CN103143293A

CN103143293A - 标准混合气体制备装置

Info

Publication number: CN103143293A
Application number: CN2013101079020A
Authority: CN
Inventors: 白光星; 白念祥
Original assignee: ZIBO XIANGLONG MEASUREMENT CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZIBO XIANGLONG MEASUREMENT CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: CN103143293B

Abstract

本发明涉及一种标准混合气体制备装置，包括原料气供气装置、原料气流量比值控制装置、平衡气供气装置、平衡气流量比值控制装置、压力稳定装置、输出压力稳定装置、混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置、混合气输出控制装置和电脑程序控制显示装置。标准混合气体制备装置可以实现连续生产各种组分比例的标准混合气体，且整个混合气体的生产过程实现了完全自动控制运行，通过电脑程序控制显示装置可以随时在线程序设定各种配制参数，并且在屏幕即时显示过程及结果，实现了高精度的混合气体混合、自动缓冲存储及输出。

Description

标准混合气体制备装置

技术领域

本发明涉及一种标准混合气体制备装置，主要用于煤矿气体检测设备传感器校准、产品质量监督和质量控制、仪器仪表的校准、大气环境监测、医疗卫生、临床检验、分析方法的评价等。

背景技术

标准混合气体是用一种高纯气体作稀释气(又称平衡气或背景气),再添加一种或几种其它的高纯气体(又称组分气或掺杂气)配制而成。标准混合气体中组分的含量可以从1×10-6到50%范围内任意选择,标准气体的配制方法主要有称量法、分压法、体积法、渗透法、饱和法、电解法、指数稀释法、流量比混合法等,从气体动力学的角度分为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体加入已知容积的容器中,再充入稀释气体,混匀制得。这种配气法的优点是设备简单、操作容易,但因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,适用于活泼性较差且用量不大的标准气体的配制。动态配气法是使已知浓度的原料气体与稀释气体按恒定比例连续不断地进入混合器混合,从而可以连续不断地配制并供给一定浓度的标准气体。这种方法缺点是所用仪器设备较静态配气法复杂。

重量法

该方法应用高载荷精密天平称量装入钢瓶中的各气体组分,根据各组分的质量比,计算出钢瓶中标准气的浓度。将配气钢瓶进行预处理,除去锈迹和污垢,并经水压试验合格,然后在烘箱中减压加热,冷却后除去水气，再用稀释气体冲洗。要求装入钢瓶中的各组分气体对钢瓶材料无腐蚀和吸附等作用。该方法在生产效率上与其它方法相比不是最好的方法。但它以质量单位为依据,在精度上比较可靠,因此,被公认为是制备基准气体的主要方法,各个国家的基准气体的配制基本采用重量法。

压力比法

这种方法在配制混合气体时,根据测定各组分的压力,按指定浓度进行配气。根据需要可分别使用波尔铜管式压力计、油压力计、麦克列奥真空计等。这种方法的特点是,只需要压力计,没有压缩机也可以制备。然而,充填时容易产生压缩热,且混合不匀,对指定浓度准确地充填很困难。

质量流量比法

该方法以流量比率混合的方法进行标准气体的配制,因此流量的准确测定是保证所配制气体的关键,常用的一些流量测量方法受气压和温度的影响较大,容易影响标准气体的精度

静态容量法

将欲配制组分气体(或液体)通过注射孔注入一密封容器(混合室)中,同时导入稀释气体,测定混合气体的温度、压力。根据配制组分的注入量、容器体积、温度、压力计算出标准气体的浓度。目前,国家标准仍然沿用静态容量法配气装置配气。这种配气方法由于压力和温度修正的不确定性导致配制的重复性和准确性较差。国家标准物质研究中心于2002年完成了新型静态容量法配制装置的研制,该装置不仅可以准确、方便地配制常温下组分气体呈气态的标

准气体,而且可准确配制常温下组分气体呈液态的标准气体。该法配制的气体与重量法、动态法配制的气体以及与国际比对用的标准气体相比较具有很好的一致性。

渗透管法

渗透管是一种提供原料气气源的设备,主要由装原料液的小容器和渗透膜组成。小容器由耐腐蚀和耐一定压力的惰性材料制成,渗透膜用聚四氟乙烯塑料制成帽状,套在小容器的颈部,其厚度小于1mm。它的塑料帽薄壁部分是渗透面,气体分子在其蒸气压力作用下,通过渗透面向外扩散,单位时间内的渗透量称为渗透率。渗透管法对于配制低浓度的标准气是一种较精确的方法,凡是易挥发的液体和能被冷冻或压缩成液态的气体都可以用该方法配制标准气体。该方法已成功地用于二氧化硫、二氧化氮等标准气体的配制。

特殊性质标准气体的配制

性质活泼的标准气体的配制

有些气体性质特别活泼,极易与氧、水、包装容器材料发生反应而使浓度发生变化,这些气体以往都是用安瓿瓶、饱和蒸气压等方法少量配制,不宜长途运输及长期贮存。20世纪80年代,美国NIST及一些特气公司如SCOTT等通过实验,研制出钢瓶的内涂层技术。该技术有效地防止了活性气体与钢瓶内壁发生反应,使得气体的稳定性增大,但气体的稳定性只限于半年,最长不超过一年,配制浓度低时保存时间较短,而且该法配制的标准气体没有形成量值传递与溯源。

