CN102500253B

CN102500253B - 标准气体配气装置

Info

Publication number: CN102500253B
Application number: CN201110352062.5A
Authority: CN
Inventors: 张军; 王少楠; 代高立; 周鹏云; 陈雅丽
Original assignee: Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry
Current assignee: Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: CN102500253A

Abstract

本发明公开了一种新型标准气体配制装置，整套装置中原料气瓶经过滤器过滤后与原料控制阀连接，原料控制阀与高压调节系统连接，高压调节系统与压力传感器一连接后再与低压调节系统连接，低压调节系统与压力传感器二连接后分别与产品控制阀、放空控制阀、真空泵阀连接；产品置于电子天平上，压力传感器一和压力传感器二的信号和天平的数据均接入信号处理系统，同时信号处理系统还分别与数据处理系统、放空控制阀和真空泵连锁装置连接。本装置可更直观显示组分质量及配比，极大的简化配气流程、提高工作效率和称量准确度；对于可能发生安全事故和化学反应的配气组分，系统会直接给出警示，使设备操作在简便性、安全性和快捷性均得到了极大的提高。

Description

标准气体配气装置

技术领域

本发明公开了一种配气装置，具体为新型标准气体配气装置。

背景技术

标准气体是计量工作中使用最为广泛的标准物质之一，在钢铁、石油、化工、医疗、半导体、电力、金属加工等行业有广泛应用。随着工业生产中各类仪器仪表的精密化，对标准气体的要求也不断提高，主要体现在精度和浓度的连续性上。目前计量行业中标准气体的定购是根据用户的要求在特定点配制，但对于仪器的多点线性评定和某一量程范围内的线性对比，单一的标准气体就无能为力了。同时，许多仪器仪表需要现场校验，大量标准气体携带至现场也很不方便。这就要求有一种能够产生不同条件需求的低浓度标准气体且携带方便的配气装置，以其作为现场校验各种气体检测仪器的标定基准。

ZL00211457.7中公开了一种标准气体配气装置，包括原料气输入管、空气输入管、配气管、定值减压器、压力表和阀门等，其中原料气输入管通过定值减压器、原料输出管、原料气阀门连接配气导管；定值减压器分别通过原料气商压管，低压管连接原料气压力表和精密压力表；设置两条空气输入管，两条空气输入管分别通过空气阀门和连接管连接配气导管，其中一条空气输入管连接空气源压力表；配气导管连接配气管并通过连接管连接排气阀门和排气管。此装置可准确配制标准气体且结构简单。但上述配气装置不能实现高浓度标准气体或稀释气体种类的随时快速切换，且对气体流量的控制是通过压力控制，无法实现任一输入通道气体流量的准确控制，以得到所要求稀释比例的标准气体。

目前，国内外存在两种用原料气配制低浓度标准气的方法：静态配气法和动态配气法。静态配气法是把一定量的气态或蒸气态的原料气加入已知容积的容器中，再充入稀释气体，混匀制得。标准气的浓度根据加入原料气和稀释气量及容器容积计算得知。但是由于有些气体化学性质较活泼，长时间与容器壁接触可能发生化学反应。同时，容器壁也具有吸附作用，故而会造成配制气体浓度不准确或其浓度随放置时间而变化，特别是配制低浓度标准气时，常常导致标准气中各组分配比存在较大的误差。

对于标准气用量较大或通标准气时间较长的试验工作，静态配气法不能满足要求，需要采用动态配气法。动态配气法是将己知浓度的原料气与稀释气按恒定比例连续不断地送入混合器混合，从而可以连续不断地配制并供给一定浓度的标准气。动态配气法不但能提供大量标准气，而且可通过调节原料气和稀释气的流量比获得所需浓度的标准气，尤其适用于配制低浓度的标准气。但是，由于现有动态配气法所用仪器设备比较复杂，且用途单一，并且其动态配气量值存在一定的不稳定性，因此限制了动态配气法的广泛应用。

发明内容

本发明针对以上技术问题，提供一种可解决传统配气装置配置繁琐、配气系统体积大、操作流程复杂、称重时间长、不确定度的评价程序复杂、存在安全隐患和生产效率低问题的新型标准气体配气装置。

