CN110081944A - 一种基于实时压力变化的气体测量方法及所用装置 - Google Patents
一种基于实时压力变化的气体测量方法及所用装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110081944A CN110081944A CN201910488047.XA CN201910488047A CN110081944A CN 110081944 A CN110081944 A CN 110081944A CN 201910488047 A CN201910488047 A CN 201910488047A CN 110081944 A CN110081944 A CN 110081944A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- gas
- flow
- container
- real
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 23
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 113
- 239000003570 air Substances 0.000 description 29
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 18
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 11
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/86—Indirect mass flowmeters, e.g. measuring volume flow and density, temperature or pressure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
- G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
- G01M3/32—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for containers, e.g. radiators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2273—Atmospheric sampling
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于实时压力变化的气体测量方法，在容积可知且固定的容器与气路连接处的侧面，对该容器内的气体压力进行无气阻实时测量，由所得压力值，根据公式(1)计算得出工况下进入或流出该容器的气体流量，Q＝1000×V容器×(ΔP/Patm)。该装置包括设置于容积可知且固定的容器与气路连接处的T型的三通接头，该三通接头的支路端接口连接至压力传感器，该压力传感器连接至带模数转换、数据处理、通信、及电源等模块的主机箱，该主机箱连电脑或测量结果显示设备。本发明测量精准，可测量小流量(<2立方毫升/分钟)，无最低压力使用限制，适用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体测量方法及装置，尤其是基于实时压力变化的气体测量 方法及所用装置。
背景技术
用预先抽真空的采样罐(苏码罐)采集空气样，有瞬时样和平均样两种方式。 瞬时样的采集比较简单，操作时只需打开采样罐阀门，利用罐内真空将空气样在 短时间(通常小于10秒)吸入到采样罐中。这种方式采集的样品代表打开阀门 瞬间的周边空气污染状况。平均样(又称混合样)的采集要复杂一些，在打开阀 门进行采样时，需控制气样进入采样罐的流速，使气体在整个采样期间以相同的 流量速度(等速)进入采样罐。这种方式采集的样品代表周边空气在整个采样过 程期间的平均污染情况。在环境空气质量的监测中，平均样的常见采样时长有半 小时(0.5h)，一小时(1h)，三小时(3h)，八小时(8h)，一天(24h)和一周 (144h)。除采样时长外，采样流量的大小还取决于采样罐的容积、最终剩余真 空度(压力)等。常见的采样流量见表1。比如，当用容积为6升的采样罐采集 3-h平均样，采至终压为25inHg(绝压)时，目标采样流量应控制在28.9mL/min 左右。
表1罐采样的常见目标采样流量(mL/min)
注：以上流量为一个大气压(101.325kPa)和采样终压为-4inHg(86.6％罐体积)下的参 考值
