CN100458267C

CN100458267C - 一种配气装置

Info

Publication number: CN100458267C
Application number: CNB2007100364597A
Authority: CN
Inventors: 马建新; 周伟; 杨代军; 邬敏忠; 董建华; 沈猛; 肖方瑋
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: CN101004241A

Abstract

本发明涉及一种配气装置，由原料气管路、稀释气管路、针阀、精密压力表、毛细管柱、填充柱、气体混合器组成，原料气管路由原料进气口、针阀、精密压力表和毛细管柱串联组成，稀释气管路由稀释气进口、针阀、精密压力表、填充柱串联组成，两路气体进入稀释三通汇合，然后进入气体混合器，完成一级稀释；如需二级稀释，即将一级稀释管路通过三通依次串联针阀、精密压力表、毛细管柱，构成新的原料气管路；由稀释气入口经过三通依次串联针阀、精密压力表、填充柱，构成新的稀释气管路，两路气体分别连接稀释三通，构成二级稀释管路；依次类推，使本发明形成稀释气对原料气的一级、两级乃至多级稀释，从而达到稀释、配制所需浓度原料气的目的。

Description

一种配气装置

技术领域

本发明涉及一种配气装置，尤其适用于常规装置难以配制的超低浓度气体的配制。

背景技术

随着气体分析技术的快速发展，各类灵敏度极高的气体分析检测器，如脉冲火焰光度检测器(PFPD)、电子捕获检测器(ECD和μECD)、原子发射光谱检测器(AED)、硫化学荧光检测器(SCD)、光电倍增管(Multiplier)等，不断被开发和应用，气体分析的检测限已经降到极低的水平，甚至达到1×10^-9mg/cm³的超低浓度水平。而在进行气体定量分析时，往往需要配制对应浓度水平的若干气体样品，来绘制标准浓度曲线，用作准确定量时的参比。

在常规的气体配制装置中，称量装置、静态体积装置和压力装置等均可较准确配制ppm浓度级(10^-5)的气体样品，但如用这类装置配制ppb浓度级(10^-9)的气体样品，则除了需反复多次重复配制过程来稀释样品，从而导致配制程序繁复、操作时间长外，还不可避免会带来配制精度和重复性变差。如果需配制多组分的低浓度气体样品，则可想而知，其配制过程的复杂程度。

渗透装置是另一类气体配制装置。借助于渗透管内目标气源恒定的渗透速率，通过调节稀释气体的流量，达到稀释目标气源的目的。利用渗透法，理论上可配制ppb浓度级(10⁹)的各类气体样品，但为了保证渗透速率恒定，渗透管内储存的气源必须是液态，以维持渗透管内气源压力基本恒定。而大多数气体并不容易以液态储存，因此渗透法的应用有很大的局限性。此外，渗透法对温度、压力、流量的控制要求高，达到稳定态的操作时间长，因而气体样品的配制成本高。

通常，配制的低浓度尤其是超低浓度气体样品，为避免可能存在的容器壁的轻微吸附，保证其准确度，要求存放时间尽可能短。这也是市场上没有超低浓度气体样品供应的原因之一。显然，依靠常规配气装置已难以满足准确、快速、简便、经济地配制各种超低浓度气体的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准确、快速、简便、经济的配气装置，可在使用现场，随用随配，以克服现有配气装置的不足，较好地解决超低浓度气体配制的难题。

本发明提出的配气装置，由原料气管路、稀释气管路、针阀、精密压力表、毛细管柱、填充柱、二通、三通和气体混合器组成，其结构如图1-图2所示，其中：原料气管路依次由原料气进气口31、第一针阀1、接有第一精密压力表6的第三三通12、第一零死体积二通16和第一毛细管柱25串联组成，稀释气管路依次由稀释气体进气口32、第一三通10、第二针阀2、接有第二精密压力表7的第四三通13、第一填充柱27、第一变径二通18串联组成，原料气管路的第一毛细管柱25和稀释气管路的第一变径二通18分别连接第一稀释三通23，第一稀释三通23依次连接第三变径二通20、第一气体混合器29、第二三通11、第四针阀4、第一出口螺帽33，从而形成对原料气一级稀释的管路；

