差分真空系统控制装置及差分真空系统的制作方法

1.本发明涉及精密质谱仪器技术领域，特别是涉及一种差分真空系统控制装置及差分真空系统。


背景技术：

2.大气气溶胶对环境以及人体健康有巨大的影响，越来越受到重视。大气气溶胶的来源以及演变复杂，深入研究其来源特性、理化性质以及演变机理困难。单颗粒气溶胶质谱仪作为一种新型的气溶胶分析仪器，能够从单个颗粒的层面上测量颗粒的尺寸大小和化学组成，对于研究大气颗粒物的种类、混合状态、演变过程及来源解析具有重要的作用。
3.在精密质谱仪器行业，离子源腔室与质量分析器腔室都处于高真空环境(10-5pa)，并且两个腔室空间差异较大，飞行时间质量分析器腔室比离子源腔室大很多。因离子源电离老化损耗的原因，较小的离子源腔室则需定期停机更换离子源，然而，由于大小两个腔室连通的原因，使重开机而达到需稳定的高真空测试环境往往需要十二小时以上，造成很大的成本及时间损耗。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种差分真空系统控制装置及差分真空系统，能够有效缩短仪器开机时间，节约人力、能源、机器损耗成本，提高检测效率。
5.其技术方案如下：一种差分真空系统控制装置，所述差分真空系统控制装置包括：阀体，所述阀体设有穿孔，所述阀体用于安装在腔体的外壁上，所述穿孔与腔室连通；阀门组件，所述阀门组件包括阀杆、阀板、旋钮及阀套，所述阀套连接于所述阀体上，所述阀杆穿过所述阀套与所述穿孔伸入所述腔室中，所述旋钮与所述阀杆传动配合，所述阀板与所述阀杆远离所述旋钮的一端连接，所述旋钮驱使所述阀杆沿高度方向运动，使得所述离子源腔室与质量分析器腔室之间切换连通或隔离状态。
6.上述差分真空系统控制装置，安装在腔体上，当需要维修更换电离源时，操作旋钮，由于旋钮与阀杆传动配合，使得阀杆在穿孔中向下运动，带动阀板向下运动，从而物理隔绝离子源腔室与质量分析器腔室空间，然后停机离子源腔室的分子泵再进行缓慢放气，当离子源腔室达到与外部大气压一致时，单独拆开离子源腔室更换离子源。完成离子源更换并装配好离子源腔室后，进行离子源腔室的高真空抽取，经真空规测试达到预设的真空度以后再旋转旋钮使阀板上升，使离子源腔室与质量分析器腔室贯通，即可进行正常的测试。如此操作方式能够有效缩短质谱仪器维修后的再开机时间，一并节约人力、能源、机器损耗成本，结构加工简单、操作方便、对腔内真空环境无污染，同时提高真空差分系统的安全系数，提高工作可靠性。
7.在其中一个实施例中，所述阀套的一端设有第一配合部，所述旋钮设有第一配合槽，所述第一配合部与所述第一配合槽旋转配合，所述阀杆设有螺纹部，所述阀套设有螺纹孔，所述螺纹部与所述螺纹孔啮合。
8.在其中一个实施例中，所述差分真空系统控制装置还包括密封组件，所述密封组件套设于所述阀杆上，且所述阀杆通过所述密封组件与所述阀体密封配合。
9.在其中一个实施例中，所述密封件包括第一密封圈、第二密封圈、密封脂及密封环，所述第一密封圈与第二密封圈分别设置于所述密封环的相对两侧，所述密封脂涂覆于所述第一密封圈、所述第二密封圈、所述密封环与所述阀杆之间。
10.在其中一个实施例中，所述差分真空系统控制装置还包括阀座，所述阀座用于设置于所述阀体与所述腔体之间。
11.在其中一个实施例中，所述阀杆远离所述旋钮的一端设有第二配合部，所述阀板设有第二配合槽，所述第二配合部与所述第二配合槽旋转配合。
12.在其中一个实施例中，所述差分真空系统控制装置还包括固定板，所述固定板用于设置于所述离子源腔室中，所述固定板设有通过孔，所述通过孔用于连通离子源腔室与所述质量分析器腔室，所述阀板可开闭式连通于所述通过孔。
13.在其中一个实施例中，所述差分真空系统控制装置还包括环形极片，所述环形极片设置于所述质量分析器腔室中，且所述环形极片与所述固定板分别设置于所述阀板的相对两端形成导槽，所述阀板用于在所述导槽中运动。
14.在其中一个实施例中，所述固定板和/或所述环形极片设有密封件，所述阀板与所述密封件密封配合。
15.一种差分真空系统，所述差分真空系统包括腔体与上述中任意一项所述的差分真空系统控制装置，所述腔体设有离子源腔室与所述质量分析器腔室，所述阀板可开闭式设置于所述离子源腔室与所述质量分析器腔室之间。