挥发性有机物(VOCs)是造成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)污染的重 要前驱体，因此近年来已逐渐成为国家环境污染治理的重点。在VOCs环境空气 质量评价中，由于环境空气中VOCs浓度时空变化较大，瞬时采样方式因代表性 不强已很少使用，一般监测项目中都采用3h，8h或24h的平均样。而平均样的 代表性，是基于采样过程中采样流量的稳定性，因此在整个采样过程中维持流量 的准确和稳定非常重要。而一个简单有效的测量实际采样流量的方法，对确保采 集平均样的数据质量、调节采样限流阀等均具有重要的意义。
现有的传统方法中，采样流量的测定一般都是通过气体质量流量计来完成的。 用于采样罐采样流量的测量，当前几乎清一色的都是采用基于热传导扩散原理的 热式气体质量流量计。实际测量的是在加热丝的作用下气体的温度的变化情况， 从本质上讲是基于温度的测量。用该流量计来测量流入采样罐的气体流量，有三 大缺点：(1)气体质量流量计内部有气阻，当为了测量的目的而添加到气路中时， 会改变原有的采样流量，导致测得的采样流量和实际的采样流量间存在一个系统 偏差，因为实际采样时一般气路中是没有气体质量流量计的；(2)在低采样流量 时(<2mL/min)，由于气流过小，引起的热扩散效应变化不大，使得气体质量 流量计的测量精度大大降低，达不到应有的检测限和精度要求。(3)气体质量流 量计都有一个最低使用压限，通常为1/2大气压左右，低于此气压时则无法使用。然而，罐采样都是从接近真空开始的，在采样开始的初期阶段无法用气体质量流 量计来测定采样流量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种测量精度高，适用范围广的气体测 量方法及所用装置。
为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种基于实时压力变化的气体测量 方法(压力变化法)，该方法基于一个简单的事实原理，那就是容器(如采样罐) 是刚性的，其容积不会因容器内气体的多少(真空度高低)而改变。通过测量容 器内气体的压力(及温度)随时间的变化，可计算出进入(或流出)容器气体在 单位时间内的流量。因此，在容积可知且固定的容器与气路连接处的侧面，对该 容器内的气体压力进行无气阻实时测量，由所得压力值，根据公式(1)计算得 出工况下进入或流出该容器的气体流量，
Q＝1000×V容器×(ΔP/Patm) (1)
其中，
Q为测量工况下的气体流量，单位为立方厘米/分钟(ccm)；；
V容器为容器的容积，单位为升(L)；
ΔP为工况单位时间内容器内部的实测压力变化，单位为千帕/分钟 (kPa/min)；
Patm为容器外部压力(工况压力)，单位为千帕(kPa)，环境监测应用 中，Patm一般可采用标准大气压101.325千帕；
1000为从升到毫升的体积单位换算系数。
公式(1)是根据描述气体温度、压力和体积之间关系的经典气体状态方程PV ＝nRT推导而得的。
进一步地，由所得测量工况下的气体流量，测定当时的实时温度数据，根据 公式(2)得出标准状况下的气体流量：
Qs＝Q×(Patm/Ps)×(Ts/T) (2)
其中，
Qs为标准状况下的气体流量，单位为标准立方厘米/分钟(sccm)；
Q为测量工况下的气体流量，单位为立方厘米/分钟(ccm)；
Patm为容器外部压力(工况压力)，单位为千帕(kPa)。环境监测应用 中，Patm一般采用标准大气压101.325千帕；
Ps为标准状况压力，单位为千帕(kPa)；中国环境监测国标GB 3095-2012中，标准状况压力Ps＝101.325千帕；
Ts为标准状况温度，单位为开尔文。中国环境监测国标GB 3095-2012 中，标准状况温度Ts＝273.15开尔文(0℃)；
T为测量时的实时工况温度，单位为开尔文(K)。
本发明中，温度的测量是对基于压力的流量测量值进行细微校正。温度对工 况流量的影响和温度变化的速率以及工况温度和容器体积校准时的温度差有关。 大多数实际操作中，这些影响都非常小，基本可以忽略不计。因此推导得出公式 (1)时省略了温度参数。但是，温度对标准状况下的气体流量的计算是有一定 影响的，因此公式(2)保留了温度参数。例如，假设采样开始时的温度为288.15K (15℃)，结束时的温度为298.15K(25℃)，默认容器外部压力Patm等同于标准 状况压力Ps(均为101.325千帕)。如果进行温度校正，则可以将两者的流量均 换算成标况273.15K(0℃)下的流量：
在288.15K(15℃)下，标况流量Qs＝Q×273.15/288.15＝Q×0.9479
在298.15K(25℃)下，标况流量Qs＝Q×273.15/298.15＝Q×0.9161
两者间差异百分比为2×(0.9479-0.9161)/(0.9479+0.9161)＝3.42％。
也就是说，如果测量过程中温度变化不大，例如小于10℃，那么对标况流 量测量值的影响会小于4％。在对精度要求不高的情况小下也可以不进行温度测 量和计算校正，而只测定容器内压力值。
