一种多位自动进样装置的制作方法

本发明涉及分析仪器领域，具体是一种多位自动进样装置。

背景技术：

热解吸进样技术是将固体样品或吸附有待测物的吸附管置于热解吸装置中，该装置与色谱仪直接连接(也有独立安装的型号)，载气通过热解吸装置的吸附管进入色谱仪进样口。当热解吸装置升高温度时，挥发性组分从固体样品或吸附剂中释放出来，随载气进入气相色谱系统进行分析测定。

现有技术中，热解吸仪自动进样系统普遍采用样品管穿过上样品盘沿竖直方向固定在下样品盘上(下样品盘开小孔方便采样针扎,但样品管不能穿过下样品盘),上下样品盘通过联接轴固定在步进电机的轴上。当样品盘由于步进电机带动转过一定的角度,使样品管上下接口正好对准上下采样针时(上下采样针分别装在上下电动推杆上),启动上下电动推杆进行采样

这些采样方式有如下缺点：

1.样品管竖直安装,样品管里填料由于重力作用下很快地压实,上方出现空隙，这样影响采样效率以及采样的流量均匀；

2.采用针扎密封垫的方式采样,样品管密封垫易被扎坏导致样品管漏气,影响分析准确性，为此需要频繁更换样品管的密封垫；

3.样品管放在上下样品盘里,由于上下样品盘的孔较大,样品管在样品盘的定位不牢固,使采样不易；

4.上下采样针各有一个电动推杆,使用两个电机,占空间大,能耗大,使用成本也高；

5.样品盘水平安装，设备占用实验室平面空间较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多位自动进样装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多位自动进样装置，包括样品盘组件、采样组件、支架和样品管，样品盘组件和采样组件安装在支架上，样品盘的旋转轴为水平方向，若干样品管沿样品盘组件的圆周内圈和外圈均匀分布、平行于轴线方向水平放置，样品盘组件围绕其自身轴线旋转时带动样品管沿圆周方向移动。采样组件位于样品盘组件的下方，采样组件带有竖直升降驱动和沿样品管轴线的开合驱动。

样品管水平地安装在样品盘组件上，可以防止样品管内的样品由于重力作用而堆积不均，影响分析时解吸出样效果。样品管随着样品盘的转动到达最低处时，采样组件上升并从两端夹持样品管，将其取下放置于加热装置中，然后通过气路将样品管内的样品气体通往分析仪。样品盘上有数十个样品管的安装位置，并且样品管在下方分析过后，随样品盘逐步旋转至上部位置时，可以很方便地取下已完成分析的样品管并放入新的样品管继续进行分析，从而实现无限位数样品的连续分析，大大提高样品准备过程的方便性。

进一步的，样品盘组件包括转盘、转盘电机、转盘驱动和簧片，转盘的转轴通过轴承支撑安装在支架上，转盘电机也安装在支架上，转盘电机与转盘的转轴通过转盘驱动传动连接，转盘的圆周上设有若干簧片，簧片夹持住样品管。

固定在转盘圆周的簧片夹持住样品管，为了更好地利用空间，簧片在沿转盘圆周方向上设置交错的两层，结构紧凑。采用簧片结构夹持样品管，放入与取出过程只需克服簧片弹性力即可实现，十分方便。转盘通过转盘电机驱动旋转，它们之间的转盘驱动可以是通过一组齿轮或涡轮蜗杆等形式，也可以是联轴器形式，其中涡轮蜗杆或一对锥齿轮形式的安装方式可以改变转盘电机的输出轴方向，在装置设计上可以节省沿转盘轴向的空间需求，有利于结构紧凑。

进一步的，采样组件包括底板、升降驱动组件、升降座板、夹持驱动组件、夹板、采样头组件和加热装置，底板使用紧固件安装在支架上，升降驱动组件连接底板和升降座板，升降驱动组件驱动升降座板进行升降，夹持驱动组件连接升降座板和夹板，夹持驱动组件驱动夹板沿样品管轴线进行移动，夹板上安装采样头组件，采样头组件位于样品管轴线方向上位于样品管两侧，加热装置安装在底板上，加热装置位于两个采样头组件连线的正下方。

