CN108896704B - 一种气体在线稀释采样及标气发生装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体在线稀释采样及标气发生装置及方法，所述装置包括两级稀释单元、稀释气供给单元、被稀释气供给单元和出气单元，所述方法则采用上述装置进行标气在线动态配气、气体在线稀释采样和气体在线发生。与现有技术相比，本发明提供的气体在线稀释采样及标气发生装置及方法通过对气体流路的控制，可实现零空气发生、气体动态在线稀释配气、气体采样及在线稀释、标准气体动态发生等功能，可作为便携式多动能综合气体预处理装置使用，满足不同的气体处理需求，具有功能多样、智能化程度高、精度及稳定性高、应用广泛等优点。

Description

一种气体在线稀释采样及标气发生装置和方法

技术领域

本发明涉及气体检测前处理的技术领域，更具体地讲，涉及一种气体在线稀释采样及标气发生装置。

背景技术

在气体检测领域，经常需要对气体进行前处理，包括气体在线采样、零空气发生、气体稀释、动态配气、标气发生等。

目前市场上出现的气源处理设备一般只包含单一功能，因此在实际应用中用户一般需要购买多套设备进行联用来达到不同的处理要求。由于各个设备的气路设计标准难以统一，不同设备之间的连接复杂，造成处理系统的响应速度较慢、稳定性差且操作繁琐，带来极大的资源浪费并且很难取得满意的效果。

因此，有必要提供一种复合式的气体前处理装置和方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够同时实现零空气发生、气体稀释采样、动态配气、标气发生等多个功能的装置和方法，具有集成度高、响应速度快、稳定性高、操作简单等优点。

本发明的一方面提供了一种气体在线稀释采样及标气发生装置，所述装置包括两级稀释单元、稀释气供给单元、被稀释气供给单元和出气单元，其中，

两级稀释单元包括第一混合器、第四流量控制器和第二混合器，第一混合器的出口端通过第四流量控制器与第二混合器的第二入口端连接；

稀释气供给单元包括零空气供给气路、载气供给气路、第一气路切换器、第一流量控制器和第二流量控制器；零空气供给气路的一端为空气入口且另一端与第一气路切换器的第一入口端连接，零空气供给气路上沿着气体流动方向依次设置有零空气在线发生模块和真空泵；载气供给气路与零空气供给气路并联设置，载气供给气路的一端为载气入口且另一端与第一气路切换器的第二入口端连接；第一气路切换器的出口端通过第一流量控制器与第二混合器的第一入口端连接并且通过第二流量控制器与第一混合器的第一入口端连接；

被稀释气供给单元包括标气供给气路、采样气供给气路、第二气路切换器、第三气路切换器、第三流量控制器、第四气路切换器、标气在线发生模块和第五气路切换器；标气供给气路的一端为标气入口且另一端与第二气路切换器的第一入口端连接；采样气供给气路上设置有采样泵，采样气供给气路与标气供给气路并联设置，采样气供给气路的一端为采样气入口且另一端与第二气路切换器的第二入口端连接；第二气路切换器的出口端与第三气路切换器的第二入口端连接，第三气路切换器的第一入口端与零空气供给气路的另一端连接，第三气路切换器的出口端通过第三流量控制器与第四气路切换器的入口端连接；第四气路切换器的第一出口端与第五气路切换器的第一入口端连接并且第四气路切换器的第二出口端与第五气路切换器的第二入口端连接形成两条子气路，所述标气在线发生模块设置在其中一条子气路上；第五气路切换器的出口端与所述第一混合器的第二入口端连接；

出气单元包括第六气路切换器、第七气路切换器、目标气体排出气路和废气排出气路；第六气路切换器的入口端接入到所述第一混合器与第四流量控制器之间的气路上，第六气路切换器的第一出口端与第七气路切换器的第二入口端连接；废气排出气路与目标气体排出气路并联设置，废气排出气路的一端与第六气路切换器的第二出口端连接且另一端为气体排空口；第七气路切换器的第一入口端与第二混合器的出口端连接，目标气体排出气路的一端与第七气路切换器的出口端连接且另一端为目标气体出口；

所述第一气路切换器、第二气路切换器、第三气路切换器、第四气路切换器、第五气路切换器、第六气路切换器和第七气路切换器能够通过通断电控制进行其中两条气路的通断切换，其中，第一入口端与出口端之间或者入口端与第一出口端之间形成第一气路，第二入口端与出口端之间或者入口端与第二出口端之间形成第二气路，各个气路切换器的第一气路与第二气路不同时连通。

根据本发明气体在线稀释采样及标气发生装置的一个实施例，所述零空气在线发生模块包括沿着气体流动方向依次设置的第一气体过滤器、光催化反应器和第二气体过滤器。

根据本发明气体在线稀释采样及标气发生装置的一个实施例，所述第一气体过滤器用于过滤空气中的颗粒物，所述光催化反应器通过紫外光照射产生臭氧气体用于氧化空气并且所述光催化反应器为钯催化柱，所述第二气体过滤器中填充有活性炭与高锰酸钾活性氧化铝颗粒的混合物并且用于净化氧化后的空气产生零空气。

