專利名稱：差熱-氣相色譜聯(lián)用分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是差熱-氣相色譜聯(lián)用分析裝置，屬于分析儀器領(lǐng)域，涉及差熱分析儀和 氣相色譜分析儀的間歇聯(lián)用裝置。
背景技術(shù)：
差熱-氣相色譜間歇聯(lián)用分析裝置出現(xiàn)于1970年代，利用差熱分析(也稱作DTA， 是在溫度程序控制下，測量物質(zhì)的溫度Ts和參比物的溫度 ；溫度差和溫度關(guān)系的一種技 術(shù))，用于分析物質(zhì)熱解過程中逸出氣的成分，其關(guān)鍵技術(shù)是檢測逸出氣的發(fā)生時刻。傳統(tǒng) 的差熱_氣相色譜聯(lián)用分析裝置通過將差熱儀尾氣直接導(dǎo)入熱導(dǎo)檢測室，通過與通入差熱 儀的保護(hù)氣的熱導(dǎo)值相比較，判斷熱解過程逸出氣的釋放時刻，并手工將差熱儀尾氣通過 六通閥切換至氣體定量管內(nèi)，定量管充滿后將該定量尾氣導(dǎo)入氣相色譜儀中進(jìn)行成分分離 和檢測。上述方法和裝置并不適合儀器聯(lián)用的自動化操作。事實上，差熱儀輸出的差熱信 號反映了物質(zhì)熱分解過程中吸熱、放熱、分解、結(jié)晶等物理化學(xué)反應(yīng)，已經(jīng)可以間接得出是 否有逸出氣的發(fā)生。因此利用差熱信號并附以差熱儀尾氣的溫度變化，是可以判斷出逸出 氣的發(fā)生狀態(tài)的，從而可引導(dǎo)尾氣流向氣相色譜儀進(jìn)行成分的分離和檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種分析物質(zhì)熱解產(chǎn)物的差熱_氣相色譜間歇聯(lián)用的自 動化操作分析裝置，利用差熱信號并附以差熱儀尾氣的溫度變化，判斷逸出氣的發(fā)生狀態(tài)， 從而引導(dǎo)尾氣流向氣相色譜儀進(jìn)行成分的分離和檢測。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案在傳統(tǒng)差熱-氣相色譜間歇聯(lián) 用分析裝置的基礎(chǔ)上，即在差熱分析儀和氣相色譜儀之間安裝氣體采樣部件和自動進(jìn)氣控 制機(jī)構(gòu)，在所述差熱分析儀氣體出口處安裝氣體采樣部件及溫度傳感器，氣體采樣部件的 輸出經(jīng)自動進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)接到氣相色譜儀的采樣口，且差熱分析儀和氣相色譜儀分別放置 在不同的平臺或支撐平臺上。其中，氣體采樣部件可以是一個手動密封調(diào)節(jié)閥，溫度傳感器 設(shè)置在該調(diào)節(jié)閥出口處。該手動密封調(diào)節(jié)閥采用十字形的四通流量調(diào)節(jié)腔，其四個口分別 為與差熱分析儀氣體出口套接的進(jìn)氣口，與進(jìn)氣口相對的安裝有手動閥芯的口，安裝溫度 傳感器的作為測溫點的孔，與測溫點相對的受手動閥芯控制流量的出氣孔。其中，手動閥芯 為一個可在閥腔內(nèi)移動的手動螺桿，該螺桿上設(shè)有兩道環(huán)形凹槽，其上分別套有與閥腔腔 壁契合的0型密封圈，螺桿位于腔內(nèi)的一端設(shè)有端部的0型密封圈，位于腔外的一端設(shè)有手 動旋柄。并且，安裝有手動閥芯的口設(shè)有防止手動螺桿旋出的端蓋。在手動密封調(diào)節(jié)閥測溫點的孔處安裝的溫度傳感器采用微細(xì)鎧裝熱電偶。在四通流量調(diào)節(jié)腔中的測溫點的孔和出氣孔分別設(shè)有雙卡套密封部件，實現(xiàn)徑向 的密封。