一种便携式氢火焰离子化检测器的制作方法

1.本实用新型涉及气相色谱仪技术领域，尤其涉及一种便携式氢火焰离子化检测器。


背景技术：

2.氢火焰离子化检测器(flame ionization detector，简称fid)是气相色谱仪常用的检测器之一。氢火焰离子化检测器以氢气和空气燃烧生成的火焰为能源，当有机化合物进入以氢气和氧气燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，电离产生比基流高几个数量级的离子，在高压电场的定向作用下，形成离子流，微弱的离子流经过高阻(106～1011ω)放大，成为与进入火焰的有机化合物量成正比的电信号，因此可以根据信号的大小对有机物进行定量分析。
3.现有技术中，fid检测器结构件多，对加工工艺要求比较高，密封性一般都比较差，检测器受外界温度的影响比较大，影响数据的稳定性。收集极组件由信号接头、金属杆、压线端子、收集叉等多件组合，采用多件焊接为一个整体，制作工艺复杂，生产成本高，质量批次一致性差。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种便携式氢火焰离子化检测器，用以解决现有技术中氢火焰离子化检测器结构复杂及数据稳定性差的缺陷。
5.本实用新型提供一种便携式氢火焰离子化检测器，包括底座和与所述底座连接的上座，所述上座设有通孔、极化极组件和收集极组件，所述极化极组件和收集极组件均连通于所述通孔；所述底座内设有喷嘴、加热结构和温度传感器，所述喷嘴的出气端收容于所述通孔，所述加热结构与所述温度传感器相连以基于所述温度传感器采集的温度信息调整运行状态。
6.进一步地，所述通孔内插设有收集桶，所述收集桶的外壁与所述通孔的孔壁之间设置有绝缘体。
7.进一步地，所述收集极组件包括第一信号接头和第一金属探针，所述第一信号接头与所述第一金属探针相连，所述第一金属探针穿过所述收集桶的桶壁以采集电离子形成的电场信号。
8.进一步地，所述收集极组件还包括第一探臂，所述第一探臂的一端与所述上座螺纹连接，所述第一探臂的另一端与所述第一信号接头可拆卸连接，所述第一金属探针固定插设在所述第一探臂内。
9.进一步地，所述极化极组件还包括第二探臂，所述第二探臂的一端与所述上座固定连接，所述第二探臂的另一端与所述第二信号接头插穿固定，所述第二金属探针插装在所述第二探臂内。
10.进一步地，所述极化极组件还包括第二探臂，所述第二探臂的一端与所述上座螺
纹连接，所述第二探臂的另一端与所述第二信号接头可拆卸连接，所述第二金属探针固定插设在所述第一探臂内。
11.进一步地，所述底座包括分别流通氢气、载气和空气的第一气体通道、第二气体通道和第三气体通道，所述第一气体通道和所述第二气体通道分别与所述喷嘴的进气端相连；所述喷嘴与所述底座之间形成安装孔隙，所述第三气体通道与所述安装孔隙连通。
12.进一步地，所述便携式氢火焰离子化检测器还包括点火丝及热电偶，所述热电偶和所述点火丝均安装于所述上座并且位于所述绝缘体远离所述底座的一侧，所述点火丝用于点火，所述热电偶用于采集温度变化以判断当前火焰状态。
13.进一步地，所述绝缘体包括第一绝缘件和第二绝缘件，所述第一绝缘件相比于所述第二绝缘件更靠近所述底座，所述第一绝缘件和所述第二绝缘件分别套接固定于所述收集桶，所述收集桶的外壁凸设限位台，所述第一绝缘件和所述第二绝缘件间隔布设在所述限位台的相对两侧，所述第一金属探针穿过所述限位台与所述收集桶的内壁平齐。
14.进一步地，所述便携式氢火焰离子化检测器还包括紧固套环，所述紧固套环插接固定于所述通孔，所述第一绝缘件设置有台阶面，所述紧固套环与所述台阶面抵接。
15.本实用新型提供的便携式氢火焰离子化检测器，由底座和上座两部分组成，收集极组件采用信号接头和金属探针组合的方式采集数据，结构简单，方便维护，而且灵敏度也高，可以应用在便携式的气象色谱仪上。整个结构打破传统，金属探针的端部采用近似点接触的方式采集数据，从而实现便携式气相色谱仪的小型化，方便安装和维护。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本实用新型提供的便携式氢火焰离子化检测器的立体图；
18.图2是本实用新型提供的便携式氢火焰离子化检测器的立体剖面图；
