CN112525623A

CN112525623A - 一种气体浓度测量用取样装置

Info

Publication number: CN112525623A
Application number: CN202011327907.0A
Authority: CN
Inventors: 钱建平
Original assignee: Hefei Haichuan Petrochemical Equipment Co ltd
Current assignee: Hefei Haichuan Petrochemical Equipment Co ltd
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2021-03-19

Abstract

本发明公开了一种气体浓度测量用取样装置，包括压力容器、氮气瓶、氢气瓶、氢气测量系统、色谱仪和去离子水箱，所述压力容器一侧与氮气瓶连通，所述压力容器一侧还与氢气瓶连通；所述压力容器内部设置有四个取样探头，所述取样探头包括取样管、接头、取样头和防喷淋罩，所述防喷淋罩套接在取样管表面，所述取样管底端与接头顶端固定连接。本发明通过氢气测量系统检测出取样气体中的氢气的浓度参数，同时通过色谱仪检测出取样气体中的氢气浓度，根据氢气测量系统和色谱仪中四对氢气浓度对比结果，从而得出取样装置的精度。

Description

一种气体浓度测量用取样装置

技术领域

本发明属于气体浓度测量技术领域，特别涉及一种气体浓度测量用取样装置。

背景技术

随着电子技术的发展，对电子器件的封装过程要求越来越严格，当封装过程中存在“氢效应”时，会改变器件的使用性能，导致器件不正常的工作，使器件失效，最终大大缩短器件的使用寿命。为了能解决器件的氢效应问题，需要对器件的抗“氢中毒”能力进行快速评价。

目前，主要通过设置气体浓度检测传感器进行气体浓度检测，因高温高压环境，容易使气体浓度检测传感器造成损坏，而且当气体浓度检测传感器得多次检测结果对比误差较小时，难以判断是气体浓度本身发生了变化还是气体浓度检测传感器出现了故障，无法获得准确的气体浓度检测结果。

因此，发明一种气体浓度测量用取样装置来解决上述问题很有必要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种气体浓度测量用取样装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气体浓度测量用取样装置，包括压力容器、氮气瓶、氢气瓶、氢气测量系统、色谱仪和去离子水箱，所述压力容器一侧通过设置有电磁阀V003和减压阀V002的管道与氮气瓶连通，所述压力容器一侧还设置有电磁阀V005和减压阀V004的管道与氢气瓶连通；

所述压力容器内部设置有四个取样探头，所述取样探头包括取样管、接头、取样头和防喷淋罩，所述防喷淋罩套接在取样管表面，所述取样管底端与接头顶端固定连接，所述接头底部与取样头顶部固定连接；

四个所述取样管顶端分别与四个取样管线一端固定连接，所述取样管线另一端贯穿所述压力容器，且与氢气测量系统输入端连通，所述氢气测量系统输出端与压力容器连通，所述取样管线另一端还与色谱仪连通；

所述去离子水箱输出端通过电磁阀V006、真空泵P003和电磁阀V007的管道与压力容器底端连通，所述真空泵P003位于电磁阀V006和电磁阀V007之间；

所述压力容器一侧还通过电磁阀V013与气溶胶发生器连通。

进一步的，四个所述取样管线分别通过电磁阀V014A的管路、电磁阀V014B的管路、电磁阀V014C的管路和电磁阀V014D的管路与氢气测量系统连通；

四个所述取样管线还分别通过电磁阀V015A的管路、电磁阀V015B的管路、电磁阀V015C的管路和电磁阀V015D的管路与色谱仪连通。

进一步的，所述电磁阀V014A的管路、电磁阀V014B的管路、电磁阀V014C的管路、电磁阀V014D的管路、电磁阀V015A的管路、电磁阀V015B的管路、电磁阀V015C的管路和电磁阀V015D的管路表面均包裹有保温层；

四个所述取样管线的分别与设置有热电偶TF301A和压力变送器PT301A的管路、热电偶TF301B和压力变送器PT301B的管路、热电偶TF301C和压力变送器PT301C的管路以及热电偶TF301D和压力变送器PT301D的管路连接；

所述电磁阀V014A的管路和电磁阀V015A的管路均与热电偶TF301A和压力变送器PT301A的管路连通，所述电磁阀V014B的管路和电磁阀V015B的管路均与热电偶TF301B和压力变送器PT301B的管路连通，所述电磁阀V014C的管路和电磁阀V015C的管路均与热电偶TF301C和压力变送器PT301C的管路连通，所述电磁阀V014D的管路和电磁阀V015D的管路均与热电偶TF301D和压力变送器PT301D的管路连通。

进一步的，所述压力容器顶部设置有电磁阀V012的管路，所述压力容器顶部设置有电磁阀V010和安全阀V011与外界连通，压力容器顶部还设置有电磁阀V001和真空泵P002与外界连通。

