阅读说明：本技术 一种零死体积电驱动的程控阀及进样气路系统 (Electrically driven programmable valve with zero dead volume and sample injection gas circuit system ) 是由 王少楠 陈春玉 谭依玲 马昌宁 唐霞梅 方艾黎 李威 徐龙 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种零死体积电驱动的程控阀,主要包括阀体、传动装置及驱动电机；阀体具有内置于阀体中的气体进出口,气体进出口的金属材质硬度小于阀体的材质硬度,与阀体之间的配合面达到一定的光洁度后,通过压合的方式与阀体间形成锥形密封面.本发明还提供一种进样气路系统,通过程控阀与气路配合实现进样；阀体与气路的连接采用零死体积密封接头,气路采用0.5～1mm的小通径设计,气路连接所使用的管道外径公差在±0.002mm以内。本发明通过外部电源驱动电机转动,驱动电机通过带动传动装置进而带动阀体的阀芯内转动以达到阀门切换的目的。本发明的程控阀及进样气路系统可将死体积控制在0.15μL以下。(The invention discloses a zero dead volume electrically driven program control valve which mainly comprises a valve body, a transmission device and a driving motor, wherein the valve body is provided with a valve seat; the invention also provides a sample injection gas path system, which realizes sample injection by matching a program control valve with a gas path; the valve body is connected with the gas circuit through a zero dead volume sealing joint, the gas circuit is designed with a small drift diameter of 0.5-1 mm, and the tolerance of the outer diameter of a pipeline used for gas circuit connection is within +/-0.002 mm. The valve switching device drives the motor to rotate through the external power supply, and the driving motor drives the transmission device to further drive the valve core of the valve body to rotate so as to achieve the purpose of valve switching. The program control valve and the sample introduction gas circuit system can control the dead volume to be below 0.15 mu L.)

一种零死体积电驱动的程控阀及进样气路系统

技术领域

本发明属于阀门技术领域，具体为一种零死体积电驱动的程控阀及进样气路系统。

背景技术

死体积大会造成气路置换死角，导致分析设备无法取得代表性的样品，最终使分析结果失真。在分析国际一流的零死体积程控阀门的死体积均控制在0.15μL以下。

国内目前还没有适用于高端在线色谱仪的零死体积电驱动的程控阀，主要技术问题如下：1)死体积较大，通常大于100μL；2)密封面结构不合理，几乎采用平面型或圆筒型的密封方式，长期运行后会出现泄漏现象；3)阀门连续运转次数在几万次左右，稳定性不高。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述存在的问题，提供电驱动的程控阀及进样气路系统，控制死体积小于0.15μL，提高运行的稳定性及可靠性。

本发明的技术内容如下：

一种零死体积电驱动的程控阀，包括阀体、传动装置及驱动电机；

所述阀体具有内置于阀体中的用于气体通入或排出的气体进出口，所述气体进出口的金属材质硬度小于阀体的材质硬度，与阀体之间的配合面达到一定的光洁度后，通过压合的方式形成锥形密封面；所述阀体内还具有一端与阀轴连接的由可用于密封的高分子材料制成的阀芯，所述阀芯通过具有弹性伸缩功能的辅助安装件与阀体的气体进出口形成可以选择不同气体进出口连通的密封面；

所述传动装置包括阀门转子及联轴装置，所述阀门转子的一端与所述阀轴连接，另一端与所述联轴装置连接，所述联轴装置与所述驱动电机相配合，所述驱动电机转动后带动所述阀轴转动，实现不同气体进出口连通的切换。

在本发明的程控阀的一些具体实施例中，所述气体进出口与所述阀体的压合面光洁度达到Ra0.2及以下。

在本发明的程控阀的一些具体实施例中，所述驱动电机采用继电器隔离驱动方式驱动。

在本发明的程控阀的一些具体实施例中，所述阀体的类型包括六通阀、八通阀或十通阀。

本发明的程控阀可控制死体积小于0.15μL，无故障运行次数在20万次以上。

在本发明的程控阀的一些具体实施例中，所述程控阀通过安装组件固定在色谱仪器上，所述安装组件包括安装套环、卡环套及安装座，所述安装套环与所述卡环套连接，所述安装座与所述驱动电机连接，所述安装套环与所述联轴装置连接，所述安装座上设置有安装孔，可用于在色谱仪器上的固定。

