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CN111536414B - 一种高精度气体充装装置及充装方法 - Google Patents

一种高精度气体充装装置及充装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的高精度气体充装装置，其结构简单，设计巧妙，布局合理。它利用缩小储气腔体积的办法来放大压差，进而实现精准控制充其量的充装装置，同时还公开了利用这种装置进行精准充装的方法。利用该装置配合以这种方法，能够使气体的加入实现精准称量，同时与传统的充气方式相比，在充装次数减少的前提下，可实现精准充装，提高了充装的质量和效率；传统的充装方法对于常温易液化的气体，由于其压力可能会不规则骤降，因此以压力作为参考的加气方式会因失去参考标准而无法实现，只能人为依靠经验加气极易过量，次品率较高，而本装置则可以对这类的气体（常温易液化）进行精准充装；而且本装置可以根据原料气的种类进行任意组合，通用性良好，可有效控制制造成本。

Description

一种高精度气体充装装置及充装方法
技术领域
本发明涉及气体充装领域，特别是一种高精度气体充装装置，以及利用这种装置进行气体充装的方法。
背景技术
随着国内标准气体市场的需求逐渐增大，标准气体的质量要求也日益严格。客户对实际值与理论值的偏差一般要求在5%以内，甚至是2%以内。这对标准气体的制备带来了一定的挑战 ，使生产过程中的人为失误变得不可忽略，也降低了工作效率，增大了次品率。
目前现有的配气技术和装置主要依靠压力表来作为参考，用气体加入的质量定值，然而实际情况中，气体的压力与质量的关系受太多因素影响，如温度（膨胀、液化），气压，气体性质等，常常导致气体过量加入而超出客户所需浓度，而气体的称量无法像固体可以精准称量，因此难以做到准确充装。同时一旦过量充装，过量的那部分气体已经与成品气瓶中的气体混合均匀无法取出，导致出厂的产品实际上都存在一定的偏差。
因此现在需要一种能够解决上述问题的方法或装置。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种利用缩小储气腔体积的办法来放大压差，进而实现精准控制充其量的充装装置，同时还公开了利用这种装置进行精准充装的方法。
本发明的技术解决方案是：一种高精度气体充装装置，其特征在于：所述装置包括依次连通的第一管道1、第二管道2……第x管道3……第n管道4，其中x、n均为自然数，且x小于n，每一根管道的入口端都设置有球阀5，在第n管道4上设置有高精度压力表6，所述第一管道1上还连接有抽真空支路。
一种利用如上所述的装置进行高精度气体充装的方法，其特征在于：所述的方法按照以下步骤进行：
首先进行实际操作前的理论计算工作，计算需要向成品气瓶7中加入mg的原料气时，所述装置管路内的压力P与成品气瓶7已有的压力P1之间的差值△P，
①
其中M为原料气的相对分子质量，V为所述装置配气管道的总体积，22.4为理想气体的摩尔体积，
根据安全要求，装置管路内的压力P不能超过原料气的饱和蒸气压P0，因此取P＜0.8P0，而为了让原料气能够顺畅地充入到成品气瓶7中，需要△P大于0.2bar，将上述两个条件带入公式1，并进行换算，可得到如下结果：
即可得到配气管道总体积V的范围；
根据配气管道总体积V，选择x和n的数值，使第x管道3、第x+1管道、……第n管道4的总体积符合V的范围，
然后将第x管道3、第x+1管道、……第n管道4的总体积带入△P的计算公式，计算出具体的△P值，即：
理论计算工作结束；
然后开始实际操作：称量成品气瓶7的初始重量G0，将第n管道4的出口端连接在成品气瓶7上，打开本装置上的所有球阀5，利用抽真空支路对本装置进行抽真空处理然后将第一管道1的入口端连接在原料气源上，打开原料气源管路上的总阀8，向本装置各个管路中灌注原料气，在此过程中观察高精度压力表6，使管路内压力至P后停止，P=△P+P1，然后关闭第x管道3前端的球阀5，此时第x管道3、第x+1管道、……第n管道4中原料气的总量即为所要充装的mg原料气，
然后打开成品气瓶7上的阀嘴，第x管道3、第x+1管道、……第n管道4中的原料气便会进入成品气瓶7中，在此过程中观察高精度压力表6，待数值稳定后关闭成品气瓶7的阀嘴，称量充装后的成品气瓶7，得到重量G1，计算G1与G0之间的差值△G，并与m进行比较，如△G与m之间的偏差在2%以内，则完成充装。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
本种结构形式的高精度气体充装装置，其结构简单，设计巧妙，布局合理。它利用缩小储气腔体积的办法来放大压差，进而实现精准控制充其量的充装装置，同时还公开了利用这种装置进行精准充装的方法。它的出现，能够使气体的加入实现精准称量，如需要加入1g气体则可以控制其加入量在1g±2%之内，从而防止过量加入。同时与传统的充气方式相比，在充装次数减少的前提下，可实现精准充装，提高了充装的质量和效率；传统的充装方法对于常温易液化的气体，由于其压力可能会不规则骤降，因此以压力作为参考的加气方式会因失去参考标准而无法实现，只能人为依靠经验加气极易过量，次品率较高，而本装置则可以对这类的气体（常温易液化）进行精准充装；而且本装置可以根据原料气的种类进行任意组合，通用性良好，可有效控制制造成本。