因此，即使是计算标准状况下的流量，当对流量精度要求不高时，也可省略 对温度的测量和校正，而只测定容器内压力值。因此默认容器外部压力Patm等同 于标准状况压力Ps(均为101.325千帕)，工况温度T＝293.15K(20℃)，公 式(2)可简化为Qs＝0.9318Q。
本发明还公开了一种根据前述方法所用的装置，该装置包括设置于容积可知 且固定的容器与气路连接处的T型的三通接头，该三通接头无气阻，不会对气 路或容器内的压力产生影响，三通接头主路两端接口分别连接容器口和气路，支 路端接口连接至压力传感器，从侧面检测到压力模拟数据，该压力传感器连接至 带模数转换模块、数据处理模块、通信模块以及电源模块的主机箱，16位(或 更精密的24位)模数(A/D)转换模块则将压力传感器测得的模拟信号转变为 数字信号，除去异常值后，由数据处理模块根据前述公式(1)进行计算得到实 时工况流量，根据公式(2)计算得到标准状况下的流量。计算结果储存在主机 箱，该主机箱连测量结果显示设备(包括显示屏或电脑)，即经通信模块由外接 显示屏进行显示，或下载至电脑上保存并显示。电源模块为整个装置供电，如压 力传感器、温度传感器、模数转换模块、数据处理模块、通信模块等。
进一步地，所述三通接头为不增加主气路气阻的等径三通接头。
进一步地，所述三通接头的支路端接口还连接有温度传感器，该温度传感器 连接至主机箱。
进一步地，所述压力传感器和温度传感器为复合为压力温度传感器，为了达 到测量压力和温度的目的，除了可以使用一个压力传感器加一个温度传感器外， 还可根据需要直接采用复合压力温度传感器，省事省力。
进一步地，所述压力传感器为精密压力传感器，在量程范围内精度至少为 0.1％，对于采样罐而言一般合适量程为0～100kPa。
进一步地，所述温度传感器为精密温度传感器，精度至少为0.1℃，对于采 样罐而言一般合适量程为-20～50℃。
如复合的压力温度传感器采用精密型，则为精密压力温度传感器，直接通过 三通接头连接至气路中即可。
压力和温度传感器的精密度会影响获得的流量数据的精度，即一般的压力和 温度传感器均可适用本发明所述方法及装置，但是当使用的压力和温度传感器精 密度不够时，流量的精度会减低。采用本发明所述精密压力传感器或精密温度传 感器时，可获得<0.1mL/min的流量精度。
本发明提出压力变化法测定进入或流出容器的气体流量(如采样罐采样过程 中的采样流量)，通过在气路中添加一个T型的三通接头的方法，在不增加气阻 的情况下，从侧面实时测量容器内压力，并通过单位时间内的压力变化(即实际 测量的是容器内压力的变化)，并可配合温度微矫正，利用经典的气体状态方程 推导，通过公式(1)计算获得工况下的流量(气体进入或流出容器的速度)，与 传统的基于热传导的扩散原理的气体质量流量计在原理上有着根本的不同。
本发明与现有技术相比：
1、传统的测量装置必须接入到采样气流中，对所有经过的气体进行限流， 但是这一限流必然增加采样系统的气阻，造成整个采样系统中流量的变化。因此， 用气体质量流量计测量所得的采样流量(读数)和卸掉气体质量流量计后采样气 路的流量(实际采样流量)间存在系统偏差。在实际应用中，这个偏差有时可高 达20％以上，特别是当压差或流量很小时特别明显。这个系统偏差是由于气体质 量流量计的热传导原理而引起的，为本身设计上的缺陷，是不可避免的。本发明 通过在容器与气路的连接处使用一个无气阻的T型三通接头，从侧面测量气体 的压力和温度，对气路气流无限制，不增加整个系统的气阻，首次解决了气阻的 问题，使测量获得的流量(读数)和将测量装置撤离时(实际采样流量)相吻合， 不存在系统偏差。
2、基于热扩散传导的气体质量流量计的测量精度随上下游气体压差的下降 而急剧降低。空气检测所用采样罐采样过程中，采样罐的内部压力，从预先的抽 真空(约29.9inHg)到采样结束时的弱真空(4inHg)，整个过程的压力变化小 于一个大气压。受此压力差范围的限制，传统的气体质量流量计只适合测量相对 较大的采样流量(>2mL/min)。然而，环境监测的实际采样应用中，小于2mL/min 的流量是经常碰到的，比如用当前最流行的容积为3升的采样罐采集24小时平 均样时，目标流量是1.8mL/min(见表1)，就没法用现有的气体质量流量计进 行测量。而利用本发明中的流量测量装置，首次解决了小流量测量(≤2mL/min) 的难题。只要选用足够精度足够的精密压力传感器和精密温度传感器时时，在3 升和6升采样罐上的采样流量的测定精度至少可达0.1mL/min(如图5所示)， 满足表1所有常见流量的测量要求。当使用容积较小的采样罐时，比如0.5升的 采样罐，由于相同流量下引起的压力变化较大，测定精度可达0.05mL/min。本 发明无最低使用压力限度。
