CN108195950A - 基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置及其检测方法，待检测的标准气体稀释装置的出气口及钢瓶装标准气体的出气口通过管路连接换向阀，换向阀的出气口通过管路连接流量控制系统，流量控制系统的出气口连接顶空进样气体样品采集装置的进气口，顶空进样气体样品采集装置顶空采集气体样品，封装后送入气相色谱仪进行分析。它是用待检测的标准气体稀释装置配制一定浓度的目标气体，通过气相色谱仪测量目标气体的浓度值，得到一组测量值；再在相同条件下，使用气相色谱仪测量与该目标气体浓度值相同的钢瓶装标准气体的浓度值，得到一组参考值。测量值与参考值的差值即为待检测的标准气体稀释装置的稀释误差。

Description

基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置及 其检测方法

技术领域：

本发明属于标准气体稀释装置的检测校准技术领域，具体涉及一种基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置及其检测方法。

背景技术：

标准气体稀释装置被广泛应用于各类气体分析仪器的生产厂商和检测机构，该装置以流量比混合法为基本原理，通过严格控制一定比例的标准气体和稀释气体的流量，并加以混合而制得目标浓度的气体。主要用于配置特定浓度的标准气体，满足开展气体分析仪、气体检测报警仪的检定、校准工作，或者用于满足气体分析质量控制时对不同浓度标准气体的需求。因此，标准气体稀释装置配置出的标准气体的准确程度，是开展气体分析仪、气体检测报警仪的检定校准工作的基础，标准气体的准确程度直接影响到检定校准结果准确性。

标准气体稀释装置的应用日益广泛，但是，如何保证标准气体稀释装置配置出的标准气体的准确性，成为一个急需解决的问题。目前，我国还没有对标准气体稀释装置进行检定的国家检定规程和校准规范。目前仅能依据流量计检定规程对标准气体稀释装置的部分部件进行校准或测试，但流量计只是整个标准气体稀释装置的主要部件之一，且标准气体稀释装置在工作时是由多个流量计相互配合工作，仅对流量计进行校准无法全面评价整个标准气体稀释装置的计量性能。

近几年修订的气体分析仪器的相关检定规程或校准规范逐步完善了对标准气体稀释装置的要求，例如JJF1263-2010《六氟化硫检测报警仪校准规范》中明确规定标准气体稀释装置的稀释误差不超过±1%，JJG1105-2015《氨气检测仪检定规程》中规定标准气体稀释装置的最大稀释误差不超过±1.5%，因此，有必要探讨和研究标准气体稀释装置的稀释误差的测量方法，以满足其有效溯源的需求。

发明内容：

综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本发明提供了一种基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置及其检测方法，它是用待检测的标准气体稀释装置配制一定浓度的目标气体，通过气相色谱仪测量目标气体的浓度值，得到一组测量值；再在相同条件下，使用气相色谱仪测量与该目标气体浓度值相同的钢瓶装标准气体的浓度值，得到一组参考值。测量值与参考值的差值即为待检测的标准气体稀释装置的稀释误差。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置，其中：包括待检测的标准气体稀释装置、流量控制系统、换向阀、顶空进样气体样品采集装置、气相色谱仪及钢瓶装标准气体，所述的待检测的标准气体稀释装置的出气口及钢瓶装标准气体的出气口通过管路连接换向阀，换向阀的出气口通过管路连接流量控制系统，所述的流量控制系统的出气口连接顶空进样气体样品采集装置的进气口，所述的顶空进样气体样品采集装置顶空采集气体样品，封装后送入气相色谱仪进行分析。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的流量控制系统包括单片机控制器、触摸屏显示装置及质量流量控制器，所述的质量流量控制器的进气口连接换向阀的出气口，所述的质量流量控制器的出气口连通顶空进样气体样品采集装置的进气口，所述的单片机控制器的A/D转换模块通过数据线与质量流量控制器的控制口连接，所述的单片机控制器的输入模块及显示模块通过数据线连接触摸屏显示装置。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的顶空进样气体样品采集装置包括恒温水槽、操作平台、顶空瓶、进气管、电磁阀及控制器，所述的恒温水槽的壳体内设置有控制器，所述的恒温水槽的水箱内设置有操作平台，所述的操作平台上设置有支座，支座支撑顶空瓶，所述的进气管的一端连接流量控制系统的出气口，其另一端固定在操作平台的中部，且进气管伸入顶空瓶内，所述的进气管上设置有电磁阀，所述的支座的数量为多个，均匀分布在进气管的四周，所述的支座上设置有卡槽，所述的顶空瓶倒扣放置在支座上，其瓶口放置在卡槽内，所述的控制器通过控制线连接恒温水箱及电磁阀，控制器控制电磁阀的启闭及恒温水槽的温度设置。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的气相色谱仪为氢火焰离子化检测器。

