熱導率檢測器電路和操作該熱導率檢測器電路的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熱導率檢測器和用于操作該熱導率檢測器的方法。
【背景技術】
[0002]熱導率檢測器用于在其特性熱導率(特別是氣相色譜分析)的基礎上檢測某些液體或氣體物質(流體)。這里，氣體混合物的組分或物質通過載氣(流動相)中的氣體混合物的樣品穿過含固定相的分離柱而分離。不同組分與固定相交互，導致各組分以在不同時間(即所知的組分的保留時間)洗脫。分離的物質通過熱導率檢測器(其具有帶有適當檢測器元件(例如，布置在測量通道中的電加熱絲)的測量單元)檢測。根據流經加熱絲的物質的熱導率，更多或更少的熱量從加熱絲轉移到測量通道的壁，且加熱絲相應地在更大或更小程度上被冷卻。加熱絲的冷卻造成其電阻變化，這可被檢測到。
[0003]為此目的，加熱絲可布置在測量橋中，其包含參考流體流過的參考通道中的額外電阻和額外加熱絲(例如US 5756878，圖8)。經過加熱絲的物質的熱導率根據提供至測量橋的能量的量來獲得并且被控制以將加熱絲的溫度保持在預定的溫度下。可提供其它的加熱絲而并非電阻，其分別與測量通道和參考通道中的絲流體地并聯或串聯。
[0004]從例如US2008/0291966A1的圖2中，已知一種包括測量單元以及參考單元的熱導率檢測器。測量單元由載體氣流穿過，而參考單元僅由載氣穿過。由測量和參考單元的各自熱導率檢測器元件所提供的檢測器信號被放大且然后彼此相減以獲得差信號，該差信號僅代表著樣品。用于進一步數字處理，差信號必須以例如對應于144dB的動態范圍的24位的高分辨率數字化。因此，差信號的噪聲和漂移特性非常重要。
[0005]額外的參考單元所具有的問題是它會有不完全匹配或跟蹤測量單元的這些特性的噪聲、漂移和物理響應特性。這些特性針對來自測量單元的檢測器信號的質量而工作，因為它們可能會在參考信號被從檢測器信號中減去時引入差信號的退化。
[0006]此外，色譜分析應用有時會受到用于測量的參考單元的數量限制。檢測器單元組通常分配給一個固定的參考單元。因此，使用沒有參考約束的檢測器將使得應用化學具有更大自由度且也將減少復雜性和成本。
【發明內容】
[0007]因此，本發明的一個目的在于提供一種在無需額外參考單元的情況下用于氣相色譜分析的熱導率檢測器。
[0008]本發明的另一個目的是提供一種用于在無需額外參考單元的情況下操作熱導率檢測器的方法。
[0009]根據本發明，這個目的由根據權利要求1所定義的熱導率檢測器或權利要求2的方法來實現。
[0010]因此，本發明的主題是一種熱導率檢測器，包括:
[0011]測量單元，參考載流體流中的樣品流體穿過測量元件，且測量元件包含至少一個熱導率檢測器元件并提供檢測器信號，
[0012]模擬信號處理部分，包括用于放大檢測器信號的放大器、用于提供放大的檢測器信號的滑動平均的低通濾波器，和用于從放大的檢測器信號和滑動平均產生差信號的減法裝置，
[0013]數字信號處理部分，用于數字化和數字處理差信號，和
[0014]開關，能夠控制以短路放大器的輸入，
[0015]數字信號處理部分適于從響應于在僅參考載流體穿過測量單元的給定時間短路放大器的輸入所接收的數字化差信號來計算模擬信號處理裝置的傳遞函數，且
[0016]數字信號處理部分還適于通過傳遞函數對數字化差信號去卷積來以數字形式恢復檢測器信號。
[0017]在一般意義上理解所指代的術語“放大器”和“減法裝置”且這些術語也包括例如，下游接有加法器的反相型放大器。
[0018]本發明的主題也是一種用于操作熱導率檢測器的方法，包括:
[0019]使參考載流體流中的樣品流體穿過測量單元并通過熱導率檢測器元件產生檢測器信號，
[0020]由模擬信號處理部分處理檢測器信號，包括放大檢測器信號、通過低通濾波提供放大的檢測器信號的滑動平均、以及從放大的檢測器信號和滑動平均產生差信號，和
[0021]數字化和數字處理差信號，
[0022]該方法還包括，作為初始步驟，短路放大器的輸入，和從響應于在僅參考載波流體穿過測量單元的給定時間所接收的數字化差信號來計算模擬信號處理部分的傳遞函數，
[0023]數字化處理差信號的步驟包括通過傳遞函數對數字化差信號去卷積來以數字形式恢復檢測器信號。
[0024]術語“滑動平均”不應該被理解為通常狹義的“移動平均”，而應該被理解為更廣泛意義下放大的檢測器信號的DC分量或基線。根據本發明，從放大的檢測器信號中去除滑動平均或DC分量或基線以獲得僅代表樣品的差信號且其因此可以高分辨率被有效地數字化。然而，模擬的低通濾波器不僅去除DC分量或基線而且還影響表示樣品的較高頻率信號部分。為了減少或糾正這種效果，通過熱導率檢測器的模擬信號處理部分的傳遞函數對數字化的差信號去卷積(展開)以數字形式恢復或復原檢測器信號。通過在僅參考載流體穿過測量單元的給定時間對模擬信號處理部分應用階躍函數或脈沖函數并評估應用階躍函數或脈沖函數來預先確定傳遞函數。階躍或脈沖函數由用于短路模擬信號處理部分的輸入(即放大器的輸入)的開關進行，使得檢測器信號的信號路徑不改變。當開關打開時，其對熱導率檢測器元件沒有影響(包括噪聲影響)。當開關關閉時，其短路檢測器元件且放大器響應輸出的變化。
[0025]當用于過程氣相色譜儀中時，在僅參考載氣流過測量單元的同時，開關在每個或每第η個色譜周期的開始關閉很短時間。開關的時間可由熱導率檢測器的數字信號處理部分控制，該數字信號處理部分進而可由氣相色譜儀的更高級的控制系統控制。
[0026]由于根據本發明的熱導率檢測器顯示出其特別在氣相色譜分析中的優點，所以包括如至此所描述的至少一個熱導率檢測器的氣相色譜儀是本發明的另一主題。
【附圖說明】
[0027]現在將通過示例的方式并參照附圖描述本發明，其中
[0028]圖1是具有根據本發明的熱導率檢測器的示例性氣相色譜儀的簡化示意框圖，并且
[0029]圖2是根據本發明的熱導率檢測器的示例實施例。
【具體實施方式】
[0030]圖1示出氣相色譜儀，其中載氣I被輸送到注射器2，其裝載有待分析并隨后引入分離裝置4(諸如單個分離柱或分離柱的完整系統)的氣體混合物3的樣品。依次從分離裝置4出現的氣體混合物的分離的組分或物質行進到熱導率檢測器5。這里，在穿過檢測器元件8(諸如電加熱的加熱絲)的測量單元7的測量通道6中輸送分離的氣體組分。根據與