3、本发明基于压力变化的流量测量，是一个精密的压力测定和记录系统， 可接入任何容积可知且固定的容器，比如对化工反应中的反应釜，采样罐等进行 流量测量，还可用于记录其接入系统的实时压力变化。在环境监测采样领域，常 见的应用包括采样罐的检漏、采样管路系统的检漏、记录每天大气压力的变化等 等，还可以用于采样恒流阀流量的调节等领域。即只要容器的容积是已知或可测 的，即可根据压力的实时变化计算出流入或流出容器的气体流量。当然，所用的 压力传感器的量程范围要和容器内的压力范围相匹配。
综上，本发明测量精度高，适用范围广，尤其适用于空气检测中采样罐的采 样流量测定。
附图说明
图1为本发明测量装置的部件连接及测量流程示意图；
图2为本发明对采样罐进行采样流量测定，气路中使用不同孔径的限流孔但 未使用限流阀时的结构示意图；
图3为本发明对采样罐进行采样流量测定，且气路中使用限流阀时的结构示 意图；
图4为采用本发明对采样罐进行采样流量测定，且气路中使用不同孔径的 限流孔但未使用限流阀时，一段时间内的采样流量统计图；
图5为采用本发明的测量装置接入采样罐，且气路中使用限流阀时，一段时 间内的采样流量统计图；
图6为采用本发明的测量装置接入采样罐，在一段时间内所测得采样流量的 统计图；
图7为同时采用现有的气体流量计以及本发明的测量装置对低流量采样罐 进行流量测定的连接结构示意图；
图8为3L采样罐按照根据图7装置，在中等流量(3小时平均样采样流量) 下，用现有的气体流量计以及本发明的测量装置在一段时间内测得的数据统计图；
图9为3L采样罐按照根据图7装置，在小流量下，用现有的气体流量计以 及本发明的测量装置于24小时平均样采样流量前30分钟数据统计图；
图10为利用本发明对采样罐进行检漏时的结构示意图；
图11为对采样罐A、B、C进行检漏时的数据统计图。
图中标号：1-容器；1.1-气体进口或出口；2-三通接头；3-压力和温度传感器；3.1-压力传感器；3.2-温度传感器；4-主机箱；4.1-模数转化模块；4.2-数据处理 模块；4.3-通信模块；4.4-电源模块；5-测量结果显示设备；6-限流阀；7-铜盖帽 堵头；8-气体流量计。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步详细说明本发明。
本发明在容积可知且固定的容器与气路连接处的侧面，对该容器内的气体压 力进行无气阻实时测量。由所得压力值，根据公式(1)可推导出计算进入或流 出该容器的气体流量，
Q＝1000×V容器×(ΔP/Patm) (1)
其中，
Q为采样时工况下的气体流量，单位为立方厘米/分钟(ccm)；；
V容器为容器的容积，单位为升(L)；
ΔP为工况单位时间内容器内部的实测压力变化，单位为千帕/分钟 (kPa/min)；
Patm为容器外部压力(工况压力)，单位为千帕(kPa)。环境监测应用 中，Patm一般可采用标准大气压101.325千帕；
1000为从升到毫升的体积单位换算系数。
并进一步由所得测量工况下的气体流量，测定当时的实时温度数据，根据公 式(2)得出标准状况下的气体流量：
Qs＝Q×(Patm/Ps)×(Ts/T) (2)
其中，
Qs为标准状况下的气体流量，单位为标准立方厘米/分钟(sccm)；
Q为测量工况下的气体流量，单位为立方厘米/分钟(ccm)；
Patm为容器外部压力(工况压力)，单位为千帕(kPa)。环境监测应用 中，Patm一般采用标准大气压101.325千帕；
Ps为标准状况压力，单位为千帕(kPa)；中国环境监测国标GB 3095-2012中，标准状况压力Ps＝101.325千帕；
Ts为标准状况温度，单位为开尔文。中国环境监测国标GB 3095-2012 中，标准状况温度Ts＝273.15开尔文(0℃)；
T为测量时的实时工况温度，单位为开尔文(K)。
所采用的测量装置如图1所示，主要包括一个无气阻，等径的三通接头2， 该三通接头2的主路两端设置于气路与容器1的连接处，三通接头2的分支端连 接至压力和温度传感器3，包括压力传感器3.1、温度传感器3.2(或者复合的压 力温度传感器)，压力传感器3.1、温度传感器3.2再连接至带模数转化模块4.1、 数据处理模块4.2、通信模块4.3、以及电源模块4.4的主机箱4，模数转化模块 4.1将压力传感器3.1、温度传感器3.2所测得的模拟信号转化为数字信号，再由 数据处理模块4.2根据公式(1)进行计算得到工况下的流量值以及标准状况下 气体流量值，主机箱4还设置有存储模块，可将所测得的流量值进行保存，并可 通过通信模块4.3传送至外接的显示屏进行显示，或连接到电脑上显示并保存。
