CN112546886A - 一种高精度渗透标准气体发生装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度渗透标准气体发生装置及其方法，包括渗透载气流量控制器、具有温控系统的渗透室、稀释腔和稀释载气流量控制器，所述渗透载气流量控制器经渗透载气入口连通有呈三段式温控加热的第一渗透载气温控区、第二渗透载气温控区和第三渗透载气温控区；所述第三渗透载气温控区的出口经管道连接渗透室，渗透室中设有渗透管；所述渗透室的出口连接稀释腔的一个入口，稀释腔的另外一个入口与稀释载气流量控制器连接；所述稀释腔上设有标准气出口，所述第一渗透载气温控区、第二渗透载气温控区和第三渗透载气温控区的中心分别设有第一温度传感器。本发明可以产生各种不懂浓度的标准气体，具有准确性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及标准气体发生装置技术领域，特别涉及一种高精度渗透标准气体发生装置及其方法。
背景技术
现有标准气体发生装置有两种技术路线，一种是利用比例稀释的方法把钢瓶标准气稀释为目标浓度的气体，其缺点是：1、外置的钢瓶体积大，使用不方便；2、耗气量大，需要经常更换，不够经济；3、钢瓶气体的标准浓度会在整个使用过程变化，整个标准气体发生装置的产生的准确度不高。一种是采用渗透原理的标准气体发生装置，原理上渗透管的渗透速度会在压力温度恒定的条件下保持稳定，但是现有的渗透原理的校准装置在渗透炉的温度控制上都是采用对渗透管的安装结构进行控制，默认安装结构就是渗透温度，在该条件下计算渗透率和渗透浓度，然后通过非温控的稀释气体，稀释产生标准浓度，其缺点是：1、非温控的稀释气体会导致渗透管的温度不均匀，不稳定会导致渗透率不准确；2、渗透管的安装装置采用常规的处理，对于高浓度非极性气体存在吸付。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高精度渗透标准气体发生装置及其方法。本发明可以产生各种不懂浓度的标准气体，具有准确性好的优点。
本发明的技术方案：一种高精度渗透标准气体发生装置，包括渗透载气流量控制器、具有温控系统的渗透室、稀释腔和稀释载气流量控制器，所述渗透载气流量控制器经渗透载气入口连通有呈三段式温控加热的第一渗透载气温控区、第二渗透载气温控区和第三渗透载气温控区；所述第三渗透载气温控区的出口经管道连接渗透室，渗透室中设有渗透管；所述渗透室的出口连接稀释腔的一个入口，稀释腔的另外一个入口与稀释载气流量控制器连接；所述稀释腔上设有标准气出口；所述第一渗透载气温控区、第二渗透载气温控区和第三渗透载气温控区的中心分别设有第一温度传感器。
上述的高精度渗透标准气体发生装置，所述第一渗透载气温控区、第二渗透载气温控区和第三渗透载气温控区均是管壁为加热层的圆管，且加热层的厚度呈阶梯式依次变大。
前述的高精度渗透标准气体发生装置，所述第一渗透载气温控区、第二渗透载气温控区和第三渗透载气温控区的中部设有多个气体通道。
前述的高精度渗透标准气体发生装置，该装置还包括一个温度校准系统，所述温度校准系统包括装有冰水混合物的水箱，水箱的底部设有TEC制冷片；所述水箱中设有第二温度传感器。
前述的高精度渗透标准气体发生装置，所述渗透室和稀释腔的内壁为惰性表面。
前述的高精度渗透标准气体发生装置的发生方法，利用渗透室的温控系统把渗透室的整体温度恒定控制到渗透设定值T，首先渗透载气通过渗透载气流量控制系统通入，渗透载气流量控制为80-120sccm内的小流量，渗透载气经渗透载气口进入第一渗透载气温控区被升温到T1，T1比T低2.5-3.5℃，然后进入第二渗透载气温控区被升温到T2，T2比T低1-2℃，再进入第三渗透载气温控区3被升温到T3，T3=T，接着经过管路进入渗透室，渗透管在T温度条件下渗透出固定速率的标准物质，标准物质被渗透载气带出渗透室进入稀释腔，同时稀释气体通过稀释载气流量控制器进入稀释腔，通过稀释腔的混气结构，让渗透载气带来的高浓度标气被稀释载气稀释成低浓度标气，再从标准气出口输出。
