具有改善的熱穩定性的過程分析裝置製造方法
2023-06-12 10:19:36
具有改善的熱穩定性的過程分析裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有改善的熱穩定性的過程分析裝置。該過程分析裝置具有用於接收感興趣樣本的輸入裝置。分析檢測器可操作地連接以接收感興趣樣本並提供關於感興趣樣本的分析輸出。熱管熱連接至分析檢測器。在一種實施例中，過程分析裝置是過程氣相色譜儀。
【專利說明】具有改善的熱穩定性的過程分析裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種具有改善的熱穩定性的過程分析裝置。
【背景技術】
[0002]分析裝置和儀器用在多種應用中以定量和/或定性分析感興趣樣本。分析裝置和儀器通常在實驗室中被發現，並且有時用在處理操作中。如本文中使用的那樣，分析裝置是能夠接收感興趣樣本並提供感興趣樣本的某個方面的指示的任何裝置、系統或配置。分析裝置包括但不限於過程氣體分析器、NO/NOx分析器、碳氫化合物分析器、連續排放監測系統和過程氣相色譜儀。
[0003]氣相色譜儀(GC)依賴於檢測器、支撐系統和色譜柱的溫度的精確控制。一個或多個電加熱器用來加熱受控的爐、室或局部加熱區域或基板(以下稱為爐)。這種加熱器通過在閉環控制系統中循環開/關而運行，且由爐中或爐附近的一個或多個溫度傳感器提供溫度反饋。現有爐溫度控制系統的這種狀態在外部環境條件穩定時為爐的溫度設定點(通常是+/-0.rc或更小)提供了足夠的控制。然而，常見的是在沒有防護周圍環境的情況下安裝過程氣相色譜儀。這種暴露的過程氣相色譜儀可能經歷從-40°到+60°的環境溫度變化，但還被希望在這種寬的環境變化範圍內輸出恆定的測量性能。
[0004]隨著過程分析裝置技術的發展，存在即使在面臨相當大的環境溫度波動時也可提供更精確的分析輸出的越來越大的壓力。
實用新型內容
[0005]一種過程分析裝置具有用於接收感興趣樣本的輸入裝置。分析檢測器可操作地連接以接收感興趣樣本並提供關於感興趣樣本的分析輸出。熱管熱連接至分析檢測器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是根據本實用新型的一個實施例的過程氣相色譜儀的一部分的示意圖；以及
[0007]圖2是根據本實用新型的一個實施例的連接至熱管的過程氣相色譜儀的熱導檢測器(thermal conductivity detector)的不意性透視圖。
【具體實施方式】
[0008]在現有氣相色譜儀的當前狀態中，爐加熱器控制由來自爐內的溫度傳感器的一個或多個測量值驅動的平均爐溫度。這種傳感器的示例包括熱電偶、電阻式溫度裝置(RTD)和熱敏電阻器。通常，使用單個溫度傳感器。當由於外部環境溫度變化而導致出現熱量從爐熱損失時，單點測量導致性能折衷。典型地，當爐損失熱量時，在控制傳感器向控制系統指示平均爐溫度已經下降並且控制系統通過施加電力到加熱器作出響應之前存在延遲時間。結果是一些爐表面或區域在由控制系統指令加熱之前可能已經冷卻到控制設定點以下，並且爐的其它區域將在控制系統檢測到已經將足夠的熱量添加至爐以達到該設定點之前達到高於該設定點的溫度。因此，由於環境影響而導致在當前的色譜儀爐中可能出現明顯的變化。
[0009]熱導檢測器(TCD)通常用在氣相色譜儀中，並通過測量流過檢測器的氣體的導熱率的微小偏差而作用。這種檢測器對溫度變化極其敏感，從而影響測量穩定性和精度。通常，TCD在色譜儀爐中的位置不是熱對稱的。當爐控制系統和加熱器(一個或多個)響應於外部影響時，如上所述，在爐內出現局部溫度變化。結果，這些爐變化容許通過TCD支架和/或TCD本體的熱損失或增益以引起TCD本體的局部溫度變化。TCD本身的任何這種溫度偏差導致測量變化。
