专利名称：放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及放射性碳测年样品制备技术，具体为一种放射性碳测年样品制备 系统的集成控制装置。
背景技术：
放射性碳(14C)测年方法已被广泛用于地质、地理、气候、生态、海洋、地下水及考 古等研究领域。目前，常用放射性碳测年样品制备系统主要有组合系统和全真空系统。组合系统由相对独立的各制备单元组合而成，其放射性碳样品化学制备流程分成 几步，在各自对应的制备单元中独立完成。第一步，把无机碳或有机碳样品经过酸解或燃烧 产生CO2,然后氨水吸收CO2生成碳酸铵，再让碳酸铵与CaCl2 (SrCl2)合成生成碳酸钙(碳 酸锶)；第二步，将所得的CaCO3与Li在高温真空状态下合成碳化物Li2C2 ；第三步，碳化物 水解生成C2H2 ；第四步，制苯。这几步操作可分段进行，也可同时进行，相互之间不受影响。 因此，组合系统具灵活和安全性较好等优点。其缺点是，组合系统中制备单元较多；操作过 程较长，样品量大；氨水吸收CO2不在真空系统下进行，容易受到大气CO2的污染。全真空系统的常规放射性碳测量样品的化学制备流程基本分为如下首先，将经 过简单的物理和化学处理的含碳(有机碳或无机碳)样品燃烧或酸解转化为二氧化碳；然 后，纯化的二氧化碳与金属锂(或金属钙)高温合成转化为碳化锂(或碳化钙)；接下来， 碳化锂水解生成乙炔；最后，经纯化的乙炔通过催化剂合成符合低本底液闪仪测量要求的 化合物一苯。该系统中的冷阱、真空阀门和接口都是由玻璃材料制作。放射性碳样品制样 全流程都在玻璃真空系统中完成。其优点是全流程在密闭系统内完成减少污染，产率高，不 易腐蚀。缺点是玻璃系统要在三张2米长的实验台上焊接，玻璃真空单元管道长达4 6 米，真空难抽，系统只有一个入口，系统中一次只能分析一个样品，制样时间较长。系统体积 较大，控制电路没有统一集成，只是将真空机械泵、复合真空计、温度控制器和玻璃系统用 真空橡皮管简单的连接而成，操作过程难掌握。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置，本集 成控制装置是在系统的关键部位配置温控装置、水流控制装置和压力控制装置，实现系统 的闭环控制。本实用新型设计的放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置，系统包括样品燃 烧炉、催化剂炉、碳化锂合成炉、苯合成炉。本集成控制装置包括分别在样品燃烧炉、催化剂 炉、碳化锂合成炉和苯合成炉上安装温度控制单元，每套温度控制单元包括温度传感器、温 控仪及固态继电器。安装于炉腔内的温度传感器的电信号输出端接入温控仪的输入端，温 控仪控制输出端连接固态继电器，固态继电器主触头连接炉丝的电源电路。温控仪为智能 温度控制仪表，其内存储有该炉设定的温度值和比例积分微分(PID)控制算法程序，根据
3温度传感器的电信号，温控仪自动进行PID调节计算，控制固态继电器的通、断时间，即控 制炉丝通电时间，从而准确控制炉温，实现炉温的闭环控制。温控仪配有数显屏，实时显示炉温。本系统的样品燃烧炉、催化剂炉、碳化锂合成炉和苯合成炉经活塞接口与玻璃真 空单元连接，玻璃真空单元与提供真空的机械泵、压力表和玻璃油扩散泵连接。本集成控制 装置还包括玻璃油扩散泵的水流控制单元，水流控制单元的核心为水位继电器输入端连接 置于玻璃油扩散泵的供水池中的两根导线，导线的两个端头处于供水池的供水水流中。水 流控制单元的水位继电器信号输出端与玻璃油扩散泵电源接触器相连接。当供水水流持续 时，水位继电器输入端两根导线短路，水位继电器保持玻璃油扩散泵电源接触器处于连通 状态。供水水流中断时，水位继电器输入端两根导线断路，水流控制单元的水位继电器断开 玻璃油扩散泵电源接触器，玻璃油扩散泵断电，避免玻璃油扩散泵在停水时继续工作、温度 升高，恢复供水时引起玻璃油扩散泵爆裂损坏。本集成控制装置还包括真空控制单元，真空控制单元包括安装于低真空部分的电 阻硅管真空计和安装于高真空部分的电离硅管真空计，电阻硅管真空计和电离硅管真空计 的输出均连接玻璃油扩散泵的电源继电器，当低真空部分的真空度低于设定值时，玻璃油 扩散泵的电源继电器接通启动玻璃油扩散泵，当高真空部分的真空度达到设定值时，玻璃 油扩散泵的电源继电器断开关闭玻璃油扩散泵。电阻硅管真空计和电离硅管真空计均为电子真空复合计，配有数显屏，实时显示 系统的真空测量结果。本集成控制装置还有电气控制中心，样品燃烧炉、催化剂炉、碳化锂合成炉和苯合 成炉的温度控制单元、水流控制单元和真空控制单元均与控制中心相连接。控制中心的各 手动按钮连接控制系统总电源，并连接控制各单元的接电源的交流接触器。本实用新型放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置的优点为1、系统电路控 制集成、简单、实用、控制精度高，保证了测样制备的质量，提高了系统集成化、智能化程度； 2、高低真空部分选用不同的真空计，能满足宽范围真空测量要求，还可以实现点控或区域 控制；3、自动监控玻璃油扩散泵的水流，保证操作过程设备安全；4、真空计、温控仪表采用 数字显示，操作方便。
图1为本放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置实施例的系统结构示意图；图2为本放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置实施例电路框图；图3为图2中温度控制单元电路框图；图4为图2中水流控制单元电路框图；图5为图2中真空控制单元电路框图。图中标号为1、玻璃真空单元，2、压力表，3、电离硅管真空计，4、电阻硅管真空计。
具体实施方式