前述的高精度渗透标准气体发生装置的发生方法，将渗透室和稀释腔的内壁设置成惰性表面，不会影响非极性气体的表面吸付，保证标气浓度的准确。
与现有技术相比，本发明经过三段式的第一渗透载气温控区、第二渗透载气温控区和第三渗透载气温控区对渗透载气进行加热，可以保证渗透载气的温度和设定的渗透温度偏差小于0.01℃，不会因为载气温度的偏差导致渗透管的渗透效率偏差；本发明利用具有温控系统的渗透室使得渗透管的温度恒定，同时通过渗透载气的温度保证渗透管和渗透载气的接触温度恒定为设置的渗透温度，保证渗透效率准确，最后通过大流量的稀释气来稀释小流量的渗透载气，获得各种需求的浓度的标准气体，从而具有准确性好的优点。此外，本发明将渗透室和稀释腔的内壁进行惰性话的表面处理形成为惰性表面，不会影响非极性气体的表面吸付，保证标气浓度的准确。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是加热层的结构示意图；
图3是气体通道的结构示意图；
图4是温度校准系统的结构示意图。
附图标记
1、渗透载气入口；2、第一渗透载气温控区；3、第二渗透载气温控区；4、第三渗透载气温控区；5、温度校准系统；6、渗透室；7、稀释腔；8、渗透管；9、标准气出口；10、渗透载气流量控制器；11、稀释载气流量控制器；12、加热层；13、第一温度传感器；14、气体通道；15、水箱；16、TEC制冷片；17、第二温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种高精度渗透标准气体发生装置，如图1所示，包括渗透载气流量控制器10、具有温控系统的渗透室6、稀释腔7和稀释载气流量控制器11，渗透载气流量控制器10和稀释载气流量控制器11均为市售的气体流量控制器；所述渗透载气流量控制器10经渗透载气入口1连通有呈三段式温控加热的第一渗透载气温控区2、第二渗透载气温控区3和第三渗透载气温控区4；如图2所示，所述第一渗透载气温控区2、第二渗透载气温控区3和第三渗透载气温控区4均是管壁为加热层12的圆管，且加热层12的厚度呈阶梯式依次变大；所述第一渗透载气温控区2、第二渗透载气温控区3和第三渗透载气温控区4的中心分别设有第一温度传感器13，通过第一温度传感器13进行温度检测，然后控制加热层12使得第一渗透载气温控区2、第二渗透载气温控区3和第三渗透载气温控区4可以进行温度的调控；所述第三渗透载气温控区4的出口经管道连接渗透室6，渗透室6中设有渗透管8；所述渗透室6的出口连接稀释腔7的一个入口，稀释腔7的另外一个入口与稀释载气流量控制器11连接；所述稀释腔7上设有标准气出口9。所述渗透室6和稀释腔7的内壁为经过惰性处理的惰性表面。
该高精度渗透标准气体发生装置的发生方法，利用渗透室6的温控系统把渗透室6的整体温度恒定控制到渗透设定值T，首先渗透载气通过渗透载气流量控制系统通入，渗透载气流量控制为80-120sccm内的小流量，渗透载气经渗透载气口进入第一渗透载气温控区2被升温到T1，T1比T低2.5-3.5℃，然后进入第二渗透载气温控区3被升温到T2，T2比T低1-2℃，再进入第三渗透载气温控区43被升温到T3，T3=T，接着经过管路进入渗透室6，渗透管8在T温度条件下渗透出固定速率的标准物质，标准物质被渗透载气带出渗透室6进入稀释腔7，同时稀释气体通过稀释载气流量控制器11进入稀释腔7，通过稀释腔7的混气结构，让渗透载气带来的高浓度标气被稀释载气稀释成低浓度标气，再从标准气出口9输出，同时由于将渗透室6和稀释腔7的内壁设置成惰性表面，不会影响非极性气体的表面吸付，保证标气浓度的准确。