当需要对原料气进行二级稀释时，将上述原料气一级稀释管路分成两路，其中一路排空，另一路通过第二三通11依次串联第五针阀5、接有第四精密压力表9的第六三通15、第二零死体积二通17、第二毛细管柱26，构成新的原料气管路；由第一三通10串联第三针阀3、接有第三精密压力表8的第五三通14、第二填充柱28、第二变径二通19，构成新的稀释气管路，新的原料气管路的第二毛细管柱26和新的稀释气管路的第二变径二通19分别连接第二稀释三通24，第二稀释三通24依次连接第四变径二通21、第二气体混合器30、二通22、第二出口螺帽34，从而形成对原料气二级稀释的管路；

当需要对原料气进行二级以上稀释时，依次类推。

本发明中，第一针阀1、第二针阀2、第三针阀3、第四针阀4和第五针阀5分别位于箱体35上方，第一精密压力表6、第二精密压力表7、第三精密压力表8和第四精密压力表9分别位于箱体35前方，且每个精密压力表表面向外。

本发明中，每个气体混合器内均设置惰性、非吸附的填料。

本发明利用针阀控制原料气和稀释气的流量，借助色谱柱提供的阻尼和精密压力表的指示，使两路气的入口压力基本相当，以确保两者流量的稳定。同时，在原料气和稀释气管路中分别接入对原料气和稀释气惰性及非吸附的毛细管柱和填充柱，利用两者对气体的阻尼的差异，使原料气和稀释气的流量在其前端压力相差不大的情况下达到较大的差异，从而提高稀释比。此外，在稀释后的气体管路中接入气体混合器，内置惰性、非吸附的填料，以保证混合气的均匀性。

本发明根据所需要配制的气体浓度，计算稀释气与浓度已知的原料气的稀释比。通过调节原料气和稀释气管路上的针阀来调整各自精密压力表上指示的柱前压力值，使两者的流量比满足稀释要求。稀释气与原料气分别通过毛细管柱和填充柱，平行流动通过一个三通，经三通汇合后，再经过一个气体混合器充分混合后流出，完成一级稀释。如果稀释比过大，经一级稀释无法达到要求，则可实施二级乃至多级稀释，步骤是将上一级稀释出口的配制气作为下一级稀释的原料气，依与一级稀释相同的原理及类似的管路系统，完成二级或多级稀释，直至达到配制浓度要求。

本发明的优点在于：

1、用一种已知浓度的原料气可配制各种低于原料气浓度的气体样品；

2、用几种已知浓度的不同种类原料气可配制各种组合的多组分气体样品；

3、配制操作程序简便、配制过程快速；

4、配制准确度高，可有效避免人为操作误差；

5、配制过程一次完成，保证了配制结果有好的重复性；

6、配制成本低。

附图说明

图1为本发明二级配气装置流程图。

图2为本发明二级配气装置后视图。

图3为本发明二级配气装置主视图。

图4为本发明二级配气装置左视图。

图中标号：1～5分别为第一、第二、第三、第四、第五针阀，6～9分别为第一、第二、第三、第四精密压力表，10～15分别为第一、第二、第三、第四、第五、第六三通，16～17分别为第一、第二零死体积二通，18～21分别为第一、第二、第三、第四变径二通，22为第一二通，23～24为分别为第一、第二稀释三通，25～26分别为第一、第二毛细管柱，27～28分别为第一、第二填充柱，29～30分别为第一、第二气体混合器，31为原料气进气口，32为稀释气体进气口，33、34分别为第一、第二出口螺帽，35为箱体。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：以二级配气装置为例。

如图1所示是一个二级配气装置的实施例，图2是本实施例的后视构造图，图3是本实施例的外观主视图，图4是本实施例的外观左视图。但本实施例并不构成对多级配气装置的权力要求保护的限制。

