢实验时的结构示意图；图9为本实用新型提出的多功能微量气体反应在线检测系统在进行光催化还原二氧化碳制甲醛实验时的结构示意图；图10为本实用新型的进行实验中进行样品的采集时在线采样部的构成示意图；图11为本实用新型的进行实验中进行色谱检验时在线采样部的构成示意图；图12为本实用新型的进行实验中将定量储气罐抽成真空时在线采样部的构成示意图；图13为支架的主视图；图14为支架的侧视图。图中1-出气接口；2-圆柱形壳体；3-气体压缩室；4-上止点塔式缓冲弹簧；5-排气门阀；6_线圈骨架；7_排气门座；8_进气导管；9_往复柱塞；10-下止点塔式缓冲弹簧；11、12-限位喉口 ； 13-进气门座；14-进气门阀；15-进气接口 ； 16-精密压力表；17_缓冲器；18_衔铁；19_冷阱；20_定量储气罐；21_在先进样器；22_往复式磁控柱塞气泵；23-第一冷凝管；24_第二冷凝管；25_电磁线圈；26_反应器；27_缓冲器上管；28_缓冲器下管；29_定量管；30_色谱仪；31_支架；32_可伸缩杆；33_底脚。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型申请为达成预定实用新型目的，所采取的技术手段及功效结合以下附图及较佳实施例，对本实用新型的具体实施方式
进行详细说明。如图I至图7所示，本实用新型采用的磁控气泵是一种往复式电磁柱塞泵，包括圆柱形壳体2和气体压缩室3，所述壳体2—端设置有排气接口 I，另一端设有进气接口 15，进气接口与壳体内的进气门座13相连接，进气门座13内部设有与其线密封的进气门阀14，进气门座上部设有进气门限位喉口 12，该进气门限位喉口 12上部设有下止点塔式缓冲弹簧10，下止点塔式缓冲弹簧10上部设有柱塞9，所述柱塞内设有排气门座7，排气门座7内设有与其线密封的排气门阀5，在排气门阀5的上部设有限位喉口 11，排气门阀5与排气门座7之间形成进气导管8，排气门座7外套设有衔铁18，衔铁18密封在柱塞9与排气门座7之间，柱塞9上部设有上止点塔式缓冲弹簧4。圆柱形壳体2外设有由线圈骨架6固定的电磁线圈25，衔铁18与电磁线圈配合，通过磁力线圈感应推力及柱塞自重使柱塞上下运动，以实现柱塞上下行程往复做功。限位喉口 11、12为均匀设置在进气门座(5)或出气门座(7)的侧壁上的凸台。所述进气门阀和排气门阀为半球体和圆锥体的组合。 该往复式电磁柱塞泵的工作过程如下在上行程过程中，柱塞9及出气门阀7关闭使得气体压缩室3封闭，随着柱塞的上行，压缩室3的气体推向出气接口 1，此时压缩室下部的进气门阀14开启，随着柱塞的上行将外界或特定的气体吸入压缩室13的下部为上部充气做准备；在下行程过程中，柱塞9及出气门阀7开启，而进气门阀14关闭，使的压缩室3下部的气体进入压缩室3的上部如此往复形成一组循环。附图8、9示出了具有上述往复式磁控柱塞气泵的多功能微量反应气体在线检测系统,包括气体混合部,该气体混合部为所述的往复式磁控柱塞气泵22 ;真空部，该真空部包括缓冲器17、连接在该缓冲器17下部的冷阱19以及与冷阱19并接的用于连接真空泵的循环气路连接管；该缓冲器17的作用是避免压力变化过大造成玻璃管路的破损，以及防止反应器内的反应溶液容易因为突然变为负压过快所带来的暴沸；反应冷凝部，该所述的反应冷凝部包括反应器26以及与反应器26相连的冷凝器，冷凝器包括第一冷凝管23和第二冷凝管24，第一冷凝管23的另一端与往复式磁控柱塞气泵22串联，第二冷凝管24的另一端与在线采样部串联；该在线采样部包括由相互联通构成回路的六通阀、四通阀和三通阀构成的在线进样器21，六通阀分别连接缓冲器上管27、定量管29、往复式磁控柱塞气泵22，四通阀连接色谱仪30，三通阀连接缓冲器下管28 ;精密压力表16通过循环气体管路并接在在线采样部与真空部之间；连接各部分的循环气路连接管和设于循环气路连接管上的阀门；往复式磁控柱塞气泵22、在线采样部通过循环气路连接管依次串联，真空部通过循环气体管路并接在反应冷凝部与在线采样部之间。如图9所示，该多功能微量反应气体在线检测系统还可以包括并联在在线采样部与反应冷凝部之间的定量储气罐20 ;所述定量储气罐20与在线采样部、反应冷凝部并联的循环气路连接管上分别设有阀门。如图13-14所示，支架31具有可伸缩底脚33和横竖相间的可伸缩杆32。缓冲器17、定量储气罐20，第一冷凝管23、第二冷凝管24以及往复式磁控柱塞气泵通过夹具可以固定在可伸缩杆上。在进行实验之前，均应首先对在线检测系统的系统气密性进行检验。以图9示出的进行光催化还原二氧化碳制甲醇实验为例将反应器26置于第一冷凝管23、第二冷凝管24下方并连接完毕后，将在线检测系统中所有的阀门涂上真空油脂并置于关闭状态；阀门VIII下端管路接有乳胶管，并乳胶管的另一头连接着真空泵的抽气口。打开真空泵，开始抽真空，按顺序开启阀门VIII、阀门IV、阀门III、阀门II、阀门X、阀门IX、阀门V、阀门VI、阀门VII，将系统内部抽成真空，固定阀门旋塞；阀门I置于关闭状态，其余9个阀门置于打开的状态，阀门X阀门IX接通循环气体管路，开始抽取系统的真空，观察真空表(真空表设置在真空泵相连的通路上，未示出)的指示在-0. IMPa，继续抽取真空约10分钟。关闭阀门VIII,然后将真空栗关闭，将系统保持真空状态30min以上,观察真空表指不仍为-0. IMPa(不包括机械回弹)，则表示气密性完好，可以开始实验。参照图8所示，在进行光解水制氢实验的过程中，在线检测系统该在线检测系统由管路依次连接反应器26、第一冷凝管23、往复式磁控柱塞气泵22、在线采样部及第二冷凝管24，构成一个封闭的循环回路。在第二冷凝管24和在线采样部之间的管路上设有一真空部，使该真空部与上述的循环回路并联。精密压力表16通过循环气体管路并接在在线采样部与真空部之间。在进行光解水制氢实验的过程中(I)将反应物放入反应器26 (含水、催化剂、磁子等)，并与在线检测系统连接，接通冷却水，调节冷却水流量至合适程度。(2)将系统抽成真空，观察真空表指示-0. IMPa，继续抽真空10分钟，即可按顺序关闭阀门V、阀门III、阀门VIII，开始实验。(3)打开往复式磁控柱塞气泵22，调整气泵的工作频率，气泵的工作频率在0. 5 IHZ可以达到很好的气体流动效果。参照图9所示，在线检测系统在进行光催化还原二氧化碳制甲醇实验时，该在线检测系统由管路依次连接反应器26、第一冷凝管23、往复式磁控柱塞气泵22、在线采样部及第二冷凝管24，构成一个封闭的循环回路，并在在线采样部和第二冷凝管24之间并联一定量储气罐20，定量储气罐20与在线采样部、反应冷凝部并联的循环气路连接管上分别设有阀门X、阀门IX。在第二冷凝管24和在线采样部之间的管路上设有一真空部，使该真空部与上述的循环回路并联。精密压力表16通过循环气体管路并接在在线采样部与真空部之间。在进行光催化还原二氧化碳制甲醇实验的过程中，(I)将反应物放入反应器26 (含水、催化剂、磁子等)，并与系统连接，接通冷却水，调节冷却水流量及温度至合适程度。