进一步的，所述压力容器内部设置有两个弥散喷嘴，所述弥散喷嘴与外接管路的一端连接，所述外接管路另一端与压力容器底端连通，所述外接管路上设置有法兰F101、真空泵P001和止回阀V009；

两个所述弥散喷嘴分别设置为弥散喷嘴Z001和弥散喷嘴Z002。

进一步的，所述压力容器底部设置有电磁阀V008的管路，所述去离子水箱的管路与电磁阀V008的管路连通；

所述去离子水箱的管路与电磁阀V008的管路的连接端处于电磁阀V008顶部。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过氢气测量系统检测出取样气体中的氢气的浓度参数，取样气体同时也进入色谱仪中，通过色谱仪检测出取样气体中的氢气浓度，根据氢气测量系统和色谱仪中四对氢气浓度对比结果，从而得出取样装置的精度。

2、本发明通过取样探头和取样管线相配合，从而对压力容器内部的混合气体进行取样，取样气体通过通过氢气测量系统检测出取样气体中的氢气的浓度参数后，通过氢气测量系统的取样气体再次通入压力容器内部，使得压力容器内部的气压保持平衡，避免气压不平衡影响氢气浓度测量结果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的气体浓度测量用取样装置的整体流程示意图；

图2示出了本发明实施例的取样探头剖面结构示意图；

图中：1、压力容器；2、氮气瓶；3、氢气瓶；4、氢气测量系统；5、色谱仪；6、去离子水箱；7、取样探头；8、取样管；9、接头；10、取样头；11、防喷淋罩；12、取样管线；13、气溶胶发生器；14、弥散喷嘴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种气体浓度测量用取样装置，本发明实施例以测量氢气的浓度为例进行说明，并不仅限于氢气这一种气体浓度的测量，如图1-2所示，包括压力容器1、氮气瓶2、氢气瓶3、氢气测量系统4、色谱仪5和去离子水箱6，所述压力容器1一侧通过设置有电磁阀V003和减压阀V002的管道与氮气瓶2连通，氮气瓶2用于通过电磁阀V003和减压阀V002的管道向压力容器1内部冲入氮气，打开电磁阀V003，通过减压阀V002减小氮气瓶2内部气体在管路中的气压，所述压力容器1一侧还设置有电磁阀V005和减压阀V004的管道与氢气瓶3连通，氢气瓶3用于通过电磁阀V005和减压阀V004的管道向压力容器1内部冲入氮气，打开电磁阀V005，通过减压阀V004减小氢气瓶3内部气体在管路中的气压，通过氮气瓶2、氢气瓶3和水模拟不同的环境，从而在不同的环境中测量氢气的浓度状况。

所述压力容器1内部设置有四个取样探头7，所述取样探头7包括取样管8、接头9、取样头10和防喷淋罩11，所述防喷淋罩11套接在取样管8表面，所述取样管8底端与接头9顶端固定连接，所述接头9底部与取样头10顶部固定连接。取样探头7整体由不锈钢材料制成，示例性的，取样探头7内部设置有过滤装置，用于过滤大多数气溶胶颗粒（直径在0-10μm之间），可在环境为7bar，温度为170℃的条件下持续稳定工作，也能在高压氮气反吹扫的情况下继续工作，不会受到高压氮气的影响。防喷淋罩11用于防止弥散喷嘴14喷出的水进入取样探头7内部，取样探头7还要受到辐射照射，1年γ累计剂量为1.41×10⁵Gy，β累计剂量为1.39×10⁶Gy，从而保证取样探头7在压力容器1内部不会受到外界因素的影响。

在图1中，四个取样探头7均处于压力容器1内部，四个取样探头7在竖直方向上分别与压力容器1底部的距离为1200mm、1000mm、800mm和600mm。四个取样探头7在水平方向上的位置分别是：一个处于压力容器1中心位置的取样探头7、一个距离压力容器1左侧壁的距离为400mm的取样探头7、一个距离压力容器1左侧壁的距离为200mm的取样探头7和一个距离压力容器1右侧壁的距离为300mm的取样探头7。且取样探头7通过固定架在压力容器1内部固定，避免取样探头7在压力容器1内部晃动，从而影响气体的取样结果。

四个所述取样管8顶端分别与四个取样管线12一端固定连接，所述取样管线12另一端贯穿所述压力容器1，且与氢气测量系统4输入端连通，所述氢气测量系统4输出端与压力容器1连通，所述取样管线12另一端还与色谱仪5连通。示例性的，取样管线12由不锈钢材料制成，且取样管线12选用内径为4mm、壁厚为1mm的不锈钢管，取样管线12在压力容器1内部由外向内变径盘旋布置，四个取样管线12在压力容器1内部布置后处于同一水平面上，其中，四个取样管线12的长度分别为70m、50m、30m和10m。

