模块化气相色谱仪的制作方法

专利名称：模块化气相色谱仪的制作方法
模块化气相色棘相关申请的交叉引用本申请要求2005年9月2日提交的美国临时专利申请No. 60/713,986 的权益，在此通过引用将所述临时申请的全部内容包含在本申请中。
背景技术：
色谱法是将化合物(溶质)的混合物分离成单独的成分。所述分离 允许混合物的全部或部分组成得以确定。在气相色i普法中，4吏用气相色 谱仪(通常称为"GC")来分离和确定气体混合物的成分的量。气相色 镨仪通过取得待分析的气体混合物样本，将所述样本注入到比如氦或氩 的载气流中，来执行这些功能，所述载气流携带所述气体样本通过一个 或多个填充有非常精细颗粒材料的管道(称为柱)。这种材料的每个颗 粒都涂覆有由液体形成的薄膜，所述薄膜控制气体样本的不同成分被所 述具体材料吸附和脱附的速率。吸附和脱附速率对于各不同成分也是不 同的。由于这种吸附和脱附速率的不同，与一种气体或气体的一个成分 有关的特定气体分子将比一些其它成分更快地离开柱。这种成分分离的 过程允许位于柱末端处的检测器确定存在于混合物中的具体成分的量。具有模块化结构的气相色镨仪是现有技术中公知的。模块化气相色 镨仪的例子在Haruki等人的美国专利No. 4，044，593 、 Manfredi等人的 美国专利No. 5，105，652、Aimino等人的美国专利No. 5,340,543和Sittler 等人的美国专利No. 5,808,179中公开。可野外安装的气相色镨仪也是现 有技术中已知的。可野外安装的气相色谦仪的例子包括Hikosa等人的 美国专利No. 6,004,514和Muto等人的美国专利No. 6,598,460。传统的可野外安装的气相色镨仪是相当大和/或复杂的设备。传统的 可野外安装的气相色镨仪的大小和复杂性使它们难以安装、操作和维 修。此外，典型的可野外安装的气相色镨仪没有允许操作人员观察气相 色镨仪操作的综合显示器。如果传统的可野外安装的气相色镨仪具有显 示器，那么所述显示器一般安装在与气相色镨仪的柱和其它构件的外壳 分开的外壳内。模块化气相色镨仪一般不宜在野外安装并常常有减少的功能性。基于上述原因，本技术领域需要具有显示器、模块化结构和增加的 功能性的更紧凑且对使用者更友好的可野外安装的气相色谱仪。发明内容根据本发明，提供了 一种用于分析气体的模块化可野外安装的气相 色谱仪。所述气相色镨仪包括具有主体的外壳，所述主体在其中形成有 检修孔。所述主体包括用于将所述气相色谱仪安装到支柱的底座。帽盖 设置在所述检修孔之上并以可拆卸方式紧固到所述主体。进样模块紧固 到所述外壳。所述进样模块包括用于连接到气体管线的进样连接器，气 体通过所述气体管线供应到所述气相色镨仪。分析模块设置在所述外壳 的内部并以可释放的方式紧固到所述进样模块。所述分析模块包括气相色谦(GC)模块和电子装置模块。所述GC模块具有用于分离气体成 分的分离装置和用于检测气体成分的检测器。所述电子装置模块连接到 所述GC模块并包括微处理器，所述微处理器能操作用于从所述检测器 接收信号。当将所述帽盖从所述主体取下、并将所述分析模块从所述进 样模块脱开时，可以将所述分析模块作为单独的单元通过所述检修孔从 所述外壳取下。


本发明的特征、方面和优点根据以下描述、所附权利要求和附图将 会变得更好理解，在附图中图l是气相色镨仪的透视图，其一部分被切除以更好地示出其内部 特征；图2是气相色镨仪的一个前部透视图；图3是气相色镨仪外壳的一部分的侧视图；图4是气相色镨仪一部分的剖面图，图示了主底座和安装有连接器 组件的第一通信突出件；图5是气相色语仪天线模块的分解图；图6是气相色镨仪屏蔽板的剖面图；图7是气相色谱仪进样模块的侧视图；图8是进样模块的连接机构的侧视图；图9是进样模块的进样板去掉后的进样模块的端面图；图IO是固定到气相色镨仪的分析模块上的进样模块的透视图；图11是分析模块的分解图；图12是分析模块的透视图，其中加热室外軍位于柱模块上方；图13是没有安装电学流动控制装置的气相色镨仪的主歧管板的底 部透视图；图14是其上安装有电学流动控制装置的主歧管板的顶部透视图；图15是气相色谱仪的次歧管板的顶部透视图；图16是安装到次歧管板的隔离件和加热板的顶端透视图；图17是气相色谱仪GC模块的阀组件的透视图；图18是阀组件的第二阀板的顶部平面图；图19是沿图18中的线A-A取得的第二阀板的剖面图；图20是沿图18中的线B-B取得的第二阀板的剖面图；图21是沿图18中的线C-C取得的第二阀板的剖面图；图22是沿图18中的线D-D取得的第二阀板的剖面图；图23是阀组件的第一GC阀的一部分的示意图，其中第一GC阀处 于反沖模式；图24是第一GC阀的一部分的示意图，其中第一GC阀处于注入模图25是GC模块的柱组件的透视图； 图26是柱组件的巻线筒的透视图； 图27是GC模块的透视图；图28是GC模块的阀组件的检测器板的顶部平面图；图29是安装到检测器板的印刷电路板组件的底部平面图；图30是分析模块的分析处理器组件的透视图；图31是卸掉外壳的后检修盖的气相色镨仪的后面端视图，该图示 出安装在外壳内的终端组件的外侧；图32是卸掉外壳的前检修盖并且卸除掉外壳内的分析模块的气相 色谱仪的前面端视图，该图示出安装在外壳内的终端组件的里侧；图33是被分成有RFI/EMI防护的分隔间和没有RFI/EMI防护的分 隔间的气相色i普仪的示意图；图34是分析处理器印刷电路组件、主CPU、终端组件和显示印刷 电路组件的相互连接的示意图；图35是分析处理器印刷电路组件的示意图；图36是气相色谱仪的主电子装置组件的侧面正视图；图37是显示印刷电路组件的外侧的前部平面图；图38是气相色镨仪的图形用户界面(GUI)的窗口；图39是GUI的NGC菜单窗口 ；图40是GUI的分析器控制窗口 ；图41是当阀组件处于"反冲模式"时，样本气体和栽气通过气相 色镨仪的流动路径的示意图；图42是当阀组件处于"注入模式"时，样本气体和栽气通过气相色镨仪的流动路径的示意图；图43是连接到放大器电路的第一基准TCD和第一传感器TCD的 示意性电气图；图44是进样模块的连接机构的侧视图，所述连接机构的一部分被 切除以给出剖面图；图45是由图44中圆圏"A"标示的连接机构的放大部分的剖面图；和图46是由图45中圆圏"B"标示的连接机构的放大部分的剖面图。
具体实施方式
应当注意，在下述的详细说明中，相同的部件具有相同的标号，而 与它们是否在本发明的不同实施方式中示出无关。此外应当注意，为了 清楚和简要地公开本发明，附图可能不一定按比例给出，并且本发明的 某些特征可能以某种示意的形式示出。以下是说明书中使用的首字母缩写词列表以及它们各自的含义"CPU"指"中央处理单元"；"DSP"指"数字信号处理器"；"GC"指"气相色镨仪"；"MMU"指"存储管理单元"；"PCA"指"印刷电路组件"；"PCB"指"印刷电路板"；"RISC"指"精简指令集计算"；"TCD"指"热导传感器"；和"USART"指"多信道通用串联异步收发器"。当在本文中使用时，术语"印刷电路板"(或PCB)指可以在其上 安装电子部件并且具有布置在非传导底板上的传导通路或迹线的薄板。 术语"印刷电路板，，(或PCB)包括刚性的电路板，以及柔性或稍带柔 性的电路板，即柔性电路或刚性-柔性电路。本发明涉及具有紧凑和模块化结构以及改善的操作特征的气相色 镨仪IO。所述气相色镨仪10适宜在野外安装，靠近想要分析的气源， 比如天然气。所述气相色镨仪10适宜用在恶劣的和易爆炸的环境中。 更具体地，所述气相色镨仪10是防爆的并且具有NEMA 4X等级。现 在参考图1，气相色镨仪10 —般包括围住进样模块14的外壳12、分析 模块16、具有主CPU24的主电子装置组件18、分析处理器组件20和 终端组件21。I.外壳当在本文中对外壳12的部件使用相对位置术语比如"前"、"后" 等时，是指在图1的气相色镨仪10的位置时各部件的位置。使用这种 相对位置术语仅仅为了便于描述而不意味着限定。现在同样参考图2到图4，外壳12包括具有前后检修孔的圆柱形主 体部分22，所述前后检^f务孔分别由可拆卸的前后检^"盖28、 30封闭。 主体部分22具有整体式结构并且由比如铝或钢的铸造金属制成。主体 部分22具有分别限定前后检修孔的带螺紋的前后轴环34、 36。主体部 分22的内表面限定内腔38。多个安装耳40绕主体部分22的圆周接合 到主体部分22的内表面、并向内延伸到内腔38。主底座42、进样突出 件44、第一和第二通信突出件46、 48以及一个或多个导管突出件50 接合到主体部分22并从主体部分22向外延伸。现在具体参考图4，主底座42是圆柱形的并从主体部分22的中间 部位的底部竖直向下延伸。所述底座的内表面限定出圆柱形空腔54，用 于接收支撑气相色镨仪的管或其它结构。接地片56附接到底座的外部 用于电学连接到与地面电学连接的电线或电缆。带螺紋的通气通道穿透 主体部分22并进入外壳12的内腔38。通气/排水阀60拧入通气通道。 在这种方式下，当气相色镨仪10安装到管上时，通气/排水阀60位于 管内因而与外部环境隔开。第二通信突出件48是圆柱形的并从主体部分22的顶部向上延伸。 第二通信突出件48的内表面帮助限定内部通道，所述内部通道穿透主 体部分22并进入外壳12的内腔38。所述内表面具有内螺紋，所述内螺 紋将天线模块66 (在图5和33中示出)固定到第二通信突出件48。天 线模块66能够发射和接收无线电频率(RF)能量。尽管天线模块66 安装在外壳12外，但天线模块66不具有典型的"架空型"结构，在架 空型结构中，天线通过由软线或者刚性或半刚性金属导体组成的单个导 电元件延伸到空中，通常称作鞭状天线。现在参考图5，天线模块66包 括NPT旋塞76，所述旋塞76包括具有外螺紋的主体，所述外螺紋与第 二通信突出件48的内螺紋配合。固定到塑料板72的天线74例如通过 包覆成型固定到旋塞76。天线74可以是微带天线、平面倒"F"天线 (PIFA)或弯折线天线。微带天线使用印刷电路板制造技术构造。 一种 微带天线是以堆叠关系包括地面、介质基板和金属天线单元的贴片天 线。弯折线天线是消除了基于自由空间波长的共振频率与天线物理长度 之间传统关系的慢波结构。弯折线天线典型地包括环形天线和一个或多 个调频弯折线路。弯折线路是具有形成蜿蜒结构的 一 系列并联元件的传 导通路。典型的弯折线天线包括两个从地面延伸的竖直导体和在地面上 方隔开并在两个竖直导体之间延伸的水平导体。所述竖直导体通过两个 弯折线耦合器分别连接到水平导体。弯折线耦合器可以具有可控制调节 的长度，用于改变天线的特征。可以用于天线74的弯折线天线的例子 在美国专利No. 5，7卯，080和6,741,212中公开，这两个专利在此通过引 用将它们的内容包含在本文中。可以用于天线74的弯折线天线的商业 例子是可从SkyCross获得的5.8 GHz WLAN天线。天线74通过多层 印刷电路板78连接到PCB底座RF连接器79，所述连接器79与终端 组件21连接。塑料盖68固定到板72盖住天线74。所述盖68可以用灌 封化合物70填充。回头参考图4,第一通信突出件46是圆柱形的并从主体部分22的 底部倾斜地向下延伸。第一通信突出件46的内表面帮助限定穿透主体 部分22进入外壳12的内腔38的通道。内表面具有内螺紋，所述内螺 紋用于将连接器组件80固定到第一通信突出件46。连接器组件80包体连接器82、帽盖84和底座86。连接器82具有 通信端口 88，所述通信端口 88在环形凸缘处连接到具有外螺紋的主体。通信端口 88是通用串行总线(USB)端口。可替代地，通信端口 88可 以是RS-232或RS-485端口 。所述通信端口 88通过电线连接到终端组 件21。帽盖84是圆柱形的并在下部开口周围设置环形凸缘。帽盖84 的内表面包含内螺紋。帽盖84可以用链子90连接到主底座42,以免取 下帽盖84后放错地方。所述底座86具有通过环形凸缘连接到靠外部分 的靠内部分。所述靠内部分包括外螺紋，所述外螺紋用于配合第一通信 端口 46的内螺紋，以将底座86以可拆卸方式固定到第一通信端口 46。 