本方案中的自動進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)由耐高溫三通電磁閥和頂空進(jìn)樣器及控制三通電 磁閥的控制器構(gòu)成；該三通電磁閥進(jìn)口接氣體采樣部件出口，兩個受控出口，一個作為排空口，另一個通過保溫毛細(xì)管接頂空進(jìn)樣器入口 ；該頂空進(jìn)樣器出口通過保溫毛細(xì)管接氣相 色譜儀的采樣口 ；該控制器可采集差熱分析儀和氣體采樣部件的測溫點的溫度，并且判斷 差熱分析過程是否出現(xiàn)逸出氣，當(dāng)判斷差熱分析過程出現(xiàn)逸出氣時，控制三通電磁閥兩出 口的選擇以及頂空進(jìn)樣器的動作。其中的控制器可以采用計算機(jī)，判斷差熱分析過程是否 出現(xiàn)逸出氣可通過計算機(jī)采用一定算法實現(xiàn)，且控制三通電磁閥兩出口的選擇以及頂空進(jìn) 樣器的動作的步驟為
1)觸發(fā)頂空進(jìn)樣裝置進(jìn)入“自動進(jìn)樣”狀態(tài)，并且開始累計計時，2)延時1秒鐘后，觸發(fā)三通電磁閥開啟，使差熱儀與頂空進(jìn)樣裝置聯(lián)通，3)再延時4秒鐘后，頂空進(jìn)樣裝置定量吸氣并將氣體打入氣相色譜儀中，保持三 通電磁閥開啟10秒鐘后，關(guān)閉觸發(fā)三通電磁閥，使差熱儀尾氣直接排空，4)進(jìn)樣結(jié)束后，頂空進(jìn)樣裝置進(jìn)入“手動進(jìn)樣”狀態(tài)。。另外，為保證檢測的精確，本方案中的電氣裝置采用接普通市電的凈化電源作為 電源。上述的判斷差熱分析過程是否出現(xiàn)逸出氣的算法為1)采集當(dāng)前時刻差熱儀加熱溫度和差溫信號值，并且預(yù)設(shè)當(dāng)前時刻差熱信號值處 于“下降通道”；2)判斷差熱儀加熱溫度是否大于或等于設(shè)定溫度；3)當(dāng)差熱儀加熱溫度小于設(shè)定溫度時，保存當(dāng)前的加熱溫度和差溫信號值，并延 時1-15秒，回到步驟2 ；4)當(dāng)差熱儀加熱溫度大于或等于設(shè)定溫度時，輸入步驟3中所保存的最新的一定 加熱溫度區(qū)間的加熱溫度和差溫信號值。5)不同σ的高斯二階導(dǎo)函數(shù)序列與差溫信號值序列分別卷積運算；6)分別計算不同σ的卷積序列過零交叉?zhèn)€數(shù)和每個過零交叉點對應(yīng)的加熱溫 度；7)以最小σ上的過零交叉點溫度為基準(zhǔn)，將不同σ上最近的過零交叉點溫度以 鏈表形式鏈接。8)掃描加熱溫度區(qū)間，將相同鏈長的鏈表配對；9)選出最長和次長的鏈表對；10)當(dāng)前時刻差溫信號值與最近的選出鏈表對右側(cè)點所對應(yīng)的差溫信號值比較， 確定當(dāng)前時刻差溫信號值處于“上升”或者“下降”通道；12)比較計算得到的通道狀況與設(shè)定通道狀況是否相同；13)當(dāng)計算得到的通道狀況與設(shè)定通道狀況相同時，未出現(xiàn)逸出氣，更新目前的通 道狀態(tài)，延時1-15秒，回到步驟4 ；14)當(dāng)計算得到的通道狀況與設(shè)定通道狀況不相同時，比較差熱儀排氣口處溫度 波動范圍與設(shè)定范圍是否相同；15)當(dāng)差熱儀排氣口處溫度波動范圍與設(shè)定范圍相同時，未出現(xiàn)逸出氣，更新目前 的通道狀態(tài)，延時1-15秒，回到步驟4 ；16)當(dāng)差熱儀排氣口處溫度波動范圍與設(shè)定范圍不相同時，出現(xiàn)逸出氣，修改通道 狀態(tài)，延時1-15秒，回到步驟4。
以上步驟中各名詞的含義如下差溫信號值序列指差熱分析儀每隔一定時間獲取的差熱分析中溫度差信號組成 的時間序列，簡稱差溫信號值序列。高斯二階導(dǎo)函數(shù)指高斯分布函數(shù)的二階導(dǎo)函數(shù)，其中的高斯分布函數(shù)對于隨機(jī)變 量X，其概率密度函數(shù)可表示為
！(義-“)2p(x) = -=^e 2"2
ν2π·σ( σ >0) 其分布為高斯分布或稱正態(tài)分布，記為Ν( μ，ο2)，其中μ和ο為高斯分布的期
