CN106582452B - 低浓度气体发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低浓度气体发生装置，所述装置包括顶盖、气体发生模块、外壳体和底盖，气体发生模块和外壳体均设置在顶盖的底部，外壳体设置为包围气体发生模块，底盖设置在外壳体的底部，外壳体和底盖与气体发生模块之间填充有隔热填充体。本发明提供的低浓度气体发生装置利用渗透管原理产生低浓度的标准气体，通过精密的温度采集及温度控制实现对渗透管管体的精确控温，提高了所产生气体的准确性与稳定性，并极大减弱了环境温度对装置的影响，有效防止了装置震动对所产生气体浓度所带来的影响。

Description

低浓度气体发生装置
技术领域
本发明属于气体发生实验器械技术领域，更具体地讲，涉及一种低浓度气体发生装置。
背景技术
在气体检测领域，需要用标准气体对检测仪器进行标定。目前，低浓度(ppbv)标准气体的发生一般采用两种方式：一种是利用较高浓度的气瓶气体进行稀释得到，另外一种是基于渗透管原理产生ppbv级低浓度的标准气体。但是，对于一些活性较高且易吸附的气体，第一种方式得到的标准气体浓度误差较大，且长时间配气过程中的稳定性难以保障。此时就需要用渗透管来产生标准气体。
渗透管配气时对渗透管的温度有较高的要求，因此需要采用精准的控温装置来达到恒温条件，如专利ZL 201410774120.7中所公布的用于低浓度标准二氧化氮气体发生的装置及方法。但在该专利公布的方案中，渗透管的加热是采用油来传递，虽然可以起到稳定加热的作用，但在加热过程中，受到加热点和外界环境的影响，各处油温并不相同，在设备发生移动或者震动时油会产生搅动，渗透管外的油温会产生较大的温度波动(可达3度左右)。这直接影响了所产生气体的准确性和稳定性。另外，加热及传热部件与温度传感器的固定件部分直接接触，而渗透管由于管体内灌装有液态气体，造成温度传感器对加热的响应快过渗透管，这也直接影响了所产生气体的准确性。
发明内容
为了解决现有渗透管配气技术中精度低、稳定性差的缺陷，本发明的目的是提供一种能够实现对渗透管的精准控温与加热、降低外界环境和使用过程中的影响并提高配气精度和配气稳定性的低浓度气体发生装置。
本发明提供了一种低浓度气体发生装置，所述装置包括顶盖、气体发生模块、外壳体和底盖，气体发生模块和外壳体均设置在顶盖的底部，外壳体设置为包围气体发生模块，底盖设置在外壳体的底部，外壳体和底盖与气体发生模块之间填充有隔热填充体，其中，
所述顶盖上设置有载气接口、标气接口、导流直管和混合腔，所述导流直管设置在载气接口的底部并且伸入位于载气接口下方的混合腔中，所述载气接口通过导流直管与混合腔连通，所述标气接口设置在混合腔的上侧部并与混合腔连通；
所述气体发生模块包括内壳体、渗透管、加热丝、热敏电阻、热敏电阻固定件、热敏电阻连接线和温度控制器，内壳体的上端与顶盖的底部连接且内壳体的下端与热敏电阻固定件连接；渗透管设置在内壳体的内部且热敏电阻设置在热敏电阻固定件的内部，热敏电阻设置为正对渗透管的底部但不与渗透管和内壳体直接接触，所述渗透管与内壳体之间且热敏电阻与热敏电阻固定件之间均填充有传热填充体；渗透管顶部的渗透窗与混合腔连通，所述导流直管的底端管口设置为正对且靠近渗透窗，热敏电阻通过热敏电阻连接线与温度控制器电连接；内壳体的外表面设置有导热涂覆层，所述加热丝均匀地缠绕在内壳体的外表面上并与温度控制器电连接。
根据本发明低浓度气体发生装置的一个实施例，所述顶盖与气体发生模块和外壳体之间通过螺纹连接固定或通过螺栓连接固定，所述底盖与外壳体之间通过螺纹连接固定或通过螺栓连接固定。
根据本发明低浓度气体发生装置的一个实施例，所述顶盖与气体发生模块的渗透管顶部之间设置有密封圈。
根据本发明低浓度气体发生装置的一个实施例，所述渗透管上部与内壳体之间设置有密封环，所述密封环将渗透管固定到内壳体的内部并密封内壳体与渗透管之间的间隙，其中，密封环由聚四氟乙烯材料制成。