所述靠外部分具有内螺紋，所述内螺紋用于配合连接器82的外螺紋， 以将连接器82以可拆卸方式固定到底座86。此外，所述靠外部分具有 外螺紋，所述外螺紋用于配合帽盖84的内螺紋，以将帽盖84以可拆卸 方式固定到底座86。当连接器82固定到底座86时，连接器82的凸缘 抵接底座86靠外部分的端面，并且当帽盖84固定到底座86时，连接 器82处于帽盖84内，并且帽盖84的凸缘抵接底座86的环形凸缘。回头参考图1，后检修盖30是圃柱形的并且具有前端和后端。前端 具有内螺紋，所述内螺紋用于配合后轴环36的外螺紋，以将后检修盖 30以可拆卸方式固定到主体部分22并封闭后检^^孔26。后端具有多个 间隔开的并沿圆周设置的肋状体。当旋转后检修盖30以打开或封闭后 检修孔26时，肋状体帮助操作者在后检修盖30上确立把持点。前检修盖28是圆柱形的并且有前端和后端。后端具有内螺紋，所 述内螺紋用于配合前轴环34的外螺紋，以将前检修盖28以可拆卸方式 固定到主体部分22并封闭前检修孔。前端具有多个间隔开的肋状体， 所述肋状体设置在观察开口 94圓周周围。当旋转前检修盖28以打开或 封闭前检修孔时，肋状体帮助操作者在前检修盖28上确立把持点。观 察开口 94由提供对无线电频率干扰(RFI)的屏蔽的透明屏蔽板96封 闭。导管突出件50具有用于将导管固定到外壳12的带螺紋的开口。内 部通道穿透导管突出件50并进入内腔38。当气相色镨仪10在野外安装 时，第一和第二导管可以固定到第一和第二导管突出件50，其中第一导 管引导电线进入内腔38而第二导管引导比如以太网电缆通信线路进入 内腔38。如果导管突出件未连接导管，则导管突出件50用NPT旋塞封 闭。当气相色语仪10安装在野外并在无人监管的情况下操作时，外壳 12是封闭的，即，前后检修盖28、 30固定到主体部分22，进样模块14 固定到进样突出件44，导管突出件50与导管连接或用NPT旋塞封闭， 第二通信突出件48连接到天线模块66或用NPT旋塞封闭，并且第一 通信突出件46连接到连接器组件80，并且帽盖84固定到底座86。当 外壳12如上所述封闭时，外壳12是防爆的(并且防火的)并限定唯一 的局限(contained)体积。当在本文中使用时，术语"局限体积"将指 如果爆炸发生在局限体积内，那么爆炸将不会传播到在局限体积以外的 环境中。更具体地，如果在局限体积内发生爆炸，通过外壳12的任何 缺口或开口逃溢出局限体积的气体将不会热到足以点燃局限体积以外 的分类危险场所(或可能的爆燃性气氛)。用于证明外壳是防爆或防燃 的说明书由证明机构提供，所述证明机构比如产商互助研究协会(FM)、 加拿大标准协会(CSA)、国际电工委员会(IEC)和欧洲电子标准化组 织(CENELEC)。现在参考图6，屏蔽板96包括附加一个或多个透明传导层102的一 个或多个透明片100。所述透明片IOO可以由玻璃或塑料制成，并且所 述层102可以由金属丝网和/或涂层构成。例如，在一个实施方式中， 屏蔽板96可以包括夹在一对玻璃或透明塑料片之间的金属丝网。金属 丝网由比如不锈钢的金属制成，并且可以涂覆一层或多层一种或多种其 它金属，比如镍、铜、银、黄金、铝、铬或钛或者它们的合金。金属丝 网可以具有大约0.0005到0.010英寸的电线直径并且开孔面积(相对于 丝网总面积)占大约40%到大约75%。可以用于屏蔽板的具有金属丝 网的屏蔽板的例子在美国专利No. 4，247，737、 4,826,718和5,012,041中 公开，所有这些专利在此通过引用将其全部内容包含在本发明中。在其它的实施方式中，屏蔽板96包括涂覆有至少一个透明传导性 涂层的至少一个玻璃或透明塑料片。典型地，每个传导性涂层具有介于 大约5纳米到大约300纳米范围内的厚度，并且可以由一个传导性金属 层构成，所述传导性金属比如镍、铜、银、黄金、铝、铬或钛或者它们 的合金，或可以由一个或多个这种传导性金属层连同 一个或多个金属氧 化物层组成，所述金属氧化物比如氧化锡、氧化铟、二氧化钛、氧化锌 或氧化铋。传导性金属层可以直接沉积在玻璃或塑料薄片上并且用氧化 物层覆盖，或者传导性金属层可以夹在一对金属氧化物层之间。在一个实施方式中， 一对传导性金属涂层形成在单个玻璃片的相对主表面上。 在另一个实施方式中， 一个这种传导性金属涂层沉积在第一玻璃片的主 表面上，并且金属氧化物的半导体涂层沉积在第二玻璃片的主表面上，所述金属氧化物比如氧化铟锡(ITO)或掺杂氧化锡，其中传导性金属 涂层位于两个玻璃片之间，并且半导体涂层在屏蔽板的外表面上。传导 性金属层一般在例如氩的惰性气体中通过溅射法沉积在玻璃或塑料片 上，而金属氧化物层一般在包含惰性气体和可控量氧气的气氛中通过反 应溅射法沉积到玻璃或塑料片上。可以用于屏蔽板96的具有传导性涂 层的屏蔽板的例子在美国专利No. 4，978，812、 5,147,694和5,358,787中 公开，所有这些专利在此通过引用包括在本发明内。当进行衰减分贝(dB)测量时，屏蔽板96的一些实施方式对于介 于1到10，000MHz范围中的频率提供至少30dB的衰减。在其它的实施 方式中，屏蔽板96对于介于1到10，000MHz的频率提供至少40dB的 衰减。在较小频率的范围内，比如介于l到l，OOOMHz的范围中，屏蔽 板96的一些实施方式提供至少50dB的衰减。在大约l，OOOMHz的频率 下，屏蔽板96的一些实施方式提供大于60dB的衰减。应该注意，40dB 相当于大约99%的衰减，而60dB相当于大约99.9%的衰减。尽管屏蔽板96基本上阻断了具有较低频率和较长波长的电磁波(比 如无线电、电视和手机信号)的传输，但屏蔽板96基本上允许具有较 高频率和较短波长的电磁波(比如可见光波和近红外光波)的传输。因 此，屏蔽板96具有至少50%的可见光透射率。屏蔽板96的一些实施方 式具有至少60%的可见光透射率，并且屏蔽板96的其它实施方式具有 至少70%的可见光透射率。为了提供屏蔽板96和外壳12之间的直接电学连接，可以在屏蔽板 96和前检修盖28之间围绕观察开口 94设置传导性垫團104。所述垫圏 104是可压缩的，并可以由装有金属的橡胶制成。屏蔽板96可以由扣件 或其它类型的紧固件而保持在适当的位置或者压靠勢闺104。II.进样模块现在参考图1、 3和7到10，进样模块14通过螺紋连接件以可拆卸 方式固定到外壳12的进样突出件44。当如此固定时，进样模块14的纵轴设置成与外壳12和分析模块16的纵轴垂直。进样模块14 一般包括 连接机构110和进样板112。进样板112以可拆卸方式固定到连接机构 110。
所述连接机构110由比如铝的金属制成，并且包括连接在基部116 和头部118之间的机体114。所述基部116 —般是矩形，并且具有第一 主面120和相对的第二主面124，在所述第一主面120中形成有扩大凹 槽122。放大的螺紋钻孔126穿过第二主面124进入基部116。多个内 部通道开口 128形成在第二主面124中并沿圆周设置在钻孔126的周围。 环形垫團123固定到第二主面124并具有形成在其中的孔，所述孔与内 部通道开口 128对准。 一对导柱130固定到基部116且位于钻孔126的 相对侧上，并从第二主面124向外延伸穿过垫圏。机体114有圆柱形部 分，所述圆柱形部分具有外螺紋，所述外螺紋用于配合进样突出件44 的内螺紋，以将进样模块14固定到外壳12。紧邻外螺紋的最外圏设置 凸肩，并且所述凸肩设置有用于在进样突出件44和进样模块14之间形 成密封的0型环134。多个螺紋安装开口 136设置在头部118圆周的周 围。
现在参考图44、 45和46，多个气流腔室570形成在连接机构110 中并设置成环形结构。每个气流腔室570包括内开口 571、外开口 572 和由形成在连接机构110中的螺旋状螺紋574限定的中间部分。外开口 572形成在头部118的外表面中，从安装开口 136放射状地向内形成。 螺旋状螺紋574的小螺紋直径574b是平直的。固体金属插入件576设 置在各气流腔室570中。每个插入件576包括具有平滑外表面的靠里部 分和具有形成有螺旋状螺紋578的外表面的靠外部分。各螺旋状螺紋 578的大螺紋直径578a是平直的。在各插入件576的靠里部分中，纵向 通道580穿透插入件576的靠里端部，并与穿过插入件576的内部横向 通道582相交。纵向通道580连接到流动路径583,所述流动路径583 穿过连接机构110到达基部116中的内部通道开口 128。在每个插入件 576的螺旋状部分，螺旋状螺紋578被平滑外表面带断开。外部横向通 道584在所述平滑的外表面带穿过每个插入件576。在每个插入件576 中，纵向通道585与外部横向通道584相交，并且通向形成在插入件576 外端中的扩大钻孔586。每个插入件576的靠外端部凹进其相应的气流 腔室570中，以在紧邻外开口 572处形成内部环形台阶。在每个气流腔室570和插入件576的组合中，连接机构110的平直 小螺紋直径574b与插入件576的小螺紋直径578b协作形成内流动通道 588，而连接机构110的大螺紋直径574a与插入件576的平直大螺紋直 径578a协作限定外流动通道590。所述外流动通道590 "^殳置为比所述内 流动通道588在径向上靠外。所述外流动通道590和内流动通道588两 者在内和外横向通道582、 584之间延伸并且连接到所述内和外横向通 道582、 584。因此，对于每个气流腔室570和插入件576组合，来自流 动路径583的样本气流进入纵向通道580,行进到内横向通道582，然 后分成二个气流分别行进穿过内和外流动通道588、 590。所述两个气流 在外横向通道584中重新聚合，行进穿过纵向通道585到达扩大钻孔 586，并通过外开口 572离开气流腔室570。当然，进入外开口 572的排 出气体经历相同的路径，但是方向相反。
应当理解，每个气流腔室570和插入件576的组合提供两个火焰路 径，即内和外流动通道588、 590。这两个火焰路径提供两倍于传统火焰 路径即10密尔ID管的横截面面积。此外，所述两个火焰路径提供比传 统火焰路径大很多的气流表面积。这增加的表面面积导致溢出气体(在 内部爆炸的情况下)的更大冷却，从而在火焰抑制上提供更宽的安全余 量。
气流腔室570的外开口 572位于形成在头部118中的盘形凹部594 中。单个盘形垫圏144 (图9中示出)固定在凹部594中，并具有与外 开口 572对准的开口。盘形过滤器146 (图9中示出)设置在作为样本 气体输入口的那些外开口 572中。作为输出口的那些外开口 572不设置 过滤器。过滤器146支撑在由插入件576的靠外端部形成的台阶上。过 滤器146可以由垫圏144固定在适当的位置。过滤器146由具有0.5到 10微米的孔的烧结不锈钢制成。
进样板112由比如不锈钢的金属制成，且是圆柱形的，具有内端面 和外端面。多个螺紋安装开口 138绕进样板112沿圓周设置并穿透进样 板112。多个螺紋开口 140 (图3中示出)以相对于进样板112中心轴 倾斜的角度穿透进样板U2。开口 140设置成圆形形状，并设置为沿径 向比安装开口 138靠内。对于每个开口 140，紧邻开口 140，在外端面 中做出标识开口的不可擦除标记。举例来说，开口 140a可以是分别标记为Sl、 S2、 S3、 S4的样本输入口 1到4,以及标记为CAR的载气输 入口；并且开口 140b可以是分别标记为CV1、 CV2的柱出口 1、 2，标 记为SOV的样本出口 ，以及标记为GPV的仪表端口出口 。所述标记可 以通过光、电化学或激光蚀刻制成。装配组件142分别固定在开口 140 中，用于分别将管连接到开口 140。每个装配组件142可以是包括凸螺 母和套團的压合装配。所述凸螺母能通过螺紋方式固定在开口 140中并 从其中向外延伸，而套圏设置在开口 140中并由凸螺母压紧。管的端部 穿过凸螺母和套團，并且所述端部通过套圏的压紧而在开口 140中保持 适当的位置。因此开口 140以倾斜的角度设置，所述装配组件142从进 样板112倾斜地向外延伸，这样为用手或使用工具接近装配组件142提 供更多的空间。