望值與方差值。不同σ的高斯二階導(dǎo)函數(shù)序列指高斯分布函數(shù)涉及兩個參數(shù)即高斯分布的期望 值μ與方差σ，不同的σ取值，會產(chǎn)生不同的高斯分布二階導(dǎo)函數(shù)曲線，離散的χ取值會 得到一組高斯分布二階導(dǎo)函數(shù)序列，不同的σ取值就會得到不同的幾組高斯分布二階導(dǎo) 函數(shù)序列。將某一 ο取值構(gòu)成的高斯二階導(dǎo)函數(shù)序列與差溫信號值序列進(jìn)行卷積運算，其 卷積序列的過零交叉點對應(yīng)的差溫信號就構(gòu)成了某一 σ取值下的差溫信號值序列。鏈長指單向鏈表長度，鏈表是計算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一種線性表，并不會按線性的順 序存儲數(shù)據(jù)，而是在每一個節(jié)點里存放下一個節(jié)點的指針，鏈表長度也就是構(gòu)成鏈表的節(jié) 點個數(shù)。鏈表對指溫度鏈表圖中反映出現(xiàn)的一對鏈表長度相同或接近的不同溫度的鏈表。“上升通道”或“下降通道”指差溫信號值序列中的某一段數(shù)值呈現(xiàn)同向遞增或遞 減的趨勢。一定加熱溫度區(qū)間指由于差溫信號值序列與高斯導(dǎo)函數(shù)序列作卷積運算，因此 結(jié)果的卷積序列需要考慮差溫信號值序列區(qū)間左邊界(即開始階段)附近的一段數(shù)值在 進(jìn)行卷積運算時受到高斯導(dǎo)函數(shù)序列個數(shù)影響帶來的誤差，尤其是從室溫開始加熱初期， 卷積運算需要在超越所采用的高斯二階導(dǎo)函數(shù)序列個數(shù)這么多溫度并再持續(xù)一段溫度 (200C -300C )后才能進(jìn)行。在步驟9中利用了判斷峰谷的原理，該原理如下以σ取值最小時卷積序列過零 交叉點對應(yīng)的各個溫度作為每條單向鏈表的頭節(jié)點，沿著ο取值增大的方向，找尋每個σ 取值下卷積序列過零交叉點對應(yīng)的最近溫度，構(gòu)成多條單向溫度鏈表。不同ο取值下高 斯二階導(dǎo)函數(shù)序列與差溫信號值序列的卷積運算相當(dāng)于對差溫信號值序列做不同閾值的 低通濾波處理，σ取值越大卷積序列構(gòu)成的曲線越平滑，因而每條溫度鏈表的長度也就反 映了卷積序列曲線在不同ο取值下能夠持續(xù)的程度。如果原始差溫信號值序列出現(xiàn)小的 波動，經(jīng)過幾個σ取值后序列波動就會被平滑掉，反映在溫度節(jié)點個數(shù)上也就是構(gòu)成的溫 度鏈表長度不會很長。如果物質(zhì)受熱發(fā)生了物理化學(xué)反應(yīng)，其原始差溫信號值序列就會發(fā) 生顯著的趨勢性方向變化，反映在溫度鏈表長度上就是會出現(xiàn)很大的數(shù)值。由于對差溫信 號值序列采用的是高斯二階導(dǎo)函數(shù)序列進(jìn)行卷積，因此卷積序列反映出的是差溫信號值序 列發(fā)生方向性變化的拐點特性。在溫度鏈表圖中會反映成出現(xiàn)一對鏈表長度相同或接近的 不同溫度的鏈表對，在這對鏈表頭節(jié)點所對應(yīng)的高低兩個溫度之間就意味著差溫信號值序 列曲線發(fā)生了方向性變化，也就是存在一個差溫信號值的峰值(最大值)或者谷值(最小 值)。
本發(fā)明裝置是在傳統(tǒng)差熱_氣相色譜間歇聯(lián)用分析裝置的基礎(chǔ)上，加裝氣體采樣 部件和自動進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)，實時采集差熱分析儀的差熱信號、溫度信號以及差熱儀尾氣出 口處的溫度信號，通過對這些信號的時間序列曲線進(jìn)行預(yù)測判別，來判斷差熱儀尾氣中是 否存在逸出氣，發(fā)現(xiàn)有逸出氣后自動開啟頂空進(jìn)樣裝置，將定量尾氣導(dǎo)入氣相色譜儀中進(jìn) 行成分分離和檢測。這套聯(lián)用分析裝置可實現(xiàn)自動化操作，適合無人看護(hù)環(huán)境下的操作。


圖1為本發(fā)明工作流程示意圖；圖2為本發(fā)明氣體采樣部件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中計算機(jī)判斷差熱分析過程出現(xiàn)逸出氣的算法流程圖；