作为优化，加热装置外部可设绝热保温层。

底板是采样组件中其余部件的基础安装板，底板可以是支架的一部分，底板上安装的升降驱动组件驱动升降座板连同其上的部件一同进行升降运动，夹板通过夹持驱动组件连接到升降座板上，不仅获得升降座板的升降运动特征，也可以由夹持驱动组件带动，沿与样品管轴线相平行的轴线进行移动，夹板升降与开合联动，让采样头组件得以升高到转盘最下方样品管的两端，采样头组件之后相互靠近，夹持住样品管两头，然后升降驱动组件启动，从样品盘上取下样品管，让样品管下降至加热装置上，之后加热装置启动对样品管进行加热，样品管内吸附的样品挥发出来通过两端的送气通道离开采样头组件并送往分析仪，分析完毕后，关闭加热装置，采样头组件夹持样品管，升降驱动组件再次启动，将样品管举起重新推回样品盘的簧片结构，然后采样头组件相互远离，松开样品管，升降驱动组件带动升降座板连同其上部件下降，完成一次分析周期。

升降驱动组件和夹持驱动组件的运动极限位置可以通过限位开关的形式确定，而由于本装置转盘与采样组件的结构尺寸都已然确定，所以，也可以通过精确控制升降驱动组件和夹持驱动组件的运行行程来进行极限位置定位。

作为优化，升降驱动组件和夹持驱动组件均为丝杆形式传动；

升降驱动组件包括升降电机、升降驱动、升降丝杆螺母和升降丝杆，升降电机安装在底板或支架上，升降丝杆的两端通过轴承支撑并竖直安装在底板或支架上，升降丝杆上旋合升降丝杆螺母，升降丝杆螺母与升降座板固定连接，升降电机通过升降驱动带动升降丝杆旋转；

夹持驱动组件包括夹持电机、夹持传动、夹持丝杆螺母和夹持丝杆，夹持电机安装在升降座板上，夹持丝杆两端通过轴承支撑安装在升降座板上，夹持丝杆轴线与样品管轴线相平行，夹持丝杆上旋合两个旋向相反的夹持丝杆螺母，夹持丝杆螺母分别与两个夹板固定连接，夹持电机通过夹持传动带动夹持丝杆旋转；

升降驱动和夹持传动为同步带传动。

丝杆形式的驱动，结构布置上紧凑，节省空间。运行时，升降电机的旋转通过升降驱动传递到升降丝杆上，升降丝杆的旋转带动升降丝杆螺母的升降，完成运动形式转换，同理，夹持丝杆的旋转同时传递到两个旋向相反的夹持丝杆螺母上，从而夹持丝杆的旋转能带动两个夹板进行开合。丝杆副形式的传动也具有自锁功能，只能丝杆旋转带动丝杆螺母移动，不能反向窜动。同步带传动为了防止长时间使用后松动或安装时调整安装距离，可以加入一组张紧轮进行张紧。

作为优化，升降电机和夹持电机为带有涡轮蜗杆减速器的步进电机。升降丝杆和夹持丝杆不需要很大的速度，需要将电机减速，而带有涡轮蜗杆减速器的步进电机不仅运动行程方便精确控制，也在电机处增加一道自锁点，防止升降座板和夹板在电机停止运动后出现位置偏移。

作为优化，夹持驱动组件还包括导向杆，导向杆两端连接在升降座板上，导向杆穿过夹板，导向杆和夹板的接触面上设置滑动套或直线轴承；升降丝杆螺母和升降丝杆、夹持丝杆螺母和夹持丝杆均为滚珠丝杆副。

导向杆让夹板的平移更加平稳顺滑，而滚珠丝杆副相比于普通的螺纹丝杆副也运行得更加顺畅。

进一步的，样品管组件包括管体和设置在管体两端的端帽，端帽采用插拔式断接结构进行密封：端帽包括端盖、旋盖、销钮和弹簧，管体两端套设端盖，管体与端盖的圆周接触面上设置密封圈，端盖紧靠管体的轴向壁面上设置若干过气孔，端盖背离管体的一端为一段直管，直管内通过销钮和弹簧，直管外壁旋合有旋盖，旋盖内设置阶梯孔，阶梯孔最大孔与端盖旋合，旋盖和端盖旋合处设置密封圈，阶梯孔底部朝外设置采样孔，销钮包括销杆和固连在销杆一端的圆台，销杆朝向管体并插入端盖中央，圆台背离管体，弹簧套设在销杆上并位于圆台和端盖之间，旋盖内阶梯孔底部和销钮圆台之间设置密封圈，在弹簧的复位状态下，销钮圆台位于旋盖阶梯孔内，销钮圆台和采样孔所在内表端面之间的密封圈被压紧；