进样板112中的安装开口 138对准头部118中的开口 136，因此能 够通过在对准的安装开口 136、 138中以螺紋方式设置螺钉148而将进 样板112固定到连接机构110。当将进样板112固定到连接机构110时， 开口 140分别与连接机构110中的外开口 572对准，从而形成在基部116 的内部通道开口 128和进样板112的开口 140之间、穿过进样模块14 的进气路径和排气路径。更具体地，进气路径包括样本流路径1到4和 载气路径，而排气路径包括样本排气路径和仪表端口出口路径。垫圈144 在开口 140周围密封进样板112和连接机构110之间的相接处。
进样模块14包括进气加热组件，所述进气加热组件包括筒式加热 器150、温度传感器152和热控开关或热断路器154。所述筒式加热器 150固定在管道内部，所述管道纵向延伸到连接机构110的机体114中， 并且在紧邻基部116的凹槽122处设置有开口 。所述温度传感器152设 置在形成于连接机构110的机体114中的钻孔中，并紧邻筒式加热器 150。所述热断路器154固定在基部116的凹槽122内。进气加热组件 连接到分析处理器组件20的分析PCA 160。分析PCA 160根据温度传 感器152感测的温度控制筒式加热器150的操作。如果基部116的温度 超过最高温度，那么热断路器154跳闸，切断对筒式加热器150的供电。 当基部116的温度下降到较低的复位温度时，热断路器154自动复位， 并给筒式加热器150供电。
进样模块14的结构有许多好处。提供单独的活动进样板112允许气相色谱仪10利用不同的样本接口。更具体地，进样板112能够卸下， 并由对于具体气相色镨仪的安装来说更合适或更期望的另 一种类型的 进样板替代。例如，如果希望使用具有O形环连接件的排出管和进入管， 那么可以使用具有O形环装置的第 一替代进样板(未图示)代替进样板 112。此外，如果想要样本调节系统而又没有提供该系统，那么可以使 用在其上安装有样本调节系统的第二替代进样板代替进样板112 (或第 一替代进样板)。将进样板112卸下并使用第一替代进样板或第二替代 进样板的替代能够以快速而简单的方式进行，而不用将整个进样模块14 与分析模块16断开连接或者将整个进样模块14从外壳12上卸下。进 行替换时只要简单的旋开螺钉148,替换进样板，然后再拧上螺钉148 即可。
应当理解，进样板112可以通过浮动连接件或对扣连接机构固定到 连接机构110,来代替如所图示和描述地通过螺钉148连接到连接机构 110。
当在本文中对分析模块16、主电子装置组件18、分析处理器组件 20和终端组件21的部件使用相对位置术语比如"顶"，"底"等时，是 指在图12的分析模块16的位置情况下的部件位置。这种相对位置术语 仅仅用于方便描述而不意味着限制。
III.分析模块
现在参考图11和12,分析模块16 —般包括歧管模块162、气相色 谱(GC)模块164、加热室外軍166、杜瓦瓶356和分析处理器组件20。
歧管模块
歧管模块162—般地包括主歧管板170、次歧管板172、隔离件174 和加热板176。
现在参考图13、 14和15，主和次歧管板170、 172都由比如铝的金 属制成。垫圏192设置在主和次歧管板170、 172之间。主歧管板170 包括具有主面178a的舌状部178，所述主面178a适合与进样模块14 中基部116的第二主面124接合。扩大的主安装孔196穿透舌状部178。 在主面178a中形成一对导孔179和多个流体开口 181，并且所述导孔和开口设置在主安装孔196周围。当主歧管板170固定到进样模块14时， 流体开口 181连接到进样模块14中的内部通道开口 128用于流体在它 们之间流过。在主歧管板170中形成多个内部流体通道，以形成第一内 部通道网络，所述第一内部通道网络连接到流体开口 181。
放大的埋头主安装孔198形成在次歧管板172中并与主歧管板170 中的主安装孔196对准。主安装孔196、 198用于将分析模块16安装到 进样模块14，这将会在后面进一步讨论。中心安装孔200穿透次歧管板 172并沿次歧管板172的中心轴设置。多个螺紋安装孔202形成在主歧 管板中，并且多个相对应的安装孔204形成在次歧管板172中。主歧管 板170通过螺钉206固定到次歧管板172，所述螺钉206穿过次歧管板 172中的安装孔204并能通过螺紋方式接收在主歧管板170中的孔202 中。多个内部流体通道形成在次歧管板172中以形成第二内部通道网络。 当主和次歧管板170、 172固定在一起时，主歧管板170的第一内部通 道网络连接到与次歧管板172的第二内部通道网络用于流体在它们之间 流动。
电学流动控制装置210固定到主歧管板170并连接到第一内部通道 网络，用于控制载气(比如氦)和样本气体(比如天然气)向GC模块 164并且更具体地向阀组件180的流动。所述流动控制装置210包括进 样阀212、关闭阀214、导阀216以及第一和第二压力调节器阀218、220。 所述流动控制装置210电学连接到分析处理器组件20的分析PCA 160， 并由所迷分析PCA160控制。进样阀212是三通常闭电磁驱动阀，其有 选择地控制样本气体从样本进入通道到第一和第二 GC阀188、 l卯的 流动。关闭阀214是三通常开电磁驱动阀，其控制气体从进样阀212到 第一和第二 GC阀188、 190的流动。导阀216是四通磁性锁闭电磁驱 动阀，其气动地控制第一和第二 GC阀188、 l卯的启动。第一和第二 压力调节器218、 220是比例电磁阀，用于控制供应到第一和第二 GC 阀188、 190的栽气的压力。假设关闭阀214是打开的，其中一个进样 阀212的启动将使得来自与启动的进样阀212相关联的样本线的气体被 提供到第一和第二 GC阀188、 l卯。
现在参考图16，隔离件174是由绝缘材料比如绝缘塑料或陶资制成。 在一个实施方式中，隔离件174由氯化聚氯乙烯(CPVC)制成，氯化聚氯乙烯具有好的绝缘性并且耐热耐化学腐蚀。隔离件174包括圆柱体， 所述圆柱体具有设置在所述隔离件174上端的环形凸缘。埋头钻孔沿着 隔离件174的中心轴延伸穿过隔离件174。具有螺紋插入件的多个安装 孔(或螺紋孔)延伸穿过隔离件174，并且设置在埋头钻孔的周围。隔 离件174通过具有凹头的单个螺栓固定到次歧管板172，所述螺栓延伸 穿过埋头钻孔、次歧管板172中的中心安装孔200进入主歧管板170的 螺紋钻孔中。隔离件174隔开次歧管板172上方的加热板176，并且限 制加热板176与次歧管板172之间的热传递。用于样本气体、栽气、排 出气体等的内部流动通道延伸穿过隔离件174，并形成第三内部通道网 络，所述第三内部通道网络连接到次歧管板172的第二内部通道网络。
加热板176由铝或其它传导性金属制成，并且包括连接到具有环形 凸缘230的一般为圆柱形的基座228的一般为圆柱形的支柱226。多个 安装孔设置在基座228的周围并纵向延伸穿过基座228。 一对轴承232 安装在轴孔里，所述轴孔形成在基座228侧表面的沿直径相对的部分中。 筒式加热器234安装在延伸穿过基座228侧表面的过道中。所述筒式加 热器234电学连接到分析处理器组件20中的分析PCA 160，并由所述 分析PCA160控制。放大的纵向延伸通道236形成在基座228中并延伸 穿过凸缘230。通道236容纳将GC PCBA 184连接到分析处理器组件 20的带状电缆237 (在图34中示意性地示出)。加热室温度传感器238 (图12中示出和图35中示意性示出)安装在形成于基座228中的钻孔 中，并位于通道236中。带螺紋的中心钻孔240形成在加热板176的支 柱226中，并沿所述支柱226的中心轴延伸。从中心钻孔240向外，一 对样本导管形成在支柱226中并在其中纵向延伸。每个样本导管包括狭 窄的入口部分和扩大的主体部分，所述扩大的主体部分由螺旋形地螺紋 内壁限定。由金属制成的圆柱形插入件242 (图16中示出)设置在样本 导管的主体部分中。在各个样本导管中，带螺紋的内壁与插入件协作限 定延伸穿过加热板176的螺旋状样本通道244。螺旋状样本通道244通 过阀组件180中的样本压力传感器246串联连接，如图41和42示意图 示的。互相连接的螺旋状样本通道244增加样本气体在加热板176中的 停留时间，从而改善样本气体的受热。不规则垫圏248由销固定到支柱 226的上端表面。加热板176由螺钉250固定到隔离件174，所述螺钉 250延伸穿过加热板176中的固定孔并且能通过螺紋方式接收在隔离件174中的固定孔中。螺旋状的样本通道244与用于载气、排出气体等的 其它内部流动通道一起延伸穿过加热板176，并形成第四内部通道网络， 所述第四内部通道网络连接到隔离件174的第三内部通道网络。
用于与杜瓦瓶356啮合的帽盖358固定到次歧管板172。帽盖358 由塑料制成并包括圆柱形外侧壁360，所述圆柱形外侧壁360在圆边处 连接到环形端壁362。外侧壁360的内表面是带螺紋的。所述端壁362 的中心部分具有凹入的外表面和延伸穿过其中的多个孔。圆柱形内壁 364连接到端壁362的内表面并从那里向上延伸。具有多个形成在其中 的孔的金属卡环366设置在内壁364的径向向内处，并邻接端壁362中 心部分的内表面。螺钉368延伸穿过卡环366和帽盖358中的孔并且接 收在次歧管板172中的螺紋开口中，从而将卡环366以及因此将帽盖358 固定到次歧管板172。
GC模块
GC模块164 —般包括阀组件180、柱组件182、 GC PCBA 184和 盖板186。图27图示了完全组装的GC模块164。
用于样本气体、载气、排出气体等的多个内部流动通道延伸穿过阀 组件180并形成第五内部通道网络，所述第五内部通道网络连接到加热 板176的第四内部通道网络。第五内部通道网络包括第一和第二GC阀 188、 l卯。
现在参考图17，阀组件180包括第一阀板252、第二阀板254、第 三阀板256和检测器板258。第一阀板252有圆柱形侧表面和上部端面 和下部端面。第一隔板260设置在第一阀板252的上部端面和第二阀板 254的下部端面之间，而第二隔板262 i殳置在第二阀板254的上部端面 和第三阀板256的下部端面之间。垫圉264设置在第三阀板256的上部 端面和检测器板258的下部端面之间。笫一阀板252、第二和第三阀板 254、 256和检测器板258同轴设置并由多个螺钉266固定在一起，所述 螺钉266延伸穿过盖板186、 GCPCBA184、检测器板258以及第二和 第三阀板254、 256，并且能通过螺紋方式接收在第一阀板252中的开口 中。第一阀板252以及第二和第三阀板254、 256基本上具有相同的直 径，以形成用于柱组件182的心轴268。心轴268具有比检测器板258小很多的直径。在这种方式下，当柱组件182安装到心轴268时，柱组 件182抵靠检测器板258下部端面的环形部分，所述检测器板258从心 轴268沿径向向外设置。阀组件180通过细长的螺栓270固定到加热板 176，所述螺栓270延伸穿过盖板186、 GCPCBA184和阀组件180的 中心，并能通过螺紋方式接收在加热板176的中心孔240中。
第一阀板252的上部端面、第一隔板260和第二阀板254的下部端 面协作限定第一 GC阀188 (在图41和42中示意示出)，而第二阀板 254的上部端面、第二隔板262和第三阀板256的下部端面协作限定第 二GC阀190 (在图41和42中示意示出)。每个GC阀188、 190都具 有端口 1到10 (见图41和42)。第一GC阀188的端口 1到10形成在 第一阀板252中，而第二 GC阀l卯的端口 1到10形成在第三阀板256 中。第一和第二GC阀188、 190各有两个模式，即"注入"模式和"反 冲"模式。
