气体自动进样器的制作方法

专利名称：气体自动进样器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气体进样器，特别是指一种与气相色谱分析仪配合使用的自动进
样装置。
背景技术：
自动进样装置可以大量节省人力与时间，同时还可降低人为操作产生的误差，是
利用仪器大批量分析样品必不可少的部件之一，现在自动化分析仪器一般都配有自动进样
或自动分析装置。现在的主流气相色谱仪都有自动进样器作为可选配件出售，比较典型的
有Agilent、 Shimadzu、 Varian、 Thermo等大型厂家仪器自己开发的进样器，也有专门生产
气相色谱自动进样器的厂家，使用较广泛的有CTC、HTA、Gilson等品牌。但这些自动进样器
价格都不菲，往往要占仪器总售价的1/3 1/5或更高，而且有些厂家的进样器只能用于厂
家自己品牌的气相色谱，同时耗材也只能使用其专门提供的耗材，使用成本非常高。 现在的自动进样器样品的排列定位主要有三种方式，一种是采用同心圆式寻道定
位，注射进样臂以一定的角度旋转寻位，样品呈放射状向外排列，这种方式样品越往外圈排
列越稀松，空间利用率不高，占用的体积较大，一般提供的样品位有限；另一种采用XYZ三
维坐标方式寻道定位，虽然能提供较多的样品位，但这种进样器需要精密的步进电机、导轨
和复杂的控制芯片及软件，总体占用体积更大，因而成本也要高许多。还有一种是机械手抓
取式，这种方式对硬件设计要求较高，空间也要求更大，成本也更高一些。 现在的气相色谱自动进样器往往只是单用途，只能提供自动进样的功能，不能提
供样品瓶的自动清洗、抽真空、稀释等辅助功能。

发明内容针对上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种气体自动进样器，其可实现气体样品自动进样到气相色谱分析仪器中，具有低成本、小巧、高效的特点；同时，此气体自动进样器还能实现自动清洗、抽真空和稀释样品等样品制备辅助功能，可大大提高气体分析的效率。 为实现上述功能，本实用新型所提供的一种气体自动进样器，包含一底座；一进样装置，包括一针头座、一安装在所述针头座上的注射头及密封圈、多个样品容器、一直通连接头，所述针头座、样品容器与气相色谱之间通过导气管和直通连接头导通气路；一定位装置，包括一设置于所述底座上的可转动升降的旁轴，所述旁轴上横设有上、下气缸支架，以及一挡瓶臂，所述上、下气缸支架的末端各设置有一气缸固定座，所述下气缸支架的相应位置处设置有一通孔，所述挡瓶臂上对应所述注射头的位置处设置有一可容所述注射头通过的针孔；一动作机构，包括设置于所述底座上的进针电磁阀、退针电磁阀及设置于所述气缸固定座的双向气缸，所述进针电磁阀和退针电磁阀的一端各通过导气管与所述双向气缸的气路连接，另一端则与压縮空气相连接，所述气缸的轴连接所述针头座；一承托装置，包括一主轴、一导向盘、一导向臂及一样品盘，所述主轴设置于所述底座中央，所述导向盘及样品盘套设于其上，所述导向盘的顶面设置有螺旋型导向槽，周边设有可与减速电机主轴上的齿轮啮合的齿牙，所述导向臂具有上、下两层片体，将所述导向盘夹设于其中，所述导向臂的一端固设在所述旁轴上，另一端的上层片体上设有定位于所述导向槽中的导向头及定位探测装置，所述样品盘上设有与所述导向槽对应的按螺旋线等距排列的样品容器插孔；一控制装置，用于控制所述进样装置、动作机构及所述减速电机的动作；一电源，为所述控制装置供电。 上述技术方案中，进样装置部分若不与气相色谱分析仪相连，而是通过直通接头
换成与一两通电磁阀和一真空泵相连，则可实现自动抽真空的功能；若换成通过一两通电
磁阀与高纯载气或高纯零气相连，则可实现自动清洗或自动稀释的功能。 上述方案中，所述控制装置包括一预设有控制程序的处理器，与所述处理器连接