本放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置实施例的系统结构如图1所示，本 系统的样品燃烧炉、催化剂炉、碳化锂合成炉和苯合成炉经活塞接口与玻璃真空单元1连接，玻璃真空单元1与提供真空的机械泵、压力表2和玻璃油扩散泵连接。本放射性碳测 年样品制备系统的集成控制装置实施例电路框图如图2所示，电气控制中心连接样品燃烧 炉、碳化锂合成炉、催化剂炉和苯合成炉的温度控制单元、水流控制单元和真空控制单元。 电气控制中心为单片机或微处理器，其连接开关按键模块，开关按键模块经交流接触器连 接各控制单元和电源。手动操作开关按键可启停各控制单元。 样品燃烧炉、碳化锂合成炉、催化剂炉和苯合成炉各安装一套温度控制单元。如图 3所示每套温度控制单元包括温度传感器、温控仪及固态继电器。温度传感器为贵金属热 电偶，安装于炉腔内，其电信号输出端接入温控仪的输入端，温控仪控制输出端连接固态继 电器，固态继电器连接炉丝的电源电路。温控仪为智能温度控制仪表，其内存储有该炉设定 的温度值和比例积分微分(PID)控制算法程序，根据温度传感器的电信号，温控仪自动进 行PID调节计算，控制固态继电器的通、断时间，即控制炉丝通电时间，从而准确控制炉温， 实现炉温的闭环控制。温控仪配有数显屏，实时显示炉温。水流控制单元如图4所示，以水位继电器为核心，其输入端连接的两根导线端头 置于泵的供水池出口的供水水流中。水流控制单元的信号输出端与玻璃油扩散泵电源接触 器相连接。当供水中断时，水流控制单元的水位继电器输入端的两根导线断路，水位继电器 断开玻璃油扩散泵电源接触器，玻璃油扩散泵断电。真空控制单元如图5所示，包括安装于低真空部分的电阻硅管真空计3和安装于 高真空部分的电离硅管真空计4，电阻硅管真空计3和电离硅管真空计4的输出均连接玻璃 油扩散泵的电源继电器，当低真空部分的真空度低于设定值时，玻璃油扩散泵的电源继电 器接通启动玻璃油扩散泵，当高真空部分的真空度达到设定值时，玻璃油扩散泵的电源继 电器断开关闭玻璃油扩散泵。电阻硅管真空计3和电离硅管真空计4均有数显屏，实时显 示系统的真空测量结果。上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的 具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、 等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置，系统包括样品燃烧炉、催化剂炉、碳化锂合成炉和苯合成炉；其特征在于本集成控制装置包括分别在样品燃烧炉、碳化锂合成炉、催化剂炉和苯合成炉安装的温度控制单元，每套温度控制单元包括温度传感器、温控仪及固态继电器；安装于炉腔内的温度传感器的电信号输出端接入温控仪的输入端，温控仪控制输出端连接固态继电器，固态继电器连接炉丝的电源电路。
2.根据权利要求1所述的放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置，其特征在于 还包括玻璃油扩散泵的水流控制单元，本系统的样品(1)燃烧炉、催化剂炉、碳化锂合成炉和苯合成炉经活塞接口与玻璃真空单元连接，玻璃真空单元(1)与提供真空的机械泵 和玻璃油扩散泵连接；水流控制单元以水位继电器为核心，其输入端连接的两根导线端头置于玻璃油扩散 泵的供水池中的供水水流中，水流控制单元的信号输出端与玻璃油扩散泵电源接触器相连 接；当供水水流持续时，水位继电器输入端两根导线短路，水位继电器保持玻璃油扩散泵电 源接触器处于连通状态；供水水流中断时，水位继电器输入端两根导线断路，水位继电器断 开油玻璃扩散泵电源接触器。
3.根据权利要求2所述的放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置，其特征在于 还包括真空控制单元，真空控制单元包括安装于低真空部分的电阻硅管真空计(3)和安装于高真空部分的电离硅管真空计(4)，电阻硅管真空计(3)和电离硅管真空计(4)的输 出均连接玻璃油扩散泵的电源继电器。
4.根据权利要求3所述的放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置，其特征在于 所述电阻硅管真空计(3)和电离硅管真空计(4)均有数显屏。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置， 其特征在于所述温控仪配有数显屏。
6.根据权利要求3所述的放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置，其特征在于 本集成控制装置还有电气控制中心，样品燃烧炉、碳化锂合成炉、催化剂炉和苯合成炉的温度控制单元、水流控制单元和真空控制单元均与控制中心相连接。
专利摘要本实用新型为放射性碳测年样品制备系统的集成控制装置，本装置在样品燃烧炉、催化剂炉、碳化锂合成炉和苯合成炉上安装包括温度传感器、温控仪及固态继电器的温度控制单元。根据温度传感器的电信号，温控仪自动调节计算，控制继电器的通、断，准确控制炉温。本装置的玻璃油扩散泵的水流控制单元的输入端置于供水水流中，输出端与油扩散泵电源接触器相接。供水中断即断开油扩散泵电源。本装置的真空控制单元包括电阻硅管和电离硅管真空计，真空计连接油扩散泵的电源继电器，按真空度启/停油扩散泵。本装置的电气控制中心连接各控制单元，经各手动按钮连接控制。本装置电路控制集成、简单、实用、控制精度高，保证了测样制备质量和设备安全。
文档编号G05D23/20GK201628644SQ20102013284
公开日2010年11月10日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者应启和, 杨志清, 王 华 申请人:中国地质科学院岩溶地质研究所