專利名稱：新型靜態(tài)體積法配氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化工配氣裝置領(lǐng)域，具體為新型靜態(tài)體積法配氣裝置。
背景技術(shù)：
標(biāo)準(zhǔn)氣體是氣體計(jì)量工作中使用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)之一，在金屬冶煉、石油、化工、半導(dǎo)體、電力等行業(yè)有廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)氣體通常根據(jù)用戶的要求采用稱量法配制，但是很多儀器儀表都需要現(xiàn)場校驗(yàn)，且需要多個(gè)組分濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行多點(diǎn)線性校準(zhǔn)與評(píng)定，但是無論是制備還是攜帶大量標(biāo)準(zhǔn)氣體至現(xiàn)場都很不方便，這就要求有一種能夠滿足即時(shí)配制不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體且攜帶方便的配氣裝置，以其作為現(xiàn)場校驗(yàn)各種氣體檢測(cè)儀器的標(biāo)定基準(zhǔn)。ZL00211457.7中公開了一種標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置，包括原料氣輸入管、空氣輸入管、配氣管、定值減壓器、壓力表和閥門等，其中原料氣輸入管通過定值減壓器、原料輸出管、原料氣閥門連接配氣導(dǎo)管；定值減壓器分別通過原料氣高壓管，低壓管連接原料氣壓力表和精密壓力表；設(shè)置兩條空氣輸入管，兩條空氣輸入管分別通過空氣閥門和連接管連接配氣導(dǎo)管，其中一條空氣輸入管連接空氣源壓力表；配氣導(dǎo)管連接配氣管并通過連接管連接排氣閥門和排氣管。此裝置雖可準(zhǔn)確配制標(biāo)準(zhǔn)氣體，但該配氣裝置不能實(shí)現(xiàn)高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體或平衡氣體種類隨時(shí)快速切換，且對(duì)氣體流量的控制是通過壓力控制，無法實(shí)現(xiàn)任一輸入通道氣體流量的準(zhǔn)確控制，得到所要求稀釋比例的標(biāo)準(zhǔn)氣體。目前，國內(nèi)外存在兩種用原料氣配制低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣的方法:靜態(tài)配氣法和動(dòng)態(tài)配氣法。靜態(tài)配氣法是把一定量的氣態(tài)或蒸氣態(tài)的原料氣加入已知體積的容器中，再充入平衡氣體，混勻制得。標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度根據(jù)加入原料氣和平衡氣量及容器體積計(jì)算得知。但是由于有些氣體化學(xué)性質(zhì)較活潑，長時(shí)間與容器壁接觸可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)，容器壁也具有吸附作用，故而會(huì)造成配制氣體濃度不準(zhǔn)確或其濃度隨放置時(shí)間而變化，特別是配制低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣時(shí)，常常導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)氣中各組分配比存在較大的誤差。對(duì)于組分較多、用量較小和現(xiàn)場校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)氣體，動(dòng)態(tài)配氣法存在配制時(shí)間長、運(yùn)輸不便等問題，需要采用靜態(tài)體積配氣法。靜態(tài)體積法配制標(biāo)準(zhǔn)氣體作為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10248規(guī)定的方法廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室制備多種小、少量的標(biāo)準(zhǔn)氣體，制備的標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度范圍為10_6 10'，氣體壓力接近大氣壓力，方法的不確定度為1% 5%。