利用以上原理和部件连接关系，容器为采样罐，如图2、图3所示，对采样 罐进行了采样流量测量，其中图2中未使用限流阀，图3中使用限流阀，并通过 图4和图5展示实测所得的采样流量数据。在图4中，两曲线分别代表在采样罐 上使用不同孔径的限流孔(但不使用限流阀)的情况下，采样流量随采样过程的 进行，因罐内真空度的逐渐降低而下降的情况。图5中，使用了限流阀后，尽管 随采样过程的进行，罐内真空度的会逐渐下降，但采样流量在规定的采样时长内 能基本维持恒定，从而保证所采得的平均样的代表性。鉴于此，实施例1和实施 例2均在有限流阀的前提下进行。图6中，使用限流阀将采样流量限制在一个小 流量0.84毫升/分钟左右，然后实测采样流量。图6中的流量数据绝大多数都在 0.82到0.92mL/min之间变化，说明本发明中的罐采样流量测定仪的流量精度 分辨率至少在0.1mL/min以下。
另外需要说明的是，使用本发明流量测量装置进行流量测定时，需预先知道 容器1在某个温度(参比温度)下的容积。对于采样罐而言，在环境监测界，目 前世界上只有三家公司生产的采样罐可用于VOCs采样，即美国Restek公司生 产的罐，美国Entech公司生产的罐，和中国杭州天净生产的 罐。由于罐生产过程中机械模具的使用，每个厂家生产的罐的容积基本 上是固定的。比如，中国杭州天净生产的罐在20℃下的容积分别为0.5 升、1.0升、3.0升、6.0升和15.0升。因此，对使用者来说，采样罐的容积一般 都是已知的。如果一个采样罐的容积未知，可通过往里加水称重的方法测量其容 积。
实施例1罐采样流量的测定
实验装置如图7所示，周边空气(气样)从限流阀6的气体进口1.1进入， 经过气体流量计8后进入作为容器1的采样罐。采样罐容积为3L。气体流量计 8为基于热扩散传导原理的市售产品，量程2～50mL/min,标称精度0.2％满量 程或0.8％读数。在采样罐的上方设有一个T型三通接头2，用来连接本发明精 密型的压力和温度传感器3(或者复合的精密压力温度传感器)。图7中可见， 传统的气体流量计8是连接到采样气路中的，所有的采样气体都必须流经气体流 量计8，这势必会造成气路中的压降。当测量完毕，将气体流量计8从气路中取 走时，系统的流量将会增加。而本发明的流量测量装置，通过T型三通接头2 将精密型的压力传感器3.1、精密型的温度传感器3.2连接到气路的旁枝上，本 身并无气流通过，因此不会造成系统的压降，测量仪器存不存在不影响系统本身 的流量。
根据图7中的实验装置，将限流阀6调节至流量约为14.4mL/min(中等流 量，容积为3L的采样罐，3小时平均样的目标流量)，用气体流量计8和本发明 的流量测量装置测量实际采样流量，获得的数据绘制于图8。由图8可见，在测 量的30分钟内，两仪器测得的流量基本一致。气体流量计的平均值在14.5mL/min， 本发明的流量测量装置在14.4mL/min，两仪器间的细微差别可能是由于气体流 量计8的校准误差所致。但是，在流量的振动幅度上，气体流量计8测得的流量 在14.4～14.7mL/min之间，振幅约0.3mL/min；而本发明的流量测量装置测得 的流量在14.38～14.42mL/min之间，振幅约0.04mL/min，明显优于气体流量计8。鉴于实验中所用的限流阀6是一个机械装置，本身流量相当稳定，可以确 认气体流量计的较大振幅主要是由气体流量计8本身而引起的，或者说是测量误 差。因此，可以说，本发明的流量测量装置的流量精密性要明显优于传统的气体 流量计8。
根据图7中的实验装置，将限流阀6调节至流量约为1.8mL/min(小流量， 容积为3L的采样罐，24小时平均样的目标流量)，用气体流量计8和本发明的 流量测量装置测实际采样流量，获得的数据绘制于图9。由图9可见，在测量的 30分钟内，本发明的流量测量装置测得的流量基本在1.8mL/min左右，振幅约 0.2mL/min，可以准确测量出实际的采样流量。然而，气体流量计8测得的流量， 在0.5～3.0mL/min之间振荡，振幅约2.5mL/min，远大于实际流量的1.8mL/min， 这在实际中是没有实用价值的。显然，在小流量的应用场景下，气体流量计8 并不适用，而本发明的流量测量装置则可准确测定出小的采样流量。
实施例2采样罐的检漏
采样罐的气密性是确保气体样品有效性的重要指标。通常，环境监测界对采 样罐的泄漏率指标是≤0.1PSI/每天(0.69kPa/每天)。检漏的操作流程一般是将 采样罐抽真空至绝对压力≤0.05kPa，先测得罐内初始压力，放置24小时后再测 罐内部压力，小于0.7kPa的为合格。这一过程长达24小时以上，并且实际操 作中，压力测量设备需和采样罐连接两次，分别测量初始和24小时后的压力。 在和采样罐的连接过程中，不可避免地会将连接处死体积内的空气吸入罐内，人 为地造成罐内压力的升高，并污染罐体内部。本发明的罐采样流量测定仪，只需 和罐体连接一次，可连续地记录罐内的压力变化，方便地用于罐检漏。检漏的连 接方式如图10所示。待检漏的采样罐出气管处接一个T型三通接头2，三通接 头2的上方用铜盖帽堵头7堵住，旁枝连接本发明的流量测量装置的精密型的压 力传感器3.1、温度传感器3.2(或者复合的精密压力温度传感器)。检漏时，打 开采样罐的阀门，用的流量测量装置连续半小时测定并记录采样罐内的压力。
