主题：【第十五届原创】气相色谱仪流量控制原理与维护 —— 电子流量控制器中的比例电磁阀

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红小豆发表于：2022/09/02 16:47:51 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

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气相色谱仪流量控制原理与维护 —— 电子流量控制器中的比例电磁阀

概述

装备有电子流量控制器的气相色谱仪，执行流量控制时的常用核心部件是比例电磁阀，其原理类似于气体流路中的可调节阻尼。工作过程中，气相色谱系统通过改变比例电磁阀的开度来调节其阻尼，进而控制气体流量。

气相色谱仪流量的调控方式

一、机械式气相色谱仪流量控制方式

图1 机械式气相色谱仪流量控制方式

传统的机械式气相色谱仪调控气体流量的方法主要有三种，如图1所示。

方式a，气体流路中按顺序安装稳压阀和针型阀，稳压阀提供恒定压力，通过调节针型阀的阀针，改变其阻尼，实现流量的调节。实际情况下，由于针型阀本身阻尼范围有限，针型阀并不单独使用，一般需要在针型阀之后再串联阻尼器，使流量调节更加容易。

此种方式仪器硬件结构较为简单，针型阀惯性小，流量调节速度快。

方式b，气体流路中按顺序安装稳压阀和稳流阀，稳压阀提供恒定压力，通过调节恒流阀的阀针，改变其输出流量。

此种方式仪器硬件成本略高，由于恒流阀一般具有较大的惯性，流量调节速度相对较慢，一般常见于填充柱进样口的流量控制器，实现色谱柱的恒流量控制。

方式c，气体通道中安装稳压阀和阻尼器，通过调节稳压阀的不同输出压力实现流量的调节。

此种方式结构更加简单，硬件成本低，调节速度快，对稳压阀要求较高。

二、电子流量控制器流量控制方式

装备有电子流量控制器的气相色谱仪，一般采用比例电磁阀为核心的流量控制系统来控制气体流量和压力，其结构原理如图2所示。控制系统的输入端气源压力需要保持恒定。

图2 比例电磁阀控制系统原理图

比例电磁阀与普通电磁阀不同，可以通过调节其输入电压或者电流，获得阀不同的开度，改变电磁阀阻尼——类似图1-a中的针型阀，从而实现气体流量的调节。

流量控制系统在负反馈方式下工作，如果输出气体流量（或压力）小于设定值，流量计（或压力计）检测到此异常反馈给控制器，系统发出命令增大阀的开度，使气体流量重新稳定于设定值。反之，如果输出气体流量（或压力）大于设定值，系统发出命令较小阀开度，使气体流量稳定。

三、阀开度的控制——占空比

气相色谱仪系统一般通过调节比例电磁阀的供电方波电压的占空比来调节阀开度，方波电压占空比的意义如图3所示，。

图3 占空比原理图示

一般情况下色谱系统采用较高的恒频率方波电压控制比例阀，方波的高电平状态下电磁阀开启，低电平状态下电磁阀关闭。

高电平工作的时间与方波周期的比例为方波电压的占空比（T₁/T），方波电压的占空比越高，电磁阀在工作过程中开启的比例越高——即开度越大，比例电磁阀的阻尼越小。

当系统输出气体流量大于设定值时，色谱系统减小比例电磁阀供电方波电压的占空比，此时比例电磁阀开度减小，阀阻尼增大，系统输出气体流量降低恢复到设定值。如图4所示：