挥发性有机化合物标准气体的配制

挥发性有机化合物(VOCs)是研究室内空气污染的重要指标,以前配制此类标准气体均采用渗透法或扩散法,通过改变温度和扩散管的几何形状而得到不同浓度的标准气体。美国早在20世纪80年代初期就研制出用毛细管准确称量微量液体的方法。目前,已经有多达39种可溯源到NIST量值的VOCs标准气体。近几年,我国研究人员借鉴NIST的技术,开发出适合我国现有条件的VOCs制备技术。用毛细管法、将高压气瓶法用于VOCs标准气体的配制取得了进展,所制备的标准气体样品与国外同类标准的量值相比具有同样的稳定性能。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种解决了上述缺陷的，实现了高精度的混合气体混合、自动缓冲存储及输出的标准混合气体制备装置。

本发明所述的标准混合气体制备装置包括原料气供气装置、原料气流量比值控制装置、平衡气供气装置、平衡气流量比值控制装置、压力稳定装置、混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置、混合气输出控制装置和电脑程序控制显示装置；

压力稳定装置包括供气压力稳定装置、平衡气压力稳定装置和输出压力稳定装置；

原料气供气装置通过供气压力稳定装置后与原料气流量比值控制装置的进气端相连接，平衡气供气装置通过平衡气压力稳定装置后与平衡气流量比值控制装置的进气端相连，原料气流量比值控制装置和平衡气流量比值控制装置的出气端通过输出压力稳定装置后均分别与混合气选通缓存装置和混合气选通输出装置相连接，混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置和混合气输出控制装置依次连接；

电脑程序控制显示装置分别与原料气流量比值控制装置、平衡气供气装置、平衡气流量比值控制装置、混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置、混合气输出控制装置和电脑程序控制显示装置相连接。

本发明还包括清零装置，清零装置分别与原料气流量比值控制装置、平衡气供气装置、平衡气流量比值控制装置、混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置、混合气输出控制装置和电脑程序控制显示装置相连接。

压力稳定装置采用公知装置，能实现稳定气体压力即可。

所述的原料气供气装置包括多组依次连接的原料气瓶、减压阀、原料气压力传感器和原料气过滤器。

所述的原料气流量比值控制装置包括多组原料气质量流量计。组数与原料气供气装置的组数相适应。

所述的平衡气供气装置包括依次连接的空气滤清器、空气泵、单向阀、平衡气瓶、压力开关、调压器、平衡气压力传感器和平衡气过滤器。

所述的平衡气流量比值控制装置包括平衡气质量流量计。

所述的混合气选通缓存装置包括多组依次连接的缓冲罐、混合气压力传感器和混合气选通缓存电磁阀。

所述的混合气选通输出装置包括多个混合气选通输出电磁阀。

所述的混合气输出控制装置包括依次连接的第一输出电磁阀、稳压阀、流量计和第二输出电磁阀，其中第一输出电磁阀还与标气出口相连接，第二输出电磁阀还分别与传感器口和报警仪相连接。

所述的清零装置包括清零电磁阀和平衡气供气装置。

本发明所具有的有益效果是：标准混合气体制备装置可以实现连续生产各种组分比例的标准混合气体，且整个混合气体的生产过程实现了完全自动控制运行，通过电脑程序控制显示装置可以随时在线程序设定各种配制参数，并且在屏幕即时显示过程及结果，实现了高精度的混合气体混合、自动缓冲存储及输出，解决了当前在矿山气体检测设备传感器、报警器校准，产品质量监督控制，仪器仪表的校准、大气环境监测、医疗卫生、临床检验、分析方法的评价以及其他需要高质量混合标准气体场合的迫切需要。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的结构示意图。

图中：1、原料气瓶；2、减压阀；3、原料气压力传感器；4、原料气过滤器；5、原料气质量流量计；6、空气滤清器；7、空气泵；8、单向阀；9、平衡气瓶；10、压力开关；11、调压器；12、平衡气压力传感器；13、平衡气过滤器；14、平衡气质量流量计；15、缓冲罐；16、混合气压力传感器；17、混合气选通缓存电磁阀；18、混合气选通输出电磁阀；19、第一输出电磁阀；20、稳压阀；21、流量计；22、第二输出电磁阀；23、清零电磁阀，24、供气压力稳定装置；25、平衡气压力稳定装置；26、输出压力稳定装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1～2所示，一种标准混合气体制备装置，其特征在于：包括原料气供气装置、原料气流量比值控制装置、平衡气供气装置、平衡气流量比值控制装置、压力稳定装置、混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置、混合气输出控制装置和电脑程序控制显示装置；

压力稳定装置包括供气压力稳定装置24、平衡气压力稳定装置25和输出压力稳定装置26；

原料气供气装置通过供气压力稳定装置24后与原料气流量比值控制装置的进气端相连接，平衡气供气装置通过平衡气压力稳定装置25后与平衡气流量比值控制装置的进气端相连，原料气流量比值控制装置和平衡气流量比值控制装置的出气端通过输出压力稳定装置26后均分别与混合气选通缓存装置和混合气选通输出装置相连接，混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置和混合气输出控制装置依次连接；