泄漏率指标0.69kPa/每天等同于0.48Pa/分钟，或14.4Pa/半小时。也就是说， 在半小时测量完成后，如果采样罐内的压力上升小于14.4Pa，则采样罐符合泄 漏标准。图11展示了3个采样罐的检漏时罐内压力的变化情况。其中，采样罐 A和采样罐B在检漏的半小时内罐内压力几乎保持不变，说明这两个采样罐气 密性好，无泄漏。采样罐C在检测期间罐内压力不断上升，半小时内压力上升 约180Pa,超过指标许可的14.4Pa，故可判断采样罐C泄漏测试不合格。与传 统的检漏法相比，使用本发明中的罐采样流量测定仪，检漏时只需做一次连接， 结果更直观形象，而且可在半小时内完成整个检漏过程。
Claims (8)
1.一种基于实时压力变化的气体测量方法，其特征在于：在容积可知且固定的容器与气路连接处的侧面，对该容器内的气体压力进行无气阻实时测量，由所得压力值，根据公式(1)计算得出进入或流出该容器的气体流量，
Q＝1000×V容器×(ΔP/Patm) (1)
其中，
Q为测量工况下的气体流量，单位为立方厘米/分钟；
V容器为容器的容积，单位为升；
ΔP为工况单位时间内容器内部的实测压力变化，单位为千帕/分钟；
Patm为容器外部压力，单位为千帕；
1000为从升到毫升的体积单位换算系数。
2.根据权利要求1所述基于实时压力变化的流量测量方法，其特征在于：由所得测量工况下的气体流量，根据公式(2)得出标准状况下的气体流量，
Qs＝Q×(Patm/Ps)×(Ts/T) (2)
其中，
Qs为标准状况下的流气体量，单位为标准毫升/分钟；
Q为测量工况下的气体流量，单位为立方厘米/分钟；
Patm为容器外部压力，单位为千帕；
Ps为标准状况压力，单位为千帕；
Ts为标准状况温度，单位为开尔文；
T为测量时的实时工况温度，单位为开尔文。
3.一种如权利要求1或2所述的基于实时压力变化的气体测测量方法所用装置，其特征在于：该装置包括设置于容积可知且固定的容器与气路连接处的T型的三通接头，该三通接头的支路端接口连接至压力传感器，该压力传感器连接至带模数转换模块、数据处理模块、通信模块、电源模块的主机箱，该主机箱连测量结果显示设备。
4.根据权利要求3所述基于实时压力变化的气体测测量方法所用装置，其特征在于：所述三通接头为不增加主气路气阻的等径三通接头。
5.根据权利要求3所述基于实时压力变化的气体测测量方法所用装置，其特征在于：所述三通接头的支路端接口还连接有温度传感器，该温度传感器连接至主机箱。
6.根据权利要求5所述基于实时压力变化的气体测测量方法所用装置，其特征在于：所述压力传感器和温度传感器为复合为压力温度传感器。
7.根据权利要求3所述基于实时压力变化的气体测测量方法所用装置，其特征在于：所述压力传感器为精密压力传感器，在量程范围内精度至少为0.1％。
8.根据权利要求5所述基于实时压力变化的气体测测量装置，其特征在于：所述温度传感器为精密温度传感器，精度至少为0.1℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910488047.XA CN110081944B (zh) | 2019-06-05 | 一种基于实时压力变化的气体测量方法及所用装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910488047.XA CN110081944B (zh) | 2019-06-05 | 一种基于实时压力变化的气体测量方法及所用装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110081944A true CN110081944A (zh) | 2019-08-02 |
| CN110081944B CN110081944B (zh) | 2024-09-06 |
Family
ID=
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110470569A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-19 | 中国计量大学 | 一种毛细管路气阻测量装置及测量方法 |
| CN111442876A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-07-24 | 武汉钢铁有限公司 | 一种变送器智能校验系统 |
| CN112697546A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-23 | 成都市环境保护科学研究院 | 一种层叠型微流孔负压气体样品采集装置及采集方法 |
