一种在线质谱检测的断电保护装置及方法与流程

本发明总地涉及质谱检测领域，具体涉及一种在线质谱检测的断电保护装置及方法。

背景技术：

质谱仪又称质谱计,分离和检测不同同位素的仪器，即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。仪器的主要装置放在真空中。检测原理是将物质气化、电离成离子束，经电压加速和聚焦，然后通过磁场电场区，不同质量的离子受到磁场电场的偏转不同，聚焦在不同的位置，从而获得不同同位素的质量谱。

质谱仪的真空泵系统一般是由涡轮分子泵和前级泵组成，涡轮分子泵是利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。

部分质谱仪前级泵为油润滑的旋转泵，工作中会有油雾产生，当断电导致涡轮分子泵和前级泵停转时，因为真空腔和泵系统的压力差，油雾和液态油可能会向上流动进入真空系统，造成真空系统污染。

质谱仪真空腔体及涡轮分子泵工作要求的清洁度高，如果断电后长时间保持真空腔的高真空状态，则环境中的有机物或水汽等物质会逐渐进入真空腔，轻者导致抽真空时间长，重者会影响涡轮分子泵的寿命甚至损坏仪器核心部件。

质谱仪检测器微通道板遇到水气会发生膨胀，进而损坏，因此不论工作与否，微通道板都应处于真空或干燥气体的保护中。

为防止关机后真空系统被外界气体或泵油侵入，行业内主要通过关机时由技术人员人工向涡轮分子泵及真空系统中充入干净的氮气。对于意外断电尚无好的解决方案。

总之，现有技术的主要缺点为：发生意外断电时因为仪器内部是真空状态，所以外部环境气体会逐渐渗入真空腔内部。主动断电时，需要操作人员不断观察腔体内的真空度和涡轮分子泵的转速，根据各项指标控制调节保护气体的输出并监督完成保护气体填充。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在线质谱检测的断电保护装置及方法，以解决质谱仪应用于工业现场进行在线监测时，如果现场发生临时断电，质谱仪内部可能会被环境空气或仪器内部的润滑油等工作介质侵入，导致真空腔体污染或检测器等核心部件损坏的问题。进一步地，本发明还要解决恢复供电后质谱仪的开机保护问题。

本发明旨在提供一种在线质谱检测的断电保护装置，其特征在于，所述断电保护装置包括进样电磁阀、出口电磁阀、保护气体填充电磁阀、可编程逻辑控制器和备用电源，所述备用电源与所述可编程逻辑控制器电气连接，所述备用电源用于给所述可编程逻辑控制器提供电能；所述可编程逻辑控制器分别与所述进样电磁阀、出口电磁阀、保护气体填充电磁阀电气连接，所述可编程逻辑控制器用于控制所述进样电磁阀、出口电磁阀、保护气体填充电磁阀。

上述的装置，所述备用电源为不间断电源或带逆变器的外接电池或发电机或备用供电线路。

上述的装置，所述断电保护装置还包括电源监测装置，用于向所述备用电源和可编程逻辑控制器输出断电信号。

上述的装置，所述断电保护装置还包括掉电锁定装置，用于使质谱检测系统的电源处于断开状态。

上述的装置，所述掉电锁定装置包括漏电保护器、功率电阻和电子开关，所述电子开关用于控制所述功率电阻接通进而使所述漏电保护器工作，所述漏电保护器用于质谱检测系统的配电线路保护。

上述的装置，所述掉电锁定装置包括继电器和接触器，所述接触器用作质谱检测的供电开关，通过所述可编程逻辑控制器控制所述继电器，所述继电器再控制所述接触器工作。

上述的装置，所述断电保护装置还包括工作气体电磁阀，通过所述可编程逻辑控制器的控制工作。

本发明提供一种采用上述装置的断电保护方法，所述方法包括步骤：当质谱检测系统断电时，启动备用电源，通过可编程逻辑控制器关闭进样电磁阀和出口电磁阀，之后开启保护气体填充电磁阀，待真空腔体内部充满保护气体稳定后，关闭所述保护气体填充电磁阀。

