用于分析儀器的無需裝配的氣動(dòng)多端口選擇閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多端口選擇閥和采用了該閥的分析儀器。閥包括底座,具有配置為安裝到分析儀器的安裝表面。安裝表面中具有用于連接到分析儀器的流道的多個(gè)孔。至少一個(gè)活塞板具有從中穿過的多個(gè)孔。至少一個(gè)活塞板的孔配置為能夠滑動(dòng)地接收相應(yīng)的活塞。活塞設(shè)置在至少一個(gè)活塞板的相應(yīng)孔中。緩沖層被設(shè)置在至少一個(gè)活塞板和底座之間。緩沖層具有允許致動(dòng)氣體從中穿過的多個(gè)孔。板將至少一個(gè)活塞板夾緊到底座。
【專利說明】用于分析儀器的無需裝配的氣動(dòng)多端口選擇閥
【背景技術(shù)】
[0001]多種應(yīng)用中都需要使用分析儀器去定量地和/或定性地分析目標(biāo)樣本。分析儀器通常在實(shí)驗(yàn)室中使用并且有時(shí)在處理操作中采用。本文中,分析儀器是指能夠接收目標(biāo)樣本并提供關(guān)于該樣本某些方面的指示的任一種設(shè)備、系統(tǒng)或裝置。分析儀器包括而不限于過程氣體分析器、N0/N0X分析器、碳?xì)浠衔锓治銎鳌⑦B續(xù)排放監(jiān)控系統(tǒng)和過程氣相色譜儀。
[0002]各種分析儀器采用受調(diào)節(jié)的流和多個(gè)流動(dòng)路徑對過程或分析內(nèi)容中的各種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分析。分析儀器通常使用能夠在設(shè)備中啟動(dòng)、中斷和反轉(zhuǎn)所述流的一個(gè)或多個(gè)流控制設(shè)備。流功能的這種變化通常由一個(gè)或多個(gè)流量閥和/或泵的組合提供。為了有效地實(shí)現(xiàn)這些功能,分析儀器將通常包括多個(gè)樣本流動(dòng)路徑。在氣相色譜儀背景中,多個(gè)流動(dòng)路徑用于引導(dǎo)樣本流和運(yùn)載氣體進(jìn)入氣相色譜儀;使受控量的樣本流動(dòng)穿過吸附柱;使所述流反向以將樣本從吸附柱中洗提(elute)出來;并且檢測在流動(dòng)流中的各種成分。
[0003]氣相色譜儀通常使用氣動(dòng)多端口閥以在分析過程中切換氣流。這些閥對于建立允許氣體被分開的流動(dòng)而言是至關(guān)重要。此外,氣體能夠在低泄漏的情況下流入和流出閥也是非常重要的。過去,這一問題已經(jīng)通過管道裝配接頭或其他各種裝置予以實(shí)現(xiàn)。通常,除用于氣動(dòng)致動(dòng)的致動(dòng)氣體端口之外,多端口流動(dòng)選擇閥具有6個(gè)或甚至10個(gè)單獨(dú)的端口。氣相色譜儀可以采用多個(gè)這種多端口選擇閥。因此,將每個(gè)管連接到其相應(yīng)的端口所需的時(shí)間可能合計(jì)達(dá)到相當(dāng)大的裝配時(shí)間。此外,每個(gè)單獨(dú)的管接頭都需要承受操作者扭矩的變化、管道變形,例如彎曲或路由(routing)等。
[0004]隨著過程分析設(shè)備的技術(shù)發(fā)展,現(xiàn)在需要提供一種成本低、性能高的分析儀器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供了一種多端口選擇閥和采用了該閥的分析儀器。閥包括底座,具有配置為安裝到分析儀器的安裝表面。安裝表面中具有用于連接到分析儀器的流道的多個(gè)孔。至少一個(gè)活塞板具有從中穿過的多個(gè)孔。至少一個(gè)活塞板的孔配置為能夠滑動(dòng)地接收相應(yīng)的活塞。活塞設(shè)置在至少一個(gè)活塞板的相應(yīng)孔中。緩沖層被設(shè)置在至少一個(gè)活塞板和底座之間。緩沖層具有允許致動(dòng)氣體從中穿過的多個(gè)孔。板將至少一個(gè)活塞板夾緊到底座。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多端口流動(dòng)選擇閥的分解示意圖。
[0007]圖2是采用現(xiàn)有技術(shù)的多端口選擇閥的氣相色譜儀的部分的示意圖。
[0008]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多端口選擇閥的分解示意圖。
[0009]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多端口選擇閥的透視示意圖。