根据本发明低浓度气体发生装置的一个实施例，所述导流直管的底部管口裂开并且扭曲成四瓣扇叶状出口。
根据本发明低浓度气体发生装置的一个实施例，所述隔热填充体为泡沫胶，所述传热填充体和导热涂覆层为导热硅脂。
根据本发明低浓度气体发生装置的一个实施例，所述底盖上设置有加热丝连接口、热敏电阻连接口和隔热材料填充口；所述顶盖由PP制成。
根据本发明低浓度气体发生装置的一个实施例，所述热敏电阻固定件通过螺纹安装在内壳体的下端，所述热敏电阻固定件由塑料材料制成，所述内壳体由金属材料制成。
根据本发明低浓度气体发生装置的一个实施例，所述载气接口和标气接口均设置有能够与外部气路进行螺纹连接的内螺纹。
根据本发明低浓度气体发生装置的一个实施例，所述混合腔的内径与渗透窗的外径相等。
与现有技术相比，本发明提供的低浓度气体发生装置利用渗透管原理产生低浓度的标准气体，通过精密的温度采集及温度控制实现对渗透管管体的精确控温，提高了所产生气体的准确性与稳定性，并极大减弱了环境温度对装置的影响，有效防止了装置震动对所产生气体浓度所带来的影响。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的低浓度气体发生装置的结构原理图。
附图标记说明：
10-顶盖、11-载气接口、12-标气接口、13-导流直管、14-混合腔、15-密封圈、20-气体发生模块、21-内壳体、22-渗透管、221-渗透窗、23-密封环、24-传热填充体、25-热敏电阻、251-热敏电阻连接线、26-热敏电阻固定件、27-加热丝、28-导热涂覆层、30-外壳体、40-底盖、41-加热丝连接口、42-热敏电阻连接口、43-隔热材料填充口、50-隔热填充体。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面先对本发明低浓度气体发生装置的结构和原理进行详细的说明。
图1示出了根据本发明示例性实施例的低浓度气体发生装置的结构原理图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述低浓度气体发生装置包括顶盖10、气体发生模块20、外壳体30和底盖40，气体发生模块20和外壳体30均设置在顶盖10的底部，外壳体30设置为包围气体发生模块20，底盖40设置在外壳体30的底部，外壳体30和底盖40与气体发生模块20之间填充有隔热填充体50。也即，顶盖10、外壳体30和底盖40将气体发生模块20包围起来，而气体发生模块10周围的空隙则由隔热填充体50充满。
根据本发明，顶盖10上设置有载气接口11、标气接口12、导流直管13和混合腔14，导流直管13设置在载气接口11的底部并且伸入位于载气接口11下方的混合腔14中，载气接口11通过导流直管13与混合腔14连通，标气接口12设置在混合腔14的上侧部并与混合腔14连通。
气体发生模块20包括内壳体21、渗透管22、加热丝27、热敏电阻25、热敏电阻固定件26、热敏电阻连接线251和温度控制器(未示出)，内壳体21的上端与顶盖10的底部连接且内壳体21的下端与热敏电阻固定件26连接，其中，热敏电阻固定件可以通过螺纹安装在内壳体21的下端；渗透管22设置在内壳体21的内部且热敏电阻25设置在热敏电阻固定件26的内部，热敏电阻25设置为正对渗透管22的底部但不与渗透管22和内壳体21直接接触，渗透管22与内壳体21之间且热敏电阻25与热敏电阻固定件26之间均填充有传热填充体24；渗透管22顶部的渗透窗221与混合腔14连通，导流直管13的底端管口设置为正对且靠近渗透窗2221，热敏电阻25通过热敏电阻连接线251与温度控制器电连接；内壳体21的外表面设置有导热涂覆层28，加热丝27均匀地缠绕在内壳体21的外表面上并与温度控制器电连接。