采样头组件包括采样管、采样密封圈和管托，管托固定在夹板上，采样管包括柱头，采样管插入管托、柱头朝向样品管，柱头上开设有从表面延伸至中心的导气孔，柱头上还套设有采样密封圈，柱头直径小于采样孔直径。

样品管的端部采用销钮、弹簧以及一些密封圈用于密封，在采样时，柱头插入采样孔内并推动销钮圆台挤压弹簧，销钮圆台和采样孔内侧外围的密封圈脱开，管体内的样品气得以通过过气孔并绕过销钮与柱头接触，然后从柱头表面上的导气孔达到采样管的端部通过后续管路引导往分析仪，采样时，采样密封圈同时抵靠住旋盖和采样管，防止样品气从采样孔与柱头的缝隙处泄漏出去。

外界的柱头只需要插入采样孔内即可将样品管内的样品气引导出来，操作完毕后拔出即可，插拔式的连接对样品管端部密封件没有损伤，从而样品管能够多次重复使用而不用担心端部密封性下降的问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明：

1.样品管水平安装,避免了竖直放置情况下因重力以及气流冲击造成填料出现填充不均匀、产生空隙等现象；

2.样品管端盖采用新的断接机构,不采用常用密封垫方式密封,用密封圈和销钮形式密封,增加密封可靠性的同时，样品管可以方便地从密封状态转换为采样通气状态：管路断开时自动形成密封，采样管路插入后挤压弹簧自动形成气体通路；

3.样品管装在转盘的左右簧片上,采用簧片结构夹持样品管，样品管置入与取出动作的自动化操作过程便捷可靠；

4.左右采样管分别安装在正反牙的丝杆螺母上,用一个蜗轮蜗杆减速步进电机带动,左右采样管很轻松进入样品管的两端进行采样；

5.丝杆驱动力采用带蜗轮蜗杆减速机的步进电机。这种驱动机构具有自锁功能,可在驱动机构断电的状态下保持力矩不变,不会因断电而漏气；

6.转盘有很多个样品位，空间相互独立,当转盘转到一定角度时,完成分析的样品管转至上方,操作者可以随时取下已分析过的样品管,换上新的样品管，实现无限位数的连续分析，效率高；

7.装置整体紧凑，占用实验室空间小，容量大。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构外形图；

图2为本发明样品盘组件的结构示意图；

图3为本发明采样组件的结构示意图；

图4为本发明采样头组件、加热装置和样品管的安装结构示意图；

图5为图4中的视图a-a；

图6为图5中采样时采样头组件和样品管的结构示意图。

图中：1-样品盘组件、11-转盘、12-转盘电机、13-转盘传动、14-簧片、2-采样组件、21-底板、22-升降驱动组件、221-升降电机、222-升降传动、223-升降丝杆螺母、224-升降丝杆、23-升降座板、24-夹持驱动组件、241-夹持电机、242-夹持传动、243-夹持丝杆螺母、244-夹持丝杆、245-导向杆、25-夹板、26-采样头组件、261-采样管、2611-柱头、2612-导气孔、262-采样密封圈、263-管托、27-加热装置、3-支架、9-样品管、91-管体、92-端盖、921-过气孔、93-旋盖、931-采样孔、94-销钮、95-弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种多位自动进样装置，包括样品盘组件1、采样组件2、支架3和样品管9，样品盘组件1和采样组件2安装在支架3上，若干样品管9相互平行并水平地放置在样品盘组件1上，样品盘组件1放置样品管9的部分可绕与样品管9轴线相平行的水平轴线旋转，采样组件2位于样品盘组件1的下方，采样组件2带有竖直升降驱动和沿样品管9轴线的开合驱动。

样品管9水平的安装在样品盘组件1，可以防止样品管9内的样品由于重力作用而堆积紧实，影响分析时解吸出样效果。放置在样品盘组件1上的样品管9被带着旋转来到最低处时，采样组件2上升并从两端夹持样品管9，然后通过气路将样品管9内的样品气体通往分析仪。旋转起来的转盘可以在圆周上安放很多个样品管9，并且样品管9在下方分析过后，可以从上面取走已分析的管并放入新的样品管9，不停机地连续分析，使用效率高。