[0010]本實用新型的實施例通過明顯地改善與過程分析裝置中的溫度敏感檢測器相關的熱控制而提高這種檢測器的測量性能。本實用新型的實施例總體採用一個或多個熱管來向TCD本體提供附加的加熱，以抵消熱損失和減小爐內的熱變化的影響。
[0011]熱管通常形成為由具有相對高的導熱率的金屬，如銅構造而成的導管。該導管通常被排空，隨後向其提供工作流體，此後密封該導管。工作流體的示例包括水、乙醇和丙酮。工作流體被選擇為使得當該工作流體接觸熱管的熱(蒸發器)側時，工作流體吸收熱量並變成蒸汽。蒸汽隨後流至冷側，在冷側工作流體釋放熱能(冷卻)並冷凝回到液體。液體隨後經由毛細管作用或重力返回到熱側，並且重複該過程。
[0012]熱管是已知的，並用於將熱量從熱(蒸發器)區傳導至冷(冷凝器)區。熱管通常用來去除廢熱(如，冷卻微處理器)，或從遠程加熱器驅動熱量進入到一裝置。熱管技術通常提供是銅的導熱率的100-200倍的導熱率。熱管性能使得相當多的熱通量可以在蒸發器與冷凝器之間的小溫度偏差範圍內移動。
[0013]本實用新型的實施例總體採用以將熱導檢測器本體與溫控爐連接在一起的方式設置的一個或多個熱管。熱管通常是無源裝置，該無源裝置在其蒸發器和其冷凝器之間提供高水平的熱耦合。本實用新型的一個實施例將熱管蒸發器定位成使得該熱管蒸發器延伸到精確受控的爐中，且熱管冷凝器位於熱導檢測器本身上或鄰近熱導檢測器。這種配置提供了非常穩定的熱源，以基於熱管蒸發器的溫度將補充加熱(或冷卻)添加至熱導檢測器，而不需要具有任何附加的控制系統來控制熱管操作。熱管蒸發器理想地位於爐的被確定為被最精確地熱控制的且最不受外部影響的區域中，通常靠近用於爐的熱控制系統的溫度傳感器附近。因此，用於熱管的熱源特別穩定，並且提供比調製補充加熱器更精確的控制。這種穩定的無源熱源將熱量從爐的最穩定區域泵送至熱導檢測器本體。這又有助於補償由外部影響引起的熱需求變化。從爐的溫度最恆定的區域獲得熱量以恆定的溫度將補充加熱提供至熱導檢測器本體，從而在實際中提供比爐控制所提供的偏差小的實際偏差。這種配置消除了對補充加熱器和控制器和/或附加絕緣或熱導檢測器隔離的需求。這種補充熱量的穩態源最小化熱導檢測器本體的變化，並且因此提供改進在變化的環境中的測量性能。
[0014]圖1是根據本實用新型的一個實施例的過程氣相色譜儀10的一部分的示意性透視圖。圖1圖示了過程氣相色譜儀10的上部熱受控部的一部分。具體地，色譜儀10包括基板12，所述基板優選地由金屬，如鋁或不鏽鋼形成。多個多埠流量閥14與多個多埠分配接頭16 —起安裝在基板12上。此外，用於過程氣相色譜儀的一個或多個適當的檢測器，如熱導檢測器34 (在圖2中示出)也安裝在基板12上或鄰近基板12安裝。一個或多個色譜分離柱通常鄰近環境密封罩20內的各種流量裝置安裝。在某些閥致動配置期間切斷樣品氣體的流動的採樣節流閥(未示出)可以鄰近其它流量裝置內安裝。
[0015]在罩20內，一個或多個加熱器22保持整個組件10的精確熱控制。例如，對於過程氣相色譜分析，整個組件10通常被保持在約80°C加減一小部分度數C。加熱器22連接至控制器24，控制器24可以是過程氣相色譜儀10的部件或者是單獨的。控制器24還連接至一個或多個溫度傳感器26以確定罩20內的溫度。控制器24基於測量的溫度選擇性地施加電力到加熱器22以在罩20內提供精確的熱控制。這種精確的熱控制允許控制器24將感興趣樣本和分析檢測器的溫度保持在規定溫度處。然而，如上所述，根據熱流、時滯和控制方式(regime),可能出現小的熱波動。
[0016]如圖1所示，金屬防護屏蔽件28設置在熱管30周圍。當罩20沿由箭頭32指示的方向移動並安裝或以其它方式固定至過程氣相色譜儀10時，加熱器22基本上包圍柱18、閥14和接頭16。此外，安裝至罩20或安裝在罩20內的溫度傳感器26熱連接至金屬屏蔽件28。為金屬的屏蔽件28具有相對較高的導熱率，並且確保熱管30與溫度傳感器26緊密地熱接觸。
