專(zhuān)利名稱(chēng)：壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種水蒸氣發(fā)生器。
背景技術(shù)：
氣溶膠影響大氣環(huán)境的重要因素主要包括化學(xué)組分、相態(tài)以及由于吸濕性變化而導(dǎo)致的氣溶膠尺寸的大??；研究表明環(huán)境濕度較高的條件下，氣溶膠顆粒的尺寸增加，由此將導(dǎo)致其光散射作用發(fā)生變化；紅外光譜技術(shù)可以探測(cè)化合物分子的聚集模式、分子取向以及分子間相互作用等結(jié)構(gòu)信息，是研究界面化學(xué)的一種很重要的手段。根據(jù)測(cè)不準(zhǔn)原理，連續(xù)掃描得到的光譜很難同時(shí)滿(mǎn)足高的時(shí)間分辨和光譜分辨。步進(jìn)掃描真空紅外光譜技術(shù)彌補(bǔ)了這方面的不足，光譜分辨率可以達(dá)到lcm-1，同時(shí)時(shí)間分辨率可以達(dá)到納秒級(jí)。但步進(jìn)掃描只適用于完全重復(fù)的反應(yīng)過(guò)程，因此創(chuàng)建一個(gè)完全重復(fù)的化學(xué)環(huán)境對(duì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)高光譜分辨和時(shí)間分辨是必不可少的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水蒸氣發(fā)生裝置，通過(guò)控制氣體的流量大小和某氣壓的停留時(shí)間，構(gòu)建一種氣溶膠表界面刻蝕過(guò)程重復(fù)進(jìn)行的化學(xué)環(huán)境，通過(guò)步進(jìn)掃描真空紅外測(cè)試獲得表界面結(jié)構(gòu)信息，深入研究氣溶膠的物理化學(xué)過(guò)程。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器，它包括水浴、進(jìn)氣截止閥、濕度計(jì)、壓力控制中心、氣壓計(jì)、出氣截止閥、真空泵、微調(diào)閥A和微調(diào)閥B;其外圍設(shè)備是紅外樣品倉(cāng)和光譜分析儀；紅外樣品倉(cāng)包括密封箱體與安裝在密封箱體內(nèi)的樣品池；密封箱體的左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的設(shè)有紅外光可穿透的窗片；樣品池為柱狀結(jié)構(gòu)，其兩端由光學(xué)基片密封，光學(xué)基片上沉淀有氣溶膠樣品；樣品池兩端的光學(xué)基片與密封箱體左右兩側(cè)的窗片同軸；光譜分析儀與紅外樣品倉(cāng)連接；水浴連接進(jìn)氣管路的一端，進(jìn)氣管路的另一端穿過(guò)紅外樣品倉(cāng)與樣品池連通，出氣管路的一端與樣品池連通，另一端穿過(guò)紅外樣品倉(cāng)連接真空泵；氣壓計(jì)安裝在進(jìn)氣管路上，濕度計(jì)安裝在出氣管路上，在氣壓計(jì)與水浴之間的進(jìn)氣管路設(shè)有進(jìn)氣截止閥，在濕度計(jì)與真空泵之間的出氣管路上設(shè)有出氣截止閥；在水浴與進(jìn)氣截止閥之間的連接管路上增設(shè)一個(gè)微調(diào)閥A ;在真空泵與出氣截止閥之間的連接管路上增設(shè)一個(gè)微調(diào)閥B ；壓力控制中心分別與進(jìn)氣截止閥、濕度計(jì)、氣壓計(jì)、出氣截止閥、微調(diào)閥A和微調(diào)閥B連接；壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器的操作方法為A.開(kāi)啟水浴與真空泵，壓力控制中心開(kāi)啟進(jìn)氣截止閥和出氣截止閥，保證進(jìn)氣管路與出氣管路中完全是純水蒸汽；B.壓力控制中心控制微調(diào)閥A和微調(diào)閥B的開(kāi)度，從而控制水蒸氣進(jìn)氣和出氣的速率，得到設(shè)定的氣體壓力Pl后，壓力控制中心關(guān)閉進(jìn)氣截止閥和出氣截止閥，使得樣品池內(nèi)水蒸氣的壓力達(dá)到平衡；壓力控制中心設(shè)定開(kāi)啟進(jìn)氣截止閥7的時(shí)間；C.到達(dá)進(jìn)氣截止閥打開(kāi)的時(shí)間后，進(jìn)氣截止閥自動(dòng)打開(kāi)，出氣截止閥保持關(guān)閉，壓力控制中心對(duì)出氣截止閥關(guān)閉的時(shí)間做出設(shè)定；出氣截止閥關(guān)閉期間樣品池內(nèi)水蒸氣的壓力上升，當(dāng)上升到設(shè)定壓力P2時(shí)，壓力控制中心關(guān)閉進(jìn)氣截止閥，使得樣品池內(nèi)水蒸氣的壓力在P2狀態(tài)保持恒定；D.