16.上述差分真空系统，当需要维修更换电离源时，操作旋钮，由于旋钮与阀杆传动配合，使得阀杆在穿孔中向下运动，带动阀板向下运动，从而物理隔绝离子源腔室与质量分析器腔室空间，然后停机离子源腔室的分子泵再进行缓慢放气，当离子源腔室达到与外部大气压一致时，单独拆开离子源腔室更换离子源。完成离子源更换并装配好离子源腔室后，进行离子源腔室的高真空抽取，经真空规测试达到预设的真空度以后再旋转旋钮使阀板上升，使离子源腔室与质量分析器腔室贯通，即可进行正常的测试。如此操作方式能够有效缩短质谱仪器维修后的再开机时间，一并节约人力、能源、机器损耗成本，结构加工简单、操作方便、对腔内真空环境无污染，同时提高真空差分系统的安全系数，提高工作可靠性。
附图说明
17.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
19.图1为一实施例中所述的差分真空系统控制装置的内部结构示意图；
20.图2为一实施例中所述的差分真空系统控制装置的俯视图；
21.图3为一实施例中所述的差分真空系统控制装置的安装位置示意图；
22.图4为图3中圈a处的局部放大示意图。
23.附图标记说明：
24.100、差分真空系统控制装置；110、阀体；111、穿孔；120、阀门组件；121、阀杆；1211、第二配合部；122、阀板；1221、第二配合槽；123、旋钮；1231、第一配合槽；124、阀套；1241、第一配合部；130、密封组件；131、第一密封圈；132、第二密封圈；133、密封环；140、阀座；150、固定板；151、通过孔；160、环形极片；170、密封件；180、导槽；200、差分真空系统；210、离子源腔室；220、质量分析器腔室；230、腔体。
具体实施方式
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
26.在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
31.请参阅图1与图2，图1示出了本发明一实施例中所述的差分真空系统控制装置100的内部结构示意图；图2示出了本发明一实施例中所述的差分真空系统控制装置100的俯视
图，本发明一实施例提供了的一种差分真空系统控制装置100，差分真空系统控制装置100包括：阀体110与阀门组件120。阀体110设有穿孔111，阀体110用于安装在腔体230的外壁上，穿孔111与腔室连通。阀门组件120包括阀杆121、阀板122、旋钮123及阀套124，阀套124连接于阀体110上，阀杆121穿过阀套124与穿孔111伸入腔室中，旋钮123与阀杆121传动配合，阀板122与阀杆121远离旋钮123的一端连接，旋钮123驱使阀杆121沿高度方向运动，使得离子源腔室210与质量分析器腔室220之间切换连通或隔离状态。
32.其中，为了进一步理解与说明阀杆121沿高度方向运动，以图1为例，阀杆121的高度方向为图1中直线s1上任意一箭头所指的方向。
33.需要说明的是，旋钮123驱使阀杆121沿高度方向运动，使得离子源腔室210与质量分析器腔室220之间切换连通或隔离状态应理解为，旋钮123能够手动或自动旋转，由于阀杆121与旋钮123传动配合，使得旋钮123转动后，阀杆121沿其高度方向运动，初始位置时，阀离子源腔室210与质量分析器腔室220之间为连通状态，阀杆121向下运动后，封堵离子源腔室210与质量分析器腔室220之间的通过孔151，使得离子源腔室210与质量分析器腔室220之间为相互隔离状态，无气体流通。
34.上述差分真空系统控制装置100，安装在腔体230上，当需要维修更换电离源时，操作旋钮123，由于旋钮123与阀杆121传动配合，使得阀杆121在穿孔111中向下运动，带动阀板122向下运动，从而物理隔绝离子源腔室210与质量分析器腔室220空间，然后停机离子源腔室210的分子泵再进行缓慢放气，当离子源腔室210达到与外部大气压一致时，单独拆开离子源腔室210更换离子源。完成离子源更换并装配好离子源腔室210后，进行离子源腔室210的高真空抽取，经真空规测试达到预设的真空度以后再旋转旋钮123使阀板122上升，使离子源腔室210与质量分析器腔室220贯通，即可进行正常的测试。如此操作方式能够有效缩短质谱仪器维修后的再开机时间，一并节约人力、能源、机器损耗成本，结构加工简单、操作方便、对腔内真空环境无污染，同时提高真空差分系统的安全系数，提高工作可靠性。