根据本发明气体在线稀释采样及标气发生装置的一个实施例，所述第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器均为防腐蚀型层流式气体质量流量计且内部及接头处采用电解抛光处理。

根据本发明气体在线稀释采样及标气发生装置的一个实施例，所述第一混合器和第二混合器为微型在线式气体混合器且混合方式为同向式混合。

根据本发明气体在线稀释采样及标气发生装置的一个实施例，所述标气在线发生模块包括沿着气体流动方向依次设置的干燥器、标准气体发生器和标准气体吸收器，所述标准气体发生器为基于渗透管原理的微型标准气体发生器。

根据本发明气体在线稀释采样及标气发生装置的一个实施例，所述废气排出气路上还设置有废气吸收器。

本发明的另一方面提供了一种标气在线动态配气方法，采用上述气体在线稀释采样及标气发生装置对气瓶装标准气体进行动态在线配制，所述方法包括以下步骤：

A、当稀释气为零空气时，将空气入口连通外界空气并将标气入口连通气瓶装标准气体，打开真空泵，控制第一气路切换器连通其第一气路，控制第二气路切换器连通其第一气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；当稀释气为气瓶装纯气体时，将载气入口连通气瓶装纯气体并将标气入口连通气瓶装标准气体，关闭真空泵，控制第一气路切换器连通其第二气路，控制第二气路切换器连通其第一气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；

B、当稀释比大于1:1000时采用一级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，设置第一流量控制器的流量为零并且设置第四流量控制器的流量为零，通过调整第二流量控制器和第三流量控制器的流量从目标气体出口获得不同稀释比的标准气体；

C、当稀释比小于1:1000时采用二级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第二气路，控制第七气路切换器连通其第一气路，通过调整第二流量控制器和第三流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与气瓶装标准气体在第一混合器处进行第一级混合得到一级混合标准气体，通过调整第一流量控制器和第四流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与部分一级混合标准气体在第二混合器处进行第二级混合并从目标气体出口获得不同稀释比的二级混合标准气体，多余的一级混合标准气体从气体排空口排出。

本发明的再一方面提供了一种气体在线稀释采样方法，采用上述气体在线稀释采样及标气发生装置对外界高浓度气体样品进行在线稀释采样，所述方法包括以下步骤：

A、当稀释气为零空气时，将空气入口连通外界空气并将采样气入口连通高浓度气体样品，打开真空泵和采样泵，控制第一气路切换器连通其第一气路，控制第二气路切换器连通其第二气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；当稀释气为气瓶装纯气体时，将载气入口连通气瓶装纯气体并将采样气入口连通高浓度气体样品，关闭真空泵并打开采样泵，控制第一气路切换器连通其第二气路，控制第二气路切换器连通其第二气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；

B、当稀释比大于1:1000时采用一级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，设置第一流量控制器的流量为零并且设置第四流量控制器的流量为零，通过调整第二流量控制器和第三流量控制器的流量从目标气体出口获得不同稀释比的混合样气；

C、当稀释比小于1:1000时采用二级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第二气路，控制第七气路切换器连通其第一气路，通过调整第二流量控制器和第三流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与高浓度气体样品在第一混合器处进行第一级混合得到一级混合样气，通过调整第一流量控制器和第四流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与部分一级混合样气在第二混合器处进行第二级混合并从目标气体出口获得不同稀释比的二级混合样气，多余的一级混合样气从气体排空口排出。

本发明的又一方面提供了一种气体在线发生方法，采用上述气体在线稀释采样及标气发生装置实现不同浓度标准气体的在线发生，所述方法包括以下步骤：

A、当稀释气为零空气时，将空气入口连通外界空气，打开真空泵并关闭采样泵，控制第一气路切换器连通其第一气路，控制第二气路切换器连通其第二气路，控制第三气路切换器连通其第一气路；当稀释气为气瓶装纯气体时，将载气入口和标气入口均连通气瓶装纯气体，关闭真空泵和采样泵，控制第一气路切换器连通其第二气路，控制第二气路切换器连通其第一气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；

B、根据目标标准气体的浓度和标气在线发生模块中标准气体的产率计算稀释比，当稀释比大于1:1000时采用一级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其设置有标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，设置第一流量控制器的流量为零并且设置第四流量控制器的流量为零，通过调整第二流量控制器的流量控制大部分零空气或气瓶装纯气体到达第一混合器，通过调整第三流量控制器的流量控制少部分零空气或气瓶装纯气体经过标气在线发生模块将其产生的标准气体带出与所述大部分零空气或气瓶装纯气体在第一混合器处实现混合并且从目标气体出口得到不同稀释比的标准气体；