所述去离子水箱6输出端通过电磁阀V006、真空泵P003和电磁阀V007的管道与压力容器1底端连通，所述真空泵P003位于电磁阀V006和电磁阀V007之间，所述压力容器1底部设置有电磁阀V008的管路，所述去离子水箱6的管路与电磁阀V008的管路连通；所述去离子水箱6的管路与电磁阀V008的管路的连接端处于电磁阀V008顶部。打开电磁阀V007，真空泵P003将去离子水箱6内部的空气抽出，使得去离子水箱6内部处于类真空状态，避免空气通过去离子水箱6进入压力容器1内部，也防止细菌通过空气在去离子水箱6内部迅速繁殖。去离子水箱6内部的去离子水通入到压力容器1中，通过去离子水将压力容器1内部的水进行净化，去除水中的杂质离子，使得压力容器1内部的水趋于纯净的状态，减小水导致压力容器1内部气体浓度产生变化的几率。

所述压力，容器1一侧还通过电磁阀V013与气溶胶发生器13连通。

进一步的，四个所述取样管线12分别通过电磁阀V014A的管路、电磁阀V014B的管路、电磁阀V014C的管路和电磁阀V014D的管路与氢气测量系统4连通；四个所述取样管线12还分别通过电磁阀V015A的管路、电磁阀V015B的管路、电磁阀V015C的管路和电磁阀V015D的管路与色谱仪5连通。所述电磁阀V014A的管路、电磁阀V014B的管路、电磁阀V014C的管路、电磁阀V014D的管路、电磁阀V015A的管路、电磁阀V015B的管路、电磁阀V015C的管路和电磁阀V015D的管路表面均包裹有保温层；四个所述取样管线12的分别与设置有热电偶TF301A和压力变送器PT301A的管路、热电偶TF301B和压力变送器PT301B的管路、热电偶TF301C和压力变送器PT301C的管路以及热电偶TF301D和压力变送器PT301D的管路连接；所述电磁阀V014A的管路和电磁阀V015A的管路均与热电偶TF301A和压力变送器PT301A的管路连通，所述电磁阀V014B的管路和电磁阀V015B的管路均与热电偶TF301B和压力变送器PT301B的管路连通，所述电磁阀V014C的管路和电磁阀V015C的管路均与热电偶TF301C和压力变送器PT301C的管路连通，所述电磁阀V014D的管路和电磁阀V015D的管路均与热电偶TF301D和压力变送器PT301D的管路连通。

其中，保温层由复合硅酸盐的核级保温棉材料制成，保温层厚度为20mm，取样管线12内部的水蒸气在进入氢气测量系统4和色谱仪5内部时，通过热电偶和保温层，使得取样管线12内部的水蒸气始终保持气体状态，避免水蒸气在取样管线12内部冷凝，避免冷凝导致氢气浓度测量的精度降低。取样管线12也通过固定架固定在压力容器1内部，保证取样管线12在压力容器1内部的安全性和稳定性。

进一步的，所述压力容器1顶部设置有电磁阀V012的管路，所述压力容器1顶部设置有电磁阀V010和安全阀V011与外界连通，压力容器1顶部还设置有电磁阀V001和真空泵P002与外界连通。在压力容器1内部对氢气浓度进行取样检测时，其他的电磁阀全部关闭，先打开电磁阀V001，通过真空泵P002将压力容器1内部的空气完全抽出，使得压力容器1内部处于类真空状况，然后关闭电磁阀V001和真空泵P002，避免空气影响氢气浓度取样测量的精度。

进一步的，所述压力容器1内部设置有两个弥散喷嘴14，所述弥散喷嘴14与外接管路的一端连接，所述外接管路另一端与压力容器1底端连通，所述外接管路上设置有法兰F101、真空泵P001和止回阀V009；两个所述弥散喷嘴14分别设置为弥散喷嘴Z001和弥散喷嘴Z002。弥散喷嘴14用于向压力容器1内部喷洒水（最大水滴直径为1.4mm，平均水滴直径为0.27mm），喷洒的水的流量为1-2L/min，当弥散喷嘴14喷洒完成后，取样探头7能够继续工作，不会受到喷洒水的影响。通过真空泵P001使得弥散喷嘴14内部的气压减小，压力容器1内部的水通过外接管路进入弥散喷嘴14，最后由弥散喷嘴14喷出，使得压力容器1内部湿度处于平衡状态。