35.可选地，旋钮123与阀杆121的传动配合方式可为带传动、链传动、齿轮啮合、螺纹啮合或其它传动配合方式。
36.具体地，请参阅图1，阀套124的一端设有第一配合部1241，旋钮123设有第一配合槽1231，第一配合部1241与第一配合槽1231旋转配合。阀杆121设有螺纹部，阀套124设有螺纹孔，螺纹部与螺纹孔啮合。如此，旋钮123旋转时，由于第一配合部1241与第一配合槽1231旋转配合，因此旋钮123位置不变，阀杆121带动阀板122上下移动，从而实现连通状态与隔离状态的切换，操作简单，可靠性强，还能够方便实现自动和手动控制打开与关闭。本实施例仅提供一种旋钮123与阀杆121的传动配合方式，但并不以此为限。
37.在一个实施例中，请参阅图1，差分真空系统控制装置100还包括密封组件130，密封组件130套设于阀杆121上，且阀杆121通过密封组件130与阀体110密封配合。如此，能够保证差分真空系统控制装置100与腔体230之间的密封性能，提高差分真空系统200的整体品质和工作可靠性。
38.可选地，密封组件130可为密封胶、密封垫、密封圈、密封板或其它密封结构，又或者是两种以上密封部件的组合。
39.在一个实施例中，密封件170包括第一密封圈131、第二密封圈132、密封脂及密封环133，第一密封圈131与第二密封圈132分别设置于密封环133的相对两侧，密封脂涂覆于
第一密封圈131、第二密封圈132、密封环133与阀杆121之间。具体地，第一密封圈131与第二密封圈132均为氟橡胶o型线圈。密封环133为带润滑槽的密封铜环。如此，第一密封圈131、第二密封圈132及密封环133的组合有利于保证差分真空系统控制装置100与真空腔室之间的气密性，同时密封脂还能对阀杆121起润滑作用，能够保证阀杆121直线运动时的顺畅性。本实施例仅提供一种密封组件130的具体实施方式，但并不以此为限。
40.在一个实施例中，差分真空系统控制装置100还包括阀座140，阀座140用于设置于阀体110与腔体230之间。如此，方便阀板122和阀杆121的安装，有利于提高密封效果，同时有利于提高阀杆121的运动可靠性。
41.可选地，阀座140、阀杆121、阀体110、阀板122的材质分别可为玻璃、塑料、金属、橡胶、硅胶或其它材质。
42.具体地，阀杆121的材质为304不锈钢(sus304)。阀体110的材质为304不锈钢(sus304)。如此，304不锈钢环保卫生，耐磨损、耐低温、热膨胀性能和保温性能好，阀杆121伸入真空腔体230内不会对高真空腔体230内产生污染，有利于提高实验结果的可靠性。阀座140的材质为聚四氟乙烯(poly tetra fluoroethylene，简写为ptfe)。如此，化学稳定性强，且具有优异的高、低温性能，电绝缘性、非粘附性和耐候性好，并且润滑性良好，能够降低阀杆121在阀座140上运动时的摩擦力，从而降低阀座140的磨损，提高阀座140的使用寿命。阀板122的材质为聚醚醚酮塑料(poly ether ether ketone，简写为peek)，如此，耐高温性能好，机械强度高，耐冲击和耐疲劳性能好，并且不会对高真空腔体230内产生污染，有利于保证差分真空系统控制装置100的结构稳定性和工作可靠性。本实施例仅提供一种阀座140、阀杆121、阀体110、阀板122的具体材质选择，但并不以此为限。
43.在一个实施例中，请参阅图1，阀杆121远离旋钮123的一端设有第二配合部1211，阀板122设有第二配合槽1221，第二配合部1211与第二配合槽1221旋转配合。如此，阀杆121上下运动时，阀板122中的第二配合槽1221与阀杆121上的第二配合部1211旋转配合，能够避免阀杆121旋转时阀板122的转动，提高工作稳定性和可靠性。