| CN113203443A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-08-03 | 西安热工研究院有限公司 | 一种压差型在线微量气体流量计及自动检测方法 |
| CN114235302A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-25 | 北京谊安医疗系统股份有限公司 | 一种通气回路泄露量的检测方法 |
| CN115371751A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-11-22 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 一种基于出口压力的高压空气质量流量计 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1350668A (zh) * | 1999-05-26 | 2002-05-22 | 赛布尔仪器科技有限责任公司 | 带有实时流量测量和修正的宽范围气流系统 |
| US20110125424A1 (en) * | 2008-07-17 | 2011-05-26 | Memsic Semiconductor (Wuxi) Co., Ltd. | Composite gas fluid flow measuring method and its device |
| WO2012081537A1 (ja) * | 2010-12-14 | 2012-06-21 | 株式会社エイムテック | 差圧計測方法及び装置 |
| CN103076054A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-05-01 | 赵亚青 | 微量气体流量计及流量测量方法 |
| CN103822765A (zh) * | 2014-03-04 | 2014-05-28 | 上海诺地乐通用设备制造有限公司 | 一种大型通风设备空气泄漏率检测装置 |
| CN107091673A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-08-25 | 浙江省辐射环境监测站 | 辐射环境监测超大流量空气采样器现场标定装置及方法 |
| CN108333001A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-07-27 | 上海磐合测控技术股份有限公司 | 一种环境空气恒流自动采样系统及其采样方法 |
| CN109238597A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-01-18 | 华中科技大学 | 一种差压式气密性检漏装置及其泄漏流量的检测方法 |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1350668A (zh) * | 1999-05-26 | 2002-05-22 | 赛布尔仪器科技有限责任公司 | 带有实时流量测量和修正的宽范围气流系统 |
| US20110125424A1 (en) * | 2008-07-17 | 2011-05-26 | Memsic Semiconductor (Wuxi) Co., Ltd. | Composite gas fluid flow measuring method and its device |
| WO2012081537A1 (ja) * | 2010-12-14 | 2012-06-21 | 株式会社エイムテック | 差圧計測方法及び装置 |
| CN103076054A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-05-01 | 赵亚青 | 微量气体流量计及流量测量方法 |
| CN103822765A (zh) * | 2014-03-04 | 2014-05-28 | 上海诺地乐通用设备制造有限公司 | 一种大型通风设备空气泄漏率检测装置 |
| CN107091673A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-08-25 | 浙江省辐射环境监测站 | 辐射环境监测超大流量空气采样器现场标定装置及方法 |
| CN108333001A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-07-27 | 上海磐合测控技术股份有限公司 | 一种环境空气恒流自动采样系统及其采样方法 |
