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用于分析儀器的密封集管的制作方法
【專利摘要】一種平面集管(20)，包括具有從中穿過的多個孔的大致平面的第一層(24)。第二層(26)具有從中穿過的多個孔。通道層(32，34)在其內(nèi)部限定了多個通道(30)并且被插入第一層(24)和第二層(26)之間。至少一個通道(30)在與所述平面集管(20)的平面平行的方向上延伸并且將第一層(24)的孔連接至第二層(26)的孔。
【專利說明】用于分析儀器的密封集管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于分析儀器的密封集管。
【背景技術(shù)】
[0002]分析儀器被用于多種應(yīng)用中以定量地和/或定性地分析所關(guān)注的樣本。分析儀器通?？梢栽趯嶒炇抑姓业讲⑶彝ǔＴ谶^程操作中被采用。本文所述的分析儀器指的是能夠接收所關(guān)心的樣本并提供關(guān)于該樣本的某些方面的指示的任意裝置、系統(tǒng)或設(shè)備。分析儀器包括而不限于過程氣體分析儀、NO / NOx分析儀、碳氫化合物分析儀、連續(xù)排放監(jiān)控系統(tǒng)和過程氣相色譜儀。
[0003]各種分析儀器采用調(diào)節(jié)徑流和各種流徑以提供關(guān)于過程中的各種化學(xué)成分的分析或分析內(nèi)容。分析儀器通常通過使用一個或多個徑流裝置起作用，所述徑流裝置能夠通過該裝置引起流、中斷流、以及產(chǎn)生逆流。這些各種的徑流功能通常是由一個或多個流量閥和/或泵的組合提供的。為了有效地發(fā)揮作用，分析儀器將通常包括多個樣本流徑。在使用氣相色譜儀的情況下，有眾多流徑用于引導(dǎo)樣本流和載氣進入該分析儀器；使樣本的受控制的量流動穿過吸附劑柱；使所述流反向以從所述吸附劑柱洗提所述樣本；以及在所述流動的流中檢測各種成分。已知這種分析儀器的精確的特性，非常重要的是流徑本身不能參與或影響樣本/載氣流的化學(xué)組成。
[0004]通常，已知過程分析儀器的各種氣動的或流體的連接需要各種離散的管道連接。同時各種改進已經(jīng)被提供以包括用于替代所述管道的由分層的通道和墊圈或密封件構(gòu)成的緊湊的平面集管結(jié)構(gòu)，這種努力更加類似于或模仿汽車傳動系統(tǒng)閥體和機床應(yīng)用的平面集管。例如，參見授權(quán)給Craig的美國專利N0.5，567,868。不幸地，這種努力至今也沒有獲得一種成本足夠低或者具有足夠化學(xué)惰性的集管。
[0005]隨著過程分析裝置的技術(shù)的發(fā)展，越來越需要提供一種低成本、高性能的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一種平面集管，包括具有從中穿過的多個孔的大致平面的第一層。第二層具有從中穿過的多個孔。通道層在其內(nèi)部限定了多個通道并且被插入第一層和第二層之間。至少一個通道在與所述平面集管的平面平行的方向上延伸并且將第一層的孔連接至第二層的孔。這種功能性可通過向集管提供額外的層而擴展，以實現(xiàn)所需的復(fù)雜度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的過程氣相色譜儀的一部分的示意性透視圖。
[0008]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封的聚酰亞胺集管的分解透視圖。
[0009]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的過程氣相色譜儀的一部分的示意性正視圖。
[0010]圖4A和4B分別是根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封的聚酰亞胺集管的底部和頂部平面視圖。[0011]圖5是過程氣相色譜儀的示意性系統(tǒng)視圖，本發(fā)明的實施例與該系統(tǒng)一起使用時尤其有用。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明的實施例大致通過提供一種全聚酰亞胺的、粘合的、多層平面集管組件對現(xiàn)有集管做出了改進。一種合適的、可購買到的聚酰亞胺是美國特拉華州威爾明頓市的E.1.du Pont de Nemours and Company出售的Kapt on?。聚酰亞胺對于絕大部分色譜儀應(yīng)用來說都具有足夠的惰性；具有大尺寸穩(wěn)定性；并且極其易于加工。聚酰亞胺通常用在很多電路板和柔性電路中。因此，聚酰亞胺的加工極其結(jié)實并且高效并且更容易能夠提供非常低成本的裝置。