19.图3是本实用新型提供的收集极组件的安装剖面图；
20.图4是本实用新型提供的便携式氢火焰离子化检测器的侧视图；
21.图5是本实用新型提供的便携式氢火焰离子化检测器的剖面图。
22.附图标记：
23.10、底座；11、第一气体通道；12、第二气体通道；13、第三气体通道；14、加热结构；15、温度传感器；20、上座；21、通孔；22、出气口；30、收集极组件；31、第一信号接头；32、第一金属探针；40、极化极组件；41、第二信号接头；42、第二金属探针；50、收集桶；60、绝缘体；61、第一绝缘件；62、第二绝缘件；63、紧固套环；71、第一探臂；72、第一填充件；73、第二探臂；74、第二填充件；80、喷嘴；81、安装件；91、点火丝；92、热电偶。
具体实施方式
24.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用
新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.下面结合图1-图5描述本实用新型的便携式氢火焰离子化检测器。
29.如图1和图2所示，本实用新型提供的便携式氢火焰离子化检测器包括底座10、上座20、收集极组件30和极化极组件40。底座10与上座20可拆卸连接，作为整个检测器的外壳。底座10内设有第一气体通道11、第二气体通道12和第三气体通道13，上座20设有通孔21，通孔21与第一气体通道11、第二气体通道12和第三气体通道13连通。极化极组件40用于提供极化电压，比如，极化极组件40提供160v～220v的高压作为极化电压。通孔21内插设有收集桶50，收集桶50的外壁与通孔21的孔壁之间设置有绝缘体60。收集极组件30包括第一信号接头31和第一金属探针32，第一信号接头31安装在上座20并与第一金属探针32相连，第一金属探针32穿过收集桶50的桶壁以采集电离子形成的电场信号。
30.上座20和底座10通过螺钉相连或者通过其他方式连在一起，方便拆卸，以维护更换内部结构。如图2所示，在底座10上设有四个螺孔，四个螺孔位于长方形的四个角处，底座10和上座20对合后通过螺钉固定。当然，也可以采用其他固定方式进行相连。
31.在上座20和底座10之间设置有密封垫，密封垫采用聚四氟乙烯(poly tetra fluoroethylene，简写为ptfe)。密封垫的一侧与底座10的顶部抵接，另一侧与上座20的底部抵接，借助密封垫密封上座20和底座10连接处的间隙。
32.载气、氢气和空气分别通过第一气体通道11、第二气体通道12和第三气体通道13进入通孔21内。每一气体通道流通一种气体，气体沿气体通道在通孔21内汇集。其中，第一气体通道11、第二气体通道12和第三气体通道13三者的入气口可以设置在底座10的同一侧，也可以设置在底座10的不同侧，对此本实用新型实施例不做具体限定。另外，三个气体通道在底座10上的设置高度可以根据需要具体选择。收集桶50嵌套在绝缘体60内，绝缘体60嵌设在通孔21内。具体地，收集桶50位于气体汇集处的上方，气体汇集后燃烧并在极化极
组件40提供的极化电压作用下发生电离，电离后产生的电离子进入收集桶50，第一金属探针32获取对应的电信号，并通过第一信号接头31向外传输。
33.上座20为柱体，其中部设有通孔21。在一可选的实施例中，上座20为中空的圆柱套筒状。在另一可选的实施例中，上座20为中空的棱柱状。本实用新型实施例不具体限定上座20的具体形状。收集桶50插装在通孔21内，在收集桶50的外壁与通孔21的孔壁之间设置有绝缘体60。也即，绝缘体60套设在收集桶50外，绝缘体60和收集桶50整体插设在通孔21内。
34.在传统认知中，收集极组件30的采集头与收集桶50的接触面积越大越有利于提高检测精度，因此，传统的氢火焰离子化检测器难以实现小型化。另外，传统的采集头多采用复杂的嵌套结构，结构复杂，不利于携带。
35.本实用新型实施例提供的便携式氢火焰离子化检测器，由底座10和上座20两部分组成，收集极组件30采用信号接头和金属探针组合的方式采集数据，结构简单，方便维护，而且灵敏度也高，可以应用在便携式的气相色谱仪上。整个结构打破传统，金属探针的端部采用近似点接触的方式采集数据，从而实现便携式气象色谱仪的小型化，方便安装和维护。