圖4為本發(fā)明中頂空進(jìn)樣裝置開啟動作流程圖。圖中1、差熱分析儀，2、氣相色譜儀，3、氣體采樣部件，4、三通電磁閥，5、頂空進(jìn)樣 器，6、參比物托盤，7、測試樣托盤，8、尾氣出口測溫點，9、手動螺桿，10、保溫毛細(xì)管，11、色 譜柱，12、熱導(dǎo)檢測器，13、緊固螺釘，14、端蓋，15、腰部0形密封圈，16、端部0形密封圈，17、 雙卡套密封部件，18四通流量調(diào)節(jié)腔。
具體實施例方式本事實例是在傳統(tǒng)差熱_氣相色譜間歇聯(lián)用分析裝置的基礎(chǔ)上，加裝氣體采樣部 件3、自動進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)，利用計算機(jī)實時采集差熱分析儀1的差熱信號、爐溫信號以及差 熱分析儀1尾氣出口點8處的溫度信號，通過對這些信號的時間序列曲線進(jìn)行預(yù)測判別，來 判斷差熱分析儀1尾氣中是否存在逸出氣，發(fā)現(xiàn)有逸出氣后自動開啟頂空進(jìn)樣裝置，將定 量尾氣導(dǎo)入氣相色譜儀2中進(jìn)行成分分離和檢測。這套聯(lián)用分析裝置可實現(xiàn)自動化操作， 適合無人看護(hù)環(huán)境下的操作。下面結(jié)合圖1-圖4對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明高純保護(hù)氣(如氮氣或者氬氣)從高壓貯氣瓶中經(jīng)減壓、穩(wěn)壓處理后，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量 計調(diào)整流量后通入差熱分析儀1中，對差熱分析樣品的熱分解起惰性氣體保護(hù)作用，即在 保護(hù)氣氛下進(jìn)行樣品的熱解反應(yīng)。差熱分析儀1加熱爐內(nèi)的參比物托盤6中放置盛有微量參比物(如Ci-Al2O3粉 末)的耐熱坩鍋，測試樣托盤7上放置盛有等量測試樣品的等量耐熱坩鍋，托盤底部之間有 差熱熱電偶相連，用于測量差熱勢。爐內(nèi)溫度以及樣品與參比物的差溫信號均以模擬量形 式輸出，本聯(lián)用裝置需要兩套輸出信號內(nèi)容相同的輸出信號裝置，一套供差熱分析儀1控 制使用，一套供判斷信號時間序列監(jiān)測使用。在差熱分析儀1加熱爐的出氣管部分安裝有一個可控制出氣量的氣體采樣部件 3，該部件為四通流量調(diào)節(jié)腔，安裝在出氣管上方，與差熱分析儀1連接處采用耐高溫的0形 密封圈密封，以防止尾氣泄露。在氣體采樣部件3上方有一個控制尾氣流量的手動螺桿9， 手動螺桿9的底部嵌有一個耐高溫的端部0形密封圈15。當(dāng)手動螺桿9完全旋入氣體采樣 部件3時，手動螺桿9底部端面將完全把差熱分析儀1工作尾氣的出口封住，端部0形密封 圈15起底部密封作用；當(dāng)手動螺桿9向氣體采樣部件3外擰開時，尾氣可流出出氣口(如 圖2所示)，旋轉(zhuǎn)手動螺桿9可控制差熱分析儀1工作尾氣流出截面的大小。依靠手動螺桿9上的兩個環(huán)形凹槽內(nèi)嵌的腰部O形密封圈15對差熱分析儀1工作尾氣可能沿軸向泄露起 密封作用。當(dāng)差熱分析儀1工作尾氣流出截面最大時，手動螺桿9停止向外延伸，而阻止這 種延伸依靠的是氣體采樣部件3頂部端面的端蓋14和固定端蓋14的三個緊固螺釘13。在 出氣口處設(shè)置一個尾氣出口測溫點8，測量差熱分析儀1工作尾氣的出口端溫度，采用微細(xì) 鎧裝熱電偶來檢測該處氣體的溫度，采用雙卡套密封部件17實現(xiàn)測溫點和出氣孔的密封。差熱分析儀1工作尾氣沿氣體 采樣部件3出氣孔流出后通入一段保溫毛細(xì)管10 中，該保溫毛細(xì)管10連接耐高溫的三通電磁閥4的進(jìn)口。三通電磁閥4的兩個受控出口， 一個作為排空口，另一個通過保溫毛細(xì)管10接頂空進(jìn)樣器5入口。三通電磁閥4兩出口的 選擇由計算機(jī)控制，爐內(nèi)溫度以及樣品與參比物的差溫信號以及差熱分析儀1尾氣出口處 的溫度信號接到該計算機(jī)，供判斷信號時間序列監(jiān)測使用。