44.在其他实施例中，阀杆121还可以包括为相互旋转配合的第一分段与第二分段，第一分段设有螺纹部，旋钮123与第一分段螺纹配合，第二分段的截面形状为方形，同时穿孔111的截面形状也为方形，阀板122与第二分段连接。如此，第一分段旋转时带动第二分段上下运动，方形截面形状的穿孔111能够对方形截面形状的第二分段起限位作用，使得第二分段上下运动，不跟随第一分段旋转，保证阀板122也为上下运动。
45.图3示出了本发明一实施例中的差分真空系统控制装置100的安装位置示意图；图4示出了本发明图3中圈a处的局部放大示意图，在一个实施例中，差分真空系统控制装置100还包括固定板150，固定板150用于设置于离子源腔室210中，固定板150设有通过孔151，通过孔151用于连通离子源腔室210与质量分析器腔室220，阀板122可开闭式连通于通过孔151。具体地，固定板150为锥形固定板150。如此，固定板150能够对阀门组件120提供支撑作用，能够在真空负压条件下保证阀板122和阀杆121的运动稳定性。锥形固定板150的通过孔151使离子源腔室210和质量分析器腔室220形成差分真空系统200，有利于保证离子在飞行过程的精准控制。
46.在一个实施例中，请参阅图3与图4，差分真空系统控制装置100还包括环形极片160，环形极片160设置于质量分析器腔室220中，且环形极片160与固定板150分别设置于阀
板122的相对两端形成导槽180，阀板122用于在导槽180中运动。具体地，环形极片160为分析器环形极片160。如此，环形极片160与固定板150相对设置形成导槽180，供阀板122上下运动，为阀板122的运动起限位作用和导向作用，进而方便阀门组件120的手动和自动控制，提高阀板122的运动可靠性。
47.在一个实施例中，请参阅图4，固定板150和/或环形极片160设有密封件170，阀板122与密封件170密封配合。如此，能够提高阀板122与离子源腔室210和质量分析器腔室220的密封性能，避免差分真空系统200内各腔室之间的漏气。
48.需要说明的是，固定板150和/或环形极片160设有密封件170应理解为，密封件170的设置方式有三种，第一种是固定板150上设有密封件170；第二种是环形极片160上设有密封件170，第三种是固定板150上和环形极片160上均设有密封件170。
49.可选地，密封件170可为密封胶、密封垫、密封圈、密封板或其它密封部件，又或者是两种以上密封部件的组合。
50.具体地，请参阅图4，密封件170为密封圈，密封圈与阀板122外壁密封配合。如此，阀板122向下运动时穿过密封圈，通过密封圈与固定板150和环形极片160上均密封配合，有利于提高密封效果。本实施例仅提供一种密封件170的具体实施方式，但并不以此为限。
51.进一步地，请参阅图4，密封件170为两个以上，两个以上密封件170分别设置于阀板122的相对两侧。如此，阀板122向下运动时，分别与两个密封件170密封配合，有利于进一步提高密封效果。
52.在一个实施中，请参阅图3与图4，一种差分真空系统200，差分真空系统200包括腔体230与上述中任意一项的差分真空系统控制装置100，腔体230设有离子源腔室210与质量分析器腔室220，阀板122可开闭式设置于离子源腔室210与质量分析器腔室220之间。
53.上述差分真空系统200，当需要维修更换电离源时，操作旋钮123，由于旋钮123与阀杆121传动配合，使得阀杆121在穿孔111中向下运动，带动阀板122向下运动，从而物理隔绝离子源腔室210与质量分析器腔室220空间，然后停机离子源腔室210的分子泵再进行缓慢放气，当离子源腔室210达到与外部大气压一致时，单独拆开离子源腔室210更换离子源。完成离子源更换并装配好离子源腔室210后，进行离子源腔室210的高真空抽取，经真空规测试达到预设的真空度以后再旋转旋钮123使阀板122上升，使离子源腔室210与质量分析器腔室220贯通，即可进行正常的测试。如此操作方式能够有效缩短质谱仪器维修后的再开机时间，一并节约人力、能源、机器损耗成本，结构加工简单、操作方便、对腔内真空环境无污染，同时提高真空差分系统的安全系数，提高工作可靠性。
54.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
55.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。