本发明的技术方案为：

新型标准气体配气装置，整套装置包括原料处理系统、高压调节系统、低压调节系统、压力信号处理系统、数据处理系统、产品阀门控制系统、电子天平称重与处理和真空泵连锁装置，原料气瓶经过滤器过滤后与原料控制阀连接，原料控制阀与高压调节系统连接，高压调节系统与压力传感器一连接后再与低压调节系统连接，低压调节系统与压力传感器二连接后分别与产品控制阀、放空控制阀、真空泵阀连接；产品置于电子天平上，压力传感器一和压力传感器二的信号和天平的数据均接入信号处理系统，同时信号处理系统还分别与数据处理系统、放空控制阀和真空泵连锁装置连接。

数据处理系统包括产品控制阀一、产品控制阀二、电子天平、称重数据处理系统、压力传感器处理程序、触摸屏显示器与反馈控制系统，压力传感器信号接入程序板处理后在触摸屏显示器上显示并与产品控制阀一和产品控制阀二连接；电子天平与称重数据处理系统连接，称重数据处理系统信号接入触摸屏显示器进行显示并通过触摸屏显示器控制产品控制阀一和产品控制阀二。

压力传感器一和压力传感器二均包括敏感芯片和波纹膜片，且均在敏感芯片和波纹膜片之间涂抹一层硅油，压力在-0.1MPa～20MPa范围内具有良好的线性，可以实现全量程测定。

真空泵连锁装置的末端设置压力表和真空计，可对本新型标准气体配气装置中的压力和真空进行测量和控制。

压力传感器一和压力传感器二均采用高精度的压力传感器，采用高精度的压力传感器代替常规的压力表，配套相应的数据处理程序和阀门等硬件设备，实现配气系统压力数值从-0.1MPa～20MPa的数字直观显示。采用可靠、稳定的称重数据处理装置，简化反复上下气瓶进行称重计算的方式，实现配气中原料气的充装、称量、计算、定值同步进行。通过真空泵连锁装置、排气通风自动启动装置、低泄漏率的阀门和系统、简单的操作程序、两级或多级压力调节等来提高系统的操作安全性。

采用高精度压力传感器监测系统压力变化，系统压力是配气装置的重要参数，该值的准确率和精度是配制精确与否的重要依据，也是准确配制既定含量值标准气体的重要控制手段。压力传感器一和压力传感器二之间的敏感芯片和波纹膜片之间充有小量硅油，被测压力作用到不锈钢波纹膜片上，通过硅油把压力传递到敏感芯片上。利用半导体硅材料的压阻效应，实现了压力与电信号的转换。由于敏感芯片上的惠斯登电桥输出的电压信号与作用压力有着良好的线性关系，所以可以实现对被测压力的准确测量。传感器处理程序实现了监测的最高压力显示偏差为0.001MPa；选用的压力传感器一和压力传感器二的材料均具有极好的抗腐蚀性和长期稳定性，在全温度范围内采用激光调阻技术进行了温度补偿，在很宽的温度范围内保持零点、灵敏度、线性和稳定性等技术指标，具有很高的可靠性和很好的重复性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）采用两个压力传感器，及数据处理系统代替众多的不同量程的压力表，实现同一传感器对真空和高压均能检测，压力范围-0.1MPa～20MPa，显示偏差达到0.001Mpa；

（2）在线称量充装组分气体、直观显示组分质量及配比，极大的简化配气流程、提高工作效率和称量准确度；

（3）配气软件可以根据最终产品直接给出配气方案。对于可能发生安全事故和化学反应的配气组分，系统会直接给出警示，使设备操作在简便性、安全性和快捷性上均得到了极大的提高。

附图说明

图1为敏感芯片上的惠斯登电桥输出的电压信号与作用压力的线性关系示意图

图2为本发明的流程结构示意图

其中，1—气瓶、2—过滤器、3—原料气控制阀、4—高压调节系统、5—压力传感器1、6—压力信号处理系统、7—压力传感器2、8—低压调节系统、9—放空控制阀、10—真空泵连锁装置、11—产品控制阀一、12—产品控制阀二、13—电子天平、14—称重数据处理装置、15—显示反馈控制阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1：

气瓶中的原料气经过滤器由过滤器控制阀送给高压调节系统，压力传感器一采集压力信号并传输到压力信号处理系统处理，再由低压调节系统调节产品气端压力，压力传感器二采集压力信号并传输到压力信号处理系统处理，产品控制阀的开关出口与产品气瓶连接，通过电子天平称量产品气瓶的动态质量并传输到数据处理系统，根据预先设计质量值控制原料及产品控制阀一和产品控制阀二。通过压力传感器处理程序自动控制压力表与真空计的开关以获得系统的精确真空数据，由放空控制阀控制实现系统放空，通过系统压力数据与真空泵连锁装置实现真空泵的自动启动与停止。

