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电子流量控制装置的控制模式

深蓝

2023/02/28

气质联用（GCMS）

在上一节的内容中，我们介绍了气相色谱仪使用的电子流量控制装置的组成和简单原理。对于仪器的气路控制系统而言，使用机械阀进行流量/压力控制的气相色谱仪器，其使用的控制阀的类型主要是稳流阀、稳压阀、背压阀和针型阀等；对于电子流量控制装置而言，并没有与上述几种机械阀一一对应的结构，可以近似的说是利用同一套部件组成的装置采用不同的控制方式/算法而分别实现各种机械阀的功能。

我们将电子流量控制装置分别实现各种机械阀的功能的过程称之为电子流量控制装置的不同的控制模式。本节中将介绍电子流量控制装置常见的控制模式。

本篇为《从气源到检测器》专题的第23篇，为《电子流量控制与气相色谱》系列的第2篇。

1 概述

电子流量控制装置一般包括气路部件、比例阀、压力传感器/流量传感器和辅助部件以及控制电路。以单气路通道的结构为例，见下图：

2 电子流量控制装置常见的控制模式

电子流量控制装置常见的控制模式主要包括三种，即流量模式、压力模式和背压模式，可以简单地对应稳流阀、稳压阀和背压阀。

2.1 流量模式

流量模式可以简单地认为是采用流量传感器-控制电路-比例阀来进行流量调节和控制的模式。通过比较仪器流量设定值和流量传感器的测定值来调节比例阀开度的大小，从而使实际流量达到设定值。

流量模式的控制类似于稳流阀（请注意是类似但不等同），可以保证出口的流量在出口之后阻力发生变化情况下保持稳定。

填充柱进样口的载气控制一般使用流量控制模式；另外，一些厂家检测器的氢气、空气和尾吹气也是用流量控制模式，简单的示意图如下（没有安装压力传感器）：

当然，流量模式并不只是恒定流量模式；也可以实现程序流量模式，见下图：

通过仪器设置，可以设定仪器的初始流量，最终流量和变化速率等。

2.2 压力模式

压力模式可以简单地认为是采用压力传感器-控制电路-比例阀来进行压力调节和控制的模式。通过比较仪器压力设定值和压力传感器的测定值来调节比例阀开度的大小，从而使实际压力达到设定值。

压力模式的控制类似于稳压阀（请注意是类似但不等同），可以保证出口的压力在出口之后阻力发生变化情况下保持稳定。

需要特别说明的是，使用压力控制模式，如果要保证出口处压力控制稳定，出口之后应当安装有气阻或者起到气阻作用的色谱柱等以形成压降

填充柱进样口的载气控制也可以使用压力控制模式；另外，一些厂家检测器的氢气、空气和尾吹气也是用压力控制模式，简单的示意图如下（没有安装流量传感器，请注意图中气阻的位置和作用）：

同样，压力模式并不只是恒定压力模式；也可以实现程序压力模式，见下图：

通过仪器设置，可以设定仪器的初始压力，最终压力和变化速率等。

2.3 背压模式

背压模式和压力模式类似，可以简单地认为是采用压力传感器-控制电路-比例阀来进行压力调节和控制的模式。通过比较仪器压力设定值和压力传感器的测定值来调节比例阀开度的大小，从而使实际压力达到设定值。区别在于背压模式比例阀在压力传感器之后，压力模式比例阀在压力传感器之前。

背压模式的控制类似于背压阀（请注意是类似但不等同），可以保证比例阀前的压力在入口压力发生变化情况下保持稳定。

背压模式可以用于毛细柱进样口柱前压的调节、阀进样时样品源的稳压控制等。可以参考下图的应用：

上图所示，描述了六通阀在进样时候使用电子流量装置的背压模式，保证样品源压力波动时，气体采样阀可以在稳定压力下进样，从而提高了样品量的重现性。

以上是本节的全部内容，对于电子流量控制装置常见的三种控制模式——流量模式、压力模式和背压模式而言，多数情况下只使用其中的一种模式，如填充柱进样口的流量和压力控制，检测器的燃气（氢气）、助燃气（空气）和尾吹气（氮气）的流量和控制。对于毛细柱进样口的流量和压力控制则较为复杂一些，是多种模式结合在一起。我们将在后续的文章中进行介绍，敬请关注

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