[0010]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的安裝到氣相色譜儀中的多端口選擇閥的示意圖。
[0011]圖6是采用了多個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多端口選擇閥的氣相色譜儀的部分的透視不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多端口流動(dòng)選擇閥的分解示意圖。閥10包括底板12,底板12具有連接到諸如氣相色譜儀的分析儀器的安裝表面14。底板12包括連接到適當(dāng)?shù)闹聞?dòng)氣源例如運(yùn)載氣體、壓縮空氣或氮?dú)獾亩鄠€(gè)氣動(dòng)致動(dòng)口 16。底板12包括位于其中心的通孔,允許螺栓18從中穿過,以提供將閥10的構(gòu)件夾緊的作用力。底板12包括專門用于將閥10安裝到分析儀器的多個(gè)水平的孔。
[0013]層20和22包括下致動(dòng)膜片,并且通常由聚酰亞胺制成,例如美國特拉華州威爾明頓市的E.1.du Pont de Nemours and Company公司出售的Kapt,on?。三個(gè)長活塞24鄰近下致動(dòng)膜片22設(shè)置,并且能夠滑動(dòng)地延伸進(jìn)入下活塞板26。上致動(dòng)膜片層28、30優(yōu)選地由聚酰亞胺制成,并且鄰近下活塞板26的表面32設(shè)置?;钊?4鄰近膜片層30設(shè)置,并且能夠滑動(dòng)地延伸進(jìn)入上活塞板36。緩沖層38由可吸收和/或減緩至少一部分物理運(yùn)動(dòng)的材料制成。例如,緩沖層38可由改性芳香族聚酰胺(meta-aramid)材料制成,例如E.1.duPont de Nemours and Company出售的V)mcx?。緩沖層38鄰近上活塞板的表面40設(shè)置,并且密封膜片42鄰近緩沖層38設(shè)置。
[0014]一對對準(zhǔn)銷 44、46 延伸進(jìn)入主板(primary plate) 48 并穿過層 42、38、30、28、22、20以及穿過板36、26。對準(zhǔn)銷44、46有助于在組裝過程中保持閥10的各構(gòu)件的精確定位。
[0015]主板48提供多端口閥10的端口。端口由附圖標(biāo)記50指示,并且通常設(shè)有內(nèi)螺紋,以接收標(biāo)準(zhǔn)的管接頭。一旦閥10被完全組裝并安裝到氣相色譜儀中,需要將管道連接到單獨(dú)的端口和氣動(dòng)控制管線端口。對于具有三個(gè)這種多端口選擇閥的氣相色譜儀而言,組裝過程復(fù)雜并且費(fèi)力。此外,如果需要更換閥,用于閥的所有分離的管接頭都必須拆除,并且必須將閥從氣相色譜儀中拆除。在維修、重裝或更換閥時(shí),整個(gè)組件必須被整體地重新校準(zhǔn),以解決由新的/經(jīng)維修的閥帶來的微小變化。
[0016]圖2是采用現(xiàn)有技術(shù)的多端口選擇閥的氣相色譜儀的部分的示意圖。如圖所示,在每個(gè)多端口選擇閥的頂部上具有大量的管接頭以及大量的管彎折部。
[0017]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多端口選擇閥的分解示意圖。閥100包括與閥10的底板12明顯不同的底板102。閥100包括位于其中心、與螺栓18的螺紋相配合的內(nèi)螺紋孔104。引導(dǎo)銷144和146延伸進(jìn)入底板102并穿過閥100的所有其他層進(jìn)入板106。密封層108被設(shè)置在底板102附近并且包括允許致動(dòng)氣體從中穿過的一對孔110,112(除定位孔和中心孔外)。在一個(gè)實(shí)施例中,密封層108可以由聚酰亞胺制成。類似地,緩沖層114包括允許致動(dòng)氣體從中穿過的一對孔116,118。緩沖層114優(yōu)選地由改性芳香族聚酰胺例如\011^)(?制成。然而,考慮到這種改性芳香族聚酰胺材料的多孔性,重要的是將其與致動(dòng)氣體隔離開。因而,一對O-形環(huán)120,122被夾在底板102和第一活塞板120之間,位于層108和114的相應(yīng)的孔110,116和112,118之間。O-形環(huán)120,122確保從底板102流入第一活塞板130的致動(dòng)氣體不會(huì)與緩沖層114接觸。
