CN103076289A - 压力呈周期性变化的水蒸气发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学实验领域，具体涉及一种气压发生器。压力呈周期性变化的水蒸气发生器，其技术方案是，水浴连接进气管路的一端，进气管路的另一端穿过红外样品仓与样品池连通，出气管路的一端与样品池连通，另一端穿过红外样品仓连接真空泵；气压计安装在进气管路上，湿度计安装在出气管路上，在气压计与水浴之间的进气管路设有进气截止阀，在湿度计与真空泵之间的出气管路上设有出气截止阀；压力控制中心分别与进气截止阀、气压计、湿度计、出气截止阀连接。利用本发明使水蒸气压力呈周期性变化，满足步进扫描的条件；通过控制水蒸气的压力可以定量地控制发生反应的水分子数，与定量的气溶胶颗粒发生反应，提供一种严格重复性的化学反应环境。

Description

压力呈周期性变化的水蒸气发生器
技术领域
本发明属于化学实验领域，具体涉及一种水蒸气发生器。 
背景技术
气溶胶影响大气环境的重要因素主要包括化学组分、相态以及由于吸湿性变化而导致的气溶胶尺寸的大小；研究表明环境湿度较高的条件下，气溶胶颗粒的尺寸增加，由此将导致其光散射作用发生变化；红外光谱技术可以探测化合物分子的聚集模式、分子取向以及分子间相互作用等结构信息，是研究界面化学的一种很重要的手段。根据测不准原理，连续扫描得到的光谱很难同时满足高的时间分辨和光谱分辨。步进扫描真空红外光谱技术弥补了这方面的不足，光谱分辨率可以达到1cm-1,同时时间分辨率可以达到纳秒级。但步进扫描只适用于完全重复的反应过程，因此创建一个完全重复的化学环境对同时实现高光谱分辨和时间分辨是必不可少的。 
发明内容
本发明的目的是：提供一种水蒸气发生装置，通过控制气体的流量大小和某气压的停留时间，构建一种气溶胶表界面刻蚀过程重复进行的化学环境，通过步进扫描真空红外测试获得表界面结构信息，深入研究气溶胶的物理化学过程。 
本发明的技术方案是：一种压力呈周期性变化的水蒸气发生器，它包括：水浴、进气截止阀、湿度计、压力控制中心、气压计、出气截止阀、真空泵、微调阀A和微调阀B；其外围设备是红外样品仓和光谱分析仪； 
红外样品仓包括：密封箱体与安装在密封箱体内的样品池；密封箱体的左右两侧对称的设有红外光可穿透的窗片；样品池为柱状结构，其两端由光学基片密封，光学基片上沉淀有气溶胶样品；样品池两端的光学基片与密封箱体左右两侧的窗片同轴；光谱分析仪与红外样品仓连接； 
水浴连接进气管路的一端，进气管路的另一端穿过红外样品仓与样品池连通，出气管路的一端与样品池连通，另一端穿过红外样品仓连接真空泵；气压计安装在进气管路上，湿度计安装在出气管路上，在气压计与水浴之间的进气管路设有进气截止阀，在湿度计与真空泵 之间的出气管路上设有出气截止阀；在水浴与进气截止阀之间的连接管路上增设一个微调阀A；在真空泵与出气截止阀之间的连接管路上增设一个微调阀B； 
压力控制中心分别与进气截止阀、湿度计、气压计、出气截止阀、微调阀A和微调阀B连接； 
压力呈周期性变化的水蒸气发生器的操作方法为： 
A．开启水浴与真空泵，压力控制中心开启进气截止阀和出气截止阀，保证进气管路与出气管路中完全是纯水蒸汽； 
B．压力控制中心控制微调阀A和微调阀B的开度，从而控制水蒸气进气和出气的速率，得到设定的气体压力P1后，压力控制中心关闭进气截止阀和出气截止阀，使得样品池内水蒸气的压力达到平衡；压力控制中心设定开启进气截止阀7的时间； 