现在参考图18到22，所述第二阀板254是圆柱形的并分别包括上 部端面和下部端面。中心钻孔271沿阀板254的中心轴延伸穿过阀板 254。从中心孔271沿径向向外，环形的上部歧管凹槽272形成在上部 端面254a中，环形的下部歧管凹槽273形成在下部端面254b中。所述 上部歧管凹槽272连接到内部第一载气通道267，而下部歧管凹槽273 连接到内部第二栽气通道269。第一和第二载气通道连接到导阀216用 于从那里接收载气。所述导阀216—次仅将载气提供给第一和第二载气 通道中的一个并且因此仅提供给上部和下部歧管凹槽272、 273中的一 个。当上部歧管凹槽272而不是下部歧管凹槽273提供有载气时，第一 和第二GC阀188、 l卯处于"反冲"模式。相反地，当下部歧管凹槽 273而不是上部歧管凹槽272提供有载气时，第一和第二 GC阀188、 l卯处于"注入"模式。
基本为圆形图案的椭圆形上部凹部274形成在第二阀板254的上部 端面中且位于上部歧管凹槽272的周围，并且圆形图案的椭圆形下部凹 部275形成在第二阀板254的下部端面中且位于下部歧管凹槽273的周 围。上部及下部凹部274、 275分别相互对准。第一系列的交替的上部 凹部274a连接到上部歧管凹槽272，而第二系列的交替的上部凹陷274b 连接到下部歧管凹槽273，其中在第 一 系列中的上部凹部274a由在第二系列中的上部凹部274b分隔，反之亦然。相似地，第一系列的交替的 下部凹部275a连接到上部歧管凹槽272,而第二系列的交替的下部凹陷 275b连接到下部歧管凹槽273,其中在第一系列中的下部凹部275a由 在第二系列中的下部凹部275b分隔，反之亦然。第一系列上部凹部274a 和第一系列下部凹部275a分别对准并且通过内部第一钻孔276连接， 而第二系列上部凹部274b和第二系列下部凹部275b是对准的并且通过 内部第二钻孔277连接。第一钻孔276通过内部第一通道412连接到上 部歧管凹槽272，而第二钻孔277通过内部第二通道414连接到下部歧 管凹槽273。
由于如上所述结构，当载气被供给到上部歧管凹槽272时，所述 载气被提供到第一系列上部凹部274a和第一系列下部凹部275a;而当 载气被供给到下部歧管时，所述载气被提供到第二系列上部凹部274b 和第二系列下部凹部275b。换句话i兌，当第一和第二 GC阀188、 l卯 处于"反冲，，模式时，栽气被提供到第一系列上部凹部274a和第一系 列下部凹部275a;而当第一和第二GC阀188、 190处于，，注入"模式时， 载气被提供到第二系列上部凹部274b和第二系列下部凹部275b。
现在将参考图23和24描述第一GC阀188的端口 l到10的结构 和操作。第二 GC阀l卯的端口 1到10的结构与操作将不会描述，应 当理解除了形成在第三阀板256的下部端面中之外，第二GC阀190的 端口 1到10具有基本上与第一 GC阀188的端口相同的结构与操作。 第一GC阀188的每个端口包括形成在第一阀板252中并按V字形构造 安排的一对连接器通道416、 418。连接器通道416、 418的上端分别具 有形成在上部端面252a中的开口 424、 426。连接器通道416、 418的下 端在结合点处连接在一起，所述结合点连接到进入/排出线420。开口 424、 426布置在距离第一阀板252的中心具有相同的径向距离处。端口 的开口 426和相邻端口的开口 424与下部凹部275a对准，而端口的另 一个开口 424和另一个相邻端口的开口 426与相邻的下部凹部275b对 准。因此，对于端口6和5，端口 6的开口 426和端口 5的开口 424都 与下部凹部275b对准，而端口 5的开口 426和端口 4的开口 424都与 相邻的下部凹部275a对准。
第一隔板260覆盖端口 6的开口 426和端口 5的开口 424。当载气不供给到下部歧管凹槽273并因而也不进入与端口 6的开口 426和端 口 5的开口 424对准的下部凹部275b时，来自端口 5的进入/排出管 线420的气体从端口 5的开口 424出去并使第一隔板260偏斜到下部凹 部275b中(如图23所示)，从而形成气体行进到端口 6的开口 426所 经过的行进路径。在这种方式下，端口5连接到端口6，如图41所示。 当载气被供给到下部歧管凹槽273并进入下部凹部275b中时，栽气将 第一隔板260压向端口 5的开口 424和端口 6的开口 426(如图24所示)， 从而防止来自端口 5的外部开口 424的气体行进到端口 6的开口 426。 在这种方式下，端口5与端口6断开，如图42所示。
如同能够从以上描述中理解的，根据凹部274中载气的存在与否， 每个凹部274、 275都能够操作以断开或连接其相应的GC阀188、 190 的对准端口。如上所阐述的，载气到向凹部274、 275的供应由栽气向 上部和下部歧管凹槽的供应决定，并因而由第一和第二GC阀188、 190 的模式决定。因此，当第一和第二GC阀188、 l卯处于"反冲"模式 时，栽气被提供到第一系列上部凹部274a和第一系列下部凹部275a, 这会连接第一和第二 GC阀188、 1卯的1和2、 3和4、 5和6、 7和8 以及9和10的端口对，并断开第一和第二GC阀188、 l卯的2和3、 4 和5、 6和7、 8和9以及10和1的端口对，如图41所示。当第一和第 二GC阀188、 190处于"注入"模式时，载气被提供到第二系列上部 凹部274b和第二系列下部凹部275b，这会连接第一和第二GC阀188、 l卯的2和3、 4和5、 6和7、 8和9以及10和1的端口对，并断开第 一和第二 GC阀188、 l卯的1和2、 3和4、 5和6、 7和8以及9和10 的端口对，如图42中所示。
如图25中所示，柱组件182 —般包括巻线筒278 、第 一备用柱280 、 第一柱282、笫二备用柱284、第二柱286以及第一和第二进样环管288、 290。
现在参考图26,巻线筒278包括中空的圆柱体294,所述中空的 圆柱体294具有敞开的上端和下端以及设置在上端周围的环形凸缘 296。多个流动开口 297形成在凸缘296的顶面上。垫圏298由销固定 到环形凸缘296的顶面上。垫圏298具有与凸缘296中的流动开口 297 对准的开口。在凸缘296的底面上，多个螺紋开口 300设置在凸缘296的周围。凸缘296具有多个将流动开口 297连接到开口 300的内部通道。 这些内部通道形成第六内部通道网络。柱和进样环管280到2卯的末端 分别连接到能通过螺紋方式固定在开口 300中的装配组件302。每个装 配组件302可以是包括凸螺母304和套圏306的压合装配。凸螺母304 能通过螺紋方式固定在开口 300中并从其中向外延伸，而套圏306设置 在开口 300中并由凸螺母304压紧。柱和进样环管280到290的末端延 伸穿过凸螺母304和套圏306，并通过套圏306的压合固定在开口 300 中。圆盘形过滤器308固定在开口 300内的柱和进样环管280到290的 末端之上。过滤器308由具有0.5微米的孔的烧结不锈钢制成。
柱280到286是填充柱，每个所述柱可以由具有2到4毫米内径、 长度为1到4米的不锈钢管组成。每个管用适当的吸收剂填充，所述吸 收剂可以是有机的和/或无机的，并对所述吸收剂进行研磨和筛选以提 供从大约30目到大约120目范围内的颗粒尺寸。每个管的端部包含不 锈钢编织电缆终端以保留吸收剂。此外，巻线筒278的开口 300中的过 滤器308帮助防止吸收剂的移动。应当理解作为填充柱的代替，柱280 到286可以改为开管柱，比如熔融石英开管(FSOT)柱。FSOT柱包 括熔结石英管，所述熔结石英管具有外聚酰亚胺涂层和包括支持物和吸 收剂的内固定相涂层。还应当理解本发明的气相色镨仪不限于四个柱和 两个进样环管。本发明的气相色镨仪可以具任意数量的柱和进样环管， 但具有至少 一个柱和至少 一个进样环管。
柱和进样环管280到2卯缠绕在巻线筒278的主体294上并且如 上所述它们的端部固定到装配组件302。柱和进样环管280到290可以 用手或通过机器缠绕。此外，柱和进样环管280到2卯可以直接缠绕在 巻线筒278上或单独的装置上，然后作为巻线筒278的线團转移。在柱 和进样环管280到2卯缠绕到巻线筒278并连接到装配组件302后，缠 绕的柱和缠绕的进样环管280到290完全封装在导热树脂310中，导热 树脂即电学绝缘而导热的树脂。导热树脂的例子是填充有传导性金属或
金属化合物比如银、氧化铝或氮化铝的环氧树脂。导热树脂310将柱和 进样环管280到290固定在适当位置，并提供柱和进样环管280到290 的更大的等温加热和热稳定性。
柱组件182由多个沿径向靠外的螺钉312固定到阀组件180,所述螺钉312延伸穿过GC PCBA 184和检测器板258、并能通过螺紋方 式接收在巻线筒278的凸缘296中的开口 314中。当柱组件182固定到 阀组件180时，心轴268延伸穿过巻线筒主体294的上端，并且加热板 176的支柱226延伸穿过巻线筒主体294的下端，所述心轴268和所述 支柱226设置在巻线筒主体294的内部并互相抵靠。此外，巻线筒278 的凸缘296的顶面抵靠检测器板258的下部端面的环形部分。通过将凸 缘296和检测器板258如此安置，凸缘296中的流动开口 297连接到检 测器板258中的流动开口，因此将阀组件180中的第五内部通道网络连 接到巻线筒278中的第六内部通道网络。巻线筒278的垫團298抵靠检 测器板258的下部端面的环形部分。
GC PCBA 184通过沿径向靠外的螺钉312、螺钉266和螺栓270 固定到检测器板258。 GC PCBA184包括安装到圆盘形电路板316顶面 上的电连接器313和存储器315。存储器315可以是电可擦写可编程只 读存储器(EEPROM )。存储器315存储工厂校准信息、色谞校准常数、 峰值时间、第一和第二压力调节器阀218、 220的设置和气相色镨仪IO 和/或GC模块164的电子标识，所述电子标识包括序列号、{务订登记和 建立日期。GCPCBA184还包括第一基准TCD318、第一传感器TCD 320、笫二基准TCD 322、第二传感器TCD 324、第一和第二栽压传感 器326、 328以及样本压力传感器246，所有这些都固定到电路板316 的底面并从那向下延伸。当GC PCBA 184固定到阀组件180时，所述 TCD 318到324和压力传感器246、 326、 328分别延伸进入检测器板 258的顶面中的开口 332到344，并且变为连接到阀组件180的第五内 部通道网络中。GC PCBA 184通过带状电缆237连接到分析PCA 160 (图34中示意示出)。
所述TCD318到324能够是多种感温元件中的任何一种，包括但 不限于负温度系数热敏电阻("NTC热敏电阻")或铂RTD等。这些感 温元件具有作为温度的函数而变化的电阻值。NTC热敏电阻由于它们 的高热敏性或电阻与温度的关系是最常见的。有时互换使用术语"球状 热敏电阻"或仅仅"珠"，因为传感设备经常是用玻璃覆盖并且悬挂在 两个固定端子之间的金属线或其它支撑结构上的传感元件。
热敏电阻(比如第二TCD 320)由流经它的电流加热，通过这种方式它升高其自身的温度并相应改变其自身的电阻直到它达到平衡点， 在此平衡点用于加热热敏电阻的能量与散去或损失的能量平衡。热敏电
阻的能量损失速率取决于下面因素的组合其自身温度，其自身支撑结 构的热导率，周围气体的热导率、温度、热容、流速，以及容纳它的空 腔或室的壁的温度。热敏电阻的这种操作模式称作自加热模式。因为在 大部分色镨仪应用中容纳热敏电阻的室壁的温度都相当恒定地保持在 一个温度，所以调节热敏电阻热损失的变量与流经它的气体的物理性能 相关。因此，气相色镨仪10使热敏电阻附近的气体压力以及气体流速 的变化最小。这样做是为了努力使这些变量对热敏电阻能量损失的调节 的量最小，因而使气体的热导率成为测量的主要变量。气体的热容也对 检测器响应有贡献，但是并不显著。
尽管气相色镨仪10描述成使用TCD,但是应当理解其它检测器 也是可用的并可以用在气相色镨仪中。
加热室外罩
