[发明专利]用于氮磷检测器中珠开路和短路故障诊断的方法和系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及气相色谱检测器，尤其涉及对氮磷检测器中珠的开路故障和短路故障进行诊断的方法和系统。

背景技术

氮磷检测器(NPD)是一种电离型的气相色谱检测器，它对于包含氮(N)和/或磷(P)的有机成分具有很高的选择性和灵敏度。氮磷检测器广泛应用于环境监测、食品安全检查、工业卫生、制药应用和毒理学等方面。

NPD是一种复杂的机电化学系统，其核心部件是通常由包含铷或铯等的碱性金属的玻璃制成的珠(bead)。工作时，在存在少量氢气(H₂)和空气的环境下，通过电加热方法(例如通过电阻加热器)将珠加热到600～800℃，以在珠上形成催化活性表面。当引入含有氮(N)或磷(P)的样品时，氮磷材料与珠的表面发生作用而产生负离子，并在电场作用下发生迁移，从而产生信号。

图1示出了作为气相色谱仪一部分的NPD的结构简图。在图1中，仅简要示出了对说明本发明的原理和应用来说必不可少的部分，以免喧宾夺主地淡化了本发明的主要内容。

如图1所示，气相色谱仪主板和固件101通过信号通道106与NPD电路板102相连。气相色谱仪主板和固件101包括主微处理器(未示出)，其控制各个主/子系统的运行，比如用户界面显示，控制炉温程序升降温，和PC计算机通信，控制包括NPD在内的各个检测器的运行等等。信号通道106是用于在气相色谱仪主板和固件101和NPD电路板102之间传输信号的通道，其例如可以是低电压差分信号(LVDS)通道。

NPD电路板102包括用于对珠103进行供电的珠供电电路104，并与用于将从珠103传来的电流信号转换成电压信号的静电计105相连。本领域技术人员公知的是，气相色谱仪主板和固件101和NPD电路板102上另外还可能包含多种组件和电路，虽然在图1中为简明起见并未示出这些组件和电路的位置及连接关系。另外，虽然图1中并未示出，但静电计105可将其转换得到的电压信号提供给气相色谱仪主板和固件101以进行信号处理和显示。

在正常工作状态下，上述电压信号指示出氮磷成分的存在与否以及量的大小。但是，如果发生了电路故障，例如珠103自身或者珠103与珠供电电路104之间的连线出现开路时，就不会产生信号输出。更加严重的情况是当珠自身或者连线短路时，如果不及时采取保护措施就很容易烧毁珠甚至电路板。因此，对NPD的珠进行开路和短路诊断是非常有必要的。

现有技术的珠开路和短路诊断方法主要有手动诊断和自动诊断两类。手动诊断是由接受过专门培训的技术人员使用万用表之类的工具直接对电路进行测试，其效率、成本和方便性都不令人满意。

自动诊断方法通常是在珠供电电路104中加入电流检测电路，并将检测到的信号提供给气相色谱仪主板和固件101进行处理，从而实现实时诊断和监控。

图2是现有技术中的一种带有电流测量电路的珠供电电路104的结构简图。如图2所示，在珠供电电路的输出端串联有电流传感电阻器206，当有电流流过珠103时，在电流传感电阻器206两端产生电压降V_CSR。差分放大电路207将电流传感电阻器206两端的电压V_CSR放大，并将通过放大得到的信号传送到气相色谱仪主板和固件101进行处理。图2中示出的其他部件将在下文中结合图3进行描述。

图2所示的自动诊断方法存在如下问题。首先，珠103的电阻通常很小，例如在Agilent的6890NPD中，珠电阻大约是0.6～0.9Ω。因此，与珠103串联的电流传感电阻器206会改变珠上的电压和功耗分配。由于珠是一个非常复杂的部件，因此任何的电压或功耗变化都会影响其化学反应状态，这是一个不可忽略的问题。

而且，珠供电电路104的变压器203的次级侧是不接地的，因此必须使用差分放大电路207对电流传感电阻器206两端的电压V_CSR进行放大。差分放大电路207的加入会显著提高设计的复杂性和成本。

发明内容