以上的三通電磁閥4、頂空進(jìn)樣 器5、計算機(jī)構(gòu)成了本聯(lián)用裝置的自動進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)的出口即頂空進(jìn)樣器5的出口 接氣相色譜儀2。下面介紹自動進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)的工作過程(如圖3、圖4)在計算機(jī)識別判斷尾氣中未出現(xiàn)逸出氣的情況下，電磁閥將工作尾氣由排氣口直 接排空；當(dāng)計算機(jī)識別判斷出尾氣中出現(xiàn)逸出氣時，電磁閥將工作尾氣接入另一個連接頂 空進(jìn)樣設(shè)備的排氣口。判斷尾氣中是否存在逸出氣依靠下面的規(guī)則進(jìn)行首先計算機(jī)實時 接收差熱分析儀1發(fā)送的加熱溫度和樣品差溫信號，并對一定加熱溫度范圍內(nèi)(溫度窗口) 的樣品差溫信號進(jìn)行信號處理，這種信號處理的時間間隔可以根據(jù)不同的加熱方式預(yù)先調(diào) 整，一般在每隔1秒到15秒之間進(jìn)行一次。具體的做法是對某一溫度區(qū)間的差溫信號時間 序列與特定的高斯二階導(dǎo)函數(shù)做卷積處理，卷積結(jié)果進(jìn)行過零判斷，這樣不僅消除了信號 在不同尺度下對峰谷變化的干擾，也比較容易找出該溫度區(qū)間內(nèi)差溫信號時間序列中峰與 谷對應(yīng)的溫度點。將這一差溫時間序列在這些溫度點附近做序列的遞增遞減運算處理，從 而確定每個溫度點對應(yīng)的差溫信號具體代表的峰和谷的特性。此外將這次處理最后所處溫 度的差溫信號發(fā)展趨勢標(biāo)識出來，即根據(jù)差溫信號時間序列在最后溫度點處的數(shù)值做下一 次處理時刻差溫信號數(shù)值的預(yù)測設(shè)置，當(dāng)下一次信號處理時對比實際數(shù)值與上次預(yù)測數(shù)值 的關(guān)系，即可判定在這樣的時間間隔內(nèi)差溫信號時間序列的發(fā)展趨勢以及可能出現(xiàn)的峰谷 狀態(tài)。一般情況下差溫信號時間序列中的差溫峰值代表放熱，谷底代表吸熱，伴隨這種物理 化學(xué)反應(yīng)會出現(xiàn)逸出氣，這時還需要配合工作尾氣在氣體采樣部件3出口處監(jiān)測的溫度信 號變化來判斷其中是否有逸出氣存在。當(dāng)工作尾氣中出現(xiàn)逸出氣時，混合物的溫度會發(fā)生 明顯的波動。計算機(jī)就是結(jié)合上述算法來識別判斷工作尾氣中逸出氣是否存在的。當(dāng)計算機(jī)識別判斷出工作尾氣中存在逸出氣時，儀器聯(lián)用裝置的監(jiān)控計算機(jī)程序 將首先記錄下此時的差熱分析儀1加熱溫度，其次將發(fā)送一個控制信號從而觸發(fā)頂空進(jìn)樣 裝置啟動程序切換至自動運行狀態(tài)，然后再隨后的一秒鐘內(nèi)發(fā)送另一個控制信號將毛細(xì)管 連接的電磁閥工作狀態(tài)由常通排空口切換至另一排氣口。在頂空進(jìn)樣裝置啟動程序切換到 自動運行狀態(tài)后，頂空進(jìn)樣裝置的控制信號將自動觸發(fā)氣相色譜儀2的記錄程序運行。在 儀器聯(lián)用裝置的監(jiān)控計算機(jī)程序發(fā)出兩個控制信號后一兩秒鐘后，頂空進(jìn)樣裝置就可以完 成預(yù)先設(shè)定的準(zhǔn)備動作，隨后將自動把吸氣泵打開，從電磁閥另一排氣口吸入工作尾氣，并 由其本身的ImL定標(biāo)管決定吸入定量工作尾氣，此后通過頂空進(jìn)樣裝置內(nèi)部的六通閥和控 制系統(tǒng)將定量的工作尾氣注入氣相色譜儀2的汽化室，在柱箱內(nèi)的色譜柱11中實現(xiàn)混合氣 的分離，并通過TCD (即熱導(dǎo)檢測器12)檢測工作尾氣中各種永久氣體的成分，并通過事先配好的標(biāo)準(zhǔn)混合氣體標(biāo)定出每種永久氣體成分的濃度。