上述的方法，所述方法还包括：监测质谱检测系统的电源，当所述电源断电时，向备用电源与可编程逻辑控制器发出电源断电信号。

上述的方法，所述方法还包括掉电锁定步骤，即将质谱检测系统的电源在断电后始终处于开路状态，该步骤包括：通过电子开关将质谱检测系统的火线和地线之间通过一个功率电阻接通，接通电流大于质谱检测系统的漏电保护器的漏电流，使得漏电保护器自动跳闸；该步骤或包括：利用接触器作为质谱检测系统的供电开关，通过可编程逻辑控制器配合继电器控制接触器，使得所述接触器始终处于断开状态。

本发明的有益效果在于，在质谱检测系统断电发生时，利用自动控制使得充气装置向真空腔体内填充保护气体，实现真空腔体和关键部件的保护。同时本发明还设计了掉电锁定装置，保证了来电后仪器的安全。

附图说明

图1为本发明在线质谱检测的断电保护装置的工作流程结构简图；

图2为本发明在线质谱检测的断电保护装置的供电接线示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的一种在线质谱检测的断电保护装置的工作流程结构图，质谱仪10设于系统机柜1内，与质谱仪10连接的线路包括采样管线11、排空管线13和保护气体管线12。在采样管线11上设有对样品分离的气水分离器111、对样品开断的进样电磁阀112，临近质谱仪处设有采样入口113。在排空管线13上设有采样泵131和出口电磁阀132，在临近质谱仪10处设有采样出口133。在保护气体管线12上设有保护气体存储装置和保护气体填充电磁阀121，在临近质谱仪10处设有保护气体入口122。

断电保护装置系统组成包括：常闭电磁阀，不间断电源，可编程逻辑控制器(PLC)，掉电锁定装置。其中掉电锁定装置不是必须，是为了进一步的开机保护而设置。

其中常闭电磁阀包括进样电磁阀112、出口电磁阀132、保护气体填充电磁阀121，也可包括工作气体电磁阀(图1中未示出)。

进样电磁阀112安装在质谱检测的进样通路上，用于在断电后对检测样品的及时关断。

出口电磁阀132设置在检测样品的排出通道上。样品排出时会由采样泵131将被检测的样品抽出检测室，安装出口电磁阀132后，当断电时会切断样品排出通道的抽吸状态。

相应如图2所示，样品的进出通断工作由可编程控制器对其管路上的试剂阀及总阀进行控制。

有时检测样品时会向检测室通入一些工作气体，因而工作气体电磁阀用来切断工作气体的通道，设置在工作气体的输入通道上。

如图1所示，保护气体填充电磁阀121接通保护气体存储装置与质谱仪10的检测室。当切断检测室与其它外界的通路后，通过控制保护气体填充电磁阀121开启保护气体的输入，使其填充检测室。相应如图2所示，该工作可由可编程控制器对氮气控制阀进行控制。

在质谱仪真空腔体通向外部的所有管路上安装常闭电磁阀，用来控制各类工作气体的通断和真空腔体对外部的导通气路。在断电过程中，各常闭电磁阀根据关机流程依次关闭，在完成保护关机流程后，真空腔体与外界全部气路方面的联系都被常闭电磁阀隔离。采用常闭电磁阀的原因在于常闭电磁阀在系统断电，不间断电源也停止供电的情况下可以一直保持关断状态，维持真空腔体与外界的隔离状态。

在发生外部断电时，不间断电源用于给系统提供电能以完成充保护气及关闭电磁阀等各项动作。

当然保护关机流程执行过程中的所有电力除了来自不间断电源，也可是带逆变器的外接电池、发电机或备用供电线路等备用电源。

可编程逻辑控制器(PLC)用于自动完成保护关机流程中的各项操作(如充保护气，关闭电磁阀等)。可编程控制器可与其它显示设备如显示器或工控机结合使用，以输出信号参数，如图2所示。

具体地,如图2所示,各模块之间的工作关系如下:可编程逻辑控制器是断电保护的指挥中心,可编程逻辑控制器接收来自电源监测模块的信息,以判断是否发生了断电。当然，如果不设置自动监测装置，则可手动启动可编程逻辑控制器。

可编程逻辑控制器分别控制供电组件(指断路器或漏电保护器)和各个电磁阀，以实现保护关机流程中的动作。

可编程逻辑控制器接受来电复位开关的控制，在掉电锁定装置被启用的情况下，接受用户指令使质谱仪通电。

备用电源为质谱仪、断电保护装置和其他用电器提供不间断电源保护。

本发明的断电保护装置保护关机流程为：关闭工作气体(如果有的话)，关闭进样电磁阀和出口电磁阀，等待若干时间，再开启保护气体填充电磁阀，等真空腔体内部充满保护气体并稳定后，关闭保护气体填充电磁阀,最后质谱仪断电。

考虑到再来电后系统的开机保护，系统带有掉电锁定装置,如该装置被启用,则来电时需要人为解除锁定质谱检测系统才能上电工作。

掉电锁定装置的实现可采用以下方式：如图2所示，利用配电线路中前级漏电保护器的漏电流保护功能，即在完成所有保护关机流程的动作后，用电子开关如继电器将仪器系统的火线和地线之间通过一个功率电阻接通，接通电流大于漏电保护器的漏电流，使得漏电保护器自动跳闸，跳闸后除非操作人员手动复位漏电保护器，否则仪器无法供电。

掉电锁定装置的实现也可采用：利用接触器作为质谱仪的供电开关，用PLC配合继电器控制接触器，PLC上电启动后接触器始终处于断开(不供电状态)，只有当操作人员按下解除锁定的按钮后，接触器才会给质谱仪通电，实现掉电锁定的功能。断电时，PLC根据操作流程依次关闭电磁阀，最后断开总电源。恢复供电后，所有电磁阀和接触器都不动作，直到现场人员按下复位开关，解除锁定以后，所有电磁阀才依次开启。

接线时如图2所示，备用电源与所述可编程逻辑控制器电气连接，所述可编程逻辑控制器分别与所述进样电磁阀、出口电磁阀、保护气体填充电磁阀、掉电锁定装置的继电器、接触器、或电子开关及漏电保护装置及电源监测模块、复位开关、备用电源等电气连接。电源监测模块还与备用电源电气连接。当需要提供人机界面时，可编程逻辑控制器还可与显示器或工控机电气连接，同时备用电源也与显示器或工控机电气连接。备用电源可通过电源插座控制各连接的电器组件。

完成保护关机流程后的质谱仪状态为：所有电磁阀关闭，内部充满0.12～0.15MPa的保护气体，掉电锁定装置处于锁定状态。

内部保护气体的压力应略高于大气压，以防止环境气体侵入仪器内部。其实现方法是要求在系统安装调试时控制保护气的输出压力为1.2～1.5个大气压。保护气可以是氮气，合成空气，氦气等不含水分、有机物及腐蚀性成分的气体。

本系统的断电信号可由电源监测装置发出，当质谱检测电源断电时，电源监测装置向备用电源与可编程逻辑控制器发出电源断电信号。

本发明利用保护气体自动灌充系统保护质谱仪，在发现意外断电后立即启动保护关机流程，即根据操作流程向质谱仪内部自动充入保护气体。进一步地，保护装置还带有掉电锁定功能，发生断电再恢复供电时，质谱检测仪器不会自动启动，必须人工解除锁定后才能再次开机，防止了因工作条件不具备开机或反复开关机造成的仪器损害。

总之，本发明自动化程度高，能更有效地防止断电对仪器的损害。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。