将系统抽成真空，观察真空表指示-0. IMPa，继续抽真空10分钟，在整个系统抽完真空后，通过系统外连接管，利用二氧化碳钢瓶减压阀缓慢地向系统内导入二氧化碳至接近常压，导入完毕后，再通过反应器外进口将系统缓慢地补充到一个大标准气压。关闭阀门I并取下连接管，迅速将阀门X、阀门IX调节至与循环气体管路连通。(2)按顺序关闭阀门V、阀门III、阀门VIII，开始实验。(3)打开往复式磁控柱塞气泵22，调整气泵的工作频率，气泵的工作频率在0. 5 IHZ可以达到很好的气体流动效果。实验过程中如需向系统中补充二氧化碳，可通过调节定量储气罐20的相关玻璃阀门继续向系统内补入二氧化碳，并通过真空表读数变化来算出补给的二氧化碳体积，故定量储气罐20具有补给系统二氧化碳、调压以及计算系统相关体积的功能。在实验后进行样品的采集、检验等操作时，参考图10、图11、图12所示，在进行样品的采集时，将在线取样面板的状态设为K-1，六通阀指示为B，四通阀指示为C，三通阀指示为E ;此种状态为六通阀中的定量管29(4. 23ml)与系统管路a、b连接，管路a、b与定量管29处于联通状态，样气经过定量管29与系统管路a、b循环。采样一段时间后，例如30min(用户可以根据自己的实验情况来设定采样时间)采样时将四通阀指示为D，管路g与管路h、d、e、f连通，此时，载气开始填充管路e、d、h这一段真空的管路，载气流量发生变化导致基线不平稳，待载气在色谱中的基线信号平稳，基线平稳后即可随时进样。采样结束后即可将定量管中的样品在线送入色谱中，此时在线取样面板的状态为K-2，六通阀指示为A,四通阀指示为D,三通阀指示为E ;此种状态为六通阀中的定量管29(4. 23ml)与管路e、f、d、h、g连通，载气从管路e进入到定量管29从而把定量管29的样气带出，依靠载气动力将样气送入色谱检验。管路b、定量管29依然在外部玻璃管路系统中继续循环。将定量管抽成真空，打开真空泵，并打开阀门VIII，在线取样面板的状态为K-3，六通阀指示为A，四通阀指示为C，三通阀指示为G，先将四通阀由D转为C，此时载气从管路f进入，管路g出去到色谱仪30内循环，避免抽真空时载气断路无法再色谱仪内循环而导致烧坏色谱仪中的热导池检测器。当三通阀指示在F-G时，需缓慢转动，当快到G位置时，越慢越好，因为定量管中的压力一般为0. 3MPa，以免压力的变化对玻璃仪器的冲击太大，造成玻璃仪器的损坏；此种状态为六通阀中的定量管29与管路d、e、h、i连通，管路i与阀VIII管路连通的真空泵连接，从而抽取定量管29与管路e、d、h中的残余载气。实验结束后，打开阀门I与大气相通，使系统内外气压均衡，然后可以取下反应器，进行必要的清洗，同时停止磁控气泵与循环水，进行下次实验的准备。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种往复式磁控柱塞气泵,包括圆柱形玻璃壳体(2)和气体压缩室(3),所述壳体(2)—端设置有出气接口(I)，另一端设有进气接口(15)，进气接口与壳体内的进气门座(13)相连接，进气门座(13)内部设有与其线密封的进气门阀(14)，进气门座上部设有进气门限位喉口(12)，该进气门限位喉口(12)上部设有下止点塔式缓冲弹簧(10)，下止点塔式缓冲弹簧(10)上部设有柱塞(9)，所述柱塞内设有出气门座(7)，出气门座(7)内设有与其线密封的出气门阀(5)，在出气门阀(5)的上部设有限位喉口(11)，出气门阀(5)与出气门座(7)之间形成进气导管(8)，出气门座外套设有衔铁(18)，衔铁(18)密封在柱塞(9)与出气门座⑵之间，柱塞(9)上部设有上止点塔式缓冲弹簧⑷；圆柱形壳体⑵外设有由线圈骨架(6)固定的电磁线圈(25)，衔铁(18)与电磁线圈配合，通过磁力线圈感应推力及柱塞自重使柱塞上下运动，以实现柱塞上下行程往复做功。