进一步地，如图3所示，所述第一渗透载气温控区2、第二渗透载气温控区3和第三渗透载气温控区4的中部设有多个气体通道14，渗透载气通过气体通道14流通和被加热，围成气体通道14的材质为导热性好的氧化镁。
进一步的，如图4所示，该装置还包括一个温度校准系统5，所述温度校准系统5包括装有冰水混合物的水箱15，水箱15的底部设有TEC制冷片16；所述水箱15中设有第二温度传感器17。通过TEC制冷片16维持水箱15中的冰水混合物的状态，此时冰水混合物的温度为标准零度，作为该装置的温度标准。
综上，本发明经过三段式的第一渗透载气温控区2、第二渗透载气温控区3和第三渗透载气温控区4对渗透载气进行加热，可以保证渗透载气的温度和设定的渗透温度偏差小于0.01℃，不会因为载气温度的偏差导致渗透管8的渗透效率偏差；本发明利用具有温控系统的渗透室6使得渗透管8的温度恒定，同时通过渗透载气的温度保证渗透管8和渗透载气的接触温度恒定为设置的渗透温度，保证渗透效率准确，最后通过大流量的稀释气来稀释小流量的渗透载气，获得各种需求的浓度的标准气体，从而具有准确性好的优点。
Claims (7)
1.一种高精度渗透标准气体发生装置，包括渗透载气流量控制器（10）、具有温控系统的渗透室（6）、稀释腔（7）和稀释载气流量控制器（11），其特征在于：所述渗透载气流量控制器（10）经渗透载气入口（1）连通有呈三段式温控加热的第一渗透载气温控区（2）、第二渗透载气温控区（3）和第三渗透载气温控区（4）；所述第三渗透载气温控区（4）的出口经管道连接渗透室（6），渗透室（6）中设有渗透管（8）；所述渗透室（6）的出口连接稀释腔（7）的一个入口，稀释腔（7）的另外一个入口与稀释载气流量控制器（11）连接；所述稀释腔（7）上设有标准气出口（9），所述第一渗透载气温控区（2）、第二渗透载气温控区（3）和第三渗透载气温控区（4）的中心分别设有第一温度传感器（13）。
2.根据权利要求1所述的高精度渗透标准气体发生装置，其特征在于：所述第一渗透载气温控区（2）、第二渗透载气温控区（3）和第三渗透载气温控区（4）均是管壁为加热层（12）的圆管，且加热层（12）的厚度呈阶梯式依次变大。
3.根据权利要求2所述的高精度渗透标准气体发生装置，其特征在于：所述第一渗透载气温控区（2）、第二渗透载气温控区（3）和第三渗透载气温控区（4）的中部设有多个气体通道（14）。
4.根据权利要求1所述的高精度渗透标准气体发生装置，其特征在于：该装置还包括一个温度校准系统（5），所述温度校准系统（5）包括装有冰水混合物的水箱（15），水箱（15）的底部设有TEC制冷片（16）；所述水箱（15）中设有第二温度传感器（17）。
5.根据权利要求1所述的高精度渗透标准气体发生装置，其特征在于：所述渗透室（6）和稀释腔的内壁（7）为惰性表面。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高精度渗透标准气体发生装置的发生方法，其特征在于：利用渗透室的温控系统把渗透室的整体温度恒定控制到渗透设定值T，首先渗透载气通过渗透载气流量控制系统通入，渗透载气流量控制为80-120sccm内的小流量，渗透载气经渗透载气口进入第一渗透载气温控区被升温到T1，T1比T低2.5-3.5℃，然后进入第二渗透载气温控区被升温到T2，T2比T低1-2℃，再进入第三渗透载气温控区3被升温到T3，T3=T，接着经过管路进入渗透室，渗透管在T温度条件下渗透出固定速率的标准物质，标准物质被渗透载气带出渗透室进入稀释腔，同时稀释气体通过稀释载气流量控制器进入稀释腔，通过稀释腔的混气结构，让渗透载气带来的高浓度标气被稀释载气稀释成低浓度标气，再从标准气出口输出。
7.根据权利要求6所述的高精度渗透标准气体发生装置的发生方法，其特征在于：将渗透室和稀释腔的内壁设置成惰性表面，不会影响非极性气体的表面吸付，保证标气浓度的准确。
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