转回参考图12，加热室外革166由传导性金属比如不锈钢或铝制 成，并且有圆柱形侧壁348、顶端壁350和限定底孔的圆形底缘352。 环形凹槽形成在侧壁348的内表面中。加热室外軍166设置在GC模块 164之上，并且底缘352座在加热板176的凸缘230上。通过将加热室 外罩166如此设置，加热室外軍166与加热板176协作限定加热室空间， GC模块164设置在加热室空间中。加热室外罩166通过卡式连接以可 移动方式固定到加热板176，所述卡式连接由加热板176的轴承232与 加热室外軍166的侧壁348的内表面中的凹槽的配合形成。加热室外革 166帮助传导来自柱组件182周围的加热板176的热量、从而在柱组件 182内部提供更均匀的温度分布，并帮助将柱组件182与周围温度条件 隔离。加热元件可以固定到加热室外革166以进一步改善柱组件182的 温度分布和热隔离。
杜瓦瓶
转回参考图10和11,杜瓦瓶356是圆柱形的并具有中空的内部 和闭合的外端。杜瓦瓶356的内部具有狭窄的直径，因此形成颈部。所 述颈部包括外螺紋和限定扩大开口的环形边缘，通过扩大开口可以进入所述内部。杜瓦瓶356包括嵌套在外壳内的内壳，以在所述外壳和内壳 之间形成狭窄的空间。内壳和外壳在颈部处一起密封。内壳和外壳之间 的狭窄空间中的空气几乎全部排出从而产生防止热传导和热对流的真 空。外壳的内表面和内壳的外表面是能反射的或具有反射涂层，以防止 热量通过辐射传导。内壳和外壳可以由不锈钢或其它金属制成。
所述杜瓦瓶356设置在加热室外罩166上，使得所述颈部能通过 螺紋方式固定到帽盖358，并且帽盖358的内壁364设置在杜瓦瓶356 中的开口内。通过将杜瓦瓶356如此设置，加热室外罩166、 GC模块 164、加热板176和隔离件174都设置在杜瓦瓶356内部，这提供了一 个隔离环境，在此隔离环境中能够精密调节加热室空间和柱组件182的 温度。
分析处理器组件
现在参考图28到30，分析处理器组件20包括固定在第一和第二 安装板398、 400之间的分析PCA160。所述分析PCA 160和笫一和第 二安装板398、 400通过多个装有螺母的螺紋螺栓402固定在一起并固 定到次歧管板172。各螺栓402延伸穿过四个隔离件404，所述四个隔 离件中有两个设置在次歧管板172和第一安装板398之间，有一个设置 在主歧管板398和分析PCA 160之间，有一个设置在分析PCA 160 和第二安装板400之间。照这样，次歧管板172、分析PCA160以及第 一和第二安装板398、 400相互间隔开。
分析PCA 160包括数字处理器408，所述数字处理器408设计成 实时进行数字信号处理。当在本文中使用时，术语"实时"意味着在有 限的时间段内响应刺激。在本发明的示例性实施方式中，数字处理器408 是可从Analog Devices购得的Blackfii^嵌入式处理器，并且更具体地， 是Blackfin ADSP-BF533嵌入式处理器。数字处理器408提供对流动 控制装置210和筒式加热器150、 234的完全基于数字的控制，并且能 够独立于主CPU 24操作。由数字处理器408提供的数字控制提供不用 增加硬件来增强性能和增加特征的可能。数字处理器408与存储器410 通信，所述存储器410可以是有1MB存储空间的串行闪存。存储器410 存储由数字处理器408运行用以控制流动控制装置210和筒式加热器 150、 234的所有软件算法。此外，存储器410存储数字处理器408的启动程序(或引导程序)，所述启动程序独立于主CPU 24的启动程序运 行。 一旦打开气相色镨仪10的电源，数字处理器408的启动程序即与 GC PCBA184中的存储器315连接，以建立分析模块16的过程变量的 初始值。更具体地说，启动程序为(1)控制筒式加热器234将加热室 空间的温度设置为初始值，所述初始值从存储器315取出；(2)控制筒 式加热器150将进样模块14的温度设置为初始值，所述初始值从存储 器315取出；(3)控制第一和第二压力调节器阀218、 220将供应到第 一和笫二 GC阀188、 l卯的载气流的压力设置为初始值，所述初始值 从存储器315取出；和(4)设置导阀216，以将第一和第二 GC岡188、 l卯置于"反冲"模式。 一旦用于分析模块16的过程变量的初始值已由 启动程序确立，数字处理器408即准备好从主CPU24接收指令，以运 行具体的色谱分析周期。
分析PC A 160包括具有电流隔离的串行通信接口。为了研发和室 内测试的目的，串行接口能够以高达232K波特的速度操作。此外，串 行接口能够耦合到个人计算机(PC)用于通过外部的硬件层面译码器 的诊断。所述PC设置有允许实时观察来自板上任何系统的高速、高分 辨率数据的软件。温度传感器安装到电路板。
提供与CPU 372分开的数字处理器408 (即作为分开的、独立的 微处理器)允许数字处理器408处理来自传感器和检测器的输入信号， 并产生对流动控制装置210和筒式加热器150、 234的控制输出信号， 而不用必须处理非常不确定的事件，比如与在气相色镨仪10外部的其 它装置和来自GUI的用户输入通信，也不用或者必须运行其它软件算 法。数字处理器408的这种专用允许数字处理器408以更快和更一致的 方式处理输入信号和产生控制输出信号。也考虑软件改变和增强主CPU 24而不影响那些要求实时处理的功能。
到进样模块的连接
分析模块16通过单个螺栓299固定到进样模块14 (并因而固定 到外壳12)，所述螺栓299穿过主和次歧管板170、 172中的对准的主安 装孔196、 198并能通过螺紋方式接收在螺紋钻孔126中，所述螺紋钻 孔126位于进样模块14的连接机构110的基部116中。为了将分析模 块16正确连接到进样模块14，基部116上的导柱130必须插入主歧管板170的舌状部178中的导孔179中。这保证了舌状部178的主面178a 与基部116的第二主面124正确接合，使得流体开口 181连接到内部通 道开口 128。螺栓299具有用于接收六边形起子端部的六边形凹部，所 述六边形起子是气相色镨仪10的工具箱的一部分。六边形起子具有细 长的机体，因此六边形起子能够通过外壳12的主体部分22的前检修孔 到达螺栓。
IV.终端组件
现在参考图31到33,终端组件21包括用螺钉固定到安装耳的圆 盘形印刷电路板524。终端组件21提供用于外部通信和电源线从连接到 导管突出件50的导管进入气相色谱仪10的连接。更具体地说，终端组 件21包括电力输入插头526、不可配置RS-232串行端口 528、 一对可 配置串行端口 530和多个输入输出硬接线端子536，所有这些都安装到 PCB 524的外侧。串行端口 530能够配置用于RS-232、RS-485或RS-422。 无线收发机540也可以安装到PCB 524的外侧。可替代地，无线收发机 540可以安装到主CPU 24，或其它地方，比如i更置在主CPU 24和安 装板376之间的电路板。无线收发机540连接在主CPU 24和天线74 之间。在与天线74组合时，无线收发机540可操作用于使用短程无线 电频率数据传输来提供主CPU 24和无线设备(比如个人数字助理)之 间的通信。无线收发机540可以是有蓝牙功能的收发机，该收发机在 2.400到2.483千兆赫(GHz)的频带中操作，并且通过功率的提高在 10米到高达100米的范围内产生高达720千比特/秒(kbps)的数据传 送速度。可替代地，无线收发机540可以是在3.1到10.6 GHz频带中操 作的超宽频带(UWB)收发机。UWB无线通信不同于其它形式的无线 电通信。UWB传输不^^吏用载波信号，而是由一系列间歇脉冲组成。通 过改变所述脉冲的幅度、极性、时序或其它特性，将信息编码成被传输 的状态。
传导性EMI/RFI塾圏544安装在外壳12的主体部分22的内部， 并设置在PCB 524的周围。更具体地说，EMI/RFI垫圏544的放射状 内部周边表面与PCB 524的周边以及PCB 524内表面的周边部分接触。 EMI/RFI垫圏544的放射状地外部周边表面与外壳12的主体部分22 的内表面接触。EMI/RFI垫圏544抵靠安装耳40，并可以由将PCB 524固定到安装耳40的相同螺钉固定到安装耳。EMI/RFI垫圏544可以由 传导性金属或传导性弹性材料制成。在本发明的一个实施方式中，所述 EMI/RFI垫團544由镀镍的铍铜制成。
如上所述，电源输入插头526、通信端口 530到534和》更线端子 536都安装在PCB524的外表面上。电路连接到这些端口和端子，并经 过PCB524到达PCB524里面，在PCB 524里面所述电路连接到第一 电缆连接器548和/或第二电缆连接器550。滤波电路连接到每一个所述 的电路并可操作用于滤除不期望的频率。此外，PCB524在硬线端子附 近设置有内部传导平面层和铜覆层，以帮助提高到PCB 524外部周边的 低阻抗路径。在PCB 524的内侧和外侧沿PCB 524的靠外圆周附近布 置铜层，并且所述铜层越过圓周的边缘。铜层与EMI/RFI垫闺544接 触。因此，EMI/RFI垫團544提高终端组件21和外壳12之间的电学连 接。照这样，提供了从终端组件21到外壳12以及因而到地面的EMI/RFI 传导路径。
终端组件21与EMI/RFI垫圏544的组合构成RFI/EMI屏蔽件， 所述RFI/EMI屏蔽件将外壳12的内部体积分成有RFI/EMI防护的分 隔间554和没有RFI/EMI防护的分隔间556。导管突出件50和第一和 第二通信突出件46、 48的内部通道通向没有RFI/EMI防护的分隔间 556。此外，电源输入插头、 一对串行端口、 USB端口、以太网端口、 多个硬线输入端子和多个硬线输出端子位于没有RFI/EMI防护的分隔 间内。照这样，将进入外壳12 (并且可能正传导RFI/EMI噪声)的通 信和电源电缆和电线封限制到没有RFI/EMI防护的分隔间。终端组件 21和EMI/RFI垫圏防止进入没有RFI/EMI防护的分隔间的任何 RFI/EMI噪声进入到有EMI/RFI防护的分隔间中。有RFI/EMI防护的 分隔间在一端由屏蔽板96界定，在另一端由终端组件21结合EMI/RFI 垫圏界定。因为外壳12是接地的，并且屏蔽板96和终端组件21与 EMI/RFI垫圏的组合两者均提高对RFI/EMI噪声的阻挡，所以有 RFI/EMI防护的分隔间免受RFI/EMI噪声。分析模块16和主电子装置 组件18设置在有RFI/EMI防护的分隔间中，并因而免受RFI/EMI噪 声。
如图34中所示，主CPU24通过终端组件21与分析PCA 160通信。更具体地说，主CPU24通过带状电缆558 (在图34中示意示出) 连接到终端组件21上的第一电缆连接器548，并且分析PCA 160通过 电缆560 (在图34中示意示出)连接到终端组件21上的第二电缆连接 器550。从主CPU 24到分析PCA 160的通信通过带状电缆558行进到 终端组件21的第一电缆连接器548，通过PCB 524到达第二电缆连接 器550，然后通过电缆到达分析PCA 160。从分析PCA 160到主CPU 24 的通信发生在相同的路径上，但是在相反的方向上。所述GC PCBA184 通过带状电缆237与分析PCA 160通信，所述带状电缆237延伸穿过加 热板176中的通道236。
V.主电子装置组件
现在参考图34到37,主电子装置组件18包括主CPU 24、显示 PCA 374、安装板376、安装环378和具有扩大开口的外玻璃框382 (bezel )。