頂空進(jìn)樣裝置完成一次自動采樣注 入需要十秒時間，這之后儀器聯(lián)用裝置的監(jiān)控計算機(jī)程序?qū)⒃俅伟l(fā)送一個控制信號將毛細(xì) 管連接的電磁閥工作狀態(tài)由另一排氣口切換至常通排空口，而頂空進(jìn)樣裝置會自動由自動 狀態(tài)恢復(fù)為人工狀態(tài)。氣相色譜儀2分段記錄的曲線數(shù)值和差熱分析儀1全程記錄的曲線數(shù)值在各自 儀器運行結(jié)束前都會保存在儀器聯(lián)用裝置監(jiān)控計算機(jī)的特定文件目錄中，監(jiān)控計算機(jī)程 序可以通過手工將這兩組記錄數(shù)據(jù)取得后在監(jiān)控計算機(jī)程序中進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并作圖，制成 DTA-GC的顯示圖表，供研究不同樣品在差熱反應(yīng)不同溫度下熱解釋放出逸出氣的成分及其 成分濃度的變化規(guī)律。頂空進(jìn)樣裝置的吸氣管和送氣管均采用毛細(xì)管制成，并通過伴管加熱和保溫處 理，使毛細(xì)管內(nèi)部的空間溫度可控制在設(shè)定的溫度及精度范圍，這樣可以避免進(jìn)入的工作 尾氣不致因溫度驟降使得其中的某些成分氣體發(fā)生冷凝反應(yīng)，在毛細(xì)管內(nèi)部造成局部堵 塞，形成傳輸?shù)乃荔w積。頂空進(jìn)樣裝置的吸氣管和送氣管的溫度設(shè)定與差熱分析儀1氣體 采樣管出口處監(jiān)視的溫度應(yīng)該相一致。
差熱-氣相色譜聯(lián)用分析裝置的電氣連接采用普通市電接凈化電源后提供，這樣 可確保差熱分析儀1、頂空進(jìn)樣裝置、氣相色譜儀2、直流電壓驅(qū)動電源和監(jiān)控計算機(jī)用電 的電氣隔離和電壓電流的抗沖擊、抗波動。差熱分析儀1與氣相色譜儀2采用不同的放置 平臺或支撐平臺，從而形成良好的隔振，以避免氣相色譜儀2柱箱通風(fēng)加熱形成的風(fēng)扇震 動對差熱分析儀1內(nèi)部托盤穩(wěn)定性的影響，避免差熱信號在小尺度上的持續(xù)波動。
權(quán)利要求
一種差熱—氣相色譜聯(lián)用分析裝置，包括差熱分析儀和氣相色譜儀，其特征在于在所述差熱分析儀氣體出口處安裝氣體采樣部件及溫度傳感器，氣體采樣部件的輸出經(jīng)自動進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)接到氣相色譜儀的采樣口，且差熱分析儀和氣相色譜儀分別放置在不同的平臺或支撐平臺上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差熱一氣相色譜聯(lián)用分析裝置，其特征在于所述氣體采樣 部件為一個手動密封調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥出口處設(shè)測溫點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的差熱一氣相色譜聯(lián)用分析裝置，其特征在于所述手動密封 調(diào)節(jié)閥采用十字形的四通流量調(diào)節(jié)腔(18)，其四個口分別為與差熱分析儀氣體出口套接 的進(jìn)氣口，與進(jìn)氣口相對的安裝有手動閥芯的口，安裝溫度傳感器的作為測溫點的孔，與測 溫點相對的受手動閥芯控制流量的出氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的差熱一氣相色譜聯(lián)用分析裝置，其特征在于所述手動閥芯 為一個可在閥腔內(nèi)移動的手動螺桿(9)，該螺桿上設(shè)有兩道環(huán)形凹槽，其上分別套有與閥腔 腔壁契合的0型密封圈，螺桿位于腔內(nèi)的一端設(shè)有端部的0型密封圈，位于腔外的一端設(shè)有 手動旋柄。