在线分析样品处理技术：流量调节部件简介

样品处理系统常用的流量调节部件主要有以下几种。

（1）球阀

球阀的阀芯呈球形，用于切断或接通样品流路。样品处理系统中大量使用的是二通球阀和三通球阀，根据驱动方式，二通、三通球阀又可分为手动、气动、电动几种。此外，有时在少数场合使用四通、五通、七通球阀。图3.1是二通、三通球阀的结构图。

图3.1　二通、三通球阀结构图

（2）旋塞阀

旋塞阀是关闭件或柱塞形的旋转阀，通过旋转90°使阀塞上的通道口与阀体上的通道口相通或分开，实现开启或关闭的一种阀门。圆柱形旋塞阀旋塞通道一般呈矩形，圆锥形旋塞通道一般呈梯形。旋塞阀的结构见图3.2，工作状态如图3.3所示。旋塞阀是使用较早的一种阀门，结构简单、开关迅速、流体阻力小。普通旋塞阀靠精加工的金属塞体与阀体间的直接接触来密封，所以密封性较差，启闭力大，容易磨损，通常只能用于低压（不高于1 MPa）和小口径（小于100 mm）的场合。

图3.2　旋塞阀结构图

旋塞阀一般是按其分流方式来进行分类，可以分为直通式、三通式、四通式等。直通式的旋塞阀一般是用于控制直管段上介质的流通，三通式旋塞阀和四通式旋塞阀一般是用于分配介质和改变介质的流向。

图3.3　旋塞阀工作状态图

（3）单向阀

单向阀又称止逆阀、止回阀，只允许样品单向流动，而不能逆向流动。如图3.4所示为单向阀的结构图，气样从P口进入，克服弹簧力和摩擦力使单向阀阀口开启，气样从P口流至A口；当P口无气样时，在弹簧力和A口（腔）余气力作用下，阀口处于关闭状态。

图3.4　单向阀结构图

如图3.5所示为举升式单向阀的结构图，气样从P口进入，克服阀芯重力，举升阀芯，使单向阀阀口开启；当P口无气样时，在重力和A口（腔）余气力作用下，阀口处于关闭状态。这种单向阀结构紧凑，不需要弹簧或胶垫。单向阀应用于不允许气流反向流动的场合。

（4）针阀

针阀的阀芯呈圆锥形，用于微调样品的流量和压力。图3.6是针阀的结构图。针阀的气体流通管路上设置有小的孔口，调节针状密封轴和孔口的距离就可以连续改变流路的导通率，以达到控制气体流量的目的。安装时应注意使介质的流向与阀体上的箭头方向一致。

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图3.5　举升式单向阀

图3.6　针阀结构图

（5）稳流阀

用于稳定样品流量和压力。稳流阀的结构有多种形式，但它们都具有在输入压力或输入负载变化时，能自动保持输出流量恒定的性能。图3.7是一种稳流阀的结构示意图。

这是一种力平衡式压力调节器。输入压力为Pin的气体，进入阀内a室，设其压力为Pa，即Pin=Pa。经有倒立锥度的导阀2进入b室，设其压力为Pb。气体再经针阀的阀针节流后分为两路，一路反馈进入c室，设其压力为Pc，一路作为输出，压力为Pout，显然Pc=Pout。

图3.7　稳流阀结构示意图

1—阀体；2—导阀；3—针阀阀针；4—针阀手柄；5—偏置弹簧S1；6—聚四氟乙烯膜片；7—支撑导阀弹簧S2

在b、c两室间有一面积为S的聚四氟乙烯膜片相隔。由于导阀和膜片相连，作用在膜片导阀上的作用力为偏置弹簧S1产生的弹力FS1和支撑导阀弹簧S2产生的弹力FS2，由于FS1＞FS2，导阀总保持一定开度。当针阀关闭时，Pc=0，FS2+PbS≫FS1，膜片上升带动导阀上升，a、b室通道被切断，进一步使输出无压力。调节针阀手柄使阀针保持一定开度，设气体通过此阀针的气阻为R。封存在b室的气体一旦经针阀流出后，作用在膜片上的弹簧弹力使导阀下移，气样重新进入b室，经阀针后，一路反馈进入c室，一路作输出。这时，导阀的位置取决于FS1、FS2、PbS、PcS的力平衡，由于FS1、FS2、S恒定，导阀位置取决于b、c两气室的压力Pb、Pc，即取决于针阀的压差ΔP。在此压差下，设输出流量为Q，则

只要保持膜片两侧的压差ΔP不变，输出流量就能保持不变。因某种原因Pin增高时，通过一定开度的导阀的气体流速加快，Pb随之增高。由于输出的体积较大，压力来不及反馈至c室时，膜片受自下而上的力，破坏了原来的平衡，于是膜片上移，导致导阀开度变小，流速下降使Pb减小，从而保持ΔP差值不变。反之亦然。当输出负载变化时导阀自动跟踪，始终保持上式中的ΔP差值不变，使Q值不变，若需要改变输出流量时，通过针阀手柄调节阀针进退，线性改变气体的流通截面，即线性改变R值大小，使输出流量Q呈线性变化。

稳流阀的稳流性能是有条件的，只有当输入压力Pin变化不太大时，输出才具有高稳定性。因此，一般稳流阀前需串接针阀限制压力的过大波动。

（6）限流阀

限流阀是一种安全保护阀，用于液化石油气、天然气等介质管道。在管道内介质流速超过设定值、流速过大时自动关闭，以防止事故的发生或扩大。一般安装于贮罐进出口或管道出口，保护下游设备的安全性和可靠性。当管道或附件由于破损导致介质向外界直接泄漏时，引起流速急速加大，使管道内的介质流量超过阀门的设定值时，在介质压差的作用下，阀门将自动关闭，阻止事故的进一步扩大。事故排除后，阀门将自动重新恢复至运行状态。适用于安装在罐区管道或装卸管道的进出口处。限流阀结构如图3.8所示。

图3.8　限流阀结构示意图

（7）浮子流量计

浮子流量计又称转子流量计，用于指示样品流量。其锥形圆管材料有玻璃和金属两种，浮子材料有不锈钢、铜、铝、塑料等几种。样品系统中多使用带针阀的浮子流量计，既可指示流量，也可调节流量。有时也使用带流量下限报警接点的浮子流量计，当样品流量低于规定值时发出报警信号，以免分析仪发出错误的测量信号。