一种液相色谱泵压力测量装置及泵头的制作方法

本发明涉及一种液相色谱技术领域，特别涉及一种液相色谱泵压力测量装置及泵头。

背景技术：

超高效液相色谱仪的超高压柱塞泵最高工作压力为80-100mpa以上，因而其流量的稳定性直接决定了系统的定性重复性。双泵组成的二元以上的梯度系统或四元低压梯度系统，为了实现快速的梯度变化，超高压柱塞泵的内部死体积不能过大，传统的压力传感器很难放置。外接压力传感器管路接头较多，在超高压下的泄露风险相应增加。泵工作时，液体压力需要被压力传感器检测，通过压力和流速的转换关系，实现流速的监测和反馈控制。可见压力传感器是超高压柱塞泵的一个关键技术。

在超高效液相色谱的现有技术中，常见的一种压力测量装置的结构是密封壳体接触液体一侧为波形不锈钢膜片，壳体里填充硅油，膜片受到压力变形，由硅油传导压力到半导体敏感元件上进行压力测量。这种压力传感器的波形膜片存在死体积较大的问题，经过硅油传导后反应不够灵敏，测量存在延迟的问题。

常见的第二种压力测量装置的结构是壳体接触液体一侧为端面齐平的不锈钢膜片，膜片上粘贴应变片，压力使膜片和其上的应变片变形，从而实现压力的测量。这种压力传感器膜片面积较大，只有膜片中心部分是有效区域，同样存在死体积较大的问题，而且在超高压下容易蠕变，存在泄露和密封失效的风险。

常见的第三种压力测量装置的结构是一种两通结构，采用管路、接头和柱塞泵相连。两通中间加工一个距离内管很薄的平面，在平面上粘贴应变片。当液体从两通流过时，平面发生形变，通过测量形变实现对压力的测量。这种压力传感器的缺点是管路接头较多，在超高压下泄露的风险较高。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种液相色谱泵压力测量装置及泵头，该压力测量装置安装于泵头上，能够解决现有压力传感器死体积较大、管路接头较多、不适合用于超高压泵的压力测量的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种液相色谱泵压力测量装置，包括测量芯体，所述测量芯体中设有沿轴线方向分布的第一孔，所述第一孔对穿所述测量芯体，所述测量芯体的一侧设有第一凹槽，并在所述第一凹槽的底部贴有压力敏感元件，所述第一凹槽的底部在第一孔内通入流动相时受压产生形变，使得所述压力敏感元件接收第一凹槽的形变量；

所述压力敏感元件通过导线连接有形变量处理单元，形变量处理单元将所述第一凹槽的底部形变量输出为泵的压力值。

可选的，所述第一凹槽的底部与第一孔的孔壁之间的间距为10～50微米。

可选的，所述压力敏感元件是mems压力传感器或应变片。

可选的，所述形变量处理单元包括第一电路板及第二电路板，所述第一电路板通过导线与所述压力敏感元件连接，所述第二电路板通过另一导线与第一电路板连接。

可选的，所述测量芯体上连接有一壳体，所述测量芯体穿过所述壳体，所述壳体的内部设有空腔，使得所述测量芯体的第一凹槽位于壳体的空腔内。

可选的，所述测量芯体在壳体接触的部位分别安装有第一密封圈及第二密封圈，所述测量芯体与泵头接触的一端安装有第三密封圈。

可选的，所述壳体在远离泵头的一侧设有开口，并在所述开口处安装有可拆卸的盖板。

可选的，所述第一电路板及第二电路板封装在所述壳体的空腔内，其中，所述壳体包括两段，第一段与所述测量芯体垂直，第二段的一侧侧面与泵头的端面贴合，所述第一段与第二段之间具有120°～160°的夹角。

本发明还提供了一种液相色谱泵泵头，包括高压体及低压体，所述高压体内设有第二孔，第二孔内连接有柱塞杆，所述低压体固定连接在高压体的一侧，所述柱塞杆的杆身贯穿所述低压体，使得柱塞杆的一端滑动连接在第二孔内，另一端位于低压体的外部；

所述高压体的另一侧固定安装有上述的液相色谱泵压力测量装置，所述高压体上开设有用于安装所述测量芯体的第二凹槽，使得所述测量芯体固定连接在第二凹槽内，所述第二凹槽的槽底设有一条与第二孔相通的第三孔，使得所述第一孔通过第三孔与第二孔连通；

所述第三孔的轴线与第一孔的轴线重合，并且所述第三孔的轴线与第二孔的轴线相交。

可选的，所述低压体内设有清洗通道。

采用上述技术方案，本发明提出的压力测量装置死体积小，连接管路接头数量少，能够承受较高的液体压力，适合在超高压下的环境中的液体压力的测量。本发明还提出一种适用于超高效液相色谱仪的泵头结构，包含所述压力测量装置，有利于超高压下的密封，有利于实现密封圈和柱塞杆的清洗，延长密封圈和柱塞杆的寿命。

附图说明

图1是本发明的压力测量装置的结构示意图；

图2是本发明的泵头的结构示意图；

图3是本发明的泵头的外观示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1～3所示，本发明一种液相色谱泵的泵头，该泵头包括高压体21及低压体20，高压体21内设有第二孔，第二孔内连接有柱塞杆18，低压体20固定连接在高压体21的一侧，高压体21的另一侧固定安装有压力测量装置。柱塞杆18的杆身沿低压体20的轴线贯穿整个低压体20，使得柱塞杆18的一端滑动连接在第二孔内，另一端位于低压体20的外部。