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的差熱一氣相色譜聯(lián)用分析裝置，其特征在于所述安裝有手 動閥芯的口設(shè)有防止手動螺桿(9)旋出的端蓋(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的差熱一氣相色譜聯(lián)用分析裝置，其特征在于所述測溫點處 安裝有微細(xì)鎧裝熱電偶。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的差熱一氣相色譜聯(lián)用分析裝置，其特征在于所述四通流量 調(diào)節(jié)腔(18)中的測溫點的孔和出氣孔分別設(shè)有雙卡套密封部件(17)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差熱一氣相色譜聯(lián)用分析裝置，其特征在于所述自動進(jìn)氣 控制機(jī)構(gòu)由耐高溫三通電磁閥和頂空進(jìn)樣器及控制三通電磁閥的控制器構(gòu)成；該三通電磁 閥進(jìn)口接氣體采樣部件出口，兩個受控出口，一個作為排空口，另一個通過保溫毛細(xì)管接頂 空進(jìn)樣器入口 ；該頂空進(jìn)樣器出口通過保溫毛細(xì)管接氣相色譜儀的采樣口 ；該控制器可采 集差熱分析儀和氣體采樣部件的測溫點的溫度，并且判斷差熱分析過程是否出現(xiàn)逸出氣， 當(dāng)判斷差熱分析過程出現(xiàn)逸出氣時，控制三通電磁閥和頂空進(jìn)樣器自動進(jìn)樣，其控制步驟 為1)觸發(fā)頂空進(jìn)樣裝置進(jìn)入“自動進(jìn)樣”狀態(tài)，并且開始累計計時，2)延時1秒鐘后，觸發(fā)三通電磁閥開啟，使差熱儀與頂空進(jìn)樣裝置聯(lián)通，3)再延時4秒鐘后，頂空進(jìn)樣裝置定量吸氣并將氣體打入氣相色譜儀中，保持三通電 磁閥開啟10秒鐘后，關(guān)閉觸發(fā)三通電磁閥，使差熱儀尾氣直接排空，4)進(jìn)樣結(jié)束后，頂空進(jìn)樣裝置進(jìn)入“手動進(jìn)樣”狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的差熱一氣相色譜聯(lián)用分析裝置，其特征在于所述控制器采 用計算機(jī)。
10.如權(quán)利要求8所述差熱一氣相色譜聯(lián)用分析裝置中的判斷差熱分析過程是否出現(xiàn) 逸出氣的算法，其特征在于1)采集當(dāng)前時刻差熱儀加熱溫度和差溫信號值，并且預(yù)設(shè)當(dāng)前時刻差溫信號值處于 “下降通道”；2)判斷差熱儀加熱溫度是否大于或等于設(shè)定溫度；3)當(dāng)差熱儀加熱溫度小于設(shè)定溫度時，保存當(dāng)前的加熱溫度和差溫信號值，并延時 1-15秒，回到步驟2 ；4)當(dāng)差熱儀加熱溫度大于或等于設(shè)定溫度時，輸入步驟3中所保存的最新的一定加熱 溫度區(qū)間的加熱溫度和差溫信號值，。5)不同0的高斯二階導(dǎo)函數(shù)序列與差溫信號值序列分別卷積運算；6)分別計算不同o的卷積序列過零交叉?zhèn)€數(shù)和每個過零交叉點對應(yīng)的加熱溫度；7)以最小o上的過零交叉點溫度為基準(zhǔn)，將不同0上最近的過零交叉點溫度以鏈表 形式鏈接。8)掃描加熱溫度區(qū)間，將相同鏈長的鏈表配對；9)選出最長和次長的鏈表對；10)當(dāng)前時刻差溫信號值與最近的選出鏈表對右側(cè)點所對應(yīng)的差溫信號值比較，確定 當(dāng)前時刻差溫信號值處于“上升通道”或者“下降通道”；12)比較計算得到的通道狀況與設(shè)定通道狀況是否相同；13)當(dāng)計算得到的通道狀況與設(shè)定通道狀況相同時，未出現(xiàn)逸出氣，更新目前的通道狀 態(tài)，延時1-15秒，回到步驟4 ；14)當(dāng)計算得到的通道狀況與設(shè)定通道狀況不相同時，比較差熱儀排氣口處溫度波動 范圍與設(shè)定范圍是否相同；15)當(dāng)差熱儀排氣口處溫度波動范圍與設(shè)定范圍相同時，未出現(xiàn)逸出氣，更新目前的通 道狀態(tài)，延時1-15秒，回到步驟4 ；16)當(dāng)差熱儀排氣口處溫度波動范圍與設(shè)定范圍不相同時，出現(xiàn)逸出氣，修改通道狀 態(tài)，延時1-15秒，回到步驟4;以上步驟中差溫信號值序列指差熱分析儀每隔一定時間獲取的差熱分析中溫度差信號組成的時 間序列，簡稱差溫信號值序列。