CN107449694A - 称重式微量气体体积测定装置及基于该装置的测试方法 - Google Patents

称重式微量气体体积测定装置及基于该装置的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及称重式微量气体体积测定装置及基于该装置的测试方法，装置包括恒温箱、设置在恒温箱中的电子天平、放置在电子天平上的集液杯、位于集液杯上方的N型玻璃管以及与N型玻璃管配合使用的补液杯，所述的N型玻璃管向上一端通过三通进气阀与进气口、进气端排气口相连接，所述的N型玻璃管向下一端设有毛细管，所述的集液杯位于毛细管的正下方。与现有技术相比，本发明整体结构简单，操作容易，经济实用，灵敏度和测试精度较高，能测量少量或微量气体的体积，气体量可少至0.5mL，精度可达0.1mL，具有很好的应用前景。

Description

称重式微量气体体积测定装置及基于该装置的测试方法
技术领域
本发明属于测试技术领域，涉及一种称重式微量气体体积测定装置及基于该装置的测试方法。
背景技术
微量气体体积的测定是工业生产、过程监测、科学研究等的必要手段，如金属腐蚀、光解水制氢、微生物电解制氢、微生物厌氧产沼气等。但目前，现有的流量测定装置，多只针对具有一定流速或温度的大量气体，而针对微量的气体测定却很少有方便、便捷、快速有效的测试方法，需研究和开发针对微量气体测定的装置和方法。
申请号为200820156576.7的中国实用新型专利公开了一种微量气体体积的测定装置，该装置包括碱式滴定管管身、第一管体、T型玻璃管、第二管体、密封管、软管以及气体缓冲瓶和节流毛细管。该发明装置为改进型的皂膜流量计，使用时将待测气体引入碱式滴定管管身内，当气体通过肥皂水会鼓泡形成薄皂膜，并随导入气体量的增加薄皂膜不断上移，记录皂膜扫过玻璃管体积，即可得到产生气体的流量。而本发明中的重式微量气体体积测定装置及测试方法，是通过导入的待测气体在封闭的N型玻璃管内产生压强使测试用液体从毛细管口溢出，累计收集得到的测试用液体质量和测试液体密度，即可得出排出液体的体积，进而计算导入气体的体积及气体产生速率。申请号为200820156576.7的中国实用新型专利是通过导入气体导致皂液膜封闭空间变化来测定气体体积，过程需要营造稳定产生皂膜的环境，对环境及操作要求较高；而本发明重式微量气体体积测定装置及测试方法，为通过气体排开液体的体积来测定产生气体体积。相比较而言，本发明的装置和方法测试中受环境温度影响小，稳定性更好，准确度更高，操作便捷，且可以通过更换不同测试液体，测定绝大部分气体，适应性更强。
本发明装置包括恒温箱、设置在恒温箱中的电子天平、放置在电子天平上的集液杯、位于集液杯上方的N型玻璃管以及与N型玻璃管配合使用的补液杯，所述的N型玻璃管向上一端通过三通进气阀与进气口、进气端排气口相连接，所述的N型玻璃管向下一端设有毛细管，所述的集液杯位于毛细管的正下方。与现有技术相比，本发明整体结构简单，操作容易，经济实用，灵敏度和测试精度较高，能测量少量或微量气体的体积，气体量可少至0.5mL，精度可达0.1mL，具有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种整体结构简单、紧凑，操作容易，灵敏度和精度较高，可用于测试领域中微量气体体积和气体产生速率的称重式微量气体体积测定装置。
本发明的另一个目的就是提供基于上述装置的测试方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
称重式微量气体体积测定装置，该装置包括恒温箱、设置在恒温箱中的电子天平、放置在电子天平上的集液杯、位于集液杯上方的N型玻璃管以及与N型玻璃管配合使用的补液杯，所述的N型玻璃管向上一端通过三通进气阀与进气口、进气端排气口相连接，所述的N型玻璃管向下一端设有毛细管，所述的集液杯位于毛细管的正下方。
所述的N型玻璃管的中端设有玻璃管，该玻璃管通过三通补液阀与补液杯、补液端排气口相连接。
所述的进气口、进气端排气口、补液杯及补液端排气口均设置在恒温箱的外部。
所述的毛细管的管口位于N型玻璃管向上一端的直管段中间水平线上。
所述的N型玻璃管向上一端的直管段上设有用于计量N型玻璃管内液位变化的刻度线。
所述的刻度线的基准线与毛细管的管口位于同一水平线上。
所述的N型玻璃管向上一端的顶部高于N型玻璃管中端的顶部。