其中，顶盖10与气体发生模块20和外壳体30之间优选地通过螺纹连接固定或通过螺栓连接固定，底盖40与外壳体30之间优选地通过螺纹连接固定或通过螺栓连接固定。
根据本发明的优选实施例，顶盖10的混合腔14正对气体发生模块20中渗透管22的渗透窗221，导流直管13优选地位于混合腔14的中央且底端管口正对并靠近渗透窗221，混合腔14的内径与渗透窗221的外径相同。由此载气从载气接口11进入混合腔14后，流经渗透窗221上方表面并将渗透管22渗透出的气体带出，沿着导流直管13的外侧反向流出至标气接口12，顶盖10中的整个气体流路中不存在死体积，能够防止气体聚集并提高气体发生的稳定性与准确性。
其中，顶盖优选由PP材料制成，能够保证一定的机械强度，同时降低气体在材料表面的物理吸附损耗，在产生腐蚀性气体时可有效降低材料的腐蚀。此外，本发明中的载气接口11和标气接口12均设置有能够与外部气路进行螺纹连接的内螺纹，使得装置结构紧凑且便于集成。为了保证装置的密封性，顶盖10与气体发生模块20的渗透管22顶部之间设置有密封圈15。
并且，导流直管13的底部管口裂开并且扭曲成四瓣扇叶状出口，由此迫使气体在进入混合腔14时产生涡流，减少气流对渗透窗221的正面冲击，并有助于气流将渗透气体带出混合腔。
渗透管22上部与内壳体21之间还设置有密封环23，该密封环23能够将渗透管22固定到内壳体21的内部并密封内壳体21与渗透管22之间的间隙，可以防止传热填充体24渗入混合腔14中而造成污染，保证配气精度与纯净度。其中，密封环优选地由聚四氟乙烯材料制成。
内壳体21的外表面设置有一层导热涂覆层28，加热丝27均匀地缠绕在内壳体21的外部，由于加热丝27的直径约在1～2mm，缠绕后会有一定的间隙，因此当在内壳体21的外表面涂覆一层导热涂覆层之后再把加热丝27缠绕上去，导热涂覆层会被挤压到加热丝之间的间隙并填充这些间隙，则加热丝27产生的热量就可以通过导热涂覆层传递至内壳体21，进而在加热时保证热量地均匀传递。并且，内壳体21优选地由金属材料制成，渗透管22与内壳体21之间设有传热填充体24，其能够保证内壳体21的热量均匀地传递至渗透管22，从而实现对渗透管整体的均匀加热。
由于气体是从渗透管22中产生的，而其产生气体的速度与渗透管22的温度密切相关并且渗透管22对温度也非常敏感，气体的精度取决于渗透管22温度的稳定性。为了让渗透管处于恒温的状态，就必须对其采取加热或冷冻的方式对其进行精密的控温。一般地，加热控温是比较常用、易于实现的方式。由于渗透管的外形较为复杂，对其管体温度的采集比较困难。如果热敏电阻25与渗透管22直接接触，那热敏电阻25所反映的只是渗透管接触点的温度，不能反映其整体的温度。因此，本发明在内壳体21和渗透管22之间的间隙填充传热填充体24，加热丝27所产生的热量通过内壳体21和传热填充体24均匀地传递至渗透管22，保证渗透管整体受热均匀。同时，渗透管的温度(也是传热填充体24的温度)通过传热填充体24传递至热敏电阻25，从而完成对渗透管管体温度的准确采集。热敏电阻25的作用是采集渗透管的温度，为了避免外部环境温度的影响，热敏电阻固定件26采用塑料材料制成，传热较慢且外部不缠绕加热丝，以尽量降低内壳体外部环境温度的影响。
并且，气体发生模块20与外壳体30之间填充有隔热填充体50，可以有效减弱外部环境与加热部件之间的热量传递，降低能耗并提高加热稳定性，从而保证所产生气体浓度的稳定性。其中，隔热填充体50处于外壳体30和内壳体21的外表面之间，作用是防止外壳体30的温度变化影响内壳体21以及渗透管22的温度，而外壳体可以暴露在环境空气中。
具体地，隔热填充体50可以为泡沫胶，传热填充体24和导热涂覆层28可以为导热硅脂，例如含银的导热硅脂。