采用0.4级的高精度压力传感器进行传感器的压力校正，并进一步保证了低压压力的准确性。本装置采用内外抛光的316L不锈钢管，阀门和过滤器的材质也采用316L抛光，保证了配制微量标准气体的洁净要求。

根据预配气体标准样品的种类、组分含量和要求设计配气方案，计算各组分称量的预算值，合理设计各组分充填顺序；将整个装置气路系统保证在10MPa以上高压和真空状态下至少1h 内无明显压力变化。

选择合适的气瓶，并进行清洗、干燥、抽真空等预处理和主组分气体的置换、抽真空等工序的进一步处理，以确保气瓶对产品的影响。

配气操作步骤：

（1）、将处理好并称重的气瓶与产品气出口紧密相连，例如接于“产品气1”出口。系统卸压后校正传感器零点以确认压力传感器是否需要重新校正，将所有阀门处于“关闭”位置。

（2）、依次开“产品气1”的控制阀→开“真空泵电源开关”→开“真空阀”，抽真空，使压力传感器一和压力传感器二内的压力不再降低，约为-0.09MPa～-0.1MPa，→关“真空阀”、→关“真空泵”电源开关，观察压力至少一分钟不下降→关“产品气1”控制阀。主要作用是试验气瓶接头是否泄露。

（3）、同样用高压或抽真空对原料气接头进行试漏。例如“原料气1”供气。

注意对某些气瓶阀门不能进行抽真空的方法饱压试漏。

（4）、a.开“原料气1”控制阀→开“高压调节系统”、“低压调节系统”中的调节阀→开“产品气1”控制阀→开“真空泵”电源开关→开“真空阀”，对整个系统抽真空；

b.然后依次关“真空阀”→关“真空泵”电源开关→关“原料气1”控制阀；

c.开“原料气”气瓶→缓慢开“原料气1”控制阀，使系统正压→开“放空”阀放空系统压力在0.1～0.2MPa→关“放空”阀→开“泵”电源开关→开“真空阀”，对整个系统抽真空，反复操作c步至少两次。

（5）、关“原料气1”控制阀→关“高压调节系统”、“低压调节系统”中的调节阀→开“原料气”气瓶→缓慢开“原料气1”控制阀→缓慢开“高压”、“低压”调节阀使压力比预配压力略低→开“产品气” 气瓶充气→调节“高压调节系统”、“低压调节系统”中的调节阀使压力平衡并满足要求。

（6）、观察天平称量值变化，待数值接近预算值时，关“产品气” 气瓶和“原料气1”控制阀，待到天平读数稳定时，观察是否达到预算值，若未达到则根据步骤（5）精细补充原料气；若达到预算值，则开“放空”阀放空系统压力在0.1～0.2MPa→关“放空”阀→开“真空泵”电源开关→开“真空阀”，对整个系统抽真空→关“真空阀”→关“真空泵”电源开关→取下“产品气” 气瓶。

（7）、以此类推，重复步骤（2）-（6），可填充其他原料气。

Claims

1.标准气体配气装置，包括原料处理系统、高压调节系统、低压调节系统、压力信号处理系统、数据处理系统、产品阀门控制系统和真空泵连锁装置，其特征在于：原料气瓶经过滤器过滤后与原料控制阀连接，原料控制阀与高压调节系统连接，高压调节系统与压力传感器一连接后再与低压调节系统连接，低压调节系统与压力传感器二连接后分别与产品控制阀、放空控制阀、真空泵阀连接；产品置于电子天平上，压力传感器一和压力传感器二的信号和电子天平的数据均接入信号处理系统，同时信号处理系统还分别与数据处理系统、放空控制阀和真空泵连锁装置连接，所述的数据处理系统包括产品控制阀一、产品控制阀二、电子天平、称重数据处理系统、压力传感器处理程序、触摸屏显示器与反馈控制系统，压力传感器信号接入程序板处理后在触摸屏显示器上显示并与产品控制阀一和产品控制阀二连接；电子天平与称重数据处理系统连接，称重数据处理系统信号接入触摸屏显示器进行显示并通过触摸屏显示器控制产品控制阀一和产品控制阀二。

2.根据权利要求1所述的标准气体配气装置，其特征在于：所述的压力传感器一和压力传感器二均包括敏感芯片和波纹膜片，且均在敏感芯片和波纹膜片之间涂抹一层硅油。

3.根据权利要求1所述的标准气体配气装置，其特征在于：在所述的真空泵连锁装置的末端设置压力表和真空计。