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的靜態(tài)體積法配氣裝置一般由氣瓶、氣體減壓閥門、定體積管、壓力計(jì)和真空泵組成。靜態(tài)體積法配氣的原理:在給定的溫度下，用已知體積的定體積管，充填壓力接近或等于大氣壓力的組分氣，然后將此定體積管(或玻璃注射器)內(nèi)的組分氣毫無損失的轉(zhuǎn)換至已知體積的配氣瓶中；再將平衡氣充入配氣瓶，直至所需的最后壓力，通常此壓力大于大氣壓，一般為1.5 X IO5Pa 2.0X IO5Pa為止。靜態(tài)體積法組分含量取決于預(yù)配組分的初始含量、溫度、大氣壓力、每次充填的組分壓力和平衡氣壓力。但是，經(jīng)典靜態(tài)體積法配氣裝置一般由玻璃管線、玻璃量管、玻璃考克(兩通、三通或四通閥門)、玻璃容器、水銀壓力計(jì)和真空泵組成，并采用膠管連接、真空硅油密封。存在玻璃易碎、水銀氣壓計(jì)有毒、系統(tǒng)氣密性低、安全隱患和操作復(fù)雜與配氣壓力低、生產(chǎn)效率低等問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型正是針對(duì)以上技術(shù)問題，提供可解決傳統(tǒng)靜態(tài)體積法采用玻璃系統(tǒng)和水銀氣壓計(jì)配氣時(shí)玻璃易碎、水銀氣壓計(jì)有毒、系統(tǒng)氣密性差、存在安全隱患、操作復(fù)雜、配氣壓力低與生產(chǎn)效率低等問題的新型靜態(tài)體積法配氣裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這樣的:新型靜態(tài)體積法配氣裝置，該裝置包括原料過濾器、原料進(jìn)口控制閥、定量管組件、高壓傳感器、低壓傳感器、氣瓶溫度計(jì)和天平裝置、真空計(jì)。該裝置中的原料氣瓶經(jīng)過濾器后與原料進(jìn)口控制閥連接，原料進(jìn)口控制閥與定量管閥組件連接，再與高壓傳感器控制閥、產(chǎn)品氣閥門、放空閥門、低壓傳感器控制閥、真空計(jì)閥門、真空泵閥門連接，高壓傳感器、低壓傳感器、真空計(jì)與對(duì)應(yīng)閥門連接，氣瓶溫度計(jì)與天平裝置與瓶連接，由開關(guān)真空計(jì)閥門實(shí)現(xiàn)數(shù)字真空計(jì)與配氣系統(tǒng)的通斷。通過開關(guān)對(duì)應(yīng)閥門實(shí)現(xiàn)真空泵的啟動(dòng)、產(chǎn)品氣氣路的開關(guān)和系統(tǒng)放空。產(chǎn)品置于電子天平上，將溫度元件與氣瓶接觸。定量管組件包括四通定量管閥一、四通定量管閥二、定體積管一和定體積管二，定體積管一和定體積管二分別與四通定量管閥一和四通定量管閥二連接。產(chǎn)品氣閥門與低壓傳感器控制閥之間設(shè)置放空閥。高低壓力傳感器、真空計(jì)、溫度采集和天平的數(shù)據(jù)均接入信號(hào)處理系統(tǒng)，同時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)還分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、放空控制閥和真空泵連接。全套系統(tǒng)采用不銹鋼管管路、金屬閥門、金屬定量管、金屬氣瓶容器和觸摸屏顯示器。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括高壓與低壓傳感器、真空計(jì)、溫度、電子天平的信號(hào)采集與處理、數(shù)據(jù)在觸摸屏的顯示和通過以上信號(hào)對(duì)閥門的控制等。壓力傳感器信號(hào)通過程序處理后在觸摸屏上顯示壓力并通過設(shè)定值控制閥門的開關(guān)等；數(shù)字真空計(jì)信號(hào)和電子天平信號(hào)通過程序處理直接在顯示屏上顯示數(shù)值，實(shí)現(xiàn)簡單的稱量值計(jì)算；氣瓶溫度則通過采集鉬電阻的響應(yīng)值，再進(jìn)行處理后在觸摸屏上直觀即時(shí)顯示。