如图2所示，样品盘组件1包括转盘11、转盘电机12、转盘驱动13和簧片14，转盘11的转轴通过轴承支撑安装在支架3上，转盘电机12也安装在支架3上，转盘电机12与转盘11的转轴通过转盘驱动13传动连接，转盘11的圆周上设有若干簧片14，簧片14夹持住样品管9。

固定在转盘11圆周的簧片14夹持住样品管9，为了安装更加稳固，簧片14在转盘11半径上设置交错的两层，如图2所示，结构紧凑，空间利用率高，在样品管9的两端设置两个甚至更多个簧片14用于夹持，簧片14形式的夹持方式，放入取出十分方便，只需克服弹性力即可，转盘11通过转盘电机12驱动旋转，它们之间的转盘驱动13可以是通过一组齿轮或涡轮蜗杆等形式，也可以是联轴器形式，其中涡轮蜗杆或一对锥齿轮形式的安装方式可以改变转盘电机12的输出轴方向，在装置设计上可以节省沿转盘11轴向的空间需求，有利于结构紧凑。

如图3所示，采样组件2包括底板21、升降驱动组件22、升降座板23、夹持驱动组件24、夹板25、采样头组件26和加热装置27，底板21使用紧固件安装在支架3上，升降驱动组件22连接底板21和升降座板23，升降驱动组件22驱动升降座板23进行升降，夹持驱动组件24连接升降座板23和夹板25，夹持驱动组件24驱动夹板25沿样品管9轴线进行移动，夹板25上安装采样头组件26，采样头组件26位于样品管9轴线方向上位于样品管9两侧，加热装置27安装在底板21上，加热装置27位于两个采样头组件26连线的正下方。

底板21是采样组件2中其余部件的基础安装板，底板21可以是支架3的一部分，底板21上安装的升降驱动组件22驱动升降座板23连同其上的部件一同进行升降运动，夹板25通过夹持驱动组件24连接到升降座板23上，不仅获得升降座板23的升降运动特征，也可以由夹持驱动组件24带动，沿与样品管9轴线相平行的轴线进行移动，夹板23升降与开合联动，让采样头组件26得以升高到转盘11最下方样品管9的两端，采样头组件26之后相互靠近，夹持住样品管9两头，然后升降驱动组件22启动，取下样品管9，让样品管9下降至加热装置27上，之后加热装置27启动对样品管9进行加热，解吸管内样品，并通过两头的送气通道离开采样头组件26并送往分析仪，分析完毕后，关闭加热装置27，采样头组件26夹持样品管9，升降驱动组件22再次启动，将样品管9重新送回转盘11，然后采样头组件26相互远离，松开样品管9，升降驱动组件22带动升降座板23连同其上部件下降，完成一次分析周期。

升降驱动组件22和夹持驱动组件24的运动极限位置可以通过限位开关的形式确定，而由于本装置转盘11与采样组件2的结构尺寸都已然确定，所以，也可以通过精确控制升降驱动组件22和夹持驱动组件24的运行行程来进行极限位置定位。

如图3所示，升降驱动组件22和夹持驱动组件24均为丝杆形式驱动；

升降驱动组件22包括升降电机221、升降驱动222、升降丝杆螺母223和升降丝杆224，升降电机221安装在底板21或支架3上，升降丝杆224的两端通过轴承支撑并竖直安装在底板21或支架3上，升降丝杆224上旋合升降丝杆螺母223，升降丝杆螺母223与升降座板23固定连接，升降电机221通过升降驱动222带动升降丝杆224旋转；

夹持驱动组件24包括夹持电机241、夹持传动242、夹持丝杆螺母243和夹持丝杆244，夹持电机241安装在升降座板23上，夹持丝杆244两端通过轴承支撑安装在升降座板23上，夹持丝杆244轴线与样品管9轴线相平行，夹持丝杆244上旋合两个旋向相反的夹持丝杆螺母243，夹持丝杆螺母243分别与两个夹板25固定连接，夹持电机241通过夹持传动242带动夹持丝杆244旋转；

升降驱动222和夹持传动242为同步带传动。

丝杆形式的驱动，结构布置上紧凑，节省空间，运行时，升降电机221的旋转通过升降驱动222传递到升降丝杆224上，升降丝杆224的旋转带动升降丝杆螺母223的升降，完成运动形式转换，同理，夹持丝杆244的旋转同时传递到两个旋向相反的夹持丝杆螺母243上，从而夹持丝杆244的旋转能带动两个夹板25进行开合。丝杆副形式的传动也具有自锁功能，只能丝杆旋转带动丝杆螺母移动，不能反向窜动。同步带传动为了防止长时间使用后松动或安装时调整安装距离，可以加入一组张紧轮进行张紧。