本发明工作原理：

参照说明书附图1-2，在进行氢气浓度取样测量之前，先将所有的阀门关闭，打开电磁阀V001通过真空泵P002将压力容器1内部的空气完全抽出，避免空气影响压力容器1内部的气体成分。通过氮气瓶2和氢气瓶3分别向压力容器1内部冲入氮气和氢气，再向压力容器1内部添加水，真空泵P001能够将压力容器1内部的水通过外接管线进入弥散喷嘴14，再通过弥散喷嘴14喷出，使得压力容器1内部处在一定的湿度条件下，通过电加热棒对压力容器1内部的水进行加热，使得压力容器1内部处在一定的温度条件下，方便取样探头7取样压力容器1内部的气体。气体通过取样管线12进入氢气测量系统4内部，通过氢气测量系统4检测出取样气体中的氢气的浓度参数，通过氢气测量系统4的取样气体再次通入压力容器1内部，使得压力容器1内部的气压保持平衡，避免气压不平衡影响氢气浓度测量结果，取样气体同时也进入色谱仪5中，通过色谱仪5检测出取样气体中的氢气浓度，根据氢气测量系统4和色谱仪5中四对氢气浓度对比结果，从而得出本发明实施例的氢气浓度测量用取样装置的精度。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种气体浓度测量用取样装置，其特征在于：包括压力容器（1）、氮气瓶（2）、氢气瓶（3）、氢气测量系统（4）、色谱仪（5）和去离子水箱（6），所述压力容器（1）一侧通过设置有电磁阀V003和减压阀V002的管道与氮气瓶（2）连通，所述压力容器（1）一侧还设置有电磁阀V005和减压阀V004的管道与氢气瓶（3）连通；

所述压力容器（1）内部设置有四个取样探头（7），所述取样探头（7）包括取样管（8）、接头（9）、取样头（10）和防喷淋罩（11），所述防喷淋罩（11）套接在取样管（8）表面，所述取样管（8）底端与接头（9）顶端固定连接，所述接头（9）底部与取样头（10）顶部固定连接；

四个所述取样管（8）顶端分别与四个取样管线（12）一端固定连接，所述取样管线（12）另一端贯穿所述压力容器（1），且与氢气测量系统（4）输入端连通，所述氢气测量系统（4）输出端与压力容器（1）连通，所述取样管线（12）另一端还与色谱仪（5）连通；

所述去离子水箱（6）输出端通过电磁阀V006、真空泵P003和电磁阀V007的管道与压力容器（1）底端连通，所述真空泵P003位于电磁阀V006和电磁阀V007之间；

所述压力容器（1）一侧还通过电磁阀V013与气溶胶发生器（13）连通。

2.根据权利要求1所述的一种气体浓度测量用取样装置，其特征在于：

四个所述取样管线（12）分别通过电磁阀V014A的管路、电磁阀V014B的管路、电磁阀V014C的管路和电磁阀V014D的管路与氢气测量系统（4）连通；

四个所述取样管线（12）还分别通过电磁阀V015A的管路、电磁阀V015B的管路、电磁阀V015C的管路和电磁阀V015D的管路与色谱仪（5）连通。

3.根据权利要求2所述的一种气体浓度测量用取样装置，其特征在于：

所述电磁阀V014A的管路、电磁阀V014B的管路、电磁阀V014C的管路、电磁阀V014D的管路、电磁阀V015A的管路、电磁阀V015B的管路、电磁阀V015C的管路和电磁阀V015D的管路表面均包裹有保温层；

四个所述取样管线（12）的分别与设置有热电偶TF301A和压力变送器PT301A的管路、热电偶TF301B和压力变送器PT301B的管路、热电偶TF301C和压力变送器PT301C的管路以及热电偶TF301D和压力变送器PT301D的管路连接；

4.根据权利要求1所述的一种气体浓度测量用取样装置，其特征在于：

所述压力容器（1）顶部设置有电磁阀V012的管路，所述压力容器（1）顶部设置有电磁阀V010和安全阀V011与外界连通，压力容器（1）顶部还设置有电磁阀V001和真空泵P002与外界连通。

5.根据权利要求1所述的一种气体浓度测量用取样装置，其特征在于：

所述压力容器（1）内部设置有两个弥散喷嘴（14），所述弥散喷嘴（14）与外接管路的一端连接，所述外接管路另一端与压力容器（1）底端连通，所述外接管路上设置有法兰F101、真空泵P001和止回阀V009；

两个所述弥散喷嘴（14）分别设置为弥散喷嘴Z001和弥散喷嘴Z002。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种气体浓度测量用取样装置，其特征在于：

所述压力容器（1）底部设置有电磁阀V008的管路，所述去离子水箱（6）的管路与电磁阀V008的管路连通；

所述去离子水箱（6）的管路与电磁阀V008的管路的连接端处于电磁阀V008顶部。