C、当预定稀释比小于1:1000时采用二级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其设置有标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第二气路，控制第七气路切换器连通其第一气路，通过调整第二流量控制器的流量控制大部分零空气或气瓶装纯气体到达第一混合器，通过调整第三流量控制器的流量控制少部分零空气或气瓶装纯气体经过标气在线发生模块将其产生的标准气体带出与所述大部分零空气或气瓶装纯气体在第一混合器处进行第一级混合得到一级混合标准气体，通过调整第一流量控制器和第四流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与部分一级混合标准气体在第二混合器处进行第二级混合并从目标气体出口获得不同稀释比的二级混合标准气体，多余的一级混合标准气体从气体排空口排出。

与现有技术相比，本发明提供的气体在线稀释采样及标气发生装置及方法通过对气体流路的控制，可实现零空气发生、气体动态在线稀释配气、气体采样及在线稀释、标准气体动态发生等功能，可作为便携式多动能综合气体预处理装置使用，满足不同的气体处理需求，具有功能多样、智能化程度高、精度及稳定性高、应用广泛等优点。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的体在线稀释采样及标气发生装置的结构原理图。

附图标记说明：

1-空气入口、2-第一气体过滤器、3-光催化反应器、4-第二气体过滤器、5-真空泵、6-第一气路切换器、7-第一流量控制器、8-第二流量控制器、9-载气入口、10-标气入口、11-第二气路切换器、12-采样泵、13-采样气入口、14-第三气路切换器、15-第三流量控制器、16-第四气路切换器、17-标准气体发生器、18-第五气路切换器、19-干燥器、20-标气吸收管、21-第一混合器、22-第四流量控制器、23-第二混合器、24-第六气路切换器、25-第七气路切换器、26-废气吸收器、27-目标气体出口、28-气体排空口、29-零空气在线发生模块、30-标气在线发生模块。

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。

本发明的主要目的是提供一种能够实现零空气发生、气体动态在线稀释配气、气体采样及在线稀释、标准气体动态发生等多项功能的复合装置和方法。

本发明所述的零空气是将空气进行在线净化获得的不含臭氧、氮氧化物、碳氢化合物及任何能使后端气体检测仪产生响应的气体成分的空气。本发明所述的载气是指装在高压气瓶中的稳定纯气体，例如纯氮气、纯氦气等。本发明所稀释的采样气或样气是从被检测点采集到的高浓度气体样品，可以为气瓶标准气等正压气体，也可以为例如空气等常压或负压气体。本发明所稀释的标气或标准气体是高压气瓶里的标准气体或标准气体发生器产生的标准气体。

下面将先对本发明气体在线稀释采样及标气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体在线稀释采样及标气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，所述气体在线稀释采样及标气发生装置包括两级稀释单元、稀释气供给单元、被稀释气供给单元和出气单元。其中，两级稀释单元可以对被稀释气进行一级稀释或两级稀释并获得预设稀释比的目标气体，稀释气供给单元提供用于稀释的稀释气(如零空气、载气)，被稀释气供给单元提供用于稀释的被稀释气(如标气、采样气)，出气单元提供目标气体的出口。

具体地，两级稀释单元包括第一混合器21、第四流量控制器22和第二混合器23，第一混合器21的出口端通过第四流量控制器22与第二混合器23的第二入口端连接。

其中，本发明中采用的混合器(第一混合器21和第二混合器23)为微型在线式气体混合器且混合方式为同向式混合，由此可以提高配比混合时的混合精度及混合速度，该两级稀释单元最高可提供高达1:100000倍的混合比，可以根据稀释需求进行一级稀释和二级稀释之间的自由切换，满足不同混合比例的要求。并且，由于混合器至少混合两种气体，因此混合器包括第一入口端和第二入口端以及出口端。

本发明中采用的流量控制器(如第四流量控制器)为防腐蚀型层流式气体质量流量计且内部及接头处采用电解抛光处理，通过设置具体的流量可以控制通过该流量控制器的气体量，继而实现稀释配比的控制。

稀释气供给单元包括零空气供给气路、载气供给气路、第一气路切换器6、第一流量控制器7和第二流量控制器8。

本发明中使用的气路切换器(如第一气路切换器6)是一种一进两出式或两进一出式的气路切换阀，能够通过通断电控制进行其中两条气路的通断切换。当气路切换器为一进两出式时，其包括入口端以及第一出口端和第二出口端，入口端与第一出口端之间形成第一气路，入口端与第二出口端之间形成第二气路；当气路切换器为两进一出式时，其包括第一入口端和第二入口端以及出口端，第一入口端与出口端之间形成第一气路，第二入口端与出口端之间形成第二气路；无论是那种气路切换阀，第一气路与第二气路均不同时连通，具体可以根据控制需求选择一进两出式或两进一出式。

具体地，零空气供给气路的一端为空气入口1且另一端与第一气路切换器6的第一入口端连接，零空气供给气路上沿着气体流动方向依次设置有零空气在线发生模块29和真空泵5；载气供给气路与零空气供给气路并联设置，载气供给气路的一端为载气入口9且另一端与第一气路切换器6的第二入口端连接；第一气路切换器6的出口端通过第一流量控制器7与第二混合器23的第一入口端连接并且通过第二流量控制器8与第一混合器21的第一入口端连接。