[0018]第一套活塞134可滑動(dòng)地容納于第一活塞板130內(nèi)。一對致動(dòng)膜片層150,152被設(shè)置在第一活塞板130和第二活塞板154之間。層150,152優(yōu)選地由聚酰亞胺制成并且包括用于對準(zhǔn)銷144,146 ;活塞124 ;致動(dòng)氣體;和螺栓18的孔。第二套活塞124可滑動(dòng)地容納于第二活塞板154中。第二對致動(dòng)膜片層156,158被設(shè)置在第二活塞板154和板106之間。層156,158同樣優(yōu)選地由聚酰亞胺制成。
[0019]板106與板48(見圖1)不同,它不具有任何管道端口。取而代之的是,通過底板102上的安裝表面160形成與閥100的流體連接。表面160包括多個(gè)孔。多端口閥100的每個(gè)端口都在表面160中具有與氣相色譜儀中的流體通道或端口對準(zhǔn)并連接的孔(見圖5)。此外,與致動(dòng)氣體的流體連接也是通過表面160中的孔實(shí)現(xiàn)的。此外,考慮到表面160的平面性,當(dāng)閥100被夾緊到氣相色譜儀時(shí),可以同時(shí)形成所有流體連接。
[0020]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多端口選擇閥的透視示意圖。閥100顯示在完全組裝狀態(tài)。盡管閥100尚未被安裝到氣相色譜儀中。為了將閥100安裝到氣相色譜儀中,安裝螺釘或螺栓穿過凸緣172中的安裝孔170。從而,完全組裝后的閥可提供給最終用戶,使用戶執(zhí)行故障閥的簡單更換,而無需斷開和重新連接多個(gè)螺紋管接頭,從而避免產(chǎn)生泄漏或由于螺紋錯(cuò)扣而導(dǎo)致對螺紋產(chǎn)生機(jī)械損傷。在閥的整個(gè)使用壽命期間,可能會(huì)出現(xiàn)各種狀況導(dǎo)致閥失效。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu),只需要簡單地松開三個(gè)固定螺釘,換上新閥并重新連接固定,即可實(shí)現(xiàn)閥的更換。
[0021]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的安裝到氣相色譜儀中的多端口選擇閥的示意圖。在圖5所示的實(shí)施例中,閥100為六端口閥,為氣相色譜儀200中的三個(gè)這種閥中的一個(gè)。氣相色譜儀200包括底座202,底座202具有配置為與安裝螺釘或螺栓204配合的多個(gè)內(nèi)螺紋孔。與引導(dǎo)銷144,146不同的一對引導(dǎo)銷206,208被設(shè)置在底板202內(nèi),以確保閥100在被安裝到底板202上時(shí)的適當(dāng)位置。底板202還包括設(shè)置為與閥100的表面160中相應(yīng)的孔相配合的端口 210。O-形環(huán)或其他適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)被設(shè)置在底板202與表面160之間,以確保無泄漏的連接。然而,可以很清楚地預(yù)期,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,可為該連接提供一個(gè)單獨(dú)的密封或墊圈。致動(dòng)氣流動(dòng)端口 212也被流體地連接到閥100的表面160。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,三個(gè)安裝孔圍繞凸緣172的外圍等間距地布置,從而由螺釘204提供的夾緊力能夠在表面160上均勻地分布。此外,由于螺栓18不再用于將閥100固定到板202,因此閥100內(nèi)的夾緊力與表面160和板202之間的夾緊力是不同的。
[0022]圖6是采用了多個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多端口選擇閥的氣相色譜儀的部分的透視示意圖。圖6中所示的氣相色譜儀包括多個(gè)柱220和相應(yīng)的管接頭。然而,使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多端口選擇閥能夠在管道連接和選路方面相對于現(xiàn)有技術(shù)提供更加簡單的組件。
[0023]本發(fā)明的實(shí)施例與現(xiàn)有方法的差別在于氣體流入和排出閥的方式。
[0024]盡管本發(fā)明已參照優(yōu)選實(shí)施例加以描述,但本領(lǐng)域的工作人員將意識(shí)到,在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的前提下可對形式和細(xì)節(jié)做出改變。
【權(quán)利要求】