因此可以说本种气体充装装置具备了多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。
附图说明
图1是本发明实施例中充装装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1所示：一种高精度气体充装装置，它包括依次连通的第一管道1、第二管道2……第x管道3……第n管道4，其中x、n均为自然数，且x小于n，每一根管道的入口端都设置有球阀5，在第n管道4上设置有高精度压力表6，所述第一管道1上还连接有抽真空支路。
一种利用如上所述的装置进行高精度气体充装的方法，按照以下步骤进行：
首先进行实际操作前的理论计算工作，计算需要向成品气瓶7中加入mg的原料气时，所述装置管路内的压力P与成品气瓶7已有的压力P1之间的差值△P，
①
其中M为原料气的相对分子质量，V为所述装置配气管道的总体积，22.4为理想气体的摩尔体积，
根据安全要求，装置管路内的压力P不能超过原料气的饱和蒸气压P0，因此取P＜0.8P0，而为了让原料气能够顺畅地充入到成品气瓶7中，需要△P大于0.2bar，将上述两个条件带入公式1，并进行换算，可得到如下结果：
即可得到配气管道总体积V的范围；
根据配气管道总体积V，选择x和n的数值，使第x管道3、第x+1管道、……第n管道4的总体积符合V的范围，
然后将第x管道3、第x+1管道、……第n管道4的总体积带入△P的计算公式，计算出具体的△P值，即：
理论计算工作结束；
然后开始实际操作：称量成品气瓶7的初始重量G0，将第n管道4的出口端连接在成品气瓶7上，打开本装置上的所有球阀5，利用抽真空支路对本装置进行抽真空处理，然后将第一管道1的入口端连接在原料气源上，打开原料气源管路上的总阀8，向本装置各个管路中灌注原料气，在此过程中观察高精度压力表6，使管路内压力至P后停止，P=△P+P1，然后关闭第x管道3前端的球阀5，此时第x管道3、第x+1管道、……第n管道4中原料气的总量即为所要充装的mg原料气，
然后打开成品气瓶7上的阀嘴，第x管道3、第x+1管道、……第n管道4中的原料气便会进入成品气瓶7中，在此过程中观察高精度压力表6，待数值稳定后关闭成品气瓶7的阀嘴，称量充装后的成品气瓶7，得到重量G1，计算G1与G0之间的差值△G，并与m进行比较，如△G与m之间的偏差在2%以内，则完成充装。
实施例一：
例如要利用本装置向已经装有其它气体的成品气瓶7中加入2g丙烷。首先根据气体工程公式计算所需要加入的压力为：，然后先称量成品气瓶7的初始重量为G初=7843.61g，然后成品气瓶7通过本装置与丙烷气源连接起来，打开本装置上的所有球阀5并对本装置进行抽真空处理，然后缓慢打开原料气源上的总阀8，直接向成品气瓶7中充入丙烷气体，由于经过上述计算可知压差为0.13bar，为了避免过量加入，当加入压差在0.1bar左右时关闭总阀8，记录下此时高精度压力表6上的数值0.1bar后，关闭成品气瓶7的阀嘴，再次称量成品气瓶7，此时其重量为G中=7845.45g，则已经加入丙烷的质量为G初-G中=1.84g，此时距离所需要的质量（2g）还差0.16g，如此小的加入量采用传统方法已经难以控制其加入精度，即可用本装置以及本方法实现；
由于各个管道一经选择，其体积也就固定了，因此实际工作中要做的工作就是根据V的范围选择管道的数量，
例如计算出V的范围是0.3-0.5L，这样当本装置由四个容积为0.2L的管道组成时，则可选取最后两个管路，即x=3，n=4，这两个管路的总体积为0.2+0.2=0.4L，处于V的范围之内；
而在同样的条件下（V的范围是0.3-0.5L），当本装置由六个容积为0.1L的管道组成时，则可选取第三至第六个管路，即x=3，n=6，这四个管路的总体积为0.1+0.1+0.1+0.1=0.4L，处于V的范围之内；
需要注意的是，利用公式1的换算公式计算出的V的范围，并不是最终的确定值，只是通过找出V的范围的方式来确定需要选择多少个管道，只要最终选择的管道的总体积在V的范围之内即可；
首先根据公式1的换算公式计算出V的范围：0.017-0.4L，本实施例中一共连接了三个容积为0.1L的管道，因此取x=2，n=3，即利用第2管道和第3管道进行精准充气，这两个管道的总体积为0.2L，
再次对本装置内各个管路抽真空，打开总阀8，原料气向本装置内填充，在此过程中观察高精度压力表6，压力达到0.5bar后关闭总阀8（由于压力被放大到了0.4bar，因此很容易进行控制），此时△P达到了计算值0.4bar（0.5-0.1=0.4bar），然后关闭第2管道前端的球阀2，此时第2管道和第3管道内丙烷的总量即为0.16g，打开成品气瓶7的阀嘴，在压差的作用下第2管道和第3管道内的丙烷进入成品气瓶7，观察到高精度压力表6的数值稳定后，关闭成品气瓶7的阀嘴，完成最后的精准加入；
再次对成品气瓶7进行称量，得到G终=7845.62g，则丙烷的两次总加入量为G终-G初=2.01g，与目标加入重量2g之间的偏差为0.5%，符合要求。