一种基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差的检测方法，其中：包括以下检测步骤：

a、首先确定待检测的标准气体稀释装置的最大稀释倍数k，使用该标准气体稀释装置配制稀释倍数为2%k的目标气体；

b、开启气相色谱仪，充分预热后点火，并稳定基线；

c、通过触摸屏显示装置设置流量控制系统的气体流量；

d、开启顶空进样气体样品采集装置，设置恒温水槽的温度，待恒温水槽内温度稳定后，将顶空瓶倒扣放入恒温水槽的操作平台上，支座支撑顶空瓶，待顶空瓶内充满水且无气泡后，启动进气管上的电磁阀；

e、启动换向阀，使待检测的标准气体稀释装置的出气口与流量控制系统连通，将步骤a中配制的目标气体通入顶空进样气体样品采集装置的进气管，并通过进气管向顶空瓶内充目标气体，待目标气体将顶空瓶中水介质完全排出后，在恒温水槽的液面下，用封盖器将顶空瓶瓶口密封，并取出装有目标气体的顶空瓶，至此完成待检测的标准气体稀释装置配制的目标气体的样品采集；

f、启动换向阀，使与步骤a中配制的目标气体浓度相同的钢瓶装标准气体的出气口与流量控制系统连通，钢瓶装标准气体通入顶空进样气体样品采集装置的进气管，并通过进气管向顶空瓶内充目标气体，待钢瓶装标准气体将顶空瓶中水介质完全排出后，在恒温水槽的液面下，用封盖器将顶空瓶瓶口密封，并取出装有钢瓶装标准气体的顶空瓶，至此完成与目标气体浓度值相同的瓶装标准气体的样品采集；

g、将采集的目标气体的样品及瓶装标准气体的样品分别放入气相色谱仪进行气相色谱分析，分别连续分析三次，并记录分析出的浓度值；

h、计算待检测的标准气体稀释装置的稀释倍数为2%k 时的稀释误差值，计算公式如下：

式中：

—稀释误差值；

—进目标气体样品时，气相色谱仪的浓度示值；

—进瓶装标准气体样品时，气相色谱仪的浓度示值；

计算得出三个待检测的标准气体稀释装置的稀释倍数为2%k 时的稀释误差值，三个稀释误差值的平均值即为该标准气体稀释装置的稀释倍数为2%k时的稀释误差；

i、利用待检测的标准气体稀释装置配制不同稀释倍数的目标气体，重复步骤e~h，对待检测的标准气体稀释装置的量程范围内不同稀释倍数的稀释误差进行测量计算，得出不同稀释倍数的稀释误差；

j、分析待检测的标准气体稀释装置的各个稀释倍数的稀释误差，以绝对值最大的稀释误差作为该标准气体稀释装置的稀释误差。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的步骤c中设置的流量控制系统4的气体流量为400~600ml/min。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的步骤i中，利用待检测的标准气体稀释装置配制稀释倍数为10%k、30%k、50%k、80%k的目标气体，重复步骤e~h，计算出待检测的标准气体稀释装置的不同稀释倍数的稀释误差。

本发明的有益效果为：

1、本发明是用待检测的标准气体稀释装置配制一定浓度的目标气体，通过气相色谱仪测量目标气体的浓度值，得到一组测量值；再在相同条件下，使用气相色谱仪测量与该目标气体浓度值相同的钢瓶装标准气体的浓度值，得到一组参考值。测量值与参考值的差值即为待检测的标准气体稀释装置的稀释误差。

2、本发明通过流量控制系统用于控制所有实验过程中的待测气体的流量，以保证所有的测量都是在相同的流量条件下完成，避免由于流量不同引入的气体浓度测量误差。通过操作触摸屏显示装置可以对质量流量控制器的流量进行设置，质量流量控制器的实际流量也可反馈回单片机控制器，形成一个闭环控制。

