CN203422675U - 动态痕量气体浓度配气装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种动态痕量气体浓度配气装置，包括多组分气路，所述多组分气路包括组分气1或组分气2中的一组或几组，所述组分气1包括稳压阀和电子气体质量流量控制器，所述组分气2包括稳压阀、电子气体压力控制器、多组毛细管和加热恒温槽；稀释气路，所述稀释气路包括稳压阀和电子气体质量流量控制器；混合缓冲气室以及控制系统，所述控制系统与多组分气路、稀释气路和混合缓冲气室连接。本装置具有精度高、稀释比宽、适用气体多，响应速度快、浓度值连续可调，不受环境温度和压力影响等优点。可连续配制并供给各种浓度范围的混合标准气，用于对气体检测器和传感器的进行有效的自动动态标定功能，在气体分析领域中具有一定实际应用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及标准气体配气装置领域，更具体地讲，涉及一种动态痕量气体浓度配气装置。
背景技术
标准气体作为气体成分量值的计量标准，已广泛应用于科学研究、大气环境监测、仪器仪表的校准、化工产品的检验等领域。随着经济与科学技术的快速发展，标准气体的用途日渐广泛，特别是在气体监测和检测领域，标准气体是检测方法、分析仪器、监测技术及进行质量控制的重要依据。
在气体浓度检测应用中，对于大多数气体分析仪器（包括气相色谱仪、红外光谱等）及传感器所得数字量均为相对量值或非线性，需不同的真实浓度气体标样进行多点标定，建立校正拟合曲线，并计算出未知的气体浓度。根据曲线拟合理论，标定点越多，拟合的输入/输出曲线越准确。不同标定点，需配制不同浓度值的标准气体样本，浓度范围从常量（%）到痕量（ppb）。对于专业厂家，采用静态法配制气体，很难得到一个准确的ppb级标准气体，具有一定的困难性；对于应用单位，配置多种浓度的标准气体，特别是痕量标准气体，成本高，浪费大（标准气体具有一定的保存期）；对于在线分析仪器中检测器或传感器的日常维护和校准，带来很大不便，大大提高仪器的维护成本。
由于以上的各种需求，本实用新型设计一套动态痕量气体浓度配气装置，可连续自动配制连续可调的多组分混合标准浓度气体，并能使配制浓度到达痕量级（ppt）标准气体，不受环境温度、压力和不同类型的气体影响，具有很好的应用价值。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可连续自动配制连续可调的多组分混合标准浓度气体，并能使配制浓度到达痕量级（ppt）标准气体的动态痕量气体浓度配气装置。
为了解决上述问题，本实用新型提供动态痕量气体浓度配气装置，其特征在于，所述动态痕量气体浓度配气装置包括：
多组分气路，所述多组分气路包括组分气1或组分气2中的一组或几组，所述组分气1包括稳压阀和电子气体质量流量控制器，所述组分气2包括稳压阀、电子气体压力控制器、多组毛细管和加热恒温槽；
稀释气路，所述稀释气路包括稳压阀和电子气体质量流量控制器；
混合缓冲气室，所述混合缓冲气室为内含磁浮搅拌的不锈钢气体缓冲腔体，所述多组分气路、稀释气路与混合缓冲气室连接；以及
控制系统，所述控制系统与多组分气路、稀释气路和混合缓冲气室连接，通过LCD键盘或计算机进行对装置中各功能模块参数的设置和显示。
作为一个优选方案，所述电子气体质量流量控制器的流量控制范围在0～100ml/min或0～200ml/min或0～1000ml/min。
作为一个优选方案，所述多组毛细管为玻璃纤维材质，其管径不大于0.1mm，并安装于恒定温度的加热恒温槽中。
动态痕量气体浓度配气装置原理：
动态配气法是通过配气装置根据需要连续配制系列的不同浓度的标准气体，常作为气体分析仪器定期检定时必备装置。因为这种配气方法可以不断地通过改变配气装置的工作条件得到不同浓度的标准气，可以配合分析仪器快速制定工作曲线、检验分析仪器线性关系，确定分析仪器工作状态。
动态配气法基于流量比，通过精确的控制组分气体和稀释气体的流量，并加以混合制得标准气体。其气体流量及微流量的控制采用高精度的电子气体质量流量控制器及气体压力控制器的方法，从而精确地控制标准气的配制浓度。由于使用气体压力控制，并在恒定的温度环境条件下，无需考虑气体的类型及混合气体组分的组成，到达精确地控制微流量（小于0.01ml/min流量）。
在配制单组分标准气时，关键是零点气（稀释气）和组分流量的测量与控制，这两路气体流路的均匀混合，到达气体浓度的质量平衡，即：
（公式1）
式中：Ci——标准混合气中组分浓度；
C0——组分气原始浓度；
Fc——组分气（高浓度标准气）流量；
Fz——零点气（稀释气）流量；
Cz——零点气中含杂质浓度；
Fb——混合气出口流量（总流量）；
Fxb——混合气余气出口流量；
如果零点气（稀释气）为高纯气，其中所含的杂质可忽略不计，即（公式1）变成：
根据质量永恒定律，流量关系有：
把（公式3）代入（公式2）得：
其稀释比为
即：
（公式6）
式中： m——稀释比；
在配制多组分标准气时，由（公式6）导出计算，可求出各组分气的流量和零点气（稀释气）流量比：
根据以上流量比，通过电子气体质量流量控制器或气体压力控制器设定各组分气和零点气（稀释气）的流量，即可精确地动态配制得到满足要求的多组分或单组分的混合标准气。
本实用新型的优点在于，动态痕量气体浓度配气装置具有精度高、稀释比宽、适用气体多，响应速度快、浓度值连续可调，并且不受环境温度和压力的影响等优点。可连续配制并供给各种浓度范围的混合标准气，用于对气体检测器和传感器的进行有效的自动动态标定功能，在气体分析领域中具有一定实际应用价值。
附图说明
图1为本实用新型动态痕量气体浓度配气装置的组成结构示意图。
其中：
1—组分气1；11—稳压阀；12—电子气体质量流量控制器；
2—组分气2；21—稳压阀；22—电子气体压力控制器；23—多组毛细管；24—加热恒温槽；
3—稀释气路；31—稳压阀；32—电子气体质量流量控制器；
4—混合缓冲气室；41—磁浮搅拌；
5—控制系统；51—LCD键盘；52——计算机；53—分析仪器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做详细说明，实施例的用途仅在于解释而非限定本实用新型的技术方案。
请参见图1，图1所示是本实用新型动态痕量气体浓度配气装置一较佳实施例的组成结构示意图。
如图1所示，动态痕量气体浓度配气装置包括：多组分气路、稀释气路3、混合缓冲气室4和控制系统5。
图1中，多组分气路包括组分气11和组分气22，所述组分气11包括稳压阀11和电子气体质量流量控制器12，所述组分气22包括稳压阀21、电子气体压力控制器22、多组毛细管23和加热恒温槽24。
本实用新型中的多组分气路为包括组分气11或组分气22中的一种或几种均可，根据所配气的需要而选择。可以仅含组分气11，也可以仅含组分气22，也可以含有多组组分气11和/或多组组分气22。
电子气体质量流量控制器12是一种根据设定气体流量，高精度自动闭环控制（PID模糊控制），带有温度补偿，不随外界温度和压力的变化而影响，具有恒定气体流量的功能，并可根据不同的气体类型（四种纯气体）的选择控制。其流量控制范围在0～100ml/min或0～200ml/min或0～1000ml/min等，可根据配制气输出总流量的要求而定。此种流量控制方式下对组分气的稀释比范围在1～200，即稀释浓度为ppm级。
电子气体压力控制器22、多组毛细管23和加热恒温槽24组成另一种气体流量控制。由于流经毛细管的气体流量遵循Hagen-Poiseuille定律，气体流量的大小由毛细管的内径、长度、外界温度、前级和后级压力所决定，毛细管中气体压差与流量呈一定关系，通过改变组分气的前级压力达到控制微流量（最小流量0.01ml/min）的目的，实现稀释浓度为ppt级。