Claims (1)

1.一种高精度气体充装方法，其特征在于：所述的方法按照以下步骤进行：
准备高精度气体充装装置，所述装置包括依次连通的第一管道(1)、第二管道(2)……第x管道(3)……第n管道(4)，其中x、n均为自然数，且x小于n，每一根管道的入口端都设置有球阀(5)，在第n管道(4)上设置有高精度压力表(6)，所述第一管道(1)上还连接有抽真空支路，
然后进行实际操作前的理论计算工作，计算需要向成品气瓶(7)中加入mg的原料气时，所述装置管路内的压力P与成品气瓶(7)已有的压力P1之间的差值△P，
其中M为原料气的相对分子质量，V为所述装置配气管道的总体积，22.4为理想气体的摩尔体积，
根据安全要求，装置管路内的压力P不能超过原料气的饱和蒸气压P0，因此取P＜0.8P0，而为了让原料气能够顺畅地充入到成品气瓶(7)中，需要△P大于0.2bar，将上述两个条件带入公式1，并进行换算，可得到如下结果：
即可得到配气管道总体积V的范围；
根据配气管道总体积V，选择x和n的数值，使第x管道(3)、第x+1管道、……第n管道(4)的总体积符合V的范围，
然后将第x管道(3)、第x+1管道、……第n管道(4)的总体积带入△P的计算公式，计算出具体的△P值，即：
理论计算工作结束；
然后开始实际操作：称量成品气瓶(7)的初始重量G0，将第n管道(4)的出口端连接在成品气瓶(7)上，打开本装置上的所有球阀(5)，利用抽真空支路对本装置进行抽真空处理，然后将第一管道(1)的入口端连接在原料气源上，打开原料气源管路上的总阀(8)，向本装置各个管路中灌注原料气，在此过程中观察高精度压力表(6)，使管路内压力至P后停止，P＝△P+P1，然后关闭第x管道(3)前端的球阀(5)，此时第x管道(3)、第x+1管道、……第n管道(4)中原料气的总量即为所要充装的mg原料气，
然后打开成品气瓶(7)上的阀嘴，第x管道(3)、第x+1管道、……第n管道(4)中的原料气便会进入成品气瓶(7)中，在此过程中观察高精度压力表(6)，待数值稳定后关闭成品气瓶(7)的阀嘴，称量充装后的成品气瓶(7)，得到重量G1，计算G1与G0之间的差值△G，并与m进行比较，如△G与m之间的偏差在2％以内，则完成充装。
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