2.根据权利要求I所述的往复式磁控柱塞气泵，其特征在于，所述限位喉口为均匀设置在进气门座(5)或出气门座(7)的侧壁上的凸台。
3.根据权利要求I或2所述的往复式磁控柱塞气泵，其特征在于，所述进气门阀和出气门阀为半球体和圆锥体的组合。
4.一种包括权利要求1-3任一项所述的往复式磁控柱塞气泵的多功能微量反应气体测试仪，包括支架、真空部、反应冷凝部、气体混合部、在线采样部、精密压力表、连接各部分的循环气路连接管和设于循环气路连接管上的阀门；气体混合部、在线采样部通过循环气路连接管依次串联，真空部通过循环气体管路并接在反应冷凝部与在线采样部之间，其特征在于精密压力表(16)通过循环气体管路并接在在线采样部与真空部之间，气体混合部为所述的往复式磁控柱塞气泵(22)。
5.根据权利要求4所述的多功能微量反应气体测试仪，其特征在于，所述的真空部包括缓冲器(17)、连接在该缓冲器(17)下部的冷阱(19)以及与冷阱(19)并接的用于连接真空泵的循环气路连接管。
6.根据权利要求5所述的多功能微量反应气体测试仪，其特征在于，所述的用于连接真空泵的循环气路连接管上设有阀门。
7.根据权利要求6所述的多功能微量反应气体测试仪，其特征在于，所述的反应冷凝部包括反应器(26)以及与反应器(26)相连的冷凝器；冷凝器包括第一冷凝管(23)和第二冷凝管(24)，第一冷凝管(23)的另一端与往复式磁控柱塞气泵(22)串联，第二冷凝管的另一端与在线采样部串联。
8.根据权利要求7所述的多功能微量反应气体测试仪，其特征在于，所述的在线采样部包括由相互联通构成回路的六通阀、四通阀和三通阀构成的在线进样器(21)，其中，六通阀分别连接缓冲器上管(27)、定量管(29)、往复式磁控柱塞气泵(22);四通阀连接色谱仪(30)，三通阀连接缓冲器下管(28)。
9.根据权利要求8所述的多功能微量反应气体测试仪，其特征在于，还包括并联在在线采样部与反应冷凝部之间的定量储气罐(20)，所述定量储气罐(20)与在线采样部、反应冷凝器部并联的循环气路连接管上分别设有阀门。
10.根据权利要求9所述的多功能微量反应气体测试仪，其特征在于，所述支架具有可伸缩底脚(32)和横竖相间的可伸缩杆(33)，缓冲器(17)、定量储气罐(20)，第一冷凝管(23)、第二冷凝管(24)以及往复式磁控柱塞气泵通过夹具固定在可伸缩杆上。
专利摘要本实用新型涉及一种往复式电磁柱塞气泵，由圆柱形壳体和气体压缩室，出气接口、进气接口，进气门座，进气门阀，进气门定位装置等构成的小型的，无加热效应，具有更好的密封性且降低对玻璃管外圆度公差要求的往复式电磁柱塞泵。包括上述往复式磁控柱塞气泵的小型的，便于运输移动不易损坏且具有良好密封性的新型多功能微量气体反应气体测试仪。
文档编号G01N30/00GK202360326SQ20112023588
公开日2012年8月1日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者陈磊 申请人:陈磊