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的過程氣相色譜儀10的一部分的示意性透視圖。圖1描繪了過程氣相色譜儀10的上部的熱控部分的一部分。特別地，色譜儀10包括優(yōu)選地由諸如鋁或不銹鋼等金屬制成的底板12。多個多口流量閥14被安裝在底板12上，以及多個多口分配接頭16。此外，諸如熱導(dǎo)檢測器18的一個或多個用于過程氣相色譜儀10的適當(dāng)?shù)臋z測器也被安裝在底板12上或附近。一個或多個色譜儀分離柱(圖1中未示出)被典型地安裝在環(huán)境密封蓋內(nèi)的各種徑流裝置附近。用于在特定的閥致動配置過程中切斷樣本氣體流的樣本關(guān)閉閥可以安裝在其他徑流裝置附近。在所述蓋內(nèi)一個或多個加熱器保持整個組件的精確的熱控制。例如，位于過程氣相色譜儀，這個組件通常被維持在約80°C上/下零點幾攝氏度的范圍內(nèi)。
[0014]底板12包括位于其下表面19中的多個孔。所述多個孔穿過底板12并與所述各種多口流量閥14和多口分配接頭16聯(lián)通。底板12的下表面19中的孔與密封的聚酰亞胺集管20的第一層21中的孔對準(zhǔn)。密封的聚酰亞胺集管20被夾在底板12和隔熱板22之間。此外，密封的聚酰亞胺集管20包括在第一層21和相對的第二層23中的多個孔，這些孔與底板12和隔熱板22中的相應(yīng)的孔對準(zhǔn)，以便有效地流體聯(lián)通。一個或多個中間通道層被設(shè)置在密封的聚酰亞胺集管20內(nèi)，以提供在其內(nèi)部的任意流徑選擇。因而，實際上穿過隔熱板22的孔的任意布置可以被選擇和/或被設(shè)定，以有效地與底板12的下表面19中的孔相配合。這確保了隔熱板22和底板12所需的加工僅為簡單地鉆出穿過所述板的直孔。復(fù)雜流徑的提供是在密封的聚酰亞胺集管20的一個或多個通道層內(nèi)專門地實現(xiàn)的。
[0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封的聚酰亞胺集管的分解透視圖。在圖2所示的實施例中，總共5個層彼此粘合。集管20由兩個包括多個從中穿過的孔28的外層24、26組成。外層24、26的孔與通道層32、34中的各種通道30聯(lián)通。通道層32、34通過中間層36彼此隔離，中間層36經(jīng)由多個從中穿過的孔38在通道層32、34之間提供了流體聯(lián)通?？筛鶕?jù)任一適當(dāng)?shù)木埘啺诽幚砑夹g(shù)(例如鉆、沖壓、選路(routing)、沖切、等離子蝕刻等)提供或形成所述各種孔和/或通道。所形成的結(jié)構(gòu)可高度地重復(fù)并且尺寸穩(wěn)定。此外，兩個或多個配準(zhǔn)特征(諸如凹口 40)被包括，從而所有的各種孔在將各種層24，26，32，34，和36層壓或粘合在一起的過程中被仔細地彼此對準(zhǔn)。此外，所述配準(zhǔn)特征還有助于確保在組裝過程中使集管20與底板12和隔熱板22中的各種孔仔細地對準(zhǔn)。
[0016]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的過程氣相色譜儀的一部分的示意正視圖。過程氣相色譜儀50包括限定在帽54和板56內(nèi)的溫控爐52。多個柱58被纏繞在爐52內(nèi)，從而在其內(nèi)流動的氣體暴露于爐52的溫度。爐52內(nèi)的各種柱58經(jīng)由聚酰亞胺集管62連接到多個多口選擇閥60。聚酰亞胺集管62的使用允許穿過板66中的孔64流體地連接板56中的通孔68，即使孔64和68不軸向地彼此對準(zhǔn)。如圖3所示，諸如O形環(huán)的密封件70被優(yōu)選地繞孔64設(shè)置在板66和聚酰亞胺集管62之間，以形成氣密連接。類似地，諸如O形環(huán)的密封件72被優(yōu)選地設(shè)置在板56和聚酰亞胺集管64之間，以形成第二氣密連接。通過這種方式，可以在板66和板56之間形成任意數(shù)目的任意的氣密連接，以提供一種緊湊的、低成本的結(jié)構(gòu)。密封件70，72可以具有設(shè)置在它們相應(yīng)的板中的環(huán)孔或槽中的彈性O(shè)形環(huán)的形式。此外，或可替換地，這種密封件可通過任意適當(dāng)?shù)男问?例如，絲網(wǎng)印刷)直接設(shè)置在聚酰亞胺集管上。此外，盡管至此為止的實施例僅描述了可穿過所述聚酰亞胺集管做出各種流體連接，但其清楚地可以預(yù)期也可以通過使用已知的打印和/或柔性電路設(shè)計和制造工藝在其中做出任意適當(dāng)數(shù)目的電連接。
