CN112944213A - 一种动态气液配气系统及方法 - Google Patents

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王琥程
马鹏伟
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    • F17D3/01—Arrangements for supervising or controlling working operations for controlling, signalling, or supervising the conveyance of a product

Abstract

本发明提供一种动态气液配气系统，由稀释气体（1）、被稀释气体（2）、第一质量流量控制器（3）、第二质量流量控制器（4）、第三质量流量控制器（5）、液体注射泵（6）、液体蒸发器（7）、混气室（8）、多个气动阀（9,10,11,12,13,14,15,16,17）以及各部件之间气体传输的管路组成；液体注射泵（6）出口处设有液体蒸发器（7）；混气室（8）用于混合稀释气体（1）和被稀释气体（2）；所述配气系统通过通讯接口与上位机软件连接，上位机软件控制调节第一质量流量控制器（3）、第二质量流量控制器（4）、液体注射泵（6）的推送速度和液体蒸发器（7）的蒸发温度。本发明装置具有操作简单，配气稳定，气体浓度宽等优点。

Description

一种动态气液配气系统及方法
技术领域
本发明涉及气体传感器检测领域，尤其是一种动态气液配气系统及方法。
技术背景
在当今信息化时代,能源、信息和材料己构成新科技革命的三大支柱,作为
获取信息最有效工具之一的传感器也相应地迅猛发展。气体传感器是将气体浓度
转换为相应的可输出信号的器件,通常由敏感元件和转换元件组成。其中由气敏
材料构成的气敏元件是决定其性能的核心部分。
气体传感器的制备是一门涉及化学、材料学、物理、电子技术等多种学科交
叉的高新技。其在工业生产控制、家庭生活安全、食品工业、医疗检测、环境保
护和公共安全等方面有着重要的应用。其特性参数主要包括稳定性,即传感器在相当长时间内保持其原有性能的能力灵敏度,即传感器输出变化量与被测输入变化量之比,主要依赖于传感器构建所使用的技术选择性,也称交叉灵敏度,可通过测量传感器对一定浓度的干扰气体所产生的响应来确定。这些特性参数主要由气敏材料决定,选择适当的气敏材料可使气体传感器的敏感特性达到最优。
气体传感器研究所需气体配置方法有静态配气和动态配气，静态配气是将一定量的已知浓度气体加入到已知容积的容器中，这种方法使用比较广泛，尤其是在商业和科研中；如果是液体配气，则使用微量注射器将一定体积的液体注入到已知容积的容器中，对液体进行加热，将液体汽化；这种方法受到容器体积的限制，使得配置的浓度范围有限。另外，容器壁对气体有吸附作用和化学反应，使得一些活泼气体很难保持稳定。这种方法也不利于气体的扩散，且配置的气体浓度有限，为了解决以上问题，动态配气法是一种很好的选择。
鉴于以上技术问题，以下提出本发明及其实施例。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种气体液体都可用的动态配气系统，具有操作简单，配气稳定，气体浓度宽等优点。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种动态气液配气系统，包括稀释气体、被稀释气体、第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、第三质量流量控制器、液体注射泵、液体蒸发器、混气室、多个气动阀以及用于各部件之间气体传输的管路组成；液体注射泵出口处设有液体蒸发器；混气室用于混合稀释气体和被稀释气体，混合后的气体从混气室出口排出进入相应的测试腔室；所述配气系统通过通讯接口与上位机软件连接，上位机软件自动控制液体注射泵和所有质量流量控制器的运行以及气动阀的开启；本发明装置采用动态配气方法，配置含有不同浓度气体，具有操作简单，配气稳定，气体浓度宽等优点。
进一步地，其中，所述液体注射泵是液体配气时微量液体的自动进样推进装置，最小推进速度 1.26pL/min，最大可稀释至 10 ppb。
进一步地，其中，所述液体蒸发器内部有控温芯片和温度传感器，周围有保温隔热层，通过控制加热温度将液体汽化，控温范围为室温至250oC。
进一步地，其中，所述管路采用 1/4 规格的 316L 不锈钢管连接，耐强腐蚀性气体以及易挥发性液体。
进一步地，其中，所述气动阀的启动压力为 0.4MPa，气动阀采用电控，压力达到后，上位机软件可直接控制气动阀的启动及切换。