基于称重式微量气体体积测定装置的测试方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤(A)：选择与待测气体不相容的测试用液体(根据情况可选择水、某些盐类饱和溶液、液体石蜡或某些液体烃油)，测定实验条件下测试用液体的密度；
步骤(B)：将测试用液体加入补液杯中，调节三通进气阀，使进气端排气口与N型玻璃管向上一端连通，调节三通补液阀，使补液杯与N型玻璃管的中端连通，补液杯向N型玻璃管内注入测试用液体，待N型玻璃管向上一端内的测试用液体的液位高于N型玻璃管中端的顶部，调节三通补液阀，将补液端排气口与N型玻璃管的中端连通，放出余留在N型玻璃管中端顶部的气体，待气体排完后，调节三通补液阀，使N型玻璃管的中端与补液端排气口、补液杯均不连通；
步骤(C)：待N型玻璃管向上一端的直管段内液面下降至刻度线的基准线位置并稳定后，调节三通进气阀，使N型玻璃管向上一端与进气端排气口、进气口均不连通，进入待测定状态；
步骤(D)：调节三通进气阀，使进气口与N型玻璃管向上一端连通，并导入待测气体，导入的待测气体在封闭的N型玻璃管内产生压强，使得测试用液体从毛细管口溢出，并滴落至放置在电子天平上的集液杯内，记录电子天平的读数，并判断收集液体增重的趋势，最后通过集液杯内收集溢流出的测试用液体的质量，并结合步骤(A)测定的测试用液体的密度、待测气体的导入时间，即可计算出导入的待测气体的体积及气体产生速率。
在实际测试过程中，如需要提高测量精度，可通过N型玻璃管向上一端的直管段变化来进行压力校正测试结果。
本发明中，所述的三通进气阀应可切换实现与进口气或进气端排气口连通及关闭的功能；三通补液阀应可切换实现与补液杯或补液端排气口连通及关闭功能。
所述的电子天平的精度应不低于0.01g。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)装置整体结构简单、紧凑，易于操作，灵敏度和精度较高，能测量少量或微量气体的体积，气体量可少至0.5mL，精度可达0.1mL；
2)测试步骤简单，可重复性好，清洁便捷，可用于测试领域中微量气体体积和气体产生速率的测定，安全稳定性好，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明N型玻璃管结构示意图；
图中标记说明：
1—电子天平、2—集液杯、3—N型玻璃管、4—恒温箱、5—三通补液阀、6—补液端排气口、7—补液杯、8—进气端排气口、9—进气口、10—三通进气阀、11—刻度线、12—基准线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
如图1-2所示，称重式微量气体体积测定装置，该装置包括恒温箱4、设置在恒温箱4中的电子天平1、放置在电子天平1上的集液杯2、位于集液杯2上方的N型玻璃管3以及与N型玻璃管3配合使用的补液杯7，N型玻璃管3向上一端通过三通进气阀10与进气口9、进气端排气口8相连接，N型玻璃管3向下一端设有毛细管，集液杯2位于毛细管的正下方。
其中，N型玻璃管3的中端设有玻璃管，该玻璃管通过三通补液阀5与补液杯7、补液端排气口6相连接。进气口9、进气端排气口8、补液杯7及补液端排气口6均设置在恒温箱4的外部。毛细管的管口位于N型玻璃管3向上一端的直管段中间水平线上。N型玻璃管3向上一端的直管段上设有用于计量N型玻璃管3内液位变化的刻度线11。刻度线11的基准线12与毛细管的管口位于同一水平线上。N型玻璃管3向上一端的顶部高于N型玻璃管3中端的顶部。
采用本实施例称重式微量气体体积测定装置可测定铁在酸性条件下腐蚀产生微量氢气的体积。选择与氢气不相容的去离子水作为测试用液体，实验条件下温度为25℃，该温度下去离子水测试液体的密度为997.05kg/m3。
测试方法具体包括以下步骤：
步骤A：选择与待测气体不相容的测试用液体，测定实验条件下测试用液体的密度；
步骤B：开启恒温箱，温度设为25℃，将测试用液体加入补液杯7中，调节三通进气阀10，使进气端排气口8与N型玻璃管3向上一端连通，调节三通补液阀5，使补液杯7与N型玻璃管3的中端连通，补液杯7向N型玻璃管3内注入测试用液体，待N型玻璃管3向上一端内的测试用液体的液位高于N型玻璃管3中端的顶部，调节三通补液阀5，将补液端排气口6与N型玻璃管3的中端连通，放出余留在N型玻璃管3中端顶部的气体，待气体排完后，调节三通补液阀5，使N型玻璃管3的中端与补液端排气口6、补液杯7均不连通；