3、本发明气相色谱仪对目标气体和钢瓶装标准气体进行分析，气相色谱仪可用于对气体进行定性和定量分析，具有重复性好、灵敏度高等特点。在本装置中用于在相同条件下分别对标准气体稀释装置配制的目标气体和与目标气体浓度值相同的钢瓶装标准气体分别进行定量测量，给出两组气体浓度的测量值。

4、本发明的顶空进样气体样品采集装置主要用于将稀释装置配制的目标气体或钢瓶标准气体装入顶空瓶中，以供气相色谱仪使用。装置的基本原理是采用排水收集气体法将待测气体装入顶空瓶中。恒温水槽为整个装置提供恒温的环境和介质，以消除由于外界温度变化及水介质温度变化引入的气体取样误差，同时，恒温水槽内设置有操作平台，顶空进样在操作平台上进行，由于操作平台在恒温水槽内的位置不变，则可消除水压对气体取样的影响，控制器主要用于控制电磁阀的通断和恒温水槽的温度设置。

5、本发明的检测方法采用对待检测的标准气体稀释装置的不同的稀释倍数进行多次测量，以保证测量结果的准确性，能够真实反映待检测的标准气体稀释装置的整体计量性能。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的流量控制系统的结构示意图；

图3为本发明的顶空进样气体样品采集装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2、图3所示，一种基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置，包括待检测的标准气体稀释装置1、流量控制系统4、换向阀3、顶空进样气体样品采集装置5、气相色谱仪6及钢瓶装标准气体2，所述的待检测的标准气体稀释装置1的出气口及钢瓶装标准气体2的出气口通过管路连接换向阀3，换向阀3的出气口通过管路连接流量控制系统4，流量控制系统4包括单片机控制器42、触摸屏显示装置43及质量流量控制器41，所述的单片机控制器42的A/D转换模块通过数据线与质量流量控制器41的控制口连接，所述的单片机控制器42的输入模块及显示模块通过数据线连接通过控制线连接触摸屏显示装置43，所述的质量流量控制器41的进气口连接换向阀3的出气口，所述的质量流量控制器41的出气口连通顶空进样气体样品采集装置5的进气口， 顶空进样气体样品采集装置5包括恒温水槽51、操作平台57、顶空瓶53、进气管54、电磁阀55及控制器52，所述的恒温水槽51的壳体内设置有控制器52，所述的恒温水槽51的水箱内设置有操作平台57，所述的操作平台57上设置有支座56，支座56支撑顶空瓶53，所述的进气管54的一端连接流量控制系统4的出气口，其另一端固定在操作平台57的中部，且进气管54伸入顶空瓶53内，所述的进气管54上设置有电磁阀55，所述的支座56的数量为多个，均匀分布在进气管54的四周，所述的支座56上设置有卡槽，所述的顶空瓶53倒扣放置在支座56上，其瓶口放置在卡槽内，所述的控制器52通过控制线连接恒温水箱及电磁阀55，控制器52控制电磁阀55的启闭及恒温水槽51的温度设置，所述的顶空进样气体样品采集装置5顶空采集气体样品，封装后送入气相色谱仪6进行分析。所述的气相色谱仪6为氢火焰离子化检测器。

一种基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差的检测方法，包括以下检测步骤：

a、首先确定待检测的标准气体稀释装置1的最大稀释倍数k，使用该标准气体稀释装置配制稀释倍数为2%k的目标气体；例如某台标准气体稀释装置的常用最大稀释倍数k=200，使用该标准气体稀释装置配制稀释倍数为2%k的目标气体，即稀释4倍左右的目标气体。

b、开启气相色谱仪6，充分预热后点火，并稳定基线.