C．到达进气截止阀打开的时间后，进气截止阀自动打开，出气截止阀保持关闭，压力控制中心对出气截止阀关闭的时间做出设定；出气截止阀关闭期间样品池内水蒸气的压力上升，当上升到设定压力P2时，压力控制中心关闭进气截止阀，使得样品池内水蒸气的压力在P2状态保持恒定； 
D．到达出气截止阀关闭的时间后，出气截止阀自动打开，同时压力控制中心打开进气截止阀，减小微调阀A的气体流量，使得样品池内水蒸气的压力下降；当样品池内水蒸气的压力达到要求的P3时，压力控制中心同时关闭进气截止阀和出气截止阀，样品池内水蒸气的压力在P3保持恒定，压力控制中心设定样品池内水蒸气的压力在P3条件下保持的时间； 
E．到了设置的时间，压力控制中心关闭出气截止阀，使得样品池内水蒸气的压力上升达到P4；当上升到设定压力P4时，压力控制中心关闭进气截止阀，使得样品池内水蒸气的压力在P4状态保持恒定； 
F．压力控制中心开启进气截止阀和出气截止阀，并重复步骤B-E实现水蒸气压力呈周期性变化； 
整个水蒸气压力呈周期性变化中的压力变化和样品池中的湿度变化由气压计和湿度计监测。 
本发明的有益效果是：（1）利用本发明使水蒸气压力以一定方式进行变化，这样得到的压力具有良好的周期性和重复性，满足步进扫描的条件；通过控制水蒸气的压力可以定量地控制发生反应的水分子数，与定量的气溶胶颗粒发生反应，提供一种严格重复性的化学反应环境，为获取气溶胶表界面刻蚀过程中间物的结构，聚集状态以及分子间作用等信息提供有效的装置；（2）本发明实现了智能化，通过压力控制中心实现对截止阀的控制，并通过与压力控制中心连接的气压计与湿度计可以很直观得观察到水蒸气压力和湿度变化，便于根 据要求随时进行条件控制。（3）本发明易于清洗、拆卸，便于装置的维护。 
附图说明
图1为实施例中本发明组成示意图； 
图2为实施例中本发明中红外样品仓内结构示意图； 
图3为实施例中利用本发明得到的四种不同的水蒸气压力变化曲线； 
其中，1-进气管路、2-出气管路、3-样品池、4-光学基片、5-窗片、6-水浴、7-进气截止阀、8-压力控制中心、9-出气截止阀、10-真空泵、11-湿度计、12-气压计、13-微调阀A、14-微调阀B。 
具体实施方式
参见附图1，一种压力呈周期性变化的水蒸气发生器，它包括：水浴6、进气截止阀7、湿度计11、压力控制中心8、气压计12、出气截止阀9、真空泵10、微调阀A13和微调阀B14；其外围设备是红外样品仓和光谱分析仪； 
参见附图2，红外样品仓包括：密封箱体与安装在密封箱体内的样品池3；密封箱体的左右两侧对称的设有红外光可穿透的窗片5；样品池3为柱状结构，其两端由光学基片4密封，光学基片4上沉淀有气溶胶样品；样品池3两端的光学基片4与密封箱体左右两侧的窗片5同轴；光谱分析仪与红外样品仓连接； 
水浴6连接进气管路1的一端，进气管路1的另一端穿过红外样品仓与样品池3连通，出气管路2的一端与样品池3连通，另一端穿过红外样品仓连接真空泵10；气压计12安装在进气管路1上，湿度计11安装在出气管路2上，在气压计12与水浴6之间的进气管路1设有进气截止阀7，在湿度计11与真空泵10之间的出气管路2上设有出气截止阀9；在水浴6与进气截止阀7之间的连接管路上增设一个微调阀A13；在真空泵10与出气截止阀9之间的连接管路上增设一个微调阀B14； 
压力控制中心8分别与进气截止阀7、湿度计11、气压计12、出气截止阀9、微调阀A13和微调阀B14连接； 
压力呈周期性变化的水蒸气发生器的操作方法为： 