组分气前级压力控制采用电子气体压力控制器22，控制精度在±1pa。多组毛细管23为玻璃纤维材质，其管径不大于0.1mm，并安装于恒定温度的加热恒温槽24中，温度控制精度在±0.2℃，保持恒温条件环境状态。通过控制内置微型阀体开关状态，选择不同口径的毛细管，达到自动扩展流量范围的功能。
请继续参见图1，稀释气路3包括稳压阀31和电子气体质量流量控制器32。可根据稀释气的气体类型选择控制恒定流量。
混合缓冲气室4为内含磁浮搅拌41的不锈钢气体缓冲腔体，内填入石英纤维，能使多路组分气和稀释气均匀混合，并具有混合均匀、无死角、气体待留时间短，耐腐蚀、不吸附、能维持一定压力的功能。多组分气路、稀释气路3与混合缓冲气室4连接。
请继续参见图1，控制系统5与多组分气路1、2、稀释气路3和混合缓冲气室4连接，通过LCD键盘51和/或计算机52进行对装置中各功能模块参数的设置和显示。控制系统5采用模块化设计，通过LCD键盘51和/或PC计算机52进行对装置中各功能模块参数的设置和显示，达到人机交互功能，实现设备的初始化、气体压力或流量通道设置、数据采集、数据分析及外部分析仪器的气体进样同步控制等功能。
控制系统5中预置了各种气体在标准状态下的压力与流量、气体密度与定压等参数值，实现实时自动计算校准。用户只需输入组分气的浓度和设定浓度，系统可自动计算各气体流路的设定流量或压力，并通过RS-485通讯总线传输控制数据和实时反馈数据，由各气体流路的流量值计算气体组分的浓度，到达实时显示的功能。
动态痕量气体浓度配气装置的应用：
一、在分析方法的建立和评价的应用
1、利用动态痕量气体浓度配气装置配制不同标定浓度气体，进行定性分析和定量分析，建立校准曲线及浓度校准表；
2、利用标准气体对测定气体样品的分析方法选择最佳操作条件及分析方法的验证评价。
二、在对气体检测器和传感器的性能指标的测试应用
1、应用于对ppm和ppt的痕量挥发性气体分析检测器的技术指标包括检灵敏度、线性度、检测范围、重复性、准确性的测试评价，并建立国家标准或行业标准。痕量气体检测器应用包括脉冲火焰光度检测器（PFPD）、原子发射检测器（AED）、脉冲放电氦离子化检测器（PDHID）、还原检测器（RGD）等检测器；
2、各类气体传感器、非色散红外检测器（NDIR）等具有非线性特性，在仪器和传感器的生产过程中利用动态气体浓度配气装置配制不同标定浓度气体，建立气体浓度标尺的标准，达到准确气体浓度检测。
三、在在线工业气体分析仪器中的应用
在线工业气体分析仪器是一种无人值守的分析仪器仪表，具有全盘自动化的特性，定期自动应用动态气体浓度配气部件，测试和考核分析仪器的运行状态，确保生产过程的安全性及分析数据可信性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1. 动态痕量气体浓度配气装置，其特征在于，所述动态痕量气体浓度配气装置包括：
多组分气路，所述多组分气路包括组分气1或组分气2中的一组或几组，所述组分气1包括稳压阀和电子气体质量流量控制器，所述组分气2包括稳压阀、电子气体压力控制器、多组毛细管和加热恒温槽；
稀释气路，所述稀释气路包括稳压阀和电子气体质量流量控制器；
混合缓冲气室，所述混合缓冲气室为内含磁浮搅拌的不锈钢气体缓冲腔体，所述多组分气路、稀释气路与混合缓冲气室连接；以及
控制系统，所述控制系统与多组分气路、稀释气路和混合缓冲气室连接，通过LCD键盘或计算机进行对装置中各功能模块参数的设置和显示。
2.根据权利要求1所述的动态痕量气体浓度配气装置，其特征在于，所述电子气体质量流量控制器的流量控制范围在0～100ml/min或0～200ml/min或0～1000ml/min。
3.根据权利要求1所述的动态痕量气体浓度配气装置，其特征在于，所述多组毛细管为玻璃纤维材质，其管径不大于0.1mm，并安装于恒定温度的加热恒温槽中。
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