主CPU 24处理用于气相色镨仪10的电子器件的系统层面的初始 化、配置、用户接口、用户命令执行、连接功能和全面系统控制。主 CPU 24包括安装到印刷电路板的微处理器。所述微处理器可以是X86 型微处理器、RISC微处理器(比如ARM、 DEC Alpha、 PA-RISC、 SPARC、 MIPS或PowerPC )或任何其它的适用在小型《更携式电子器件 中的微处理器。在示例性实施方式中，微处理器包括RISC核心，所述 RISC核心可以是ARM核心，更具体是16/32位ARM9核心，再具体 是16/32位ARM920T核心。RISC核心具有16位Thumb指令集、32 位AMBA总线接口、五级整数流水线、八口写緩冲器、单独的16KB 指令和16KB数据緩存以及MMU，所述MMU处理虚拟存储管理并能 够支持Windows②CE。 ARM9核心(包括ARM920T )是由Advanced RISC Machines有限公司设计的16/32 RISC处理器。RISC核心与一组 常见的系统外围设备集成，所述系统外围设备包括用于安全数字(SD) 闪存卡或多媒体卡的卡接口、 LCD控制器、外部存储控制器、多信道 通用串行异步收发器(USART )、监控器计时器、功率管理和USB主机 /设备接口 。具有可用于微处理器的RISC核心的商品化微处理器的例子 是三星公司生产的S3C2410微处理器。操作系统比如Windows⑧CE在 微处理器上运行。存储系统连接到微处理器，并包括比如读写存储器(RAM)的易失性存储器和比如启动只读存储器(ROM)的非易失性 存储器。非易失性存储器存储主CPU24的微处理器的启动程序(或引 导程序)。
主CPU 24还可以包括嵌入式TCP/IP堆栈和HTTP网络服务器。 此外，主CPU 24可以包括公共网关接口 (CGI)模块，所述公共网关 接口 ( CGI )模块用于将网页内容传送到在主CPU 24和数字处理器408 中运行的应用以及传送来自所述应用的网页内容。
SD插口安装到主CPU的印刷电路板并与微处理器的卡接口通 信。SD插口接纳SD闪存卡。SD闪存卡很小(尺寸仅仅32毫米x24 亳米x 2.1毫米)并具有很大存储容量(比如16MB ),它能储存来自气 相色'潜仪10的操作的数据。SD闪存卡可以从气相色镨仪10上移走， 并容易带到另一个地方，在这里可以提取所存储的来自气穴色语仪10 的数据。锂电池380连接到主CPU24,用于给CPU24提供备用电源。
显示PCA 374包括安装在外部玻璃框382后面的圆形印刷电路板 (PCB ) 383。 VGA LCD显示屏384安装到PCB 383的外侧，使得通 过外部玻璃框382中的开口可以看到显示屏384。红外端口 388和多个 背光LED 390安装到PCB 383的外侧。红外端口 388与外部玻璃框382 中的开口对准，并可根据红外数据协会(IrDA)标准操作通过近红外光 波(850到卯0纳米)来发送与接收数据，以及通过US ART与微处理 器通信。当显示PCA374安装在外壳12中屏蔽板96后面时，将显示屏 384定位为通过屏蔽板96能够看到它，并将红外端口 388定位为能够通 过屏蔽板96接收和发送红外信号。
如图37所示，多个霍尔效应开关600安装到显示PC A 374的PCB 383的内侧。因此，所述霍尔效应开关600安装在LCD显示屏384的 后面并由PCA374的PCB 383与LCD显示屏384分隔开。霍尔效应开 关600的数量是有限制的并且基本上小于构成LCD显示屏384的液晶 单元的数量。霍尔效应开关600以比如矩形或线形的图案布置，并且连 接到主CPU 24。如图7中所示，六个霍尔效应开关600可以以矩形图 案布置，所述矩形的中心与LCD显示屏384的中心对准。各霍尔效应 开关600可以是单片硅片，所述单片硅片包括耦合到差动放大器的霍尔 效应单元(HEE )，所述差动放大器接着耦合到具有内置滞后的Schmitt触发器阈值检测器。当给HEE施加磁场时，HEE产生霍尔效应电压， 霍尔效应电压被提供给差动放大器。差动放大器产生与霍尔效应电压成 比例的输出信号。当来自差动放大器的输出信号在预定量值以上时， Schmitt触发器阈值检测器产生数字"ON"信号，该数字"ON"信号 被传送到主CPU 24。各霍尔效应开关600都可以配置成在霍尔效应开 关600置于正磁场中时启动即产生"ON"信号。可替代地，各霍尔效 应开关600可以配置成当霍尔效应开关600置于正磁场或者负磁场中时 启动。如将在后面更充分描述的，霍尔效应开关600通过气相色镨仪10 的图形用户界面(GUI)导航。
显示PCA 374、主CPU 24和安装板376由多个装配螺母的螺紋 螺栓392固定在一起。各螺栓392延伸穿过一对隔离件394,其中一个 隔离件394 i殳置在显示PC A 374和主CPU 24之间，而另 一个隔离件394 设置在主CPU24和安装板376之间。照这样，所述显示PCA374、所 述主CPU 24和所述安装板376互相间隔开。安装板376由多个支脚396 固定到安装环378，所述安装环378包括不锈钢软管夹。通过将安装环 378放置在杜瓦瓶356上而将主电子装置组件18安装到杜瓦瓶356，使 得安装板376座置在杜瓦瓶356的外端上。然后调节安装环378的夹持 机构以将安装环378夹紧到杜瓦瓶356。
VI.与GC的通信
在主CPU 24上运行的操作系统支持GUI，这允许用户观察和控 制气相色镨仪10的操作。现在参考图38、 39和40, GUI包括可显示 在LCD显示屏384上的多个窗口 。由在主CPU 24上运行的GUI软件 应用程序产生和控制的窗口包括NGC菜单窗口 610、分析器控制窗口 612、诊断概要窗口 613、报警曰志窗口 614、校准结果窗口 616、当前 结果窗口 618、色镨观察器窗口 620和色镨图窗口 622。使用霍尔效应 开关600和包含磁体的触笔(未示出)来实现通过窗口的导航以及对所 存在选项的选择。
NGC菜单窗口 610包括六个选择按钮图标，即分析器控制按钮 626、色镨显示按钮628、计算结果按钮630、当前结果按钮632、才艮警 按钮634和返回按钮636。所述六个按钮626到636分别与布置在LCD 显示窗口 384后面的六个霍尔效应开关600对准。启动按钮626到634中的一个将使与所启动按钮相关联的窗口显示在LCD显示窗口 384上， 代替NGC菜单窗口 610。例如，启动分析器控制按钮626将使分析器 控制窗口 612显示到LCD显示屏384上，选择色镨显示按钮628将使 色谦观察器窗口 620显示到LCD显示屏384上，以此类推。通过将所 述触笔接触或靠近屏蔽板板96并与期望按钮对准来"启动"期望按钮。 这样处置触笔会启动与期望按钮对准的霍尔效应开关600。由启动的霍 尔效应开关600产生的"On，，信号输入到GUI软件应用程序，然后GUI 软件应用程序使LCD显示屏384显示与选择按钮相关联的窗口 。其它 窗口中其它按钮的"启动"以相同地方式(即，用触笔)进行，并且遵 照相同的操作机制(即，磁启动对准的霍尔效应开关660)。
如上所述，分析器控制窗口 612从NGC菜单窗口 61进入。分析 器控制窗口 612包括五个选择按钮图标，即命令按钮640、流按钮642、 发送按钮644、诊断按钮646和返回按钮648。这五个按钮与六个霍尔 效应开关600中的五个对准。命令按钮640和流量按钮642各以滚动的 方式操作来选择选项。例如，流按钮642用于选择四个选项中的一个， 即流l、流2、流3或流4。当分析器控制窗口 612正显示在LCD显示 屏384上时，流按钮642的第一次启动(即，与流按钮642对准的霍尔 效应开关600的启动(用触笔))使GUI软件应用程序显示流按钮642 中的流l(如图所示)。换句话说，流量l被暂时选择。通过将触笔移离 LCD显示屏384而使霍尔效应开关600变为非启动后，流按钮642的 第二次启动使GUI软件应用程序显示流按钮642中的"流2"，即流2 #:暂时选择。以相同的方式，第三次启动暂时选择流3，第四次启动暂 时选择流4，第五次启动再次暂时选择流1，以此类推。与流按钮642 相似，以滚动的方式启动命令按钮640以显示命令按钮604中的五个命 令中的一个，即暂时选择五个命令中的一个。这些命令是"无操作"、 "中止"、"保持"、"计算"和"运行"。
一旦用户已经暂时选择流(例如，流l)和命令(例如，运行)，那 么用户启动发送按钮644 (即，启动与发送按钮644对准的霍尔效应开 关600 )，使GUI软件应用程序命令数字处理器408对流1的组分进行 分析。作为响应，数字处理器408为流1启动进样阀212a,以将流1 的气体传送到第一和第二样本环管288、 290,然后，经过预定的时间段 之后，将第一和第二GC阀188、 l卯置于"注入模式"。启动分析器控制窗口 612中的诊断按钮646使GUI软件应用程序 显示诊断概要窗口 613，所述诊断概要窗口 613显示第一和第二柱282、 286中的压力和加热室空间中的温度等。启动返回按钮648使GUI软件 应用程序返回并再次显示NGC菜单窗口 610。
从NGC菜单窗口 610,用户还能够通过启动当前结果按钮630进 入当前结果窗口 618,并且能够通过启动色镨显示按钮628进入色镨观 察器窗口 620。色镨结果窗口 618以表格形式显示所选择气流的组分。 色镨观察器窗口 620提供进入到色镨图窗口 622。色谱图窗口 622分别 显示流l、 2、 3和4的气体色镨图。在这个方面，应当注意，色镨图是 检测器(例如，TCD320或TCD324)的输出信号相对于时间的图，并 且色谱图显示各种气体组分的高斯峰，以下将会做更详细地描述。
除通过GUI与气相色镨仪10通信之外，在气相色镨仪10安装地 点处的用户可以通过移动接口装置(比如膝上型计算机或个人数字助 手)与气相色镨仪10通信，所述移动接口装置具有USB端口、蓝牙收 发器和/或红外端口。如果移动装置具备USB端口，那么移动装置可以 通过连接到气相色镨仪10的通信端口 88的电缆与气相色镨仪10通信。 如果移动装置具有蓝牙收发器，那么移动装置可以通过无线电信号与气 相色镨仪10通信，所述无线电信号在移动装置和天线74和气相色镨仪 10中的无线收发器之间传输。如果移动装置具有红外端口，那么移动装 置可以通过红外光与气相色镨仪10通信，所述红外光在移动装置和气 相色谦仪110的红外端口 388之间传输。应当注意，如果通信端口 88 正在使用即正连接到另一个装置，那么红外端口 388设置成禁用。
使用连接到终端组件21中的串行端口 528、530中一个的串行线， 还可以实现从遥远的地方与气相色镨仪10通信。气相色谱仪10还可以 通过终端组件21中的以太网端口 534连接到局域网(LAN)、广域网 (WAN)或互联网。与GUI中窗口 610到622如不相同既相似的网页 由主CPU24中的网络服务器产生，并在互联网上传输到在遥远地方的 用户。
VII. GC特征与操作 从以上描述中应当理解，气相色镨仪10具有允许所述气相色镨仪IO被快速和容易拆卸和重装的模块结构。这是有利的，因为这允许GC 模块164轻易地替换为另 一个GC模块，所述另 一个GC模块构造成用 于分析不同于GC模块164所分析气体的气体。通过这种方式，气相色 谱仪10能够改变用于分析许多种不同的气体。
除柱280到286之外，各个替代GC模块基本上具有与GC模块 164相同的结构。各个替代GC模块具有用于特别构造用于测量具体气 体的柱。
可以在分析模块16仍然放置在外壳12中且固定到进样模块14 时用替代GC模块164置换GC模块164，或者可以在已经将整个分析 模块16从进样模块14上脱开并从外壳12取下之后，用替代GC模块 164置换GC模块164。在任何一种方式下，都将前检修盖28从前部轴 环34上拧开并取下。然后松开安装环378的夹持机构，并将主电子装 置组件18从杜瓦瓶356上取下。如果正在取下整个分析模块16，那么 使用六边形起子取下螺栓299，并从外壳12主体部分22中的前检修孔 中拉出分析模块16。将杜瓦瓶356从帽盖358上柠开并取下，从而露出 加热室外革166。通过将加热室外軍166拉离加热板176和歧管模块162 的其余部分，取下与加热板176配合的加热室外罩166。在这样取下加 热室外軍166后，现在GC模块164暴露出来。首先将带状电缆237从 GC PCBA 184上断开，然后逆时针旋转GC模块164以将螺栓270从 加热板176上拧下来。在拧开并取下GC模块164后，接着通过将替代 GC模块的螺栓270拧入加热板17的中心钻孔240、并且将带状电缆237 连接到一替代GC模块，将替代GC模块安装到歧管模块162。然后重新 安装加热室外革166和杜瓦瓶356。如果已将整个分析模块16从外壳 12中取下，那么通过主体部分22的前检修孔将分析模块16重新插入到 主体部分22中，并用螺栓299固定到进样模块14。然后重新安装主电 子装置组件18和前检^"盖28。