根据本发明，底盖40上设置有加热丝连接口41、热敏电阻连接口42和隔热材料填充口43，加热丝连接口41、热敏电阻连接口42分别用于伸入加热丝和热敏电阻连接线，可以通过航空插头等连接件与温度控制器等外部电路系统连接，便于安装及拆卸调试。
当使用本发明的低浓度气体发生装置时，将其外接电源和温度控制器，将温度控制器的设定温度设置为高于环境温度。当热敏电阻所采集到的渗透管温度低于设定温度时，温度控制器控制加热丝进行通电加热；当渗透管温度高于或等于设定温度时，温度控制器控制加热丝断电。由此，通过控制加热丝的加热和装置整体的温度损失来达到恒温的目的。在恒定温度下，渗透管所产生气体的量(气体渗透率)恒定且为已知，因此载气通过后所含气体的浓度就可以通过渗透管的气体渗透率和载气流量确定，进而得到所需的低浓度气体。
综上所述，本发明提供的低浓度气体发生装置利用渗透管原理产生低浓度的标准气体，通过精密的温度采集及温度控制实现对渗透管管体的精确控温，提高了所产生气体的准确性与稳定性，并极大减弱了环境温度对装置的影响，有效防止了装置震动对所产生气体浓度所带来的影响。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种低浓度气体发生装置，其特征在于，所述装置包括顶盖、气体发生模块、外壳体和底盖，气体发生模块和外壳体均设置在顶盖的底部，外壳体设置为包围气体发生模块，底盖设置在外壳体的底部，外壳体和底盖与气体发生模块之间填充有隔热填充体，其中，
所述顶盖上设置有载气接口、标气接口、导流直管和混合腔，所述导流直管设置在载气接口的底部并且伸入位于载气接口下方的混合腔中，所述载气接口通过导流直管与混合腔连通，所述标气接口设置在混合腔的上侧部并与混合腔连通；
所述气体发生模块包括内壳体、渗透管、加热丝、热敏电阻、热敏电阻固定件、热敏电阻连接线和温度控制器，内壳体的上端与顶盖的底部连接且内壳体的下端与热敏电阻固定件连接，热敏电阻固定件通过螺纹安装在内壳体的下端且热敏电阻固定件由塑料制成；渗透管设置在内壳体的内部且热敏电阻设置在热敏电阻固定件的内部，热敏电阻设置为正对渗透管的底部但不与渗透管和内壳体直接接触，所述渗透管与内壳体之间且热敏电阻与热敏电阻固定件之间均填充有导热硅脂；渗透管顶部的渗透窗与混合腔连通，所述导流直管的底端管口设置为正对且靠近渗透窗，热敏电阻通过热敏电阻连接线与温度控制器电连接；内壳体的外表面设置有导热涂覆层，所述导热涂覆层为导热硅脂，所述加热丝均匀地缠绕在内壳体的外表面上并与温度控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的低浓度气体发生装置，其特征在于，所述顶盖与气体发生模块和外壳体之间通过螺纹连接固定或通过螺栓连接固定，所述底盖与外壳体之间通过螺纹连接固定或通过螺栓连接固定。
3.根据权利要求1所述的低浓度气体发生装置，其特征在于，所述顶盖与气体发生模块的渗透管顶部之间设置有密封圈。
4.根据权利要求1所述的低浓度气体发生装置，其特征在于，所述渗透管上部与内壳体之间设置有密封环，所述密封环将渗透管固定到内壳体的内部并密封内壳体与渗透管之间的间隙，其中，密封环由聚四氟乙烯材料制成。
5.根据权利要求1所述的低浓度气体发生装置，其特征在于，所述导流直管的底部管口裂开并且扭曲成四瓣扇叶状出口。
6.根据权利要求1所述的低浓度气体发生装置，其特征在于，所述隔热填充体为泡沫胶。
7.根据权利要求1所述的低浓度气体发生装置，其特征在于，所述底盖上设置有加热丝连接口、热敏电阻连接口和隔热材料填充口；所述顶盖由PP制成。
8.根据权利要求1所述的低浓度气体发生装置，其特征在于，所述载气接口和标气接口均设置有能够与外部气路进行螺纹连接的内螺纹。
9.根据权利要求1所述的低浓度气体发生装置，其特征在于，所述混合腔的内径与渗透窗的外径相等。
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