已知浓度的原料气从原料气进气口31进入，流经针阀1、精密压力表6和毛细管柱25，稀释气体从进气口32进入，流经针阀2、精密压力表7和填充柱27，两路气体进入稀释三通23，在稀释三通23汇合，然后进入气体混合器29充分混合后，从一级配制气出气口33流出，完成一级稀释，此时，针阀3、针阀5关闭。进行二级稀释时，打开针阀3、针阀5，调节针阀1、针阀2，使精密压力表6和精密压力表7的指针至某固定位置，一级稀释气体的一路排空，另一路经针阀5、精密压力表9和毛细管柱26，进入二级稀释系统；稀释气体一路进入一级稀释系统，另一路经针阀3、精密压力表8和填充柱28进入二级稀释系统，两路气体在稀释三通24汇合，再经气体混合器30充分混合后，从二级配制气出气口34流出，完成二级稀释。

在图2中，针阀1、精密压力表6、毛细管柱25串连，针阀2、精密压力表7、填充柱27串连，两条管路经稀释三通23汇合成为一路，再经过气体混合器29后分成两路，一路连接出口螺帽33，一路与针阀5、精密压力表9、毛细管柱26及稀释三通24串连，针阀3、精密压力表8和填充柱28，稀释三通24串连，从稀释三通24接出后成为一路，经过气体混合器30到达出口螺帽34。

如图3所示，针阀1～5均位于箱体35的上方，精密压力表6～9分别位于箱体35的前方，且各个精密压力表表面向外。

如图4所示，各管路均位于箱体35内侧。

下面以配制50ppb浓度的氢气，并以氮气为稀释气为例，详细介绍本装置的使用方法。进行稀释前，先建立流量校准表，装置如下：关闭针阀2和针阀5，全开针阀4，调节针阀1的开度，让10ppm的H₂/N₂原料气从入口1进入，并使压力表6稳定在某一数值，记录每一压力下对应的出口1处的实际流量，即可得到H₂/N₂标气流量校准表。用同样的方法可以得到稀释气N₂的流量校准表。根据这两个流量校准表，在进行气体稀释时，让10ppm的H₂/N₂原料气和稀释气N₂分别从进口1和进口2进入，使压力表6和压力表7的压力稳定在10kPa和75kPa，其对应的气体流量分别为1.5ml/min和300ml/min，这样就可在出口1处得到目标浓度。

Claims

1、一种配气装置，由原料气管路、稀释气管路、针阀、精密压力表、毛细管柱、填充柱、二通、三通和气体混合器组成，其特征在于；

一级原料气管路依次由原料气进气口(31)、第一针阀(1)、接有第一精密压力表(6)的第三三通(12)、第一零死体积二通(16)和第一毛细管柱(25)串联组成，一级稀释气管路依次由稀释气体进气口(32)、第一三通(10)、第二针阀(2)、接有第二精密压力表(7)的第四三通(13)、第一填充柱(27)、第一变径二通(18)串联组成，一级原料气管路的第一毛细管柱(25)和一级稀释气管路的第一变径二通(18)分别连接第一稀释三通(23)，第一稀释三通(23)依次连接第三变径二通(20)、第一气体混合器(29)、第二三通(11)、第四针阀(4)、第一出口螺帽(33)，从而形成对原料气一级稀释的管路；

第二三通(11)依次串联第五针阀(5)、接有第四精密压力表(9)的第六三通(15)、第二零死体积二通(17)、第二毛细管柱(26)，构成二级原料气管路；由第一三通(10)串联第三针阀(3)、接有第三精密压力表(8)的第五三通(14)、第二填充柱(28)、第二变径二通(19)，构成二级稀释气管路，二级原料气管路的第二毛细管柱(26)和二级稀释气管路的第二变径二通(19)分别连接第二稀释三通(24)，第二稀释三通(24)依次连接第四变径二通(21)、第二气体混合器(30)、第一二通(22)、第二出口螺帽(34)，从而形成对原料气二级稀释的管路。

2、根据权利要求1所述的配气装置，其特征在于第一针阀(1)、第二针阀(2)、第三针阀(3)、第四针阀(4)和第五针阀(5)分别位于箱体(35)上方，第一精密压力表(6)、第二精密压力表(7)、第三精密压力表(8)和第四精密压力表(9)分别位于箱体(35)前方，且第一精密压力表(6)、第二精密压力表(7)、第三精密压力表(8)和第四精密压力表(9)表面向外。

3、根据权利要求1所述的配气装置，其特征在于每个气体混合器内均设置惰性、非吸附的填料。