优选地，零空气在线发生模块29包括沿着气体流动方向依次设置的第一气体过滤器2、光催化反应器3和第二气体过滤器4。其中，第一气体过滤器2用于过滤空气中的颗粒物，光催化反应器3通过紫外光照射产生臭氧气体用于氧化空气气流中的有机物、氮化物、硫化物、细菌等并且所述光催化反应器优选为钯催化柱，第二气体过滤器4中填充有活性炭与高锰酸钾活性氧化铝颗粒的混合物并且用于净化氧化后的空气产生零空气。

被稀释气供给单元包括标气供给气路、采样气供给气路、第二气路切换器11、第三气路切换器14、第三流量控制器15、第四气路切换器16、标气在线发生模块30和第五气路切换器18。

标气供给气路的一端为标气入口10且另一端与第二气路切换器11的第一入口端连接；采样气供给气路上设置有采样泵12，采样气供给气路与标气供给气路并联设置，采样气供给气路的一端为采样气入口13且另一端与第二气路切换器11的第二入口端连接；第二气路切换器11的出口端与第三气路切换器14的第二入口端连接，第三气路切换器14的第一入口端与零空气供给气路的另一端连接，第三气路切换器14的出口端通过第三流量控制器15与第四气路切换器16的入口端连接；第四气路切换器16的第一出口端与第五气路切换器18的第一入口端连接并且第四气路切换器16的第二出口端与第五气路切换器18的第二入口端连接形成两条子气路，标气在线发生模块30设置在其中一条子气路上；第五气路切换器18的出口端与第一混合器21的第二入口端连接。

本发明使用的标气在线发生模块30包括沿着气体流动方向依次设置的干燥器19、标准气体发生器17和标准气体吸收器20，其可以以进入的零空气或气瓶载气作为载气，产生一定浓度的标准气体。其中的标准气体发生器17为基于渗透管原理的微型标准气体发生器，例如可以使用专利CN201611101060.8中公开的发生器。第四气路切换器16和第五气路切换器18可以在不使用该标气在线发生模块(例如在线稀释采样或标气在线动态配气)时，将标准气体在线发生的气路与外界气体隔离，防止外部气路的气体成分与标气气体发生器17产生的高浓度气体接触从而发生化学反应，进而污染或腐蚀气路。其中，干燥器19和标准气体吸收器20可以在气路隔离时吸收残留的水分以及标准气体发生器中渗透产生的高浓度标准气体，有助于提高标气产生精度及标气稳定性。

出气单元包括第六气路切换器24、第七气路切换器25、目标气体排出气路和废气排出气路。

第六气路切换器24的入口端接入到第一混合器21与第四流量控制器22之间的气路上，第六气路切换器24的第一出口端与第七气路切换器25的第二入口端连接；废气排出气路与目标气体排出气路并联设置，废气排出气路的一端与第六气路切换器24的第二出口端连接且另一端为气体排空口28；第七气路切换器25的第一入口端与第二混合器23的出口端连接，目标气体排出气路的一端与第七气路切换器25的出口端连接且另一端为目标气体出口27。

优选地，废气排出气路上还设置有废气吸收器26，对多余气体进行处理后再排出装置。

上述结构的气体在线稀释采样及标气发生装置通过对气体流路的控制，通过采用零气或者载气的稀释气来稀释标准气瓶里边的标准气体、标准气体发生器产生的标准气体以及从被检测点采集到的采样气来获得相应的目标气体，可以实现零空气发生、气体动态在线稀释配气、气体采样及在线稀释、标准气体动态发生等功能，可作为便携式多动能综合气体预处理装置使用，满足不同的气体处理需求。

本发明还提供了标气在线动态配气方法、气体在线稀释采样方法和气体在线发生方法。

所述标气在线动态配气方法是采用上述气体在线稀释采样及标气发生装置对气瓶装标准气体进行动态在线配制，具体包括以下步骤：

A、当稀释气为零空气时，将空气入口1连通外界空气并将标气入口10连通气瓶装标准气体，打开真空泵5，控制第一气路切换器6连通其第一气路，控制第二气路切换器11连通其第一气路，控制第三气路切换器14连通其第二气路；当稀释气为气瓶装纯气体时，将载气入口9连通气瓶装纯气体并将标气入口连通气瓶装标准气体，关闭真空泵5，控制第一气路切换器6连通其第二气路，控制第二气路切换器11连通其第一气路，控制第三气路切换器14连通其第二气路；

B、当稀释比大于1:1000时采用一级稀释，控制第四气路切换器16和第五气路切换器18连通其未设置标气在线发生模块30的子气路，控制第六气路切换器24连通其第一气路，控制第七气路切换器25连通其第二气路，设置第一流量控制器7的流量为零并且设置第四流量控制器22的流量为零，通过调整第二流量控制器8和第三流量控制15器的流量从目标气体出口27获得不同稀释比的标准气体；