进一步地，其中，所述第一质量流量控制器的量程为20-1000sccm，第二质量流量控制的量程为2-100sccm，第三质量流量控制器的量程为0.04-2sccm。
进一步地，其中，所述混气室用于混合稀释气体和被稀释气体；混气室可以调节温度并附有涂层，确保液体不会冷凝和吸附。
进一步地，其中，所述配气系统由上位机软件进行控制。
本发明还提供了一种动态气液配气方法，包括如下步骤：被稀释气体为气体源时，首先，打开稀释气体和被稀释气体的气源，保持总流量不变的情况下，在上位机软件上根据用户要求设置稀释气体流量和被稀释气体的流量，即设置第一质量流量控制的流量，根据需要配制气体的最终浓度选择使用第二质量流量控制器或者第三质量流量控制器；通过调节第二质量流量控制器或者第三质量流量控制器的流量来配置不同浓度的混合气体；被稀释气体与稀释气体通过气体流通管道进入混气室进行充分混合，混合后的气体从混气室出气口排出到相应的外接设备；液体源配气时，稀释气体分为两路，一路用作稀释气体，一路用作载气；液体注射泵以一定的速度将液体注入液体蒸发器，其中，作为载气的稀释气体带动蒸发气体进入混气室与稀释气体混合，混合后的气体从混气室出气口排出到相应的外接设备；上位机软件控制液体注射泵的速度、载气与稀释气体的流量，从而得到一定浓度的混合气。
附图说明
图1示出了根据本发明公开内容的一种动态气液配气系统结构示意图；
标号说明：
1-稀释气体；2-被稀释气体；3-第一质量流量控制器；4-第二质量流量控制器；5-第三质量流量控制器；6-液体注射泵；7-液体蒸发器；8-混气室；9-第一气动阀；10-第二气动阀；11-第三气动阀；12-第四气动阀；13-第五气动阀；14-第六气动阀；15-第七气动阀；16-第八气动阀；17-到第九气动阀。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展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。
图1示出了本发明公开内容的一种动态气液配气系统结构示意图，一种动态气液配气系统，包括稀释气体（1）、被稀释气体（2）、第一质量流量控制器（3）、第二质量流量控制器（4）、第三质量流量控制器（5）、液体注射泵（6）、液体蒸发器（7）、混气室（8）、多个气动阀（9,10,11,12,13,14,15,16,17）以及用于各部件之间气体传输的管路组成；这些零部件组成以下气路：气路 1由稀释气体（1）、 第一质量流量控制器（3）、 第一气动阀（9）、 第二气动阀（10） 和 第九气动阀（17）组成；气路2由被稀释气体（2）、第二质量流量控制器（4）、第三气动阀（11）、 第四气动阀（12）、第六气动阀（14）和第九气动阀（17）组成；气路 3由被稀释气体（2）、 第三质量流量控制器（5）、 第七气动阀（15）、 第八气动阀（16） 和 第九气动阀（17）组成；气路4由被稀释气体（2）、 第二质量流量控制器（4）、第三气动阀（11）、第四气动阀（12）、 液体蒸发器（7）、第五气动阀（13） 和 第九气动阀（17）组成；气体配气时，气路1 通常用做稀释气路，用于控制稀释气体的流量；气路 2和气路 3 通常用做被稀释气体气路，用于控制被稀释气体的流量；液体配气时，气路 1 通常用做稀释气路，用于控制稀释气体的流量；气路 4用做载气气路，用于控制载气的流量，液体注射泵（6）工作时，气体经过气路 4，否则气体将从气路2 通过。稀释气体（1）和被稀释气体（2）均采用钢瓶存储。液体注射泵（6）出口处设有液体蒸发器（7），液体蒸发器可控温，控温范围为室温～250oC，把液体汽化成气体；混气室（8）用于混合稀释气体（1）和被稀释气体（2）；混合后的气体从混气室（8）出口排出进入相应的测试腔室；上位机软件控制调节第一质量流量控制器（3）的流量、第二质量流量控制器（4）的流量、第三质量流量控制器（5）的流量、液体注射泵（6）的推送速度、液体蒸发器（7）的蒸发温度以及气动阀（9,10,11,12,13,14,15,16,17）的开启及切换。本发明装置采用动态配气方法，配置含有不同浓度气体，具有操作简单，配气稳定，湿度范围宽、气体浓度宽等优点。
稀释气体（1）与被稀释气体（2）输出的气体流量通过质量流量控制器（3,4,5）进行控制。配气系统通过通讯接口与上位机软件连接，可以根据用户的设置精确控制气体的流量并实时显示流量值。其中第一质量流量控制器（3）的量程大于第二质量流量控制（4）的量程，第二质量流量控制（4）的量程大于第三质量流量控制器（5）的量程；由于质量流量控制器的控制范围不是0-100％，为了使质量流量控制器控制精度更加精确，同时为了配置浓度范围更广，需要选择稍小量程的质量流量控制器，这样能弥补较大量程质量流量控制器无法测量的范围并且使质量流量控制器使用范围在精度更加准确的范围内，优选地，具体的第一质量流量控制器的量程为20-1000sccm，第二质量流量控制的量程为2-100sccm，第三质量流量控制器的量程为0.04-2sccm。