36.在本实用新型一具体实施例中，便携式氢火焰离子化检测器还包括第一探臂71，第一探臂71的一端与上座20螺纹连接，第一探臂71的另一端与第一信号接头31可拆卸连接。第一金属探针32固定插设在第一探臂71内。
37.具体地，如图2所示，上座20的侧壁设有第一螺纹孔。如图3所示，第一探臂71的一端设有外螺纹，外螺纹与螺纹孔的内螺纹螺合，从而将第一上臂和上座20螺纹连接在一起。第一探臂71为中空的圆柱体。
38.如图3所示，第一探臂71沿轴向设有第一台阶孔，第一探臂71的侧壁上设有第一调节孔，第一调节孔的孔轴与第一台阶孔的孔轴垂直。第一信号接头31收容在第一探臂71内，第一紧固螺钉插设在第一调节孔内，通过旋拧第一紧固螺钉可以调节第一信号接头31在第一探臂71内的安装松紧度。拧紧第一紧固螺钉，第一紧固螺钉旋入第一探臂71的长度增加，从而将第一信号接头31紧紧地抵接在第一探臂71内。旋松第一紧固螺钉，第一紧固螺钉向第一探臂71外运动，第一信号接头31在第一探臂71内可以抽出，由此借助第一紧固螺钉调节第一信号接头31在第一探臂71内的安装松紧度。
39.第一信号接头31的外壁沿圆周方向凸设一圈挡边，挡边与第一台阶孔中大孔段的孔口抵接。当第一信号接头31通过第一紧固螺钉固定在第一探臂71内时，第一探臂71的端部被挡边密封。第一信号接头31插入第一探臂71的一端与第一金属探针32相连，第一信号接头31的另一端与传输线相连。
40.进一步地，第一探臂71为金属件，在第一探臂71内嵌设第一填充件72，第一填充件72为绝缘件，第一金属探针32插接固定于第一填充件72。
41.如图2所示，第一台阶孔的小孔段安装第一填充件72，第一金属探针32插设在第一填充件72内。第一填充件72为带有帽体的柱体，大体呈螺栓状，帽体搭设在第一台阶孔的台阶面上，柱体插设在第一台阶孔的小孔段。
42.具体地，第一填充件72为陶瓷件。第一探臂71为金属件，其材质可以与上座20不同，也可以与上座20相同，对此本实用新型实施例不做具体限定。第一金属探针32的一端伸入收集桶50内并大体与收集桶50的内壁平齐。
43.在上述任一实施例基础上，本实用新型实施例提供的便携式氢火焰离子化检测器
中，极化极组件40包括第二信号接头41和第二金属探针42，第二信号接头41安装于上座20，第二金属探针42的一端与第二信号接头41相连，第二金属探针42的另一端与喷嘴80处于同一高度。
44.如图2所示，上座20上固定连接第二探臂73，第二信号接头41插装固定在第二探臂73远离上座20的一端。第二金属探针42插装在第二探臂73内，第二金属探针42的端部与喷嘴80的顶部平齐。其中，第二金属探针42通过第二填充件74插装固定在第二信号接头41内。第二探臂73、第二信号接头41、第二金属探针42的安装方式与第一探臂71、第一信号接头31和第一金属探针32的安装类似，此处不再赘述。
45.具体地，第一探臂71和第二探臂73均可以采用不锈钢材质制成，第一填充体和第二填充体均采用陶瓷。
46.如图2和图4所示，第一探臂71与第二探臂73设置在上座20的同一侧，第一探臂71位于第二探臂73的下方。为了安装方便，第一紧固螺钉位于第一探臂71的下侧，第二紧固螺钉位于第二探臂73的上侧，以防第一探臂71和第二探臂73之间间距过小不便于旋拧两个紧固螺钉。当然，第一探臂71和第二探臂73可以设置在上座20的不同侧，比如第一探臂71的延伸方向和第二探臂73的延伸方向在空间上相互垂直，此时第一紧固螺钉和第二紧固螺钉可以设置在对应探臂的任一位置。
47.在上述任一实施例基础上，便携式氢火焰离子化检测器还包括喷嘴80，喷嘴80固定安装于底座10。喷嘴80与底座10之间形成安装间隙，喷嘴80的出气端收容在通孔21内。第一气体通道11为氢气的流通通道，第二气体通道12为载气的流通通道，第一气体通道11和第二气体通道12分别与喷嘴80的进气端相连。第三气体通道13为载气流通通道，第三气体通道13与安装间隙连通。
48.如图5所示，第一气体通道11和第二气体通道12位于第三气体通道13的下方。由于氢气和载气相对空气较轻，第一气体通道11作为氢气流通通道，第二气体通道12作为载气流通通道，第三气体通道13作为空气流通通道。