的存储器、显示装置及操作按键，所述处理器的控制指令通过接口电路连接所述进样装置、
动作机构及所述减速电机。 以上所述技术方案中，所述导向槽的起始和结束位置分别埋设有一磁钢，所述导向槽的中心等距设有与所述样品盘上样品容器插孔相对应的定位孔。 以上所述本实用新型的技术方案中，所述导向臂上设置的定位探测装置为光电感应装置，所述光电感应装置的光电发射管设置于所述导向臂下层片体对应所述导向头的位置，所述光电接收管嵌设于所述导向头中，所述光电感应装置的检测信号通过线路输入所述控制装置。 以上所述技术方案中，所述定位探测装置还包括两个可感应磁场的霍尔开关，用
于检测所述导向槽的起始和结束位置，其检测信号也通过线路输入所述控制装置。 以上所述技术方案中，所述承托装置的主轴与所述定位装置的旁轴分别通过轴承
设置在所述底座上。 采用上述技术方案，本实用新型具有以下优点1、本实用新型采用设置有螺旋型导向槽的样品盘，可在一个样品盘上一次密集放置数量较多的样品瓶，操作人员无需频繁更换样品盘，可满足大批量自动进样的要求，分析效率高。2、本实用新型采用的螺旋型导向槽的样品盘，既可放置较多数量的样品瓶，又大大节省了空间，使进样器小巧灵活。3、本实用新型如外接真空泵或高纯载气，还可实现自动抽真空或自动样品稀释的功能。4、本实用新型设计紧凑，结构简洁，无复杂机电结构，成本相对较低。

图1是本实用新型的总体分布连接图； 图2是本实用新型中进样装置和定位装置分件布置图； 图2A是本实用新型进样装置中针头座的剖视图； 图3A是本实用新型定位装置中上气缸支架的俯视图； 图3B是本实用新型定位装置中下气缸支架的剖视图； 图3C是本实用新型定位装置中挡瓶臂的俯视图； 图3D是本实用新型定位装置中挡瓶臂的剖视图； 图4是本实用新型中动作机构和定位装置分件布置图； 图5是本实用新型中承托装置和底座分件布置图；[0023] 图5A是本实用新型导向盘的俯视图； 图5B是本实用新型导向盘上导向槽的局部放大图； 图5C是本实用新型样品盘的俯视图； 图6是本实用新型中控制装置组成示意图； 图7是本实用新型的工作流程图。
具体实施方式为了详细说明本实用新型的结构及特点，现举以下较佳实施例并配合附图说明如下。 如图1所示，本实用新型包括一底座10，底座10上设置有进样装置20、定位装置30、动作机构40、承托装置50、控制装置60及电源70。 如图2所示，进样装置20包括一两通电磁阀21 、 一直通接头22 、 一针头座23 、 一注射头24及多个样品瓶25。直通接头22通过导气管一端与气相色谱分析仪的进样阀A相连，另一端连通针头座23，如图2A所示，针头座23具有一连接杆231，两个连通的开口 232、233，其中一个开口 233通过导气管和直通接头22连通的气相色谱分析仪的进样阀A，另一个开口 232连通注射头24，由注射头24将气体注入样品瓶25中。针头座23与注射头24的连接部为一设有外螺纹的空心柱体(图中未示)，并用螺母将注射头24锁定在针头座23上。为了使注射头24与针头座23连接紧密防止漏气，在针头座23与注射头24之间还设置有一0型密封圈234保证气密性。本实用新型的注射头24采用普通的注射针头即可。样品容器25为玻璃制的平底螺口气体样品瓶，其顶部塑料盖中央设有可容注射头24通过的小圆孔，盖内设有橡胶密封垫。进样装置20中的直通接头22可以如上述描述与气相色谱分析仪的进样阀A相连以实现气体样品自动进样到气相色谱分析仪器中；也可以变换至与一两通电磁阀21和一真空泵B相连，此时则可实现自动抽样品瓶真空的功能；还可以将进样装置20中的直通接头22与高纯载气或零气(不含有其它杂质气体的纯净气体)的气瓶C相连，则可实现自动清洗或稀释的功能。 