c、通过触摸屏显示装置43设置流量控制系统4的气体流量；流量控制系统4的气体流量为500ml/min。

d、开启顶空进样气体样品采集装置5，设置恒温水槽51的温度，通常设置为20摄氏度，待恒温水槽51内温度稳定后，将顶空瓶53倒扣放入恒温水槽51的操作平台57上，支座56支撑顶空瓶53，待顶空瓶53内充满水且无气泡后，启动进气管54上的电磁阀55；

e、启动换向阀3，使待检测的标准气体稀释装置1的出气口与流量控制系统4连通，将步骤a中配制的目标气体通入顶空进样气体样品采集装置5的进气管54，并通过进气管54向顶空瓶53内充目标气体，待目标气体将顶空瓶53中水介质完全排出后，在恒温水槽51的液面下，用封盖器将顶空瓶53瓶口密封，并取出装有目标气体的顶空瓶53，至此完成待检测的标准气体稀释装置1配制的目标气体的样品采集；

f、启动换向阀3，使与步骤a中配制的目标气体浓度相同的钢瓶装标准气体2的出气口与流量控制系统4连通，钢瓶装标准气体2通入顶空进样气体样品采集装置5的进气管54，并通过进气管54向顶空瓶53内充目标气体，待钢瓶装标准气体2将顶空瓶53中水介质完全排出后，在恒温水槽51的液面下，用封盖器将顶空瓶53瓶口密封，并取出装有钢瓶装标准气体2的顶空瓶53，至此完成与目标气体浓度值相同的瓶装标准气体的样品采集；

g、将采集的目标气体的样品及瓶装标准气体的样品分别放入气相色谱仪6进行气相色谱分析，分别连续分析三次，并记录分析出的浓度值；

h、计算待检测的标准气体稀释装置1的稀释倍数为2%k 时的稀释误差值，计算公式如下：

式中：

—稀释误差值；

—进目标气体样品时，气相色谱仪6的浓度示值；

—进瓶装标准气体样品时，气相色谱仪6的浓度示值；

计算得出三个待检测的标准气体稀释装置1的稀释倍数为2%k 时的稀释误差值，三个稀释误差值的平均值即为该标准气体稀释装置的稀释倍数为2%k时的稀释误差；

i、利用待检测的标准气体稀释装置1配制稀释倍数为10%k、30%k、50%k、80%k的目标气体，重复步骤e~h，计算出待检测的标准气体稀释装置1的不同稀释倍数的稀释误差。

j、分析待检测的标准气体稀释装置1的各个稀释倍数的稀释误差，以绝对值最大的稀释误差作为该标准气体稀释装置的稀释误差。

本发明在具体实施时，可设置多个不同浓度的钢瓶装标准气体2，各个钢瓶装标准气体2的出气口分别通过管路连接换向阀3的进气口，可在每个管路上都设置控制阀，可根据待检测的标准气体稀释装置1配制的目标气体的浓度选择相应浓度的钢瓶装标准气体2。而且，在选择设定目标气体浓度时，即在选择待检测的标准气体稀释装置1的稀释倍数时，也可以根据钢瓶装标准气体2的浓度，选择待检测的标准气体稀释装置1配制的目标气体的浓度。

要说明的是，上述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置，其特征在于：包括待检测的标准气体稀释装置（1）、流量控制系统（4）、换向阀（3）、顶空进样气体样品采集装置（5）、气相色谱仪（6）及钢瓶装标准气体（2），所述的待检测的标准气体稀释装置（1）的出气口及钢瓶装标准气体（2）的出气口通过管路连接换向阀（3），换向阀（3）的出气口通过管路连接流量控制系统（4），所述的流量控制系统（4）的出气口连接顶空进样气体样品采集装置（5）的进气口，所述的顶空进样气体样品采集装置（5）顶空采集气体样品，封装后送入气相色谱仪（6）进行分析。

2.根据权利要求1所述的基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置，其特征在于：所述的流量控制系统（4）包括单片机控制器（42）、触摸屏显示装置（43）及质量流量控制器（41），所述的质量流量控制器（41）的进气口连接换向阀（3）的出气口，所述的质量流量控制器（41）的出气口连通顶空进样气体样品采集装置（5）的进气口，所述的单片机控制器（42）的A/D转换模块通过数据线与质量流量控制器（41）的控制口连接，所述的单片机控制器（42）的输入模块及显示模块通过数据线连接触摸屏显示装置（43）。