如同GC模块164 —样，每个替代GC模块包含存储器315，所 述存储器315存储用于替代GC模块的校准及其它表征数据。将校准和 其它表征数据分别存储在GC模块164和替代GC模块的存储器315中， 而不是存储在相对比的其它更集中的存储器比如用于数字处理器408的 存储器410中，会允许不必对存储器重新编程就能用替代GC模块置换GC模块164，这大大简化了置换过程。
现在参考图41到42，示出了样本气体和载气在气相色镨仪10中 的流动路径的示意图。更具体地说，图41和42是GC流路500的示意 图，所述GC流路500包括经过进样模块14和第一到第六内部通道网 络的进入和排气路径，所述笫一到第六内部通道网络分别位于主歧管板 170、次歧管板172,隔离件174、加热板176、阀组件180和巻线筒278 中。在其中，GC流路500由线路502、 504、 506、 508、 510、 512、 514 表示，并且与电学流动装置210及第一和第二 GC阀188、 190互连。 如上所述，第一和第二 GC阀188、 l卯各有端口 1到10,并且能在"反 沖"模式和"注入，，模式之间变动。线路502将第二GC阀l卯的端口 10连接到样本出口。线路504将第一 GC阀188的端口 1通过关闭岡 214连接到所选择的一个样本输入口 。线路506将第一 GC阀188的端 口 8通过第一压力调节器阀218连接到栽气输入口。线路508将第二 GC岡l卯的端口 8通过第二压力调节器阀220连接到载气输入口。线 路510将第一GC阀188的端口 4连接到柱出口 1。线路512将第一和 第二 GC阀188、 190通过导阀216连接到栽气输入口。线路514将第 二 GC阀l卯的端口 4连接到柱2出口 。线路516将第一 GC阀188 的端口 IO连接到第二GC阀190的端口 1。
当第一和第二 GC阀188、 190处于"反冲"模式时，如图41中 所示，样本气体流从所选择的一个样本输入口经过线路504流到第一 GC阀188的端口 1，再到端口 2，通过第一样本环管288并由此流到 第一 GC阀188的端口 9，再到端口 10。从第一 GC阀188的端口 10 开始，样本气体流通过线路516流到第二GC阀l卯的端口 l再到端口 2,通过第二样本环管290并由此流到第二 GC阀190的端口 9再到端 口 10。样本气体流然后流过线路502到达样本出口。因此，当第一和第 二 GC阀188、 190处于"反冲"模式时，第一和第二样本环管288、 290 分别充满第一和第二气体样本。如果随后将第一和第二GC阀188、 l卯 移动到"注入"模式，那么第一和第二气体样本将封闭在第一和第二样 本环管288、 2卯内。
当第一和第二GC阀188、 l卯处于"注入"模式时(如图42中 所示)，栽气通过线路506、 508以及第一和第二基准TCD318、 322流到第一和第二 GC阀188、 190的端口 8。在第一 GC阀188中，载气流 到端口 9并进入第一样本环管288中，在第二 GC阀190中，载气流到 端口 9并进入第二样本环管2卯中。进入第一和第二样本环管288、 290 的载气迫使封闭在所述两个环管中的第一和第二气体样本分别通过第 一和第二GC阀188、 190的端口 2退出第一和第二样本环管288、 290。 第一气体样本行进到第一GC阀188的端口 3，然后通过第一备用柱280 到达第一 GC阀188的端口 6再到端口 7,然后通过第一柱282,行进 到端口 5并从端口 4退出第一 GC阀188。类似地，第二气体样本行进 到第二GC阀l卯的端口 3，然后通过第二备用柱284到达第二GC阀 l卯的端口 6再到端口 7，然后通过第二柱286， 4亍进到端口 5并通过端 口 4退出第一GC阀188。在分别退出第一和第二GC阀188、190之后， 第一和第二气体样本分别流入第一和第二传感器TCD 320、 324,气体 样本在所述传感器中进行分析，这将会在后面进一步描述。然后第一和 第二气体样本分别通过线路510、 514行进到柱1和柱2出口 。
在第一和第二气体样本已分析完并且第一和第二GC阀188、 l卯 变回到"反冲"模式之后，栽气逆向清洗第一、第二、第三和第四TCD 318到324、第一和第二备用柱280、 284以及第一和第二柱282、 286, 以清除第一和第二气体样本的残余。对于第一GC阀188，载气的逆向 清洗行进路径是第一 TCD318、端口 8、端口 7、第一柱282、端口 5、 端口 6、第一备用柱280、端口 3、端口 4、第二TCD 320然后通过线 路510到达柱1出口。对于第二GC阀1卯，载气的逆向清洗行进路径 是第三TCD322、端口 8、端口 7、第二柱286、端口 5、端口 6、第二 备用柱284、端口3、端口4、第四TCD 324然后通过线路514到达柱 2出口。
如上所述，GC模块164 (它包括TCD 318到324以及第一和第 二 GC阀188、 190以及相关的流动通路)接收单个样本气体流，将所 述流分成一对气体样本并并行分析所述气体样本。这种并行分析比传统 的串行分析快。应当理解，还能够通过利用额外的GC阀和TCD以并 行分析三个或更多个样本来提高分析速度。
为了便于描述，将只讨论第一气体样本的分析，应当理解，第二 气体样本的分析基本上是一样的。当第一气体样本穿过柱280、 282时，第一气体样本的组分由于它们与柱280、 282中的吸收剂相互作用(吸 附和脱附)的速度不同而被相互分开。因此不同的组分在柱280、 282 中停留的时间长度不同，并且在不同的特性时间到达第二 TCD 320 (传 感检测器)。优化并小心控制柱280、 282的设计，它们的操作条件，比 如温度和气流，以提供良好和一致的组分分离。
现在参考图43，示出了分别连接到放大器电路650、 651的第一 基准TCD318和第一传感器TCD320的示意性电路图。第一基准TCD 318和第一传感器TCD320在恒温模式下操作，如将在后面描述的。放 大器电路650、 651安装在分析PCA160上。出于简洁的目的，将仅仅 描述第一传感器TCD 320及其放大器电路651的结构和操作，应当理 解，除第一基准TCD318与载气接触外，第一基准TCD318及其放大 器电路650的结构和操作基本上是一样的。
放大器电路651包括惠斯通电桥电路652，所述惠斯通电桥电路 652包括分别具有电阻Ra和Rb的两个桥臂。另外两个桥臂分别具有第 一传感器TCD320和电阻Rl。所述TCD320与第一 GC阀188的第一 气体样本离开端口 4接触，并以自加热模式操作。所述电桥电路652连 接到运算放大器654 (作为伺服放大器)，所述运算放大器654连接到模 数(A-D)转换器656，所述转换器656又连接到数字处理器408。可选 地，放大器658可以连接在伺服放大器654和模数转换器656之间。伺 服放大器654的输出反馈回电桥电路652的顶端。
所述伺服放大器654和电桥电路652协同作用以将笫一传感器 TCD 320的温度保持处于恒温。这种现象的发生是因为伺服放大器654 的反相和同相输入端连接到电桥电路652的输出端。伺服放大器654通 过增加或减少它的给电桥电路652提供偏压的输出电压，而将电桥电路 652的输出"伺服"或控制为零位电压输出(即O伏特)。由于伺服放大 器654的这种伺服作用，流经第一传感器TCD 320的电流和第一传感 器TCD 320上的电压两者都变化到第一传感器TCD 320的温度总是保 持为恒定值并且因此其电阻也总是保持恒定值的点，总是符合以下关 系Ra/Rb=Sl/Rl，所述电流和电压变化又与第一传感器TCD 320自身 消耗能量的升高或降低有关联。第一传感器TCD 320的热响应速度和 伺服放大器654的输出电压是这样的，使得伺服放大器654在检测器单元热导率变化期间能够将电桥电路652 —直保持在零位电压，所述热导 率的变化是由于分离出的气体组分的洗脱引起，所述洗脱与色镨周期期 间的色镨峰相对应。伺服放大器654的输出电压与第一传感器TCD 320 本身消耗的能量有直接关系。因为第一传感器TCD 320保持恒温，所 以称其以恒温模式操作。
所描绘出的第一传感器TCD320在电桥电路652中的位置，以及 反相和同相放大器输入端的连接，是示例性的。第一传感器TCD 320 的位置事实上能够位于电桥电路652的四个桥臂的任何一个中，并且通 过伺服放大器654反相和同相输入端的适当连接，可以实现如上描述的 相同行为。
放大器电路654的伺服放大器654 (或可选放大器658 )的输出信 号具有钟形分布，这种分布通常叫做高斯峰。高斯峰之间的输出信号部 分仅归因于载气的热导率和热容量并称作"基线"，然而各高斯峰归因 于载气和第一气体样本组分的热导率和热容量的组合。高斯峰之间的分 离量称作"基线分离"。
用于第一基准TCD 318的放大器电路650只产生用于载气的输出 信号。这个输出信号不含高斯峰。
来自放大器电路651 ("感测，，信号)的数字化输出信号和来自放 大器电路650 ("基准"信号)的数字化输出信号每个均输入到数字处理 器408。可以使用存储在存储器410中、由数字处理器408运行的软件 算法来减去感测信号中的基准信号，以消除可归于存在于第一基准TCD 318和第一传感器TCD 320两者中的载气的热导率的大信号。作为这种 减法的结果，影响第一和第二TCD318、 320两者的加热室空间温度的 任何变化大大地抵销了。当然，该减法软件算法可以由主CPU24而不 是由数字处理器408执行。
以上使用来自放大器电路650的基准信号和来自放大器电路651 的感测信号两者来给样本气体的组分定量，作为这种做法的替代，申请 人已经发现仅仅使用来自第一传感器TCD 320的感测信号能获得一样 甚至更好的结果。这是通过存储在主CPU24的存储系统中、并在CPU 24上运行的软件算法实现的，该算法在高斯峰不在那里时对于每个高斯峰逼近将存在的基线。所述逼近可以是将应该为高斯峰起点的点连接到 高斯峰终点的直线方法。然后，将沿这条线的各点的幅度从在所述各点 上方与所述各点具有相同时间值的沿高斯峰的各点中减去。然后将这些 差值相加在一起，以给出曲线(高斯峰)下方的总面积。换句话说，对 曲线进行积分。此积分值(曲线下的面积)代表存在于第一气体样本中 且决定高斯峰的组分的量。因为各组分的热导率和热容量是不一样的， 所以这些峰面积的每一个首先要乘以对该具体峰合适的校正因子，该校 正因子称为响应因子。通过使用具有已知量各组分的校准气体，根据经 验确定所分析组分的各响应因子。
仅仅使用来自第 一信号TCD 320的感测信号给第 一气体样本中的 组分定量消除了在信号减法方法中可能发生的一些误差，所述误差由第 一基准TCD 318和第一传感器TCD 320处的气体流速、压力和温度的 变化引起。
为了可重复的气体组分定量分析，TCD 318到324、柱280到286、 第一和第二样本环管288、 2卯以及第一和第二 GC阀188、 190的温度 被精密调节以保持恒温。通过将上述组分汇集到GC模块164中，将 GC模块164安装到加热板176上，并将两个GC模块164和加热板176 装入绝热杜瓦瓶356中，而使所述精密调节更加方便，所述杜瓦瓶356 支撑在绝热隔离件174上。加热板176由筒式加热器234加热。加热板 176的温度由为NTC热敏电阻型温度传感器的加热室温度传感器238 感测。加热室温度传感器238产生温度信号，该温度信号被传输到分析 PCA160中的输入电路，分析PCA160调节信号并将信号数字化，然后 将所述信号传递到数字处理器408。数字处理器408使用来自加热室温 度传感器238的数字化温度信号来确定用于加热GC模块164的正确控 制响应，然后输出脉宽调制控制信号到功率晶体管，然后功率晶体管提 供电流到筒式加热器234。数字处理器408使用保存在存储器410中的 软件实现的PID (比例-积分-微分)型控制算法来产生控制筒式加热器 234因而控制加热室空间温度的控制信号。通过以软件执行温度控制算 法，有关温度控制过程的信息能够提供到主CPU 24。这种信息可以包 括当前使用的加热室功率，这能够提供有价值的诊断信息。