C、当稀释比小于1:1000时采用二级稀释，控制第四气路切换器16和第五气路切换器18连通其未设置标气在线发生模块30的子气路，控制第六气路切换器24连通其第二气路，控制第七气路切换器25连通其第一气路，通过设调整第二流量控制器和第三流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与气瓶装标准气体在第一混合器21处进行第一级混合得到一级混合标准气体，通过调整第一流量控制器和第四流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与部分一级混合标准气体在第二混合器23处进行第二级混合并从目标气体出口27获得不同稀释比的二级混合标准气体，多余的一级混合标准气体从气体排空口28排出。

所述气体在线稀释采样方法是采用上述气体在线稀释采样及标气发生装置对外界高浓度气体样品进行在线稀释采样，具体包括以下步骤：

A、当稀释气为零空气时，将空气入口1连通外界空气并将采样气入口13连通高浓度气体样品，打开真空泵5和采样泵12，控制第一气路切换器6连通其第一气路，控制第二气路切换器11连通其第二气路，控制第三气路切换器14连通其第二气路；当稀释气为气瓶装纯气体时，将载气入口9连通气瓶装纯气体并将采样气入口13连通高浓度气体样品，关闭真空泵5并打开采样泵12，控制第一气路切换器6连通其第二气路，控制第二气路切换器11连通其第二气路，控制第三气路切换器15连通其第二气路；

B、当稀释比大于1:1000时采用一级稀释，控制第四气路切换器16和第五气路切换器18连通其未设置标气在线发生模块30的子气路，控制第六气路切换器24连通其第一气路，控制第七气路切换器25连通其第二气路，设置第一流量控制器7的流量为零并且设置第四流量控制器22的流量为零，通过调整第二流量控制器8和第三流量控制器15的流量从目标气体出口获得不同稀释比的混合样气；

C、当稀释比小于1:1000时采用二级稀释，控制第四气路切换器16和第五气路切换器18连通其未设置标气在线发生模块30的子气路，控制第六气路切换器24连通其第二气路，控制第七气路切换器25连通其第一气路，通过调整第二流量控制器8和第三流量控制器15的流量控制零空气或气瓶装纯气体与高浓度气体样品在第一混合器21处进行第一级混合得到一级混合样气，通过调整第一流量控制器7和第四流量控制器22的流量控制零空气或气瓶装纯气体与部分一级混合样气在第二混合器23处进行第二级混合并从目标气体出口27获得不同稀释比的二级混合样气，多余的一级混合样气从气体排空口28排出。

所述气体在线发生方法是采用上述气体在线稀释采样及标气发生装置实现不同浓度标准气体的在线发生，具体包括以下步骤：

A、当稀释气为零空气时，将空气入口1连通外界空气，打开真空泵5并关闭采样泵12，控制第一气路切换器6连通其第一气路，控制第二气路切换器11连通其第二气路，控制第三气路切换器14连通其第一气路；当稀释气为气瓶装纯气体时，将载气入口9和标气入口10均连通气瓶装纯气体，关闭真空泵5和采样泵12，控制第一气路切换器6连通其第二气路，控制第二气路切换器11连通其第一气路，控制第三气路切换器14连通其第二气路；

B、根据目标标准气体的浓度和标气在线发生模块中标准气体的产率计算稀释比，当稀释比大于1:1000时采用一级稀释，控制第四气路切换器16和第五气路切换器18连通其设置有标气在线发生模块30的子气路，控制第六气路切换器24连通其第一气路，控制第七气路切换器25连通其第二气路，设置第一流量控制器7的流量为零并且设置第四流量控制器22的流量为零，通过调整第二流量控制器8的流量控制大部分零空气或气瓶装纯气体到达第一混合器21，通过调整第三流量控制器15的流量控制少部分零空气或气瓶装纯气体经过标气在线发生模块30将其产生的标准气体带出与所述大部分零空气或气瓶装纯气体在第一混合器21处实现混合并且从目标气体出口27得到不同稀释比的标准气体；

C、当预定稀释比小于1:1000时采用二级稀释，控制第四气路切换器16和第五气路切换器18连通其设置有标气在线发生模块30的子气路，控制第六气路切换器24连通其第二气路，控制第七气路切换器25连通其第一气路，通过调整第二流量控制器8的流量控制大部分零空气或气瓶装纯气体到达第一混合器21，通过调整第三流量控制器15的流量控制少部分零空气或气瓶装纯气体经过标气在线发生模块30将其产生的标准气体带出与所述大部分零空气或气瓶装纯气体在第一混合器21处进行第一级混合得到一级混合标准气体，通过调整第一流量控制器7和第四流量控制器22的流量控制零空气或气瓶装纯气体与部分一级混合标准气体在第二混合器23处进行第二级混合并从目标气体出口27获得不同稀释比的二级混合标准气体，多余的一级混合标准气体从气体排空口28排出。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