全套裝置由內(nèi)外拋光不銹鋼管、內(nèi)拋光不銹鋼閥門、金屬四通定量管及閥門、高精度壓力傳感器、金屬測(cè)溫系統(tǒng)、數(shù)字真空計(jì)和金屬容器組成。根據(jù)充填原料組分和平衡氣組分時(shí)壓力的要求分別選用不同量程的壓力傳感器，保證了壓力測(cè)定引入的不確定度優(yōu)于萬分之一；氣瓶溫度采用鉬電阻元件測(cè)定，經(jīng)處理后氣瓶溫度測(cè)定引入的不確定度優(yōu)于千分之一；量管體積和氣瓶體積分別采用水銀與純凈水標(biāo)定，體積測(cè)定的不確定度優(yōu)于千分之一；金屬材料保證了系統(tǒng)真空度，真空度不大于3Pa。本新型靜態(tài)體積法配氣裝置采用高精度的壓力傳感器代替常規(guī)的水銀壓力計(jì)，配套相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序和閥門等硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)配氣系統(tǒng)壓力數(shù)值從-0.1MPa 2MPa的數(shù)字直觀顯示，同時(shí)采用全金屬管路、閥門、定量管和金屬容器，大大提高了操作安全性和配氣壓力。通過真空泵連鎖裝置、低泄漏率的閥門和系統(tǒng)、簡單的操作程序、兩級(jí)壓力控制等來提高系統(tǒng)的操作性。采用高精度壓力傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力變化，系統(tǒng)壓力是配氣裝置的重要參數(shù)，該值的準(zhǔn)確率和精度是配制精確與否的重要依據(jù)，也是準(zhǔn)確配制既定含量值標(biāo)準(zhǔn)氣體的重要控制手段。高壓傳感器和低壓傳感器內(nèi)部的敏感芯片和波紋膜片之間充有小量硅油，被測(cè)壓力作用到不銹鋼波紋膜片上，通過硅油把壓力傳遞到敏感芯片上。利用半導(dǎo)體硅材料的壓阻效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了壓力與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于敏感芯片上的惠斯登電橋輸出的電壓信號(hào)與作用壓力有著良好的線性關(guān)系，所以可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)壓力的準(zhǔn)確測(cè)量。傳感器處理程序?qū)崿F(xiàn)了監(jiān)測(cè)的最高壓力顯示偏差為0.0lKPa ;選用的高低壓力傳感器的材料均具有極好的抗腐蝕性和長期穩(wěn)定性，在全溫度范圍內(nèi)采用激光調(diào)阻技術(shù)進(jìn)行了溫度補(bǔ)償，在很寬的溫度范圍內(nèi)保持零點(diǎn)、靈敏度、線性和穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)，具有很高的可靠性和良好的重復(fù)性。本實(shí)用新型的積極效果體現(xiàn)在:(一)采用兩個(gè)壓力傳感器、數(shù)字真空計(jì)和配套的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)代替水銀壓力計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)真空、低壓和聞壓的精確測(cè)定和直觀顯不，壓力范圍可達(dá)IOPa 2MPa,顯不偏差達(dá)到0.0lkPa，真空可達(dá)3Pa以下，提高了操作方便性、安全性、可靠性。(二)全金屬的配氣裝置系統(tǒng)，采用了不銹鋼管、不銹鋼閥門、金屬四通定量管及閥門、高精度壓力傳感器、金屬測(cè)溫系統(tǒng)、數(shù)字真空計(jì)和金屬容器。淘汰了玻璃管線、玻璃閥門、玻璃定量管、玻璃容器與膠管連接，提高系統(tǒng)氣密性、操作安全性、方便性和量值準(zhǔn)確度。(三)配氣軟件可以根據(jù)最終產(chǎn)品直接給出配氣方案。對(duì)于可能發(fā)生安全事故和化學(xué)反應(yīng)的配氣組分，系統(tǒng)會(huì)直接給出警示，使設(shè)備操作在簡便性、安全性和快捷性上均得到了極大的提聞。