除GC模块164的温度外，还精确控制栽气的压力。这是很重要的，因为即使非常小的气压变化也能引起气体密度的变化，所述气体密
度的变化又会改变载气的热导率，从而导致第一基准TCD 318的输出 信号发生偏差。非常小的载气压力变化也会引起第一 GC阀188和柱 280、 282等上的压力变化，这也导致第一传感器TCD 320的输出信号 发生偏差，所述非常小的载气压力变化还引起高斯峰保持时间的变化， 这影响测量的可重复性。
第一和第二载气压力传感器326、 328产生压力信号，所述压力信 函传输到分析PCA 160中的输入电路，分析PCA 160调节信号并将信 号数字化，然后传递信号到数字处理器408。因为第一和第二载气压力 传感器326、 328位于GCPCBA184上，而所述GC PCBA 184处于在 加热室外罩166和加热板176限定的热稳定的加热室空间中，所以第一 和第二栽气压力传感器326、 328不需要进行温度补偿。数字处理器408 使用来自第一和第二载气压力传感器326、 328的数字化压力信号，确 定用于将载气提高到第一和第二 GC阀188、 190的正确控制响应，然 后输出脉宽调制控制信号到功率晶体管，然后所述功率晶体管提供电流 到第一和第二压力调节阀218、 220。数字处理器408使用软件实现的 PID (比例-积分-微分)型控制算法来产生控制第一和第二压力调节阀 218、 220的控制信号。通过以软件执行压力控制算法，有关压力控制过 程的信息能够提供到主CPU 24。这个信息包括关于驱动第一和第二压 力调节阀218、 220的控制信号的有价值的诊断信息，以及在软件内计 算的误差项。这种信息提供对控制第一和第二压力调节阀218、 220所 付出的努力的度量，通过在主CPU 24层面上观察这种控制的变化趋势， 这种信息还能够用于判断GC流动回路500中是否存在泄漏。
因为进样模块14在冷天能够变得几乎与它附近的周围空气一样 冷，所以流经进样模块14的样本气体会经受相似的温度。当进样模块 14暴露到这种寒冷的温度中时，取决于样本气体的类型，样本气体的组 分有可能出现一些组分将冷凝(完成从气相到液相的转变)并粘附到进 样模块14的通道壁。这个变化发生时的温度称为露点。如果这个现象 发生，那么气相色镨仪10将再也不能对样本气体组分做出精密测量， 因为一些组分将不会以它们的正确比例到达气相色镨仪的GC模块 164。然后，当周围温度充分回暖时，发生冷凝的组分将会重新变回气 相，并^t那时进行的测量同样是错误的，因为那时一些组分以比它们在样本气体中的实际量大的量出现。BTU值为1050 BTU的天然气的露点 就是这样的例子。取决于确切的组分，所述气体可以具有大约30到40 华氏度的露点。将进样模块14加热到高于所述阈值几度，比方说加热 到50到60华氏度，气相色镨仪10的精度不会削弱。当然这是假定携 带样本气体的管道系统从源头直到进样模块14也被加热。
为了防止样本气体在进样模块14中冷凝，进样模块14设置有筒 式加热器150和温度传感器152。连接机构110的温度由温度传感器152 感测。温度传感器152产生温度信号，该温度信号传输到分析PCA160 中的输入电路，分析PCA 160调节信号并将信号数字化，然后传递信 号到数字处理器408。数字处理器408使用来自温度传感器152的数字 化温度信号来确定用于加热连接机构110的正确控制响应，然后输出脉 宽调制控制信号到功率晶体管，然后所述功率晶体管提供电流到筒式加 热器150。数字处理器408使用软件实现的PID (比例-积分-微分)型 控制算法来产生控制信号，该控制信号控制筒式加热器150并且因而控 制连接机构110的温度。由于以软件进行温度控制算法，关于温度控制 过程的信息能够提供到主CPU 24。
应当注意，分析PCA 160使用脉宽调制(PWM)驱动用于所有 流动控制装置210。这允许在24V系统电压下使用12V的装置，因为数 字处理器408能够根据它也测量的瞬时系统电压动态地改变提供给各装 置的平均电流。这种特征通过使用选择和保持(pick and hold)电流驱 动方法还使得正常操作下的装置所消耗的功率大大减少，常常将装置消 耗的瞬时功率减少高达75%，从而减少整个系统的功率需求，并使气相 色镨仪10更适合用于低功率操作。
虽然已经参照本发明的具体实施方式
图示和描述了本发明，但是那 些实施方式是出于说明的目的而不是用于限制，并且对这里所描述具体实 施方式的其它变化和改进对于本领域普通技术人员来说是显然的，并且所 述变化和改进不脱离本发明所指的精神和范围。因而，本发明的范围和效 果不限于文中所述的具体实施方式
，也不以与本发明对现有技术所做出改 进的程度不一致的任何其它方式受到限制。
权利要求
1.一种用于分析气体的模块化可野外安装的气相色谱仪，所述气相色谱仪适合安装到支柱，所述气相色谱仪包括(a)外壳，包括主体，所述主体内形成有检修孔，所述主体包括用于将所述气相色谱仪安装到所述支柱的底座；和帽盖，所述帽盖设置在所述检修孔之上并且以可拆卸方式紧固到所述主体；(b)紧固到所述外壳的进样模块，所述进样模块包括用于连接到气体管线的进样连接器，气体通过所述气体管线供应到所述气相色谱仪；(c)分析模块，所述分析模块设置在所述外壳内部并以可释放的方式紧固到所述进样模块，所述分析模块包括(c1)气相色谱(GC)模块，包括用于分离气体成分的分离装置，和用于检测气体成分的检测器；(c2)电子装置模块，所述电子装置模块连接到所述GC模块并且包括能操作以从所述检测器接收信号的微处理器；并且其中，当将所述帽盖从所述主体取下并将所述分析模块从所述进样模块脱开时，所述分析模块可以通过所述检修孔作为单一单元从所述外壳取下。
2.如权利要求1所述的可野外安装的气相色镨仪，其中所述主体 基本上是圆柱形的，并且所述检修孔设置在所述主体的端部。
3.如权利要求2所述的可野外安装的气相色镨仪，其中所述帽盖 能通过螺紋方式紧固到所述主体。
4.如权利要求1所述的可野外安装的气相色镨仪，其中所述进样 模块包括用于连接到多个气体管线的多个进样连接器，气体可以通过所述多个气体管线供应到所述气相色谱仪；并且其中，所述分析模块还包括歧管模块，所述歧管模块连接到所述GC模块并包括至少一个选择阀，所述选择阀用于选择性地将所述GC 模块连接到所述进样连接器中的一个。
5,如权利要求1所述的可野外安装的气相色镨仪，其中所述GC模 块还包括阀组件，所述阀组件包括多个连接板；其中，所述分离装置包括至少一个绕成线團的柱，所述线圏围绕所 述阀组件设置；并且其中，所述阀组件能操作用于控制气体向所述至少一个柱的流动。
6. 如权利要求1所述的可野外安装的气相色谱仪，还包括显示模 块，所述显示模块以可拆卸方式安装到所述分析模块，所述显示模块包 括显示屏。
7. —种用于分析气体的气相色镨仪，所述气相色谱仪包括(a) 限定单一的封闭箱体的防爆外壳；(b) 显示屏，所述显示屏设置在所述外壳的所述单一的封闭箱体中、 并能从所述外壳外部看到；和(c) 气相色镨(GC)组件，所述气相色镨组件设置在所述外壳的所 述单一的封闭箱体中，所述GC组件包括能操作用于分离气体成分的分离装置；和 用于检测所述气体成分的检测器；以及(d) 连接到所述分离装置的样本选择阀，所述样本选择阀设置在所述 外壳的所述单一的封闭箱体中。
8.如权利要求7所述的气相色谱仪，还包括紧固到所述外壳的透 明板，并且通过所述透明板能看到所述显示屏。
9.如权利要求8所述的气相色镨仪，其中所述外壳是细长的，并 且具有穿过所述外壳的相对的第一和第二端部的纵轴。
10.如权利要求9所述的气相色镨仪，其中，所述透明板紧固到所 述外壳的第一端部。
11. 一种用于分析气体的气相色镨仪，所述气相色谮仪适合安装到 具有纵轴的支柱，所述气相色镨仪包括(a) 细长的外壳，所述外壳具有第一和第二端部以及延伸穿过所述第 一和第二端部的纵轴，所述外壳包括主体；用于将所述气相色镨仪安装到所述支柱的底座，所述底座从所述主 体延伸并位于所述第一和第二端部之间，所述底座适合附接到所述支 柱，当将所述支柱附接到所述底座时，所述外壳的所述纵轴;殳置成垂直 于所述支柱的所述纵轴；(b) 显示屏，所述显示屏设置在所述外壳中，并且能从所述外壳的外 部看到所述显示屏；和(c) 设置在所述外壳中的气相色镨(GC )组件，所述GC组件包括 能操作用于分离气体成分的分离装置；和用于检测所述气体成分的检测器。
12. 如权利要求ll所述的气相色谱仪，其中所述主体中具有开口， 并且所述外壳还包括帽盖，所述帽盖设置在所述开口之上并且以可拆卸 方式固定到所述主体；并且其中，所述分离装置的至少一部分延伸过所 迷主体中所述开口的平面以设置在所述帽盖中。
13.如权利要求12所述的气相色镨仪，其中所述帽盖包括透明板， 并且通过所述透明板能够看到所述显示屏。
14.如权利要求11所述的气相色i普仪，其中所述外壳基本上是圆柱 形的。
15. —种用于安装在具有微处理器的气相色镨仪组件中的气相色 镨(GC)模块，所述GC模块包括支撑结构；固定到所述支撑结构的柱组件，所述柱组件包括至少一个用于分离 气体成分的柱，所述至少一个柱绕成线围；安装到所述支撑结构的印刷电路板；和电子装置，所述电子装置安装到所述印刷电路板、并且能操作用于 将有关具有所述GC模块的所述气相色镨仪的操作的信息提供给所述微 处理器，所述电子装置不是用于检测气体成分的检测器。
16.如权利要求15所述的气相色镨仪，其中所述电子装置选自压力 传感器和非易失性存储器。
17.如权利要求16所述的GC模块，其中至少一个电子装置包括压 力传感器和非易失性存储器，并且其中所述压力传感器能操作用于测量 提供到所述GC模块的气体的压力，并且所述非易失性存储器可操作用 于存储有关具有所述GC模块的所述气相色谱仪组件的操作的信息。
18.如权利要求17所述的GC模块，还包括用于检测气体成分的检 测器，所述检测器安装到所述印刷电路板。
19. 一种用于安装在气相色镨仪组件中的气相色镨(GC)模块，所 述GC模块包括支撑结构；能操作用于分离气体成分的分离装置,所述分离装置安装到所述支 撑结构；电路组件，所述电路组件安装到所述支撑结构并且包括非易失性存储器，所述非易失性存储器用于存储有关具有所述GC模块的所述气相 色镨仪组件的操作的信息。
20.如权利要求19所述的GC模块，其中所述电路组件还包括印刷 电路板，所述非易失性存储器安装到所述印刷电路板。
21.如权利要求20所述的GC模块，其中所述印刷电路板是柔性电路。
22.如权利要求20所述的GC模块，其中所述非易失性存储器包括 电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)。
全文摘要
本发明涉及具有显示屏的模块化气相色谱仪。所述气相色谱仪包括防爆外壳和固定到所述外壳的透明板。所述显示屏设置在所述外壳中并能通过所述透明板看到。所述气相色谱仪具有多个模块，包括进样模块、分析模块和包含所述显示屏的显示模块。所述分析模块安装在外壳内部并包括GC模块、歧管模块和电子装置模块。所述分析模块可以作为整体从所述外壳上取下。所述GC模块包括柱组件和印刷电路板，所述柱组件和印刷电路板都安装到阀组件。多个电子装置安装到所述电路板。所述电子装置包括非易失性存储器、压力传感器和检测器装置。
文档编号G01N30/88GK101300486SQ200680040758
公开日2008年11月5日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年9月2日
发明者乔纳森·W·阿舍, 史蒂文·吉恩·莱基, 史蒂芬·P·佩茨, 安东尼·P·瓦尔克, 布伦特·E·拜里, 文斯·B·哈德利, 罗伯特·W·拉特利奇, 罗德尼·韦恩·迪尔贝克, 马克斯·A·贝利 申请人:Abb公司