在实验室利用本发明的装置产生NO₂标准气体，所需二氧化氮标准气体的浓度为100ppbv、流量为2L/min。

方案1：标气气源采用浓度为10ppmv的气瓶装标准二氧化氮气体，使用在线产生的零空气进行稀释，最终形成所需浓度及流量的二氧化氮标准气体。

将空气入口连通外界空气并将标气入口连通10ppmv的二氧化氮标准气体气瓶，打开真空泵，控制第一气路切换器连通其第一气路，控制第二气路切换器连通其第一气路，控制第三气路切换器连通其第二气路，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，第一流量控制器的流量设置为零，第二流量控制器的流量设置为2.475L/min，第三流量控制器的流量设置为25mL/min，第四流量控制器的流量设置为零。

由此，在线产生的零空气通过第二流量控制器到达第一混合器，10ppmv的二氧化氮标准气体通过标气入口并经过第三流量控制器到达第一混合器与零空气混合，混合后产生的二氧化氮标准气体从目标气体出口排出。所产生的二氧化氮标准气体浓度为100ppbv，流量为2.5L/min，可以提供略高于2L/min流量的标准气体。

方案2：标气气源采用浓度为10ppmv的气瓶装标准二氧化氮气体，使用气瓶装纯氮气作为载气进行稀释，最终形成所需浓度及流量的二氧化氮标准气体。

将载气入口连通高纯氮气气瓶并将标气入口连通10ppmv的二氧化氮标准气瓶，关闭真空泵，控制第一气路切换器连通其第二气路，控制第二气路切换器连通其第一气路，控制第三气路切换器连通其第二气路，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，第一流量控制器的流量设置为零，第二流量控制器的流量设置为2.475L/min，第三流量控制器的流量设置为25mL/min，第四流量控制器的流量设置为零。

由此，高纯氮气通过第二流量计到达第一混合器，10ppmv的二氧化氮标准气体通过标气入口经过第三流量计到达第一混合器与高纯氮气混合，混合后产生的二氧化氮标准气体从目标气体出口排出。所产生的二氧化氮标准气体浓度为100ppbv，流量为2.5L/min，可以提供略高于2L/min流量的标准气。

方案3：标气气源采用浓度为1000ppmv的气瓶装标准二氧化氮气体，使用气瓶装纯氮气作为载气进行稀释，最终形成所需浓度及流量的二氧化氮标准气体。由于稀释比达到1:10000，故采用二级稀释。

将载气入口连通高纯氮气气瓶并将标气入口连通1000ppmv的二氧化氮标准气瓶，关闭真空泵，

控制第一气路切换器连通其第二气路，控制第二气路切换器连通其第一气路，控制第三气路切换器连通其第二气路，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第二气路，控制第七气路切换器连通其第一气路，第一流量控制器的流量设置为2.475L/min，第二流量控制器的流量设置为2.475L/min，第三流量控制器的流量设置为25mL/min，第四流量控制器的流量设置为25mL/min。

由此，高纯氮气通过第二流量计到达第一混合器，1000ppmv的二氧化氮标准气体通过标气入口经过第三流量计到达第一混合器与高纯氮气混合，一级混合后产生10ppmv的二氧化氮标准气体；高纯氮气通过第一流量计到达第二混合器，一级稀释的二氧化氮标准气体经第四流量计到达第二混合器与高纯氮气混合，二次混合后所产生的二氧化氮标准气体浓度为100ppbv，流量为2.5L/min，可以提供略高于2L/min流量的标准气。

实施例2：

某气体排放点的二氧化氮浓度高达几十～几百ppmv，而检测设备的检测范围为0～10ppmv。因此采用本发明对现场气体进行在线稀释采样后再送入检测设备进行检测，检测器所需气体流量为1.5L/min，稀释倍数为100倍。由于现场缺少气瓶气作为稀释用载气，因此使用在线产生的零空气作为稀释气。

将空气入口连通外界空气并将采样气入口连通所采集气体样品，打开真空泵和采样泵，控制第一气路切换器连通其第一气路，控制第二气路切换器连通其第二气路，控制第三气路切换器连通其第二气路，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，第一流量控制器的流量设置为零，第四流量控制器的流量设置为零，在线产生的零空气通过第二流量控制器以1.98L/min的流速到达第一混合器，所采集的气体样品通过样气入口经过第三流量控制器以20mL/min的流量到达第一混合器与零空气混合，混合后产生的混合样气从目标气体出口处排出，稀释比例为100倍，流量为2L/min，可满足所需气体的检测要求。

实施例3：

在现场需要对某二氧化氮检测设备进行标定，而标定需要流量为2L/min、浓度为100ppbv的二氧化氮标准气体。由于现场无标气气瓶，故采用本发明在线产生所需的二氧化氮标准气体。

