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气相色谱仪机械控制系统简述

安平

2023/10/24
红小豆

气相色谱（GC）

气相色谱仪机械控制系统简述

概述

随着色谱分析应用要求的日益提高，并且伴随着现代机械-电子技术的发展，气相（液相）色谱仪逐渐成为复杂的机械-光学-电子-化学分析系统。气相色谱仪（液相色谱仪）系统中安装的自动进样器单元（包括液体自动进样器、自动阀进样器、顶空进样器、热解析进样器、吹扫捕集进样器、热裂解进样器等）、自动阀切换单元、风扇和柱温箱后开门部分在仪器运行工作中都需要进行精确地机械控制，这些单元需要精确控制的物理量有机械位置、机械位移、旋转角度、速度和加速度等。本文对机械控制系统的基本原理和方法给予简单叙述，希望对色谱工作者和色谱维修工作者的日常工作给予一定帮助。

简述开环和闭环控制

气相色谱仪（或液相色谱仪）分析系统中存在较多机械运动部件，系统需要根据分析方法的要求，在合适的时间和状态下对运动部件进行合适的控制，例如部件的空间位置和位移、部件的运行速度和角度以及部件运行的加速度。

常见情况下，部件的基本控制方式分开环控制和闭环控制两种，图1为开环控制的基本原理框图，控制系统由控制器、执行器（一般为电机或气缸）、传动机构和目标部件组成。信号由输入端向输出端单向传递，没有信号反馈形成闭环的回路，此种控制方式的特点为，输出量不会对输入量产生任何影响。

开环控制方式结构较为简单、调节方便、故障率低，控制器直接给出系统输入量，对系统中可能产生的干扰或者系统中参数变化均不给出补偿，在精度要求不高或者扰动影响较小的场合下较为适用。例如气相色谱柱温箱后开门角度的控制、柱温箱或其他部件风扇运转速度的控制或者色谱柱切换阀旋转控制，一般采用开环控制方式。

开环控制方式的缺陷较为明显，当系统出现故障时，目标部件不能完成控制目标，单系统不能识别此故障。例如在气相色谱仪柱温箱后开门控制系统中，当执行器（电机）不能运转致使柱箱后开门不能开启，气相色谱柱温箱温度将会产生降温速度异常降低的故障，但系统并不会给出硬件报警信息。

图1 开环控制系统原理框图

图2为闭环控制系统原理框图，与开环系统相比，该系统增加了传感器测量回路，使闭环控制系统有较高的精度，但结构更为复杂，系统的分析与设计相应较为困难。

闭环控制的工作原理是基于偏差的控制，在系统工作过程中，系统将传感器反馈的目标部件的实际位置传递给比较器，控制系统将反馈量与设定量进行比较，如果发生正向偏差，系统将向执行器（电机）给出命令，使其旋转或者降低速度，最终减小偏差。

图1 闭环控制系统原理框图

气相色谱仪（或液相色谱仪）的温度、流量、进样器位置、角度、速度的控制一般采用闭环控制方式，用以实现高稳定性、高速、高准确性的控制。例如某些型号的自动进样器，可以对进样针的空间位置实现0.01mm精度的控制。

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zyl3367898

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