高斯二階導(dǎo)函數(shù)指高斯分布函數(shù)的二階導(dǎo)函數(shù)，其中的高斯分布函數(shù)對于隨機(jī)變量X， 其概率密度函數(shù)可表示為 其分布為高斯分布或稱正態(tài)分布，記為N(i!，O2)，其中y和O為高斯分布的期望值與方差值。不同0的高斯二階導(dǎo)函數(shù)序列指高斯分布函數(shù)涉及兩個參數(shù)即高斯分布的期望值y 與方差o，不同的o取值，會產(chǎn)生不同的高斯分布二階導(dǎo)函數(shù)曲線，離散的X取值會得到一 組高斯分布二階導(dǎo)函數(shù)序列，不同的0取值就會得到不同的幾組高斯分布二階導(dǎo)函數(shù)序 列。將某一 0取值構(gòu)成的高斯二階導(dǎo)函數(shù)序列與差溫信號值序列進(jìn)行卷積運算，其卷積序 列的過零交叉點對應(yīng)的差溫信號就構(gòu)成了某一 0取值下的差溫信號值序列。鏈長指單向鏈表長度，鏈表是計算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一種線性表，并不會按線性的順序存 儲數(shù)據(jù)，而是在每一個節(jié)點里存放下一個節(jié)點的指針，鏈表長度也就是構(gòu)成鏈表的節(jié)點個 數(shù)；鏈表對指溫度鏈表圖中反映出現(xiàn)的一對鏈表長度相同或接近的不同溫度的鏈表；3“上升通道”或“下降通道”指差溫信號值序列中的某一段數(shù)值呈現(xiàn)同向遞增或遞減的 趨勢。一定加熱溫度區(qū)間指由于差溫信號值序列與高斯導(dǎo)函數(shù)序列作卷積運算，因此結(jié)果 的卷積序列需要考慮差溫信號值序列區(qū)間左邊界(即開始階段)附近的一段數(shù)值在進(jìn) 行卷積運算時受到高斯導(dǎo)函數(shù)序列個數(shù)影響帶來的誤差，尤其是從室溫開始加熱初期， 卷積運算需要在超越所采用的高斯二階導(dǎo)函數(shù)序列個數(shù)這么多溫度并再持續(xù)一段溫度 (20°C -30°C )后才能進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明是差熱-氣相色譜聯(lián)用分析裝置，屬于分析儀器領(lǐng)域，涉及差熱分析儀和氣相色譜分析儀的間歇聯(lián)用裝置。本發(fā)明包括差熱分析儀(1)和氣相色譜儀(2)，并在差熱分析儀(1)氣體出口處安裝氣體采樣部件(3)及溫度傳感器，氣體采樣部件(3)的輸出經(jīng)自動進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)接到氣相色譜儀(2)的采樣口。本發(fā)明裝置是在傳統(tǒng)差熱-氣相色譜間歇聯(lián)用分析裝置的基礎(chǔ)上，加裝氣體采樣部件(3)和自動進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)，實時采集差熱分析儀(1)的差熱信號、爐溫信號以及尾氣出口處的溫度信號，通過對這些信號的時間序列曲線進(jìn)行預(yù)測判別，來控制尾氣導(dǎo)入氣相色譜儀(2)中進(jìn)行成分分離和檢測。這套聯(lián)用分析裝置可實現(xiàn)自動化操作，適合無人看護(hù)環(huán)境下的操作。
文檔編號G01N25/48GK101865868SQ20091009334
公開日2010年10月20日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者潘斌, 鄧昊 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所