| CN109238597A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-01-18 | 华中科技大学 | 一种差压式气密性检漏装置及其泄漏流量的检测方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110470569A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-19 | 中国计量大学 | 一种毛细管路气阻测量装置及测量方法 |
| CN111442876A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-07-24 | 武汉钢铁有限公司 | 一种变送器智能校验系统 |
| CN112697546A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-23 | 成都市环境保护科学研究院 | 一种层叠型微流孔负压气体样品采集装置及采集方法 |
| CN113203443A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-08-03 | 西安热工研究院有限公司 | 一种压差型在线微量气体流量计及自动检测方法 |
| CN114235302A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-03-25 | 北京谊安医疗系统股份有限公司 | 一种通气回路泄露量的检测方法 |
| CN114235302B (zh) * | 2021-11-16 | 2024-02-06 | 北京谊安医疗系统股份有限公司 | 一种通气回路泄露量的检测方法 |
| CN115371751A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-11-22 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 一种基于出口压力的高压空气质量流量计 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110296952A (zh) | 一种气体传感器标定装置及标定方法 | |
| CN106153522B (zh) | 岩心孔隙度测量装置及测量方法 | |
| CN103041724B (zh) | 静态体积法配气装置及其配气的方法 | |
| CN104748801B (zh) | 一种水箱出流的流量测量装置 | |
| CA2144251C (en) | Improved acoustic displacement flowmeter | |
| CN202501952U (zh) | 一种便携式多功能真空校准装置 | |
| CN104764496B (zh) | 一种基于作用水头的孔口管嘴类流量测量装置 | |
| CN110081944A (zh) | 一种基于实时压力变化的气体测量方法及所用装置 | |
| CN211452545U (zh) | VOCs和氟化物采样器校准装置 | |
| CN110081944B (zh) | 一种基于实时压力变化的气体测量方法及所用装置 | |
| CN109323953A (zh) | 含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法 | |
| CN208805264U (zh) | 电子皂膜流量自动检定装置 | |
| CN108613719B (zh) | 流量计的校准方法及装置 | |
| CN202814638U (zh) | 气体微小压差生成装置 | |
| CN202951408U (zh) | 新型静态体积法配气装置 | |
| CN215338512U (zh) | 孔口流量计检定校准装置 | |
| CN104596612A (zh) | 一种液面及液体容量的探测方法及装置 | |
| CN204514393U (zh) | 一种基于作用水头的流量测量装置 | |
| CN111272236B (zh) | 气体层流流量计气体流量的计算方法及气体层流流量计 | |
| CN203824875U (zh) | 一种简易的土壤透气速率测定仪 | |
| CN208921654U (zh) | 水汽分析仪校准装置 | |
| CN203350154U (zh) | 一种密度检测仪 | |
| CN206348334U (zh) | 便携式绝缘油含气量测试仪 | |
| CN113514135A (zh) | 基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置和方法 | |
| CN105716682A (zh) | 沼气工程产气量测试系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |