一种用于ICP-MS的阀门装置及真空系统的制作方法

一种用于icp-ms的阀门装置及真空系统
技术领域
1.本实用新型涉及真空仪器，尤其是涉及一种用于icp-ms的阀门装置及真空系统。


背景技术：

2.电感耦合等离子质谱(icp-ms)法由于其具有检出限低、准确度高、线性范围宽且多种元素同时测定等优点，与其他技术相比，显示了较强的竞争力，应用越来越广泛。同时，各生产厂家对icp-ms仪器的生产制造过程，愈加精益求精。
3.icp-ms采用一种称为“差压抽气”的技术，通过几个分立的真空级使压力逐渐降至要求的值。因此，用这种方式时，仪器需将不同的真空区域隔开，每级都有自己的密封真空室和抽气泵。icp-ms中第一级真空与第二级真空通过阀门进行联通与隔绝。目前市面上的仪器基本采用气缸制动的阀门。当仪器工作时，气缸动作打开阀门。当仪器待机时，气缸再次动作，关闭阀门，保护真空不泄露。质谱仪的真空系统要求滑动阀打开时，速度应该慢一点，阀门逐渐打开，能够减少对后续真空系统的冲击。而在滑动阀关闭时，速度应该越快越好，能够更好的保护真空度。
4.但是，目前使用的气动滑动阀并不能很好的满足icp-ms真空系统的需求。气动是利用撞击作用或转动作用产生的空气压力使其运动或作功，气动就是以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。因为是利用空气具有压缩性的特点，吸入空气压缩储存，空气便像弹簧一样具有了弹力，然后用控制元件控制其方向，带动执行元件的旋转与伸缩。此用于icp-ms真空系统中，就存在如下缺陷：
5.由于空气具有可压缩性，因此工作稳定性较差，不能高质量完成icp-ms真空系统对阀门的要求；再者，气动装置中的气动信号传递速度比电子及光速慢，因此，气动信号传递不适用高速复杂的回路，气缸动作也无法进行精确控制。


技术实现要素：

6.本实用新型是为了克服上述现有技术的不足之处，提供了一种用于icp-ms的阀门装置。同时，本实用新型还提供了一种用于icp-ms的真空系统。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种用于icp-ms的阀门装置，阀门装置设于icp-ms仪第一级真空室与第二级真空室之间，所述阀门装置包括阀座，阀座内设有丝杆，丝杆一端连接密封板，丝杆另一端连接驱动电机，阀座还连接导向装置，所述密封板置于导向装置内滑动构成第一级真空室与第二级真空室之间的联通或分隔。
9.本实用新型设计利用电机作为驱动力，控制丝杆做直线运动，从而控制阀门内的密封板滑动，替代了气动阀门。用电机做驱动，通过程序设置控制电机转动角度、转动速度，从而精准控制阀门内的密封板位移距离和位移速度，做到真空系统要求滑动阀打开时，速度慢一点，阀门逐渐打开，减少对后续真空系统的冲击；而在滑动阀关闭时，速度较快，能够更好的保护真空度。
10.作为优选，所述导向装置包括两个导向杆，导向杆内侧设有滑道，密封板的两侧边分别置于两滑道内。进一步提高密封板运动的顺畅。
11.作为优选，导向杆一端连接阀座，导向杆另一端折弯构成限位端部。限位端部作为阀门关闭时，密封板位移距离的保护措施。
12.作为优选，密封板的移动前端设有滑动轮，所述滑动轮前端侧边和密封板前端侧边齐平。
13.作为优选，密封板靠近移动前端部位设有滑动轮，所述滑动轮嵌入密封板内。
14.优化措施中，设置滑动轮进一步引导密封板位移。滑动轮前端侧边和密封板前端侧边齐平，或滑动轮嵌入密封板内都是为了密封板隔断时前端的紧密性。
15.常用的导向有：(1)导板导向(2)导柱导向(3)导向板导向(4)导向块导向(5)靠背块导向。本装置采用两个导向杆，导向杆内侧设有滑道，密封板的两侧边分别置于两滑道内。前半段由滑道来导向，导向杆沿着滑道的路径走，带动密封板向左做直线运动。到后半段，密封板依靠导向杆和滑动轮实现在向左运动的同时还往前运动，压住密封圈，确保密封的同时，进一步提高密封板运动的顺畅。
16.作为优选，丝杆和密封板的连接处设有偏转装置，所述偏转装置包括偏心块支撑座、偏心块、导向销轴，偏心块支撑座连接丝杆，偏心块支撑座和密封板末端设有凹槽，凹槽内设有所述偏心块，偏心块、偏心块支撑座、密封板末端通过导向销轴贯通后转动连接。偏转装置使得丝杆推动密封板时，可以前后方向小幅度的转动，存在容错偏差，防止部件连接时微小偏转造成运动时的摩擦或磨损，提高设备寿命。
17.作为优选，阀座内设有通气口，通气口连接有真空规，通气口和真空规连接处设有真空卡箍固定。
18.作为优选，驱动电机为直线丝杆步进电机。
19.直线丝杆步进电机是以混合式步进电机作为动力源，将螺纹传动组件与电机转子结合在一起，将电机旋转运动转化为直线运动。直线丝杆步进电机的传动机构减少了插补滞后的问题，定位精度、重复精度、绝对精度，通常都会较“旋转伺服电机配合滚珠丝杠”高，且容易实现。直线丝杆步进电机定位精度可达
±
0.02mm。
20.从速度上和加速度的对比上，直线丝杆步进电机具有相当大的优势，直线丝杆步进电机速度可达300m/min，加速度10g；滚珠丝杠速度为120m/min，加速度为1.5g。而且直线丝杆步进电机在成功解决发热问题后速度还会进一步提高，而“旋转伺服电机和滚珠丝杠”在速度上却受到限制很难再提高较多。
21.直线丝杆步进电机因运动部件和固定部件间有安装间隙，无接触，不会因动子的高速往复运动而磨损，长间使用对运动定位精度无变化，适合高精度的场合。滚珠丝杠则无法在高速往复运动中保证精度，因高速摩擦，会造成丝杠螺母的磨损，影响运动的精度要求，对高精度的需求场合无法满足。
22.丝杆步进电机可以按特定指令进行角度控制,也可以进行速度控制，滑动阀经过多次运动之后，其部件可能有轻微位移或变形，此时原本的角度可能导致无法完全封闭真空，此时可以通过适当改变阀门角度，可改善或消除滑动阀老化引起的影响。同时由于质谱主机真空系统对阀门打开与关闭的速度要求不一样，丝杆电机可以通过输入的信号来调整运动速度，减少对真空系统的影响，而气缸无法做到这一点。
23.一种用于icp-ms的真空系统，包括第一级真空室、第二级真空室、第三级真空室，第一级真空室、第二级真空室之间设有上述阀门装置，第一级真空室联通机械泵，第二级真空室、第三级真空室联通扩散泵或涡轮分子泵。
24.由于从icp来的是一种高温高速离子流，为了更好的将离子流从高温、常压的环境中采集到常温、真空的质谱主机中，同时不改变离子的状态，icp-ms通常由三级真空系统工作来实现高真空度：第一级在两锥之间用一个机械泵抽走大部分气体，抽空压力为1.5mbar；第二级主要承担几个离子透镜的真空要求，经分离锥进来的离子聚焦成一个方向进入分离检测系统，由滑动阀将第一级与第二级真空隔离，这里真空度约为10～4mbar；第三级真空是质量分析器和检测器，由差分孔将第二级与第三级真空隔离，要求真空度更高为10～6mba，第二、三级真空通常用扩散泵或涡轮分子泵来实现。
25.作为优选，第一级真空室和机械泵之间设置连接管相连，所述连接管呈细长形。第一级真空室采用一个机械泵,大量被提取的气体在此级排出，泵速较低。因此，设计一个长而细的连接管，不致引起真空室中的泵速损失过多。
26.有益效果：
27.(1)本实用新型控制电机输出信号，实现对阀门位移速度、位移距离的精准控制，相比气缸动作的精度更高，且容易实现。
28.(2)高精度控制，减少对仪器真空系统的冲击，提升仪器的使用寿命与稳定性，使真空系统更可靠。
29.(3)改变气缸的控制方式，采用价格更加低廉的丝杆电机控制，同时取消了气缸控制方式中的气路部分，减少了气体消耗，同时降低了成本。
30.(4)采用电机控制，直线丝杆电机因运动部件和固定部件间有安装间隙，无接触，不会因动子的高速往复运动而磨损，长时间使用对运动定位精度无变化，适合高精度的场合。不会发生气路泄露等问题，提升仪器动作的可靠性。
附图说明
31.图1是本实用新型中阀门装的结构示意图。
32.图2是本实用新型中真空系统的结构示意图。
33.图中：
34.阀门装置1、第一级真空室21、第二级真空室22、第三级真空室23；
35.阀座11、丝杆12、密封板13、滑动轮131、驱动电机14、导向杆15、限位端部151、偏心块支撑座161、偏心块162、导向销轴163、真空规17、真空卡箍18。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
37.实施例：
38.本实用新型提供了一种用于icp-ms的阀门装置，阀门装置1设于icp-ms仪第一级真空室21与第二级真空室22之间。阀门装置1包括阀座11，阀座内设有丝杆12，丝杆一端连接密封板13，丝杆另一端连接驱动电机14，阀座还连接导向装置，所述密封板置于导向装置内滑动构成第一级真空室与第二级真空室之间的联通或分隔。所述导向装置包括两个导向
杆15，导向杆内侧设有滑道，密封板的两侧边分别置于两滑道内。导向杆一端连接阀座，导向杆另一端折弯构成限位端部151。驱动电机为直线丝杆步进电机。
39.上述导向装置确定了密封板的运动路径。密封板上还可以增加一个导向措施，即在密封板上设置导向轮，起到前导向作用。
40.具体设置如下：密封板的移动前端设有滑动轮131，所述滑动轮前端侧边和密封板前端侧边齐平。
41.滑动轮还可以采用另一种实施方式，密封板靠近移动前端部位设有滑动轮131，所述滑动轮嵌入密封板内。
42.丝杆和密封板的连接处设有偏转装置，所述偏转装置包括偏心块支撑座161、偏心块162、导向销轴163，偏心块支撑座连接丝杆，偏心块支撑座和密封板末端设有凹槽，凹槽内设有所述偏心块，偏心块、偏心块支撑座、密封板末端通过导向销轴贯通后转动连接。偏转装置使得丝杆推动密封板时，可以前后方向小幅度的转动。
43.阀座内设有通气口，通气口连接有真空规17，通气口和真空规连接处设有真空卡箍18固定。真空规测量第一真空室，采样锥和截取锥间真空度。
44.本实用新型中驱动电机采用直线丝杆步进电机，丝杆中的螺纹传动组件和电机转子有隙结合，将电机旋转运动转化为丝杆的直线运动。当需要阀门动作时，通过控制电路输出一个脉冲信号，步进电机接收到一个脉冲信号,它就按设定的方向转动一个固定的角度即步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的。还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机控制丝杆速度最快可300m/min，加速度10g，定位精度可达
±
0.02mm。
45.本实用新型还提供了一种用于icp-ms的真空系统，包括第一级真空室21、第二级真空室22、第三级真空室23。第一级真空室、第二级真空室之间设有上述阀门装置1，第一级真空室联通机械泵，第二级真空室、第三级真空室联通扩散泵或涡轮分子泵。第一级真空室和机械泵之间设置连接管相连，所述连接管呈细长形。
46.第一级真空室内主要是接口，接口部分为采样锥和截取锥组成双锥提取系统，完成常压到高真空的阶梯过渡。控制压力在10-2
pa,由机械泵维持。
47.第二级真空室内为离子传输区，控制压力在10-4
pa，由扩散泵或涡轮分子泵实现。
48.第三级真空室内为四级杆和检测器，控制压力在10-6
pa，由扩散泵或涡轮分子泵实现。