圖1為本實(shí)用新型裝置的連接關(guān)系示意圖其中，I一原料過濾器、2—原料進(jìn)口控制閥、3—四通定量閥一、4一四通定量閥二、5—定體積管一、6—高壓傳感器、7—高壓傳感器控制閥、8—低壓傳感器、9 一低壓傳感器控制閥、10—廣品氣閥丨]、11 一氣瓶溫度計(jì)和天平裝置、12—放空閥、13—真空栗控制閥、14 一真空計(jì)閥11、15一真空計(jì)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:新型靜態(tài)體積法配氣裝置，該裝置包括原料過濾器、原料進(jìn)口控制閥、定量管組件、高壓傳感器、低壓傳感器、氣瓶溫度計(jì)和天平裝置、真空計(jì)，原料氣瓶經(jīng)過過濾器與原料進(jìn)口控制閥連接，原料進(jìn)口控制閥與定量管組件連接，并通過定量管組件和高壓傳感器控制閥與高壓傳感器連接，原料進(jìn)口控制閥依次通過定量管組件、產(chǎn)品氣閥門與瓶溫度計(jì)和天平裝置連接，原料進(jìn)口控制閥依次通過定量管組件、產(chǎn)品氣閥門和低壓傳感器控制閥與低壓傳感器連接，并通過真空計(jì)閥門與真空計(jì)和真空泵控制閥連接。由開關(guān)真空計(jì)閥門實(shí)現(xiàn)數(shù)字真空計(jì)與配氣系統(tǒng)的通斷。通過開關(guān)對(duì)應(yīng)閥門實(shí)現(xiàn)真空泵的啟動(dòng)、產(chǎn)品氣氣路的開關(guān)和系統(tǒng)放空。產(chǎn)品置于電子天平上，將溫度元件與氣瓶接觸。定量管組件包括四通定量管閥一、四通定量管閥二、定體積管一和定體積管二，定體積管一和定體積管二分別與四通定量管閥一和四通定量管閥二連接。[0027]產(chǎn)品氣閥門與低壓傳感器控制閥之間設(shè)置放空閥。高低壓力傳感器、真空計(jì)、溫度采集和天平的數(shù)據(jù)均接入信號(hào)處理系統(tǒng)，同時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)還分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、放空控制閥和真空泵連接。全套系統(tǒng)采用不銹鋼管管路、金屬閥門、金屬定量管、金屬氣瓶容器和觸摸屏顯示器。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括高壓與低壓傳感器、真空計(jì)、溫度、電子天平的信號(hào)采集與處理、數(shù)據(jù)在觸摸屏的顯示和通過以上信號(hào)對(duì)閥門的控制等。壓力傳感器信號(hào)通過程序處理后在觸摸屏上顯示壓力并通過設(shè)定值控制閥門的開關(guān)等；數(shù)字真空計(jì)信號(hào)和電子天平信號(hào)通過程序處理直接在顯示屏上顯示數(shù)值，實(shí)現(xiàn)簡單的稱量值計(jì)算；氣瓶溫度則通過采集鉬電阻的響應(yīng)值，再進(jìn)行處理后在觸摸屏上直觀即時(shí)顯示。組分原料氣經(jīng)過濾器過濾顆粒等雜質(zhì)后由原料氣進(jìn)口控制閥輸入配氣裝置，置換干凈后由切換四通定量管閥置于定量管中待用，定量管中組分體積量由經(jīng)校準(zhǔn)的量管體積、低壓傳感器定量的壓力和溫度確定，而低壓傳感器由低壓傳感器控制閥實(shí)現(xiàn)開關(guān)。氣瓶中的平衡氣經(jīng)過濾器后由原料氣進(jìn)口控制閥直接將組分氣帶入氣瓶，平衡氣的量由高壓傳感器壓力、氣瓶體積和氣瓶溫度確定，高壓傳感器由高壓傳感器閥實(shí)現(xiàn)開關(guān)。系統(tǒng)真空由數(shù)字真空計(jì)測(cè)定、溫度由精密溫度傳感器測(cè)定并由信號(hào)處理系統(tǒng)處理。高壓傳感器、低壓傳感器、真空計(jì)、溫度計(jì)、電子天平及連鎖控制系統(tǒng)的信號(hào)接入信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，并在觸摸屏上顯示和進(jìn)行操作。根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)組分量值控制原料及產(chǎn)品控制閥、定量管閥和產(chǎn)品控制閥的通斷。通過壓力傳感器處理程序自動(dòng)控制真空泵的開關(guān)以獲得系統(tǒng)的精確目標(biāo)真空數(shù)據(jù)，由放空控制閥控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)放空，通過系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)與真空泵連鎖裝置實(shí)現(xiàn)真空泵的自動(dòng)啟動(dòng)與停止。