本发明还公开了一种进样气路系统，包括前述的程控阀，以及程控阀连接的气路。

在本发明的进样气路系统的一些具体实施例中，在各气路进入所述阀体的气体进出口处设置有过滤器，所述过滤器的过滤精度为0.01～1μm。

在本发明的进样气路系统的一些具体实施例中，所述程控阀的气体进出口与气路之间采用零死体积密封接头连接，气路采用0.5～1mm的小通径设计，气路连接所使用的管道外径公差在±0.002mm以内。

在本发明的进样气路系统的一些具体实施例中，所述进样气路系统的死体积小于0.15μL。

由于采取了以上技术方案，本发明具有以下技术效果：本发明开发出了高端在线色谱仪的零死体积电驱动的程控阀，能够将整个程控阀的死体积控制小于0.15μL以下，程控阀具有优异的稳定性及可靠性，可以无故障运行20万次以上，不会出现长期运行后泄漏的情况；采用本发明的零死体积电驱动的程控阀进行气路进样，能够实现对关键过程中的气体进行最佳取样、排放及分流，能为控制超纯、高纯气体检测领域提供更好的服务。

附图说明

图1为零死体积电驱动程控阀的内部剖面图；

图2为零死体积电驱动程控阀的组成示意图；

图3为零死体积电驱动程控阀的装配图；

图4为零死体积电驱动程控阀的取样图；

图5为零死体积电驱动程控阀的进样图；

图6为程控阀为六通阀时的进气布置结构示意图；

图7为程控阀为六通阀时的阀芯结构俯视示意图。

附图说明，1-阀体；2-限位槽；3-阀门转子；4-传动联轴器；5-驱动联轴器；6-安装套环；7-卡环套；8-驱动电机；9-控制电路；10-安装座；11-电源线；12-接地线；13-继电器；14-继电器两端；15-驱动控制端，16-气体进出口，17-阀芯，18-阀轴，19-上轴承，20-下轴承，21-碟簧组，22-垫片，23-四氟垫，24-限位销，101-上阀体，102-下阀体。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1～图3所示，一种零死体积电驱动的程控阀，包括阀体1、传动装置及驱动电机8。阀体1具有内置于阀体中的用于气体通入或排出的气体进出口16，气体进出口16的金属材质硬度小于阀体的材质硬度，与阀体之间的配合面达到一定的光洁度后，通过压合的方式形成锥形密封面。具体的，阀体整体可由上阀体101及下阀体102组成。阀体1的材质可选可304或316不锈钢，气体进出口16安装在上阀体101上，其材质可选为铜以及其它金属或者合金材料，硬度需小于阀体以便于压合，气体进出口16由外至内向阀体内部呈具有气体通过空间的倒锥体结构；气体进出口16与阀体1的配合面的光洁度对于锥形配合面的密封性具有重要影响，当表面越光洁时，其密封性能越好，本实施例优选为控制接触面的Ra在0.2以下，Ra代表的是表面粗糙度，其数值越低，则代表表面越光洁。最终通过在一定的加热条件下，将气体进出口16的金属体压合入阀体1中，形成锥形密封面。相较于平面型或圆筒型的密封方式，锥形面更加易于压合安装，气体通道具有连续性，几乎不产生死体积。下阀体102内部具有安装阀芯17的腔体，阀芯17的一端与阀轴18连接，阀芯17由可用于密封的高分子材料制成，具体的，该高分子材料可选择改性的聚醚醚酮(PEEK)，聚醚醚酮具有耐高温性、机械特性、自润滑性及耐腐蚀性，特别适用于阀芯材料。阀芯17通过具有弹性伸缩功能的辅助安装件与阀体的气体进出口16形成可以选择不同气体进出口连通的密封面。具体的，如图1所示，阀芯17由具有上轴承19和下轴承20的碟簧组21安装，碟簧组21的伸缩性能保证阀芯17顶住上阀体101底面形成密封面，上轴承19与阀芯17之间还可选择设置有垫片22、四氟垫23及限位销24来提高阀芯17安装的稳定性。