49.具体地，底座10上设有安装螺孔，安装件81设有外螺纹，外螺纹与安装螺孔的内螺纹配合。安装件81中部设有插孔，喷嘴80插接固定在插孔内。如图5所示，安装螺孔位于底座10的中部，喷嘴80的端部与第一气体通道11、第二气体通道12大体平齐，喷嘴80的进气口与第一气体通道11和第二气体通道12连通。第一气体通道11内流通的氢气和第二气体通道12内流通的载气借由喷嘴80内的通道通入上座20的通孔21内。外螺纹和安装螺孔的内螺纹之间有安装间隙，第三气体通道13与该安装间隙连通，第三气体通道13内流通的空气经由该安装间隙向上与氢气和载气混合。
50.具体地，喷嘴80的材质为石英、金属或者陶瓷。喷嘴80的内径对检测器的灵敏度有较大影响，可选的，喷嘴80的内径为0.2mm，灵敏度是常规检测器的2-3倍。
51.本实用新型实施例中的便携式氢火焰离子化检测器还包括点火丝91和热电偶92，点火丝91和热电偶92均安装于上座20并位于绝缘体60远离底座10的一侧。
52.如图2和图4所示，上座20的顶部安装有点火丝91，点火丝91位于热电偶92的下方且位于绝缘体60的上方。点火丝91为铂金丝，用于点火。在上座20的顶部设置有热电偶92，热电偶92位于绝缘体60的上方，该热电偶92为k型热电偶92，能快速感知温度变化，以便根据温度变化判断火焰是熄火、着火或者火焰的大小状态，提高检测器的使用安全性。
53.如图5所示，绝缘体60包括第一绝缘件61和第二绝缘件62，第一绝缘件61相比于第二绝缘件62更靠近底座10。如图5所示，第一绝缘件61位于第二绝缘件62的下方。收集桶50的外壁凸设限位台，第一绝缘件61和第二绝缘件62分别套设在收集桶50上并间隔布设在限位台的上下两侧，借助限位台将第一绝缘件61和第二绝缘件62隔开。第一金属探针32穿过限位台与收集桶50的内壁平齐。
54.具体地，第一绝缘件61和第二绝缘件62的结构可以完全相同也可以不同。第一绝缘件61的厚度和第二绝缘件62的厚度一致，限位台的高度小于第一绝缘件61的厚度。第二探臂73对应限位台设置，第二金属探针42穿过第一绝缘件61和第二绝缘件62之间的间隙及限位台伸入收集桶50内，第二金属探针42的端部与收集桶50的内壁面大体平齐。点火丝91和热电偶92均位于第二绝缘件62的上方。
55.绝缘体60将收集桶50和喷嘴80绝缘隔开。通常在100v电压时，会有1012ω的漏电电阻，产生10na的基线偏移。收集桶50和第二金属探针42之间的间距为4mm～6mm。比如，收集桶50的底部与第二金属探针42沿竖直方向的间距为5mm。若两者之间的距离过小，则收集桶50容易过热，噪声增大。若两者之间的间距过大，则离子流到达电极的时间长，正负离子再结合的几率增大，收集效率降低。
56.便携式氢火焰离子化检测器还包括紧固套环63，紧固套环63插接固定于通孔21内。第一绝缘件61设置有台阶面，紧固套环63与台阶面抵接。
57.收集桶50被上下两个绝缘件限位。位于下方的第一限位件通过紧固套环63安装在上座20内。紧固套环63卡装在上座20内，在第一绝缘件61上设有台阶面，紧固套环63与台阶面抵接，从而限定第一绝缘件61沿通孔21轴向的移动自由度。
58.如图2所示，在上座20的顶部设有出气口22，出气口22的口径小于上座20中部的空腔。通过在上座20顶部设置出气口22调节腔体内气压同时还能排出燃烧产生的蒸汽和二氧化碳。在出气口22处设置有另一绝缘体60进行绝缘，该绝缘体60采用陶瓷材料制成。
59.本实用新型提供的便携式氢火焰离子化检测器中，底座10和上座20均为导热件。底座10内安装有加热结构14及温度传感器15，温度传感器15用于采集底座10温度，加热结构14与温度传感器15相连以基于温度传感器15采集的温度信息调整运行状态。
60.具体地，加热结构14如加热棒安装在底座10内，由于上座20和底座10均为导热金属，借助导热金属的热传导，将加热棒产生的热量传递至上座20。在加热过程中，根据温度传感器15采集的温度数据控制加热结构14的运行，以使上座20在恒定的温度工作。可选的，温度传感器15为pt1000传感器。
61.本实用新型实施例提供的便携式氢火焰离子化检测器，各个部件之间通过嵌套或者螺纹连接的方式相连，避免了多件连接漏气的问题，密封性好，有助于获取稳定的数据。
62.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。