1.一種氣動(dòng)多端口選擇閥,包括: 底座,具有配置為安裝到分析儀器的安裝表面,所述安裝表面中具有用于連接到分析儀器的流道的多個(gè)孔; 至少一個(gè)活塞板,具有從中穿過的多個(gè)孔,所述至少一個(gè)活塞板的孔配置為能夠滑動(dòng)地接收相應(yīng)的活塞; 多個(gè)活塞,設(shè)置在至少一個(gè)活塞板的相應(yīng)孔中; 緩沖層,設(shè)置在至少一個(gè)活塞板和底座之間,緩沖層具有允許致動(dòng)氣體從中穿過的多個(gè)孔;和 將至少一個(gè)活塞板夾緊到底座的板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中緩沖層與致動(dòng)氣體隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中緩沖層是多孔的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中緩沖層是由改性芳香族聚酰胺材料制成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,還包括隔離緩沖層與致動(dòng)氣體的多個(gè)密封件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中板被與底座接合的帶螺紋的部件推向底座。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中帶螺紋的部件是具有與底座接合的螺紋的螺栓。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中帶螺紋的部件被扭轉(zhuǎn)至規(guī)定量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中底座包括具有多個(gè)從中穿過的安裝孔的凸緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中安裝孔圍繞凸緣的外圍均勻地分布,以實(shí)現(xiàn)對于安裝表面的均勻的密封力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中安裝表面基本上為平面,并且其中用于所有端口的流體連接和致動(dòng)氣體連接是同時(shí)執(zhí)行的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)多端口選擇閥,其中安裝表面中具有多個(gè)孔,所述安裝表面中的多個(gè)孔配置為接收分析儀器的對準(zhǔn)銷。
13.—種分析儀器,包括: 底板,具有布置在所述底板上的多個(gè)流體流動(dòng)孔; 氣動(dòng)多端口選擇閥,第一氣動(dòng)多端口選擇閥具有: 底座,具有安裝到底板的安裝表面,所述安裝表面中具有連接到底板的相應(yīng)流道孔的多個(gè)孔; 至少一個(gè)活塞板,具有從中穿過的配置用于能夠滑動(dòng)地接收相應(yīng)的活塞的多個(gè)孔; 多個(gè)活塞,設(shè)置在至少一個(gè)活塞板的相應(yīng)的孔中; 緩沖層,設(shè)置在至少一個(gè)活塞板和底座之間,所述緩沖層具有允許致動(dòng)氣體從中穿過的多個(gè)孔;和 將至少一個(gè)活塞板夾緊到底座的板。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的分析儀器,其中第一氣動(dòng)多端口閥的底座包括凸緣,所述凸緣具有多個(gè)安裝孔,帶螺紋的連接件穿過每個(gè)相應(yīng)的安裝孔以與底座接合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的分析儀器,其中板被與底座接合的帶螺紋的部件推向底座。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的分析儀器,其中帶螺紋的部件是螺栓,穿過板的中心,并且與多端口選擇閥的底座螺紋連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的分析儀器,其中O-形環(huán)將多端口選擇閥的底座的每個(gè)孔連接到分析儀器的底板 上的相應(yīng)的孔。
【文檔編號(hào)】F16K31/126GK104048074SQ201310216846
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】詹森·P·普拉蒂, 謝恩·黑爾, 威利斯·沃特金斯 申請人:羅斯蒙德分析公司