高压体21的另一侧固定安装有压力测量装置，高压体21上开设有用于装配压力测量装置的第二凹槽，使得压力测量装置固定连接在第二凹槽内，第二凹槽的槽底设有一条与第二孔相通的第三孔，另外，第二孔还连接有单向阀23。

在本实施例中，压力测量装置包括测量芯体4，该测量芯体4可采用耐腐蚀的316l不锈钢或钛合金材料，从而保证液体压力变化造成适当的形变量，能够被压力敏感元件11检测到，同时还能保证一定的强度，不会在高压下损坏。其中，测量芯体4中设有沿轴线方向分布的第一孔，第一孔对穿测量芯体4，测量芯体4的一侧设有第一凹槽，并在第一凹槽的底部贴有压力敏感元件11，该压力敏感元件11可例如是mems压力传感器或应变片，第一凹槽的底部与第一孔的孔壁之间的间距为10～50微米，该距离的大小则表示在不同的间距下，压力测量装置具有不同灵敏度和耐压等级。第一孔在通过流动相时，第一凹槽的底部会受压而产生形变，而压力敏感元件11则接收该形变的形变量。压力敏感元件11通过导线连接有形变量处理单元，形变量处理单元将第一凹槽的底部形变量输出为泵的压力值。

具体的，形变量处理单元包括第一电路板2及第二电路板9，第一电路板2通过导线与压力敏感元件11连接，第二电路板9通过另一导线与第一电路板2连接。其中，第一电路板2用于去除连接应力，第二电路板9上具有第一级放大电路，用来将微弱信号放大后传输出去，减小外界噪声干扰的影响。

在本实施例中，测量芯体4上还装配有一壳体3，壳体3的结构如图3所示，测量芯体4穿过壳体3，壳体3的内部形成空腔，使得测量芯体4的第一凹槽位于壳体3的空腔内，以使压力敏感元件11在壳体3中受到保护。另外，第一电路板2及第二电路板9也封装在壳体3的空腔内，以保护第一电路板2和第二电路板9。在本实施例中，壳体3包括两段，第一段与测量芯体4垂直分布，第二段的一侧侧面与泵头的端面贴合，这样一来，第一段与第二段之间就会具有120°～160°的夹角。在装配泵头与测量装置时，通过螺钉10将壳体3的与泵头的远离低压体20的一端固定，而测量芯体4的一端则插入在第二凹槽内，同时，为了保证密封性，在测量芯体4与壳体3接触的部位分别安装有第一密封圈6及第二密封圈8，用来防止外界液体泄露到壳体3中，测量芯体4与第二凹槽的槽底之间装配有第三密封圈1，第三密封圈1需要具有耐腐蚀性，并且保证在高压力下有适当的形变量，不会因为蠕变而失效，因而其材料可以是peek材料。另外，可在第二凹槽的槽壁上开设螺纹，并在测量芯体4插入第二凹槽内的一端转动连接有螺纹紧固件5，使得测量芯体4能够牢固的装配在第二凹槽内，测量芯体4的另一端则有螺纹孔，该螺纹孔内包含有密封用的锥面，用于连接液体管路，当排液时，流动相从泵头内流到第一孔内，并从第一孔再流到液体管路中，从而实现排液。

在本实施例中，壳体3在远离泵头的一侧设有开口，并在开口处通过螺栓螺母组件可拆卸的安装有盖板7，以此结构，使得壳体3可通过拆除盖板7而打开，以便于对第一电路板2和第二电路板9进行维护。

在本实施例中，高压体21中还设有与第一孔相通的第三孔，第三孔的一端通到第二凹槽的槽底位置，另一端与第二孔连通，其中第三孔的轴线与第一孔的轴线重合，并且第三孔的轴线与第二孔的轴线相交。

在本实施例中，低压体20与高压体21之间还装配有第五密封圈22，高压体21与低压体20装配的一侧开设有第三凹槽，该第三凹槽与第二孔同轴分布，并在第三凹槽内装配的高压密封圈12及支撑环13，柱塞杆18从低压体20中贯穿后，再依次穿过支撑环13、高压密封圈12。相应的，在低压体20与柱塞杆18接触的位置，装配有低压密封圈15。

在本实施例中，低压体21贴近高压体20的一侧的中心设有第四凹槽，并在第四凹槽内装配有低压芯体19，低压芯体19与第四凹槽的槽壁之间具有间隙。具体的，低压密封圈15装配在低压芯体19上，另外，低压芯体19上具有与第三凹槽相通的进出通道，而低压芯体19的表面还设有与第四凹槽槽底之间装配有第四密封圈16。在本实施例中，高压密封圈12、第三凹槽、第四凹槽、低压芯体19、低压密封圈15、第四密封圈16构成低压腔体，并在低压腔体。同时，在低压体20的两侧，还分别设有清洗液进液通道17和清洗液出液通道14，清洗液进液通道17和清洗液出液通道14分别与低压腔体连通，构成清洗通道。在本实施例中，低压腔体用于存储密封圈清洗液，密封圈清洗液用来溶解和清洗在泵头工作过程中从高压区析出的盐结晶，防止密封圈和柱塞杆18过快磨损失效，并且对密封圈有一定的降温作用，降低材料老化速度，清洗液进液通道17用来将液体送入泵低压腔体，清洗液出液通道14用来将液体排出泵低压腔体。

在本实施例中，在抽取流动相时，柱塞杆18向后移动，在第二孔内压力降低，流动相通过单向阀23进入第二孔。排出流动相时，柱塞杆18向前移动，第二孔内的压力上升，单向阀23关闭。流动相通过压力测量装置的测量芯体4中的第一孔排出。在这一过程中，压力敏感元件11测量流动相的压力变化。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。