[0017]圖4A和4B分別是根據(jù)本發(fā)明的實施例的密封的聚酰亞胺集管的底板和頂板的平面視圖。在所示的實施例中，聚酰亞胺集管62的底表面包括與相應(yīng)的多口選擇閥60的口對準(zhǔn)的三組孔(每個孔被編號為1-6)。此外，還提供了用于載氣入口(76)、載體出口(78)、樣本入口(80)和樣本出口(82)的流體連接。圖4B是集管62的頂部平面視圖，其中，頂層(包括與各種柱接頭對準(zhǔn)的孔)被移除以顯示通道選擇。如圖所示，多個不重疊的通道84從底表面74(如圖4A所示)中的孔延伸而出，以連接用于各種柱和檢測器的位置。各種通道84大體上沿集管的平面延伸。
[0018]圖5是過程氣相色譜儀的示意性的系統(tǒng)圖，本發(fā)明的實施例與該系統(tǒng)一起使用時特別有用。過程氣相色譜儀100包括載氣入口 102、樣本入口 104、樣本排放出口 106和用于連接到載氣、樣本氣體的適當(dāng)?shù)脑春瓦m當(dāng)?shù)奶幚砺肪€的測量排放出口 108。載氣被提供至流面板110，在那里，它在進入分析爐116之前穿過調(diào)節(jié)器112和干燥器114，并流過載氣預(yù)熱器線圈118。樣本氣體經(jīng)由樣本入口 104進入色譜儀100并流過分析爐116內(nèi)的樣本氣體預(yù)熱器線圈120。樣本氣體和載氣最終都進入多個氣動控制的多口選擇閥60，以根據(jù)已知的氣相色譜分析技術(shù)使樣本氣體和/或載氣選擇性地流動穿過各種色譜柱122。每個氣動控制的多口選擇閥60流體地連接到相應(yīng)的螺線管124，螺線管124從控制器126接收其控制信號。如圖5所每個氣動控制的多口選擇閥60具有一對狀態(tài)。在第一狀態(tài)下，每個閥60的流體連接如實線所示。在第二狀態(tài)下的每個閥60的流體連接如虛線所示?？刂破?26還可操作地連接到檢測器128，檢測器優(yōu)選地為設(shè)置在分析爐116內(nèi)的熱導(dǎo)檢測器。因此，控制器126能夠通過控制螺線管124的事實而完全地控制穿過氣相色譜儀100的流。此外，控制器126能夠確定檢測器128對于從中流過的氣體的響應(yīng)。通過這種方式，控制器126能夠選擇性地引導(dǎo)樣本進入色譜柱一段選定的時間量；使穿過色譜柱的氣流反向；并引導(dǎo)反向流穿過檢測器以觀察和/或記錄檢測器隨時間的響應(yīng)。這提供了關(guān)于所述樣本的色譜分析。
[0019]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認識到參照圖5描繪的實施例包括不少于4個不同的柱，這些柱被可操作地連接在三個氣動控制的多口選擇閥之間。因此，就流體學(xué)方面而言，其結(jié)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的。采用傳統(tǒng)的離散的管道和相關(guān)的連接將導(dǎo)致這些管道和連接的無法管理的混亂。此外，僅僅連接各種管道所花費的組裝時間就將是相當(dāng)長的。此外，隨著接頭被擰緊，每個單獨的管道連接可能會承受組裝者所施加的扭矩的變化。此外，組裝者在組裝過程中用于引導(dǎo)管道所需的彎曲或改造可能導(dǎo)致對管道的損壞或至少會產(chǎn)生額外的變化性。然而，采用根據(jù)本發(fā)明的實施例的聚酰亞胺集管允許整個組件被更容易地構(gòu)造成緊湊的形式，以生產(chǎn)極其可重復(fù)的連接。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的實施例的聚酰亞胺集管能夠以任意適當(dāng)?shù)姆绞郊右詷?gòu)造。構(gòu)造集管20或62的一種方法采用了聚酰亞胺薄膜(例如KapU)n? )的多層粘合?；诰埘啺返臒o粘結(jié)劑粘合的產(chǎn)品包括由美國加利福尼亞州巴倫西亞市的Fralock公司制造的杜邦的Cirlex? ,http: / / www.cirlex.com/。