继续参见图2，定位装置30，包括一设置在底座10 —侧的旁轴31，旁轴31采用套筒结构，套筒上套设有上、下气缸支架32、33，以及一挡瓶臂34，通过螺钉锁定在旁轴上。套筒上设有定位槽，旁轴31上有一凸块311，可使套筒卡在旁轴31上。旁轴31的顶部还设有内螺纹，可用一螺栓312将套筒锁固，使上、下气缸支架32 、33及挡瓶臂34通过套筒牢固定位于旁轴31上。这样旁轴31不但可顺滑地转动，套筒更可被抽拉升降。如图3A所示，上、下气缸支架32、33的一端设一用于将上、下气缸支架套在套筒上的通孔322，末端(图中显示为左侧)设置有一气缸固定座321以固定气缸44(参见图4)，气缸固定座321四周布设螺孔323，通过紧固螺栓324将上、下气缸支架32、33与气缸44固定；对下气缸支架33而言，气缸固定座321的中间位置设置有一通孔331 (如图3B所示)以穿设气缸轴441 (参见图4)。挡瓶臂34 —端设一用于将挡瓶臂34套在套筒上的通孔342，另一端对应注射头24的位置处则设置有一个可容注射头24通过的针孔341 (如图3C、图3D所示)。针孔341的作用在于当注射头24向下扎时，可以扶正注射头24并增加针的强度，防止弯针或断针。当拔针时，挡瓶臂34可以挡住样品瓶25，使注射头24从样品瓶25中拔出来，样品瓶25在重力的作用下回位。[0032] 参见图4，动作机构40，包括压縮空气源41，进针电磁阀42，退针电磁阀43及双向气缸44。压縮空气源41、进针电磁阀42与退针电磁阀43均固定设在底座10上，双向气缸44固设在上、下气缸支架32、33的气缸固定座321之间，压縮空气源41通过导气管与双向气缸44的气路连接。气缸轴441与进样装置20针头座23的连接杆231连接，使针头座23可与气缸轴441连动。 参见图5，承托装置50，包括一设置于底座10中央的主轴51，其上端设有内螺纹，以配合一螺栓59螺锁固定。靠主轴51下端套设一导向盘52，如图5A所示，导向盘52的顶面设置有螺旋型导向槽521，导向槽521中均匀分布多个与导向盘52的中心等距并与样品瓶25相对应的定位孔522 (如图5B所示)，作为光电定位之用；在导向槽521的起始和结束位置还分别埋设有一圆柱型磁钢523 (图5A)。导向盘52的周边设有齿牙524，以与一设置在直流减速电机53主轴上的齿轮56啮合，在电机53的带动下旋转。 一导向臂54，分为上、下两层片体，将导向盘52夹设于其中，导向臂54的一端通过顶丝座固设在旁轴31上，另一端的上层片体上设置有金属导向头541，导向头541伸设在导向槽521中，沿着导向槽521移动。导向头541采用铝、不锈钢或铜等金属制成，本实施例采用硬度适中、延展性及磨擦性好的铜制成，以获得导向头在导向槽521内顺畅滑动的效果。导向头541中还嵌设有光电接收管542。导向臂54的下层片体上对应光电接收管542的位置设有光电发射管543。当光电发射管543发出的光线穿过定位孔522被光电接收管542接收，即可确定样品瓶的位置。导向臂54上还设有两个能感应磁场的霍尔开关544，与埋设在导向槽521起始和结束位置的磁钢523相对应，用于检测导向槽521的初始及终止位置。光电感应装置及霍尔开关544所检测到的位置信号均通过线路传输至控制装置60(参见图l和图6)。为了简化结构，导向臂54采用电路板制成，既可实现导向臂的导向定位功能，又可同时完成传输信号的功能。承托装置50中还包括一样品盘55，供插设样品瓶25，样品盘55由上中下三块盘通过均匀分布在外圆周上的四根连杆551连接起来，中心设有套设于主轴51上的套筒552，套筒552上设有嵌槽553，主轴51上的相应位置则设有一凸块511，凸块511嵌入嵌槽553中即可嵌合定位。样品盘55的上盘及中盘设置有与导向槽521中定位孔522位置对应的按螺旋线等距排列的样品瓶插孔554，插孔554的数量可以根据样品盘55的尺寸及样品瓶25的粗细灵活设置，从数十个到上百个均可(如图5C所示)，即一次可以自动完成上百个样品瓶的进样。 