3.根据权利要求1所述的基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置，其特征在于：所述的顶空进样气体样品采集装置（5）包括恒温水槽（51）、操作平台（57）、顶空瓶（53）、进气管（54）、电磁阀（55）及控制器（52），所述的恒温水槽（51）的壳体内设置有控制器（52），所述的恒温水槽（51）的水箱内设置有操作平台（57），所述的操作平台（57）上设置有支座（56），支座（56）支撑顶空瓶（53），所述的进气管（54）的一端连接流量控制系统（4）的出气口，其另一端固定在操作平台（57）的中部，且进气管（54）伸入顶空瓶（53）内，所述的进气管（54）上设置有电磁阀（55），所述的支座（56）的数量为多个，均匀分布在进气管（54）的四周，所述的支座（56）上设置有卡槽，所述的顶空瓶（53）倒扣放置在支座（56）上，其瓶口放置在卡槽内，所述的控制器（52）通过控制线连接恒温水箱及电磁阀（55），控制器（52）控制电磁阀（55）的启闭及恒温水槽（51）的温度设置。

4.根据权利要求1所述的基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置，其特征在于：所述的气相色谱仪（6）为氢火焰离子化检测器。

5.利用权利要求1~4任一项所述的基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置检测稀释误差的检测方法，其特征在于：包括以下检测步骤：

a、首先确定待检测的标准气体稀释装置（1）的最大稀释倍数k，使用该标准气体稀释装置配制稀释倍数为2%k的目标气体；

b、开启气相色谱仪（6），充分预热后点火，并稳定基线；

c、通过触摸屏显示装置（43）设置流量控制系统（4）的气体流量；

d、开启顶空进样气体样品采集装置（5），设置恒温水槽（51）的温度，待恒温水槽（51）内温度稳定后，将顶空瓶（53）倒扣放入恒温水槽（51）的操作平台（57）上，支座（56）支撑顶空瓶（53），待顶空瓶（53）内充满水且无气泡后，启动进气管（54）上的电磁阀（55）；

e、启动换向阀（3），使待检测的标准气体稀释装置（1）的出气口与流量控制系统（4）连通，将步骤a中配制的目标气体通入顶空进样气体样品采集装置（5）的进气管（54），并通过进气管（54）向顶空瓶（53）内充目标气体，待目标气体将顶空瓶（53）中水介质完全排出后，在恒温水槽（51）的液面下，用封盖器将顶空瓶（53）瓶口密封，并取出装有目标气体的顶空瓶（53），至此完成待检测的标准气体稀释装置（1）配制的目标气体的样品采集；

f、启动换向阀（3），使与步骤a中配制的目标气体浓度相同的钢瓶装标准气体（2）的出气口与流量控制系统（4）连通，钢瓶装标准气体（2）通入顶空进样气体样品采集装置（5）的进气管（54），并通过进气管（54）向顶空瓶（53）内充目标气体，待钢瓶装标准气体（2）将顶空瓶（53）中水介质完全排出后，在恒温水槽（51）的液面下，用封盖器将顶空瓶（53）瓶口密封，并取出装有钢瓶装标准气体（2）的顶空瓶（53），至此完成与目标气体浓度值相同的瓶装标准气体的样品采集；

g、将采集的目标气体的样品及瓶装标准气体的样品分别放入气相色谱仪（6）进行气相色谱分析，分别连续分析三次，并记录分析出的浓度值；

h、计算待检测的标准气体稀释装置（1）的稀释倍数为2%k 时的稀释误差值，计算公式如下：

式中：

—稀释误差值；

—进目标气体样品时，气相色谱仪（6）的浓度示值；

—进瓶装标准气体样品时，气相色谱仪（6）的浓度示值；

计算得出三个待检测的标准气体稀释装置（1）的稀释倍数为2%k 时的稀释误差值，三个稀释误差值的平均值即为该标准气体稀释装置的稀释倍数为2%k时的稀释误差；

i、利用待检测的标准气体稀释装置（1）配制不同稀释倍数的目标气体，重复步骤e~h，对待检测的标准气体稀释装置（1）的量程范围内不同稀释倍数的稀释误差进行测量计算，得出不同稀释倍数的稀释误差；

j、分析待检测的标准气体稀释装置（1）的各个稀释倍数的稀释误差，以绝对值最大的稀释误差作为该标准气体稀释装置的稀释误差。

6.根据权利要求5所述的基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测方法，其特征在于：所述的步骤c中设置的流量控制系统（4）的气体流量为400~600ml/min。

7.根据权利要求5所述的基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测方法，其特征在于：所述的步骤i中，利用待检测的标准气体稀释装置（1）配制稀释倍数为10%k、30%k、50%k、80%k的目标气体，重复步骤e~h，计算出待检测的标准气体稀释装置（1）的不同稀释倍数的稀释误差。