步骤C：待N型玻璃管3向上一端的直管段内液面下降至刻度线11的基准线12位置并稳定后，调节三通进气阀10，使N型玻璃管3向上一端与进气端排气口8、进气口9均不连通，进入待测定状态；
步骤D：调节三通进气阀10，使进气口9与N型玻璃管3向上一端连通，并导入待测气体，导入的待测气体在封闭的N型玻璃管3内产生压强，使得测试用液体从毛细管口溢出，并滴落至放置在电子天平1上的集液杯2内，记录电子天平1的读数，并判断收集液体增重的趋势，最后通过集液杯2内收集溢流出的测试用液体的质量，并结合步骤A测定的测试用液体的密度、待测气体的导入时间，即可计算出导入的待测气体的体积及气体产生速率。例如，待不再产生氢气排出去离子，天平的读数为5.23g，导入时间为673s，可计算出导入产生的氢气体积为5.25ml，氢气的产生6.79×10-3mL/s。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.称重式微量气体体积测定装置，其特征在于，该装置包括恒温箱(4)、设置在恒温箱(4)中的电子天平(1)、放置在电子天平(1)上的集液杯(2)、位于集液杯(2)上方的N型玻璃管(3)以及与N型玻璃管(3)配合使用的补液杯(7)，所述的N型玻璃管(3)向上一端通过三通进气阀(10)与进气口(9)、进气端排气口(8)相连接，所述的N型玻璃管(3)向下一端设有毛细管，所述的集液杯(2)位于毛细管的正下方。
2.根据权利要求1所述的称重式微量气体体积测定装置，其特征在于，所述的N型玻璃管(3)的中端设有玻璃管，该玻璃管通过三通补液阀(5)与补液杯(7)、补液端排气口(6)相连接。
3.根据权利要求2所述的称重式微量气体体积测定装置，其特征在于，所述的进气口(9)、进气端排气口(8)、补液杯(7)及补液端排气口(6)均设置在恒温箱(4)的外部。
4.根据权利要求1所述的称重式微量气体体积测定装置，其特征在于，所述的毛细管的管口位于N型玻璃管(3)向上一端的直管段中间水平线上。
5.根据权利要求4所述的称重式微量气体体积测定装置，其特征在于，所述的N型玻璃管(3)向上一端的直管段上设有用于计量N型玻璃管(3)内液位变化的刻度线(11)。
6.根据权利要求5所述的称重式微量气体体积测定装置，其特征在于，所述的刻度线(11)的基准线(12)与毛细管的管口位于同一水平线上。
7.根据权利要求2所述的称重式微量气体体积测定装置，其特征在于，所述的N型玻璃管(3)向上一端的顶部高于N型玻璃管(3)中端的顶部。
8.基于权利要求1所述的称重式微量气体体积测定装置的测试方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤(A)：选择与待测气体不相容的测试用液体，测定实验条件下测试用液体的密度；
步骤(B)：将测试用液体加入补液杯(7)中，调节三通进气阀(10)，使进气端排气口(8)与N型玻璃管(3)向上一端连通，调节三通补液阀(5)，使补液杯(7)与N型玻璃管(3)的中端连通，补液杯(7)向N型玻璃管(3)内注入测试用液体，待N型玻璃管(3)向上一端内的测试用液体的液位高于N型玻璃管(3)中端的顶部，调节三通补液阀(5)，将补液端排气口(6)与N型玻璃管(3)的中端连通，放出余留在N型玻璃管(3)中端顶部的气体，待气体排完后，调节三通补液阀(5)，使N型玻璃管(3)的中端与补液端排气口(6)、补液杯(7)均不连通；
步骤(C)：待N型玻璃管(3)向上一端的直管段内液面下降至刻度线(11)的基准线(12)位置并稳定后，调节三通进气阀(10)，使N型玻璃管(3)向上一端与进气端排气口(8)、进气口(9)均不连通，进入待测定状态；
步骤(D)：调节三通进气阀(10)，使进气口(9)与N型玻璃管(3)向上一端连通，并导入待测气体，导入的待测气体在封闭的N型玻璃管(3)内产生压强，使得测试用液体从毛细管口溢出，并滴落至放置在电子天平(1)上的集液杯(2)内，记录电子天平(1)的读数，并判断收集液体增重的趋势，最后通过集液杯(2)内收集溢流出的测试用液体的质量，并结合步骤(A)测定的测试用液体的密度、待测气体的导入时间，即可计算出导入的待测气体的体积及气体产生速率。
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