样品盘55套设定位后，只需将一螺栓59螺锁入主轴51顶端，便完成了样品盘55的安装。本实用新型气体自动进样器， 一般先装设样品盘55，然后向上提拉并旋转定位装置30中旁轴31上的套筒，便可使固定在套筒上的二气缸支架32、33及挡瓶臂34同时向上并旋转，当旋转至样品瓶上方时，再向下放下套筒则可摆好定位装置30的位置。如需更换样品盘55，只需先提起旁轴31上的套筒将气缸支架32、33及挡瓶臂34旋离样品瓶25，即可很方便地取下样品盘55来更换。 参见图5，为了提高主轴51与旁轴31在转动时的稳定性，在它们的底部还可以加设固定轴承11。 二固定轴承11的轴承座111固设在底座10上，各轴承座111中设有两个轴承，主轴51与旁轴31穿置其中，便可收到稳定、顺畅地转动的功效。[0036] 控制装置60的组成参见图1和图6所示，其核心为一微处理器61，本实用新型采用通用的8051微处理器，微处理器61中预设有编好的控制程序。微处理器61还连接有存储器62、液晶显示面板63及操作按键64，微处理器61的控制指令则通过接口电路65连接各被控元件，包括电机53、两通电磁阀21、进针电磁阀42、退针电磁阀43、用于样品瓶位置检测的光电发射管541和光电接收管543、用于导向槽位置检测的霍尔开关544。在具体实施时，微处理器61、存储器62、液晶显示面板63及操作按键64安装在一个盒体中，盒体表面设置液晶显示面板63及操作按键64，接口电路65则设置在底座10上，通过导线连接设置在盒体中的微处理器61。 电源70，为控制装置60供电，采用12伏直流电源，本实施例采用蓄电池。[0038] 如图7所示，本实用新型的操作过程如下 打开电源70，控制装置60对系统初始化并进行自检，完成后，通过液晶显示面板63及操作按键64首先设置好系统时间、进针或退针时间、进样起始位和终止位、样品进样间隔、进样等待时间等参数。 当开始进行全自动进样状态时，控制装置60判断是否到达进样时间，当到达进样时间后，首先由直流减速电机53上的齿轮带动导向盘52运动，导向盘52再带动固定在主轴51上的样品盘55 —起转动，同时，导向臂54上的导向头541在导向槽521内运动，检测定位孔522的位置并带动旁轴31 —起转动，当导向头541运动并检测到相应的导向槽521内的设定的进样起始定位孔522时，电机53停止运动，这时导向臂54也带动旁轴31上的双向气缸44和针头座23转动到样品盘中对应的样品瓶的上方，做好进样的准备，此时针头座23通过导气管与气相色谱进样阀相连，呈导通状态。然后控制装置60发出指令，开启进针电磁阀42，使压縮空气源中的压縮空气进入薄型双向气缸44的上气室，压縮空气驱动气缸轴441，气缸轴441再带动连在轴上的针头座23及注射头24向下运动，注射头24剌破样品瓶顶部的橡胶密封垫，使样品瓶中呈压縮状态的气体在自身压力下通过注射头24和导气管进入色相色谱进样阀A上的定量环中，然后关闭进针电磁阀42，使薄型双向气缸44的上气室中的压縮气体从进针电磁阀42的排气口排出。当进样等待时间到达后，控制装置60再发出指令，开启退针电磁阀43，使压縮空气源中的压縮空气进入薄型双向气缸44的下气室，压縮空气驱动气缸轴441，气缸轴441再带动连在轴上的针头座23及注射头24向上运动，这时挡瓶臂34会挡住样品瓶，注射头24则继续向上运动从样品瓶中抽出来，样品瓶顶部的橡胶密封垫在弹性作用下又密封好针头孔，同时样品瓶在重力的作用下自动回位。当气缸轴441回位，注射头24已全部从样品瓶中拔出来时，控制装置60发出指令，关闭退针电磁阀43，使气缸44下气室中的压縮空气通过退针电磁阀43的排气口排出，完成一次气体样品的自动进样过程。