A．开启水浴6与真空泵10，压力控制中心8开启进气截止阀7和出气截止阀9，保证进气管路1与出气管路中2完全是纯水蒸汽；判定进气管路1与出气管路中2中是否为纯水蒸汽的方法之一为：进行光谱测试，看光谱图中是否出现CO2的信号；如存在CO2的信号，则说明为不纯水蒸汽，若未出现CO2的信号，则说明为纯水蒸汽；判定进气管路1与出气管路中2 中是否为纯水蒸汽的方法之二为：根据公式RH=P/P0和气压计12的读数计算出相对湿度，计算值与湿度计11显示的数值进行比较，式中RH表示湿度，P为气压计12的读数，P0为饱和压力值，若计算值与湿度计11显示的数值相等，则证明为纯水蒸汽，若计算值与湿度计11显示的数值不相等，则为不纯水蒸汽； 
B．压力控制中心8控制微调阀A13和微调阀B14的开度，从而控制水蒸气进气和出气的速率，得到设定的气体压力P1后，压力控制中心8关闭进气截止阀7和出气截止阀9，使得样品池3内水蒸气的压力达到平衡；压力控制中心8设定开启进气截止阀7的时间 
C．到达进气截止阀7打开的时间后，进气截止阀7自动打开，出气截止阀9保持关闭，压力控制中心8对出气截止阀9关闭的时间做出设定；出气截止阀9关闭期间样品池3内水蒸气的压力上升，当上升到设定压力P2时，压力控制中心8关闭进气截止阀7，使得样品池3内水蒸气的压力在P2状态保持恒定； 
D．到达出气截止阀9关闭的时间后，出气截止阀9自动打开，同时压力控制中心8打开进气截止阀7，减小微调阀A13的气体流量，使得样品池3内水蒸气的压力下降；当样品池3内水蒸气的压力达到要求的P3时，压力控制中心8同时关闭进气截止阀7和出气截止阀9，样品池3内水蒸气的压力在P3保持恒定，压力控制中心8设定样品池3内水蒸气的压力在P3条件下保持的时间； 
E．到了设置的时间，压力控制中心8关闭出气截止阀9，使得样品池3内水蒸气的压力上升达到P4；当上升到设定压力P4时，压力控制中心8关闭进气截止阀7，使得样品池3内水蒸气的压力在P4状态保持恒定； 
F．压力控制中心8开启进气截止阀7和出气截止阀9，并重复步骤B-E实现水蒸气压力呈周期性变化； 
整个水蒸气压力呈周期性变化中的压力变化和样品池3中的湿度变化由气压计12和湿度计11监测。 
更优的，为了方便实验人员观测数据，设有一个与压力控制中心8联用的显示器，通过显示器可以观测到压力和湿度的变化曲线。由于湿度计11和压力计12的读数会有偏差，所以在结果分析中用到的湿度值是通过光谱中水蒸气的信号计算得到的。显示器显示的压力与湿度曲线用于判断湿度的变化状态。 
附图3中给出了四种不同的压力变化曲线，这些曲线的获得是通过压力控制中心的截止阀开启、时间设置以及微调阀的流量控制几项参数同时配合得到的。 

Claims (4)

1.一种压力呈周期性变化的水蒸气发生器，其特征在于，它包括：水浴（6）、进气截止阀（7）、湿度计(11)、压力控制中心（8）、气压计（12）、出气截止阀（9）、真空泵（10）、微调阀A（13）和微调阀B（14）；其外围设备是红外样品仓和光谱分析仪；
所述红外样品仓包括：密封箱体与安装在密封箱体内的样品池（3）；所述密封箱体的左右两侧对称的设有红外光可穿透的窗片（5）；所述样品池（3）为柱状结构，其两端由光学基片（4）密封，所述光学基片（4）上沉淀有气溶胶样品；所述样品池（3）两端的所述光学基片（4）与所述密封箱体左右两侧的窗片（5）同轴；所述光谱分析仪与所述红外样品仓连接；
所述水浴（6）连接进气管路（1）的一端，所述进气管路（1）的另一端穿过红外样品仓与所述样品池（3）连通，所述出气管路（2）的一端与所述样品池（3）连通，另一端穿过所述红外样品仓连接所述真空泵（10）；所述气压计(12)安装在所述进气管路（1）上，所述湿度计（11）安装在所述出气管路（2）上，在所述气压计(12)与所述水浴（6）之间的进气管路（1）设有所述进气截止阀（7），在所述湿度计（11）与所述真空泵（10）之间的出气管路（2）上设有所述出气截止阀（9）；在所述水浴（6）与所述进气截止阀（7）之间的连接管路上增设一个微调阀A（13）；在所述真空泵（10）与所述出气截止阀（9）之间的连接管路上增设一个微调阀B（14）；