升降电机221和夹持电机241为带有涡轮蜗杆减速器的步进电机。升降丝杆224和夹持丝杆244不需要很大的转速，需要将电机减速，而带有涡轮蜗杆减速器的步进电机不仅运动行程方便精确控制，也在电机处增加一道自锁点，防止升降座板23和夹板25在电机停止运行后出现位置偏移。

如图3所示，夹持驱动组件24还包括导向杆245，导向杆245两端连接在升降座板23上，导向杆245穿过夹板25，导向杆245和夹板25的接触面上设置滑动套或直线轴承；升降丝杆螺母223和升降丝杆224、夹持丝杆螺母243和夹持丝杆244均为滚珠丝杆副。

导向杆245让夹板25的平移更加平稳顺滑，而滚珠丝杆副相比于普通的螺纹丝杆副也运行得更加顺畅。

如图4～6所示，样品管组件9包括管体91和设置在管体91两端的端帽，端帽采用插拔式断接结构进行密封：端帽包括端盖92、旋盖93、销钮94和弹簧95，管体91两端套设端盖92，管体91与端盖92的圆周接触面上设置密封圈，端盖92紧靠管体91的轴向壁面上设置若干过气孔921，端盖92背离管体91的一端为一段直管，直管内通过销钮94和弹簧95，直管外壁旋合有旋盖93，旋盖93内设置阶梯孔，阶梯孔最大孔与端盖92旋合，旋盖93和端盖92旋合处设置密封圈，阶梯孔底部朝外设置采样孔931，销钮94包括销杆和固连在销杆一端的圆台，销杆朝向管体91并插入端盖92中央，圆台背离管体91，弹簧95套设在销杆上并位于圆台和端盖92之间，旋盖93内阶梯孔底部和销钮94圆台之间设置密封圈，在弹簧95的复位状态下，销钮94圆台位于旋盖93阶梯孔内，销钮94圆台和采样孔931所在内表端面之间的密封圈被压紧；

采样头组件26包括采样管261、采样密封圈262和管托263，管托263固定在夹板25上，采样管261包括柱头2611，采样管261插入管托263、柱头2611朝向样品管9，柱头2611上开设有从表面延伸至中心的导气孔2612，柱头2611上还套设有采样密封圈262，柱头2611直径小于采样孔931直径。

样品管9的端部采用销钮94、弹簧95以及一些密封圈用于密封，如图6所示，在采样时，柱头2611插入采样孔931内并推动销钮94圆台挤压弹簧95，销钮94圆台和采样孔931内侧外围的密封圈脱开，管体91内的样品气得以通过过气孔921并绕过销钮94与柱头2611接触，然后从柱头2611表面上的导气孔2612达到采样管261的端部通过后续管路引导往分析仪，采样时，采样密封圈262同时抵靠住旋盖93和采样管261，防止样品气从采样孔931与柱头2611的缝隙处泄漏出去。

外界的柱头2611只需要插入采样孔931内即可将样品管9内的样品气引导出来，操作完毕后拔出即可，插拔式的连接对样品管9端部密封件没有损伤，从而样品管9能够多次重复使用而不用担心端部密封性下降的问题。

本装置的完整使用过程是：操作者手动的往转盘11上放入一个个样品管9，转盘电机12启动，将转盘11旋转一个角度，让待分析的样品管9到达最下方，然后升降电机221启动，采样头组件26达到与转盘11上样品管9平齐时升降电机221停机，夹持电机241启动，两个采样头组件26相互靠近，柱头2611插入采样孔931内，夹持电机241启动停机，升降电机221再次启动，采样头组件26下降，样品管9从簧片14中脱下来到加热装置27内，加热装置27启动对样品管9加热，样品气从采样管261端部离开装置通往后续的分析仪，分析完毕后，关闭加热装置27，启动升降电机221，让样品管9上升并回到转盘11上，升降电机221停机，夹持电机241启动让采样头组件26松开样品管9，然后升降电机221带动采样头组件26下降，完成一次分析周期。在分析的同时，操作者可以更换转盘11上除最下方的其他位置上的样品管9。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。