一种气液动态配气系统的配气方法，包括如下步骤：
气体动态配气的方法：将稀释气体（1）接入气路1，被稀释气体（2）接入气路2或者气路3；根据用户要求配置稀释气体浓度，在上位机软件上设置被稀释气体（2）和稀释气体（1）的质量流量控制器的流量；稀释气体（1）和被稀释气体（2）通过管道进入混气室（8）进行混合，混合后的气体从混气室出气口排出到相应的外接设备。
液体动态配气装置的配气方法，包括：将稀释气体（1）同时接入气路1和气路4，气路1用作稀释气，气路4用作载气，流量均由第一质量流量控制器（3）和第二质量流量控制器（4）控制；通过载气流过的气路4中设置有液体蒸发器（7）；液体蒸发器（7）中装载有待蒸发的液体，通过液体注射泵（6）以固定速度向液体蒸发器（7）中推送液体；液体蒸发后立即被载气携带离开液体蒸发器（7）；最后载气携带已蒸发的气体和稀释气（1）同时流入混气室（8）中混合均匀；上位机软件控制调节第一质量流量控制器（3）、第二质量流量控制器（4）、液体注射泵（6）的推送速度、和/或液体蒸发器（7）的蒸发温度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种动态气液配气系统，其特征在于，包括稀释气体、被稀释气体、第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、第三质量流量控制器、液体注射泵、液体蒸发器、混气室、多个气动阀以及用于各部件之间气体传输的管路组成；液体注射泵出口处设有液体蒸发器；混气室用于混合稀释气体和被稀释气体，混合后的气体从混气室出口排出进入相应的测试腔室；所述配气系统通过通讯接口与上位机软件连接，连接后即可识别液体注射泵和质量流量控制器，上位机软件自动控制液体注射泵和所有质量流量控制器的运行以及气动阀的开启；本发明装置采用动态配气方法，配置含有不同浓度气体，具有操作简单，配气稳定，气体浓度宽等优点。
2.根据权利要求1所述的一种动态气液配气系统，其特征在于，其中，所述液体注射泵是液体配气时微量液体的自动进样推进装置，最小推进速度 1.26pL/min，最大可稀释至10 ppb。
3.根据权利要求1所述的一种动态气液配气系统，其特征在于，其中，所述液体蒸发器内部有控温芯片和温度传感器，周围有保温隔热层，通过控制加热温度将液体汽化，控温范围为室温～250oC。
4.根据权利要求1所述的一种动态气液配气系统，其特征在于，其中，所述管路采用 1/4 规格的 316L 不锈钢管连接，耐强腐蚀性气体以及易挥发性液体。
5.根据权利要求1所述的一种动态气液配气系统，其特征在于，其中，所述气动阀的启动压力为 0.4MPa，气动阀采用电控，压力达到后，上位机软件可直接控制气动阀的启动及切换。
6.根据权利要求1所述的一种动态气液配气系统，其特征在于，其中，所述第一质量流量控制器的量程为20-1000sccm，第二质量流量控制的量程为2-100sccm，第三质量流量控制器的量程为0.04-2sccm。
7.根据权利要求1所述的一种动态气液配气系统，其特征在于，其中，所述混气室用于混合稀释气体和被稀释气体；混气室可以调节温度并附有涂层，确保液体不会冷凝和吸附。
8.根据权利要求1所述的一种动态气液配气系统，其特征在于，其中，所述配气系统由上位机软件进行控制。
9.一种动态气液配气方法，其特征在于，包括如下步骤：被稀释气体为气体源时，首先，打开稀释气体和被稀释气体的气源，保持总流量不变的情况下，在上位机软件上根据用户要求设置稀释气体流量和被稀释气体的流量，即设置第一质量流量控制的流量，根据需要配制气体的最终浓度选择使用第二质量流量控制器或者第三质量流量控制器；通过调节第二质量流量控制器或者第三质量流量控制器的流量来配置不同浓度的混合气体；被稀释气体与稀释气体通过气体流通管道进入混气室进行充分混合，混合后的气体从混气室出气口排出到相应的外接设备；液体源配气时，稀释气体分为两路，一路用作稀释气体，一路用作载气；液体注射泵以一定的速度将液体注入液体蒸发器，其中，作为载气的稀释气体带动蒸发气体进入混气室与稀释气体混合，混合后的气体从混气室出气口排出到相应的外接设备；上位机软件控制液体注射泵的速度、载气与稀释气体的流量，从而得到一定浓度的混合气。
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