所述压力控制中心（8）分别与所述进气截止阀（7）、湿度计(11)、气压计（12）、出气截止阀（9）、微调阀A（13）和微调阀B（14）连接；
压力呈周期性变化的水蒸气发生器的操作方法为：
A．开启所述水浴（6）与所述真空泵（10），所述压力控制中心（8）开启进气截止阀（7）和出气截止阀（9），保证所述进气管路（1）与出气管路中（2）完全是纯水蒸汽；
B．所述压力控制中心（8）控制所述微调阀A（13）和微调阀B（14）的开度，从而控制水蒸气进气和出气的速率，得到设定的气体压力P1后，所述压力控制中心（8）关闭进气截止阀（7）和出气截止阀（9），使得样品池（3）内水蒸气的压力达到平衡；所述压力控制中心（8）设定开启所述进气截止阀（7）的时间；
C．到达所述进气截止阀（7）打开的时间后，所述进气截止阀（7）自动打开，所述出气截止阀（9）保持关闭，所述压力控制中心（8）对所述出气截止阀（9）关闭的时间做出设定；所述出气截止阀（9）关闭期间样品池（3）内水蒸气的压力上升，当上升到设定压力P2时，所述压力控制中心（8）关闭进气截止阀（7），使得样品池（3）内水蒸气的压力在P2状态保持恒定；
D．到达出气截止阀（9）关闭的时间后，出气截止阀（9）自动打开，同时所述压力控制中心（8）打开所述进气截止阀（7），减小所述微调阀A（13）的气体流量，使得样品池（3）内水蒸气的压力下降；当所述样品池（3）内水蒸气的压力达到要求的P3时，所述压力控制中心（8）同时关闭所述进气截止阀（7）和出气截止阀（9），样品池（3）内水蒸气的压力在P3保持恒定，所述压力控制中心（8）设定样品池（3）内水蒸气的压力在P3条件下保持的时间；
E．到了设置的时间，所述压力控制中心（8）关闭所述出气截止阀（9），使得样品池（3）内水蒸气的压力上升达到P4；当上升到设定压力P4时，所述压力控制中心（8）关闭进气截止阀（7），使得样品池（3）内水蒸气的压力在P4状态保持恒定；
F．所述压力控制中心（8）开启进气截止阀（7）和出气截止阀（9），并重复步骤B-E实现水蒸气压力呈周期性变化；
整个水蒸气压力呈周期性变化中的压力变化和所述样品池（3）中的湿度变化由所述气压计（12）和所述湿度计（11）监测。
2.如权利要求1所述的压力呈周期性变化的水蒸气发生器，其特征在于，设有一个与所述压力控制中心（8）联用的显示器。
3.如权利要求1或2所述的压力呈周期性变化的水蒸气发生器，其特征在于，判定所述进气管路（1）与出气管路中（2）中是否为纯水蒸汽的方法为：进行光谱测试，看光谱图中是否出现CO2的信号；如存在CO2的信号，则说明为不纯水蒸汽，若未出现CO2的信号，则说明为纯水蒸汽。
4.如权利要求1或2所述的压力呈周期性变化的水蒸气发生器，其特征在于，判定所述进气管路（1）与出气管路中（2）中是否为纯水蒸汽的方法为：根据公式RH=P/P0和气压计（12）的读数计算出相对湿度，计算值与所述湿度计（11）显示的数值进行比较，式中RH表示湿度，P为气压计（12）的读数，P0为饱和压力值，若计算值与所述湿度计（11）显示的数值相等，则证明为纯水蒸汽，若计算值与所述湿度计（11）显示的数值不相等，则为不纯水蒸汽。
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