然后，控制装置60会读取下一次进样信息，准备下一次进样过程。[0041] 当要进行自动抽真空功能时，先手动改变气路连接，将直通接头22连接气相色谱的一端改为与两通电磁阀21的一端相连，而两通电磁阀21的另一端则与真空泵B相连，在进行自动抽真空前，先开启真空泵B，设置好自动抽真空时间、抽真空间隔时间、抽真空起始瓶号及结束瓶号，开始自动抽真空，首先由控制装置60指令定位装置到达指定的起始瓶号，具体动作为控制装置60指令直流减速电机53上的齿轮带动导向盘52运动，导向盘52再带动固定在主轴51上的样品盘55 —起转动，同时，导向臂54上的导向头541在导向槽521内运动，检测定位孔522的位置并带动旁轴31 —起转动，当导向头541运动并检测到相应的导向槽521内的设定的抽真空起始定位孔522时，电机53停止运动，这时导向臂54也带动旁轴31上的双向气缸44和针头座23转动到样品盘中对应的样品瓶的上方，做好抽真空的准备，这时二通电磁阀21处于关闭状态，然后控制装置60发出指令，开启进针电磁阀42，使压縮空气源中的压縮空气进入薄型双向气缸44的上气室，压縮空气驱动气缸轴441，气缸轴441再带动连在轴上的针头座23及注射头24向下运动，注射头24剌破样品瓶顶部的橡胶密封垫，然后关闭进针电磁阀42，使薄型双向气缸44的上气室中的压縮气体从进针电磁阀42的排气口排出。然后开启二通电磁阀21，样品瓶中的气体在真空泵的吸力下通过注射头24和导气管被抽走，经过设定的抽真空时间后，样品瓶中的气体基本上全部被抽走，样品瓶呈真空状态，此时关闭二通电磁阀21，切断真空泵与样品瓶的气路连接，控制装置60再发出指令，开启退针电磁阀43，使压縮空气源中的压縮空气进入薄型双向气缸44的下气室，压縮空气驱动气缸轴441，气缸轴441再带动连在轴上的针头座23及注射头24向上运动，这时挡瓶臂34会挡住样品瓶，注射头24则继续向上运动从样品瓶中抽出来，样品瓶顶部的橡胶密封垫在弹性作用下又密封好针头孔，使样品瓶内保持真空状态，作为气体取样瓶备用，同时样品瓶在重力的作用下自动回位。当气缸轴441回位，注射头24已全部从样品瓶中拔出来时，控制装置60发出指令，关闭退针电磁阀43，使气缸44下气室中的压縮空气通过退针电磁阀43的排气口排出，完成一次气体样品瓶的自动抽真空过程。然后，控制装置60会读取下一次抽真空信息，准备下一次抽真空过程。 当要进行样品瓶清洗时，先将上述自动抽真空过程中气路连接部分的真空泵B换
成载气或清洗气气瓶C，其它连接不变，动作过程与自动抽真空过程完全一样，所不同的是
由于将真空泵换成了载气或清洗气，气体压力控制在标准大气压，样品瓶已抽真空，导气管
中的气体流动正好相反，载气或清洗气充入到样品瓶中，实现样品瓶的自动清洗。 当要进行样品稀释时，气路连接与样品瓶清洗时的连接完全一样。动作过程与样
品瓶自动清洗过程完全一样，所不同的是载气或清洗气换成高纯零气或高纯稀释气气瓶C，
压力控制到所需稀释倍数相应的压力，样品瓶中气体为待稀释的气体样，高纯零气或高纯
稀释气在压力的作用下进入到样品瓶中与样品混合，实现样品的自动稀释。 以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，但具体的实施方式并不以此为限，如本
实用新型所采用的光电定位方式，也可实施为电磁感应的定位方式。凡依据本实用新型的
说明书、权利要求书及附图所作的等效结构变换，均应包含在本实用新型的专利保护范围