将空气入口连通外界空气，打开真空泵，控制第一气路切换器连通其第一气路，控制第二气路切换器连通其第二气路，控制第三气路切换器连通其第一气路，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其设置有标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，第一流量控制器的流量设置为零，第四流量控制器的流量设置为零。在线产生的零空气大部分通过第二流量控制器以1.8L/min的流量到达第一混合器，少量经过第三流量控制器以200mL/min的流量进入标准气体发生器将其中产生的标准气体带出并到达第一混合器与零空气混合，混合后产生的目标浓度标准气体从目标气体出口排出，所排出标准气体的浓度为100ppbv，流量为2L/min。

综上所述，本发明同时实现了零空气发生、气体稀释、动态配气、标气发生等多个功能，具有集成度高、响应速度快、稳定性高、操作简单等优点。

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 (10)

1.一种气体在线稀释采样及标气发生装置，其特征在于，所述装置包括两级稀释单元、稀释气供给单元、被稀释气供给单元和出气单元，其中，

两级稀释单元包括第一混合器、第四流量控制器和第二混合器，第一混合器的出口端通过第四流量控制器与第二混合器的第二入口端连接；

稀释气供给单元包括零空气供给气路、载气供给气路、第一气路切换器、第一流量控制器和第二流量控制器；零空气供给气路的一端为空气入口且另一端与第一气路切换器的第一入口端连接，零空气供给气路上沿着气体流动方向依次设置有零空气在线发生模块和真空泵；载气供给气路与零空气供给气路并联设置，载气供给气路的一端为载气入口且另一端与第一气路切换器的第二入口端连接；第一气路切换器的出口端通过第一流量控制器与第二混合器的第一入口端连接并且通过第二流量控制器与第一混合器的第一入口端连接；

被稀释气供给单元包括标气供给气路、采样气供给气路、第二气路切换器、第三气路切换器、第三流量控制器、第四气路切换器、标气在线发生模块和第五气路切换器；标气供给气路的一端为标气入口且另一端与第二气路切换器的第一入口端连接；采样气供给气路上设置有采样泵，采样气供给气路与标气供给气路并联设置，采样气供给气路的一端为采样气入口且另一端与第二气路切换器的第二入口端连接；第二气路切换器的出口端与第三气路切换器的第二入口端连接，第三气路切换器的第一入口端与零空气供给气路的另一端连接，第三气路切换器的出口端通过第三流量控制器与第四气路切换器的入口端连接；第四气路切换器的第一出口端与第五气路切换器的第一入口端连接并且第四气路切换器的第二出口端与第五气路切换器的第二入口端连接形成两条子气路，所述标气在线发生模块设置在其中一条子气路上；第五气路切换器的出口端与所述第一混合器的第二入口端连接；

出气单元包括第六气路切换器、第七气路切换器、目标气体排出气路和废气排出气路；第六气路切换器的入口端接入到所述第一混合器与第四流量控制器之间的气路上，第六气路切换器的第一出口端与第七气路切换器的第二入口端连接；废气排出气路与目标气体排出气路并联设置，废气排出气路的一端与第六气路切换器的第二出口端连接且另一端为气体排空口；第七气路切换器的第一入口端与第二混合器的出口端连接，目标气体排出气路的一端与第七气路切换器的出口端连接且另一端为目标气体出口；

所述第一气路切换器、第二气路切换器、第三气路切换器、第四气路切换器、第五气路切换器、第六气路切换器和第七气路切换器能够通过通断电控制进行其中两条气路的通断切换，其中，第一入口端与出口端之间或者入口端与第一出口端之间形成第一气路，第二入口端与出口端之间或者入口端与第二出口端之间形成第二气路，各个气路切换器的第一气路与第二气路不同时连通。

2.根据权利要求1所述气体在线稀释采样及标气发生装置，其特征在于，所述零空气在线发生模块包括沿着气体流动方向依次设置的第一气体过滤器、光催化反应器和第二气体过滤器。

3.根据权利要求2所述气体在线稀释采样及标气发生装置，其特征在于，所述第一气体过滤器用于过滤空气中的颗粒物，所述光催化反应器通过紫外光照射产生臭氧气体用于氧化空气并且所述光催化反应器为钯催化柱，所述第二气体过滤器中填充有活性炭与高锰酸钾活性氧化铝颗粒的混合物并且用于净化氧化后的空气产生零空气。

4.根据权利要求1所述气体在线稀释采样及标气发生装置，其特征在于，所述第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器均为防腐蚀型层流式气体质量流量计且内部及接头处采用电解抛光处理。

5.根据权利要求1所述气体在线稀释采样及标气发生装置，其特征在于，所述第一混合器和第二混合器为微型在线式气体混合器且混合方式为同向式混合。

6.根据权利要求1所述气体在线稀释采样及标气发生装置，其特征在于，所述标气在线发生模块包括沿着气体流动方向依次设置的干燥器、标准气体发生器和标准气体吸收器，所述标准气体发生器为基于渗透管原理的微型标准气体发生器。