传动装置包括阀门转子3及联轴装置，阀门转子3的一端与阀轴18连接，另一端与联轴装置连接，联轴装置与驱动电机8相配合，驱动电机8转动后带动阀轴18转动，实现不同气体进出口连通的切换。具体的，如图2～3所示，阀体1与阀门转子3的连接端具有限位槽2，阀门转子3安装在限位槽2内与阀轴18连接，阀门转子3另一端与传动联轴器4连接，传动联轴器4与驱动连轴器5的配合，驱动连轴器5的另一端与驱动电机8连接，驱动电机8由控制电路9控制。驱动电机上接有电源线11、接地线12和继电器13，继电器13上连有继电器两端14和驱动控制端15。

进一步地，驱动电机采用继电器隔离驱动方式驱动，通电后，驱动电机8可控制阀门自动复位，当驱动控制端15为低电平时，继电器13闭合，驱动电机8正转，阀门状态在取样状态，如图4所示；当驱动控制端15为高电平时，继电器13开路，驱动电机8反转，阀门切换，阀门状态在进样状态，如图5所示。

在本实施例的程控阀的一些具体方案中，阀体的类型包括但不限于六通阀、八通阀或十通阀。无论阀体的通路有多少，只需要调节阀芯与阀体之间的密封面。如图6～图7所示，本实施例公开了阀体为六通阀时的结构，六通阀的阀芯为了与装置相匹配，其具有均匀间隔的三段弧形的凸起的密封面，通过密封面的旋转实现有上阀体中的不同的气体进出口16连通，采用本思路可推及至其它的多通道的阀路。

本实施例还提供了程控阀的安装方案，程控阀通过安装组件固定在色谱仪器上，如图3所示，安装组件包括安装套环6、卡环套7及安装座10，安装套环6一端与驱动联轴器5连接，另一端与卡环套7连接，卡环套7与安装座10连接，安装座10与驱动电机8连接，安装座10上设置有安装孔，可用于在色谱仪器上的固定。由此，采用本安装方案能够将程控阀稳定地安装在色谱仪器上。

采用本实施例的程控阀，可控制整个程控阀的死体积小于0.15μL，无故障运行次数在20万次以上。死体积是指在高纯气、超高纯气分析领域中能够影响气体样品分析的，在气路中不能被置换的那部分体积。零死体积通常指不会影响分析的这种情况。但通常总会存在很微量的这么一部分空间。尽管我们这种设计是不会存在死体积的，但是由于加工精度等因素的影响，还是可能存在微小的死体积，但死体积可控制于0.15μL以下，因此零死体积的称法与可能存在死体积在行业内并不是矛盾的。本实施例的程控阀采用测试手段实际运行了20万次以上，而并没有出现任何故障。

本实施例还提供一种进样气路系统，包括前述的程控阀，以及程控阀连接的气路。程控阀可与进样气或者载气的气路连接，进样气路系统中还可以包括定量装置，与程控阀连接，以确定进样气的进样量。

在本实施例的一些具体方案中，在各气路进入阀体的气体进出口处设置有过滤器，过滤器的过滤精度为0.01～1μm。如果气体带有颗粒进入阀体，阀体在运转过程中过在密封面上划出细纹，这样可能会产生阀门漏气、串气并形成死体积的风险。通过控制过滤精度对进入气体中的可能存在的杂质物的滤除，防止有颗粒物对阀体内部的各密封面存在破坏，以提升阀体使用过程的可靠性。

在本实施例的一些具体方案中，程控阀的气体进出口与气路之间采用零死体积密封接头连接，零死体积密封接头在现有技术中即存在，可在市面上购买，在此不作限定。气路采用0.5～1mm的小通径设计，气路连接所使用的管道外径公差在±0.002mm以内。将气路的通径设计减小，并保证气路连接处的管径公差小于一定的范围，由此减少管路连接及气体通路中所可能存在的死体积。小的管径跟用以实现软金属卡套和阀体连接孔的锥面、连接螺钉的锥面之间的无缝压紧密封，从而消除死体积空间；小管径更容易保证进出气管和通气孔之间的紧密相接，从而减小死体积。

采用本实施例的进样气路系统，其整个系统的死体积同样可控制于小于0.15μL。能够实现对关键过程中的气体进行最佳取样、排放及分流，能为控制超纯、高纯气体检测领域提供更好的服务。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。