[0017]圖2是根據本實用新型的一個實施例的連接至熱管的過程氣相色譜儀的熱導檢測器的示意性透視圖。熱導檢測器34包括安裝在金屬塊體40內的一對導熱率傳感器36，38。傳感器36，38感測流過塊體40的參考氣體和感興趣樣本的導熱率，以提供關於參考氣體和感興趣樣本的導熱率的指示。傳感器36，38連接至過程氣相色譜儀中的測量電路(未示出)，以便可以處理導熱率以提供分析輸出。熱管30包括兩個冷凝端部42，44。端部42，44穿過塊體40，並且熱管30靠近端部42，44的區域與塊體40直接熱接觸。此外，如圖2所示，傳感器36，38和熱管30的穿過塊體40的一部分的配置優選是對稱的，使得熱量對於傳感器36，38中的一個來說相對於傳感器38，36中的另一個是大致相同的。
[0018]熱管30優選由管道形成，該管道由具有高導熱率的金屬，如銅或鋁形成。此外，假設約80°C的精確熱控制特性，優選的是熱管的工作流體具有接近該值的沸點。工作流體的一種合適的、在標準壓力處具有接近80°的沸點的示例是乙醇。然而，如果熱管內的壓力明顯地減小，則水也可以是適合80°C控制點的工作流體。在至少一些實施例中，還優選的是圖1和2中圖示的整個組件被顛倒操作，使得熱管30的冷凝端部42，44在連接至屏蔽件28的蒸發迴路的上方。以這種方式，重力還將有助於冷凝物從端部42，44向下返回到鄰近屏蔽件28的蒸發迴路部。
[0019]雖然已經參照優選實施例描述了本實用新型，但本領域技術人員將認識到，在不偏離本實用新型的精神和範圍的情況下可以在形式和細節方面進行改變。
【權利要求】
1.一種過程分析裝置，包括: 用於接收感興趣樣本的輸入裝置； 分析檢測器，所述分析檢測器能夠操作地連接以接收感興趣樣本並提供關於感興趣樣本的分析輸出；和 熱連接至分析檢測器的熱管。
2.根據權利要求1所述的過程分析裝置，其中過程分析裝置是過程氣相色譜儀。
3.根據權利要求1所述的過程分析裝置，還包括至少部分地限定加熱室的罩，並且其中感興趣樣本流入到加熱室中。
4.根據權利要求3所述的過程分析裝置，其中分析檢測器設置在加熱室內。
5.根據權利要求3所述的過程分析裝置，其中熱管的蒸發部熱連接至所述罩。
6.根據權利要求5所述的過程分析裝置，其中熱管的蒸發部熱連接至溫度傳感器。
7.根據權利要求5所述的過程分析裝置，其中熱管的冷凝端與分析檢測器熱接觸。
8.根據權利要求7所述的過程分析裝置，其中分析檢測器是熱導檢測器。
9.根據權利要求1所述的過程分析裝置，其中熱管的冷凝端與分析檢測器熱接觸。
10.根據權利要求1所述的過程分析裝置，其中熱管包括具有80°C沸點的工作流體。
11.根據權利要求10所述的過程分析裝置，其中工作流體是水。
12.根據權利要求1所述的過程分析裝置，還包括被設置為保護熱管的金屬屏蔽件。
13.根據權利要求1所述的過程分析裝置，還包括: 至少一個加熱器，所述至少一個加熱器被構造為加熱感興趣樣本和分析檢測器； 溫度傳感器，所述溫度傳感器被構造為提供關於感興趣樣本或分析檢測器的溫度的指示；和 控制器，所述控制器連接至所述至少一個加熱器和所述溫度傳感器以將感興趣樣本和分析檢測器的溫度保持在規定溫度處。
14.根據權利要求13所述的過程分析裝置，其中熱管內具有工作流體，所述工作流體具有在規定溫度的沸點。
15.根據權利要求14所述的過程分析裝置，其中熱管具有連接至分析檢測器的第一部分和熱連接至溫度傳感器的第二部分。
【文檔編號】G01N30/02GK203414448SQ201320366424
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年6月25日 優先權日:2013年3月14日
【發明者】愛德華·J·貝利, 雷特恩·M·費爾茲 申請人:羅斯蒙德分析公司