制造Cirlex?片材產(chǎn)品的 Fralock 工藝被擴展以構(gòu)造多層集管。Cirlex?是一種全聚酰亞胺片材，其能夠自粘合而無需使用任何粘結(jié)齊U。這是有利的，因為有些層壓材料在溫度超過在該層壓材料中使用的粘合劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度時可能會不可靠。此外，在集管必須不能發(fā)生與樣本的任何化學(xué)反應(yīng)的過程分析應(yīng)用中，粘結(jié)劑的使用可能引入不期望的變化。構(gòu)造多層集管的第二種方法包括采用聚酰亞胺印刷電路板片材，該片材被加工以提供各種流動凹槽。該片材隨后使用傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷電路板粘結(jié)劑層壓。將一層或多層聚酰亞胺結(jié)合在一起的其他方法可依據(jù)本發(fā)明的實施例來提供。此外，多層集管可以被直接結(jié)合到一個或多個金屬的或聚合物的外層，以消除對于位于金屬外殼和集管之間的密封件的需求。此外，已知至少本發(fā)明的某些實施例采用了在印刷電路板制造中更常見的處理技術(shù)，這些實施例可包括具有一個或多個彈性體密封件，所述密封件被絲網(wǎng)印刷在集管組件的外表面上的孔附近，從而當(dāng)組件被夾在隔熱層22和底板12之間時，不需要額外的O形環(huán)或其他彈性體密封結(jié)構(gòu)。此外，盡管流體集管被描繪成由聚酰亞胺材料制成，但包括印刷電路板材料(玻璃纖維環(huán)氧樹脂等)、塑料和金屬在內(nèi)的其他材料以及各種粘合技術(shù)都可以被采用，以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實施例的集管的構(gòu)造。
[0021]在印刷電路板工藝的情形中，根據(jù)本發(fā)明的實施例的集管的各種通道可以用標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板設(shè)計軟件加以設(shè)計，其中，通道可以被設(shè)計，以取代電路跡線。這些工具包括高級的特征，諸如阻抗匹配和/或高級的路由選擇算法。這些技術(shù)可以被擴展成在集管組件內(nèi)提供具有相同長度或體積流程的通道。這樣可以確保流過集管的樣本氣體、載氣或其他氣體能夠接觸集管環(huán)境非常精確地彼此相同的時間量。
[0022]如上所述，本發(fā)明的實施例可提供低成本、牢固的集管組件，其具有極好的尺寸穩(wěn)定性和化學(xué)惰性。此外，可以確信的是，采用根據(jù)本發(fā)明的實施例中闡述的密封的聚酰亞胺集管可獲得更高性能、更低成本的結(jié)構(gòu)，其因此能夠提高性能并降低采用該集管的整個過程分析設(shè)備的成本。此外，已知聚酰亞胺的極好的可重復(fù)性和穩(wěn)定性，可以確信的是，當(dāng)集管失效或需要維修時，一個新的集管可以簡單地插入以替換有缺陷的或不起作用的集管，而無需重新校準(zhǔn)整個過程分析設(shè)備。
[0023]盡管本發(fā)明是參照優(yōu)選實施例加以描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認識到，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)方面做出變化。例如，盡管本發(fā)明的實施例是依照過程氣相色譜儀加以描述的，但可以清楚地預(yù)期的是，本發(fā)明的實施例也可以應(yīng)用在任何需要做出大量流體連接的情形中，以及供流體流穿過的材料必須不能產(chǎn)生化學(xué)變化或以氣體方式影響流體。
【權(quán)利要求】