权利要求一种气体自动进样器，其特征在于，包含一底座；一进样装置，包括依次导通的一直通接头、一针头座、一安装在所述针头座上的注射头及多个样品瓶；一定位装置，包括一设置于所述底座上的可转动升降的旁轴，所述旁轴上横设有上、下气缸支架以及一挡瓶臂，所述挡瓶臂上对应所述注射头的位置处设置有一可容所述注射头通过的针孔；一动作机构，包括压缩空气源、设置于所述底座上的进针电磁阀、退针电磁阀及设置于所述上、下气缸支架之间的一双向气缸，所述压缩空气源通过导气管与所述双向气缸的气路连接，所述气缸的轴连接所述针头座；一承托装置，包括一主轴、一导向盘、一导向臂及一样品盘，所述主轴设置于所述底座中央，所述导向盘及样品盘套设于其上，所述导向盘的顶面设置有螺旋型导向槽，周边设有可与减速电机主轴上的齿轮啮合的齿牙，所述导向臂具有上、下两层片体，将所述导向盘夹设于其中，所述导向臂的一端固设在所述旁轴上，另一端的上层片体上设有定位于所述导向槽中的导向头及定位探测装置，所述样品盘上设有与所述导向槽对应的按螺旋线等距排列的样品瓶插孔；一控制装置，用于控制所述进样装置、动作机构及所述减速电机的动作；一电源，为所述控制装置供电。
2. 如权利要求1所述的气体自动进样器，其特征在于所述导向槽1中均匀分布多个与导向盘的中心等距并与样品瓶相对应的定位孔。
3. 如权利要求1所述的气体自动进样器，其特征在于所述导向槽的起始和结束位置分别埋设有一磁钢，所述导向臂上设有两个与磁钢位置相对应的霍尔开关，霍尔开关的检测信号通过线路输入所述控制装置。
4. 如权利要求2所述的气体自动进样器，其特征在于所述导向槽的起始和结束位置分别埋设有一磁钢，所述导向臂上设有两个与磁钢位置相对应的霍尔开关，霍尔开关的检测信号通过线路输入所述控制装置。
5. 如权利要求1或2或3或4所述的气体自动进样器，其特征在于所述导向臂上设置的定位探测装置为光电感应装置，所述光电感应装置的光电发射管设置于所述导向臂下层片体对应所述导向头的位置，所述光电接收管嵌设于所述导向头中，所述光电感应装置的检测信号通过线路输入所述控制装置。
6. 如权利要求5所述的气体自动进样器，其特征在于所述控制装置其包括一预设有控制程序的处理器，与所述处理器连接的存储器、显示装置及操作按键，所述处理器的控制指令通过一接口电路连接所述减速电机、进针电磁阀、退针电磁阀、光电发射管和光电接收管、霍尔开关。
7. 如权利要求1或2或3或4所述的气体自动进样器，其特征在于所述上、下气缸支架的末端各设置有一气缸固定座，所述下气缸支架的气缸固定座中间设有一使双向气缸的气缸轴穿过的通孔，所述双向气缸装设在两气缸固定座之间。
8. 如权利要求7所述的气体自动进样器，其特征在于所述针头座具有一连接杆，与所述双向气缸的气缸轴连接。
9. 如权利要求1或2或3或4所述的气体自动进样器，其特征在于所述承托装置的主轴与所述定位装置的旁轴分别通过轴承设置在所述底座上。
10. 如权利要求8所述的气体自动进样器，其特征在于所述承托装置的主轴与所述定位装置的旁轴分别通过轴承设置在所述底座上。
专利摘要本实用新型涉及一种气体自动进样器。该气体进样器包括一底座；一进样装置，包括一两通电磁阀、一直通接头、一针头座、一安装在针头座上的注射头及多个样品容器；一定位装置，包括一设置于底座上的可转动升降的旁轴，旁轴上横设有上、下气缸支架，以及一挡瓶臂，上、下气缸支架上还各设置有一气缸固定座；一动作机构，包括压缩空气源、设置于底座上的进针电磁阀、退针电磁阀及设置于气缸固定座的双向气缸；一承托装置，包括一主轴、一导向盘、一导向臂及一样品盘，主轴设置于底座中央，导向盘及样品盘套设于其上，导向盘的顶面设置有螺旋型导向槽，周边设有齿牙；一控制装置，用于控制进样装置和动作机构动作；以及一电源。本实用新型适用于环境保护领域，可满足监测空气质量的气体样品分析时的自动进样要求。
文档编号G01N30/24GK201522479SQ20092024665
公开日2010年7月7日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者万运帆, 李玉娥, 高清竹 申请人:万运帆;李玉娥;高清竹