清零装置分别与原料气流量比值控制装置、平衡气供气装置、平衡气流量比值控制装置、混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置、混合气输出控制装置和电脑程序控制显示装置相连接。

原料气供气装置包括多组依次连接的原料气瓶1、减压阀2、原料气压力传感器3和原料气过滤器4。

原料气流量比值控制装置包括多组原料气质量流量计5。

平衡气供气装置包括依次连接的空气滤清器6、空气泵7、单向阀8、平衡气瓶9、压力开关10、调压器11、平衡气压力传感器12和平衡气过滤器13。

平衡气流量比值控制装置包括平衡气质量流量计14。

混合气选通缓存装置包括6组依次连接的缓冲罐15、混合气压力传感器16和混合气选通缓存电磁阀17。

混合气选通输出装置包括5个混合气选通输出电磁阀18。

混合气输出控制装置包括依次连接的第一输出电磁阀19、稳压阀20、流量计21和第二输出电磁阀22，其中第一输出电磁阀19还与标气出口相连接，第二输出电磁阀22还分别与传感器口和报警仪相连接。

清零装置包括清零电磁阀23和平衡气供气装置。

工作原理为：

在电脑程序控制显示装置的电脑程序的控制下，程序检测到混合气选通缓存装置的缓冲罐15内气体低于设定值时，原料气供气装置开始向原料气流量比值控制装置供气，同时平衡气供气装置亦开始向平衡气流量比值控制装置供气。两种流量比值控制装置按照程序设定的比例数值各自输出符合要求的气体，混合后经过选通，流向对应的缓存罐15储存。当缓存罐内15气体达到设定要求后，上述装置得到指令停止工作。接着程序依次对其他缓存罐15轮流检测，依次依照上述过程工作，完成各个缓存罐15的气体配置存储过程。

当需要向检测负荷设备供气时，混合气选通输出装置、清零装置得到指令，开始对需校验负荷装置清零操作，然后混合气选通输出装置按照程序指令，开通对应缓存罐15，输出要求的混合气体。

Claims

1.一种标准混合气体制备装置，其特征在于：包括原料气供气装置、原料气流量比值控制装置、平衡气供气装置、平衡气流量比值控制装置、压力稳定装置、混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置、混合气输出控制装置和电脑程序控制显示装置；

压力稳定装置包括供气压力稳定装置（24）、平衡气压力稳定装置（25）和输出压力稳定装置（26）；

原料气供气装置通过供气压力稳定装置（24）后与原料气流量比值控制装置的进气端相连接，平衡气供气装置通过平衡气压力稳定装置（25）后与平衡气流量比值控制装置的进气端相连，原料气流量比值控制装置和平衡气流量比值控制装置的出气端通过输出压力稳定装置（26）后均分别与混合气选通缓存装置和混合气选通输出装置相连接，混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置和混合气输出控制装置依次连接；

2.根据权利要求1所述的标准混合气体制备装置，其特征在于：还包括清零装置，清零装置分别与原料气流量比值控制装置、平衡气供气装置、平衡气流量比值控制装置、混合气选通缓存装置、混合气选通输出装置、混合气输出控制装置和电脑程序控制显示装置相连接。

3.根据权利要求1所述的标准混合气体制备装置，其特征在于：所述的原料气供气装置包括多组依次连接的原料气瓶（1）、减压阀（2）、原料气压力传感器（3）和原料气过滤器（4）。

4.根据权利要求1所述的标准混合气体制备装置，其特征在于：所述的原料气流量比值控制装置包括多组原料气质量流量计（5）。

5.根据权利要求1所述的标准混合气体制备装置，其特征在于：所述的平衡气供气装置包括依次连接的空气滤清器（6）、空气泵（7）、单向阀（8）、平衡气瓶（9）、压力开关（10）、调压器（11）、平衡气压力传感器（12）和平衡气过滤器（13）。

6.根据权利要求1所述的标准混合气体制备装置，其特征在于：所述的平衡气流量比值控制装置包括平衡气质量流量计（14）。

7.根据权利要求1所述的标准混合气体制备装置，其特征在于：所述的混合气选通缓存装置包括多组依次连接的缓冲罐（15）、混合气压力传感器（16）和混合气选通缓存电磁阀（17）。

8.根据权利要求1所述的标准混合气体制备装置，其特征在于：所述的混合气选通输出装置包括多个混合气选通输出电磁阀（18）。

9.根据权利要求1所述的标准混合气体制备装置，其特征在于：所述的混合气输出控制装置包括依次连接的第一输出电磁阀（19）、稳压阀（20）、流量计（21）和第二输出电磁阀（22），其中第一输出电磁阀（19）还与标气出口相连接，第二输出电磁阀（22）还分别与传感器口和报警仪相连接。

10.根据权利要求1或2所述的标准混合气体制备装置，其特征在于：所述的清零装置包括清零电磁阀（23）和平衡气供气装置。