7.根据权利要求1所述气体在线稀释采样及标气发生装置，其特征在于，所述废气排出气路上还设置有废气吸收器。

8.一种标气在线动态配气方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述气体在线稀释采样及标气发生装置对气瓶装标准气体进行动态在线配制，所述方法包括以下步骤：

A、当稀释气为零空气时，将空气入口连通外界空气并将标气入口连通气瓶装标准气体，打开真空泵，控制第一气路切换器连通其第一气路，控制第二气路切换器连通其第一气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；当稀释气为气瓶装纯气体时，将载气入口连通气瓶装纯气体并将标气入口连通气瓶装标准气体，关闭真空泵，控制第一气路切换器连通其第二气路，控制第二气路切换器连通其第一气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；

B、当稀释比大于1:1000时采用一级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，设置第一流量控制器的流量为零并且设置第四流量控制器的流量为零，通过调整第二流量控制器和第三流量控制器的流量从目标气体出口获得不同稀释比的标准气体；

C、当稀释比小于1:1000时采用二级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第二气路，控制第七气路切换器连通其第一气路，通过调整第二流量控制器和第三流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与气瓶装标准气体在第一混合器处进行第一级混合得到一级混合标准气体，通过调整第一流量控制器和第四流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与部分一级混合标准气体在第二混合器处进行第二级混合并从目标气体出口获得不同稀释比的二级混合标准气体，多余的一级混合标准气体从气体排空口排出。

9.一种气体在线稀释采样方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述气体在线稀释采样及标气发生装置对外界高浓度气体样品进行在线稀释采样，所述方法包括以下步骤：

A、当稀释气为零空气时，将空气入口连通外界空气并将采样气入口连通高浓度气体样品，打开真空泵和采样泵，控制第一气路切换器连通其第一气路，控制第二气路切换器连通其第二气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；当稀释气为气瓶装纯气体时，将载气入口连通气瓶装纯气体并将采样气入口连通高浓度气体样品，关闭真空泵并打开采样泵，控制第一气路切换器连通其第二气路，控制第二气路切换器连通其第二气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；

B、当稀释比大于1:1000时采用一级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，设置第一流量控制器的流量为零并且设置第四流量控制器的流量为零，通过调整第二流量控制器和第三流量控制器的流量从目标气体出口获得不同稀释比的混合样气；

C、当稀释比小于1:1000时采用二级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其未设置标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第二气路，控制第七气路切换器连通其第一气路，通过调整第二流量控制器和第三流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与高浓度气体样品在第一混合器处进行第一级混合得到一级混合样气，通过调整第一流量控制器和第四流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与部分一级混合样气在第二混合器处进行第二级混合并从目标气体出口获得不同稀释比的二级混合样气，多余的一级混合样气从气体排空口排出。

10.一种气体在线发生方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述气体在线稀释采样及标气发生装置实现不同浓度标准气体的在线发生，所述方法包括以下步骤：

A、当稀释气为零空气时，将空气入口连通外界空气，打开真空泵并关闭采样泵，控制第一气路切换器连通其第一气路，控制第二气路切换器连通其第二气路，控制第三气路切换器连通其第一气路；当稀释气为气瓶装纯气体时，将载气入口和标气入口均连通气瓶装纯气体，关闭真空泵和采样泵，控制第一气路切换器连通其第二气路，控制第二气路切换器连通其第一气路，控制第三气路切换器连通其第二气路；

B、根据目标标准气体的浓度和标气在线发生模块中标准气体的产率计算稀释比，当稀释比大于1:1000时采用一级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其设置有标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第一气路，控制第七气路切换器连通其第二气路，设置第一流量控制器的流量为零并且设置第四流量控制器的流量为零，通过调整第二流量控制器的流量控制大部分零空气或气瓶装纯气体到达第一混合器，通过调整第三流量控制器的流量控制少部分零空气或气瓶装纯气体经过标气在线发生模块将其产生的标准气体带出与所述大部分零空气或气瓶装纯气体在第一混合器处实现混合并且从目标气体出口得到不同稀释比的标准气体；

C、当预定稀释比小于1:1000时采用二级稀释，控制第四气路切换器和第五气路切换器连通其设置有标气在线发生模块的子气路，控制第六气路切换器连通其第二气路，控制第七气路切换器连通其第一气路，通过调整第二流量控制器的流量控制大部分零空气或气瓶装纯气体到达第一混合器，通过调整第三流量控制器的流量控制少部分零空气或气瓶装纯气体经过标气在线发生模块将其产生的标准气体带出与所述大部分零空气或气瓶装纯气体在第一混合器处进行第一级混合得到一级混合标准气体，通过调整第一流量控制器和第四流量控制器的流量控制零空气或气瓶装纯气体与部分一级混合标准气体在第二混合器处进行第二级混合并从目标气体出口获得不同稀释比的二级混合标准气体，多余的一级混合标准气体从气体排空口排出。

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