1.一種平面集管，包括: 具有從中穿過的多個孔的第一層，所述第一層大致為平面的； 具有從中穿過的多個孔的第二層； 在其內(nèi)限定了多個通 道的通道層，所述通道層插入第一層和第二層之間，其中，至少一個通道在與所述平面集管的平面平行的方向上延伸并且將第一層的孔連接至第二層的孔；并且 其中，所述平面集管由聚酰亞胺構(gòu)造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面集管，其中，第一層、第二層和通道層被層壓在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平面集管，其中，整個平面集管由無粘結(jié)劑的聚酰亞胺構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面集管，還包括: 具有從中穿過的多個孔的第三層； 第二通道層，該第二通道層限定了多個第二通道并且插入所述第二層和第三層之間，其中，所述多個第二通道中的至少一個通道在與所述平面集管的平面平行的方向上延伸并將第二層的孔連接至第三層的孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面集管，其中，第一層、第二層、第三層和兩個通道層都被層壓在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面集管，其中，整個平面集管由無粘結(jié)劑的聚酰亞胺構(gòu)造。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面集管，還包括: 具有從中穿過的多個孔的第四層； 第三通道層，該第三通道層限定了多個第三通道并且插入所述第三層和第四層之間，其中，所述多個第三通道中的至少一個通道在與所述平面集管的平面平行的方向上延伸并將第三層的孔連接至第四層的孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面集管，還包括:繞所述第一層的至少一個孔設(shè)置的彈性體環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平面集管，其中，所述彈性體環(huán)被絲網(wǎng)印刷到所述第一層上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面集管，還包括在所述第一層和第二層之間提供電連接的至少一個導(dǎo)線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面集管，還包括延伸穿過所述第一層、第二層和通道層的多個對準(zhǔn)特征。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平面集管，其中所述對準(zhǔn)特征是孔洞。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平面集管，其中至少一個對準(zhǔn)特征是設(shè)置在所述平面集管的外周處的凹口。
14.一種過程分析儀器，包括: 用于接收樣本氣體的樣本入口； 至少一個排放口； 第一板，其具有安裝到該第一板的多個流體流裝置并具有從中穿過的多個孔； 第二板，其具有從中穿過的多個孔；和 設(shè)置在第一板和第二板之間的聚酰亞胺集管，該聚酰亞胺集管具有位于其中的、從第一板中的孔延伸至第二板中的孔的至少一個通道。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的過程分析儀器，其中，所述過程分析儀器是過程氣相色譜儀。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的過程分析儀器，其中，所述聚酰亞胺集管包括: 具有從中穿過的多個孔的第一層，所述第一層的孔與所述第一板中的相應(yīng)的孔對準(zhǔn)并密封到所述第一板中的相應(yīng)的孔； 具有從中穿過的多個孔的第二層，所述第二層的孔與所述第二板中的相應(yīng)的孔對準(zhǔn)并密封到所述第二板中的相應(yīng)的孔；和 在其內(nèi)限定了多個通道的通道層，所述通道層被插入第一層和第二層之間，其中，至少一個通道在與所述聚酰亞胺集管的平面平行的方向上延伸并且將第一層的孔連接至第二層的孔。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的過程分析儀器，其中，第一層、第二層和通道層被層壓在一起。
18.根據(jù)權(quán)利 要求17所述的過程分析儀器，其中，整個聚酰亞胺集管由無粘結(jié)劑的聚酰亞胺構(gòu)造。
【文檔編號】G01N30/88GK103969358SQ201410010141
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月25日
【發(fā)明者】愛德華·J·貝利, 詹森·P·普拉蒂, 謝恩·黑爾, 格雷戈里·J·戈爾登 申請人:羅斯蒙特分析公司