采用不低于0.25級(jí)精度的精密壓力表進(jìn)行壓力傳感器的校正，保證了傳感器壓力的準(zhǔn)確性。本靜態(tài)體積法配氣裝置采用內(nèi)外拋光的316L不銹鋼管，閥門和過濾器的材質(zhì)也采用316L拋光，保證了配制微量標(biāo)準(zhǔn)氣體的潔凈要求。根據(jù)預(yù)配標(biāo)準(zhǔn)氣體的種類、組分含量和要求設(shè)計(jì)配氣方案，計(jì)算各組分壓力的預(yù)算值，合理設(shè)計(jì)各組分充填順序；將整個(gè)裝置氣路系統(tǒng)保證在2MPa以上高壓和真空狀態(tài)下至少Ih內(nèi)無明顯壓力變化。選擇合適的氣瓶，并進(jìn)行清洗、干燥、抽真空等預(yù)處理和主組分氣體的置換、抽真空等工序的進(jìn)一步處理，以確保氣瓶對(duì)廣品的影響。
權(quán)利要求1.新型靜態(tài)體積法配氣裝置，該裝置包括過濾器、原料進(jìn)口控制閥、定量管組件、高壓傳感器、低壓傳感器、氣瓶溫度計(jì)和稱量天平、真空計(jì)，其特征在于:該裝置中的原料氣瓶經(jīng)過濾器后與原料進(jìn)口控制閥連接，原料進(jìn)口控制閥與定量管閥組件連接，再與高壓傳感器控制閥、產(chǎn)品氣閥門、放空閥門、低壓傳感器控制閥、真空計(jì)閥門、真空泵閥門連接，高壓傳感器、低壓傳感器、真空計(jì)與對(duì)應(yīng)閥門連接，氣瓶溫度計(jì)和天平裝置與氣瓶連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型靜態(tài)體積法配氣裝置，其特征在于:所述的定量管組件包括四通定量管閥一、四通定量管閥二、定體積管一和定體積管二，定體積管一和定體積管二分別與四通定量管閥一和四通定量管閥二連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型靜態(tài)體積法配氣裝置，其特征在于:在所述的產(chǎn)品氣閥門與低壓傳感器控制閥之間設(shè)置放空閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型靜態(tài)體積法配氣裝置，其特征在于:所述的真空計(jì)閥門與真空泵控制閥連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型靜態(tài)體積法配氣裝置，其特征在于:所述的高低壓力傳感器、真空計(jì)、溫度采集和天平的數(shù)據(jù)均接入信號(hào)處理系統(tǒng)，同時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)還分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、放空控制閥和真空泵連接。
專利摘要本實(shí)用新型為一種新型靜態(tài)體積法配氣裝置，該裝置中的原料氣瓶經(jīng)過濾器后與原料進(jìn)口控制閥連接，原料進(jìn)口控制閥與定量管閥組件連接，再與高壓傳感器控制閥、產(chǎn)品氣閥門、放空閥門、低壓傳感器控制閥、真空計(jì)閥門、真空泵閥門連接，高壓傳感器、低壓傳感器、真空計(jì)與對(duì)應(yīng)閥門連接，氣瓶溫度計(jì)與天平裝置與瓶連接。該裝置解決了傳統(tǒng)靜態(tài)體積法采用玻璃系統(tǒng)和水銀氣壓計(jì)配氣時(shí)玻璃易碎、水銀氣壓計(jì)有毒、系統(tǒng)氣密性低、存在安全隱患和操作復(fù)雜與生產(chǎn)效率低等問題。采用不銹鋼管管路、金屬閥門、金屬定量管、壓力傳感器、數(shù)字真空計(jì)、金屬測(cè)溫元件和金屬氣瓶容器，操作簡便、安全系數(shù)高。
文檔編號(hào)B01F15/04GK202951408SQ201220685790
公開日2013年5月29日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者張軍, 王少楠, 代高立, 周鵬云, 陳雅麗 申請(qǐng)人:西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司