到達(dá)出氣截止閥關(guān)閉的時(shí)間后，出氣截止閥自動(dòng)打開(kāi)，同時(shí)壓力控制中心打開(kāi)進(jìn)氣截止閥，減小微調(diào)閥A的氣體流量，使得樣品池內(nèi)水蒸氣的壓力下降；當(dāng)樣品池內(nèi)水蒸氣的壓力達(dá)到要求的P3時(shí)，壓力控制中心同時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣截止閥和出氣截止閥，樣品池內(nèi)水蒸氣的壓力在P3保持恒定，壓力控制中心設(shè)定樣品池內(nèi)水蒸氣的壓力在P3條件下保持的時(shí)間；E.到了設(shè)置的時(shí)間，壓力控制中心關(guān)閉出氣截止閥，使得樣品池內(nèi)水蒸氣的壓力上升達(dá)到P4 ;當(dāng)上升到設(shè)定壓力P4時(shí)，壓力控制中心關(guān)閉進(jìn)氣截止閥，使得樣品池內(nèi)水蒸氣的壓力在P4狀態(tài)保持恒定；F.壓力控制中心開(kāi)啟進(jìn)氣截止閥和出氣截止閥，并重復(fù)步驟B-E實(shí)現(xiàn)水蒸氣壓力呈周期性變化；整個(gè)水蒸氣壓力呈周期性變化中的壓力變化和樣品池中的濕度變化由氣壓計(jì)和濕度計(jì)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明的有益效果是(1)利用本發(fā)明使水蒸氣壓力以一定方式進(jìn)行變化，這樣得到的壓力具有良好的周期性和重復(fù)性，滿(mǎn)足步進(jìn)掃描的條件；通過(guò)控制水蒸氣的壓力可以定量地控制發(fā)生反應(yīng)的水分子數(shù)，與定量的氣溶膠顆粒發(fā)生反應(yīng)，提供一種嚴(yán)格重復(fù)性的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境，為獲取氣溶膠表界面刻蝕過(guò)程中間物的結(jié)構(gòu)，聚集狀態(tài)以及分子間作用等信息提供有效的裝置；(2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了智能化，通過(guò)壓力控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)截止閥的控制，并通過(guò)與壓力控制中心連接的氣壓計(jì)與濕度計(jì)可以很直觀得觀察到水蒸氣壓力和濕度變化，便于根據(jù)要求隨時(shí)進(jìn)行條件控制。(3)本發(fā)明易于清洗、拆卸，便于裝置的維護(hù)。


圖1為實(shí)施例中本發(fā)明組成示意圖；圖2為實(shí)施例中本發(fā)明中紅外樣品倉(cāng)內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例中利用本發(fā)明得到的四種不同的水蒸氣壓力變化曲線(xiàn)；其中，1-進(jìn)氣管路、2-出氣管路、3-樣品池、4-光學(xué)基片、5-窗片、6-水浴、7_進(jìn)氣截止閥、8-壓力控制中心、9-出氣截止閥、10-真空泵、11-濕度計(jì)、12-氣壓計(jì)、13-微調(diào)閥A、14-微調(diào)閥B。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)附圖1，一種壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器，它包括水浴6、進(jìn)氣截止閥7、濕度計(jì)11、壓力控制中心8、氣壓計(jì)12、出氣截止閥9、真空泵10、微調(diào)閥A13和微調(diào)閥B14 ;其外圍設(shè)備是紅外樣品倉(cāng)和光譜分析儀；參見(jiàn)附圖2，紅外樣品倉(cāng)包括密封箱體與安裝在密封箱體內(nèi)的樣品池3 ;密封箱體的左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的設(shè)有紅外光可穿透的窗片5 ;樣品池3為柱狀結(jié)構(gòu)，其兩端由光學(xué)基片4密封，光學(xué)基片4上沉淀有氣溶膠樣品；樣品池3兩端的光學(xué)基片4與密封箱體左右兩側(cè)的窗片5同軸；光譜分析儀與紅外樣品倉(cāng)連接；水浴6連接進(jìn)氣管路I的一端，進(jìn)氣管路I的另一端穿過(guò)紅外樣品倉(cāng)與樣品池3連通，出氣管路2的一端與樣品池3連通，另一端穿過(guò)紅外樣品倉(cāng)連接真空泵10 ;氣壓計(jì)12安裝在進(jìn)氣管路I上，濕度計(jì)11安裝在出氣管路2上，在氣壓計(jì)12與水浴6之間的進(jìn)氣管路I設(shè)有進(jìn)氣截止閥7，在濕度計(jì)11與真空泵10之間的出氣管路2上設(shè)有出氣截止閥9 ；在水浴6與進(jìn)氣截止閥7之間的連接管路上增設(shè)一個(gè)微調(diào)閥A13 ;在真空泵10與出氣截止閥9之間的連接管路上增設(shè)一個(gè)微調(diào)閥B14 ；壓力控制中心8分別與進(jìn)氣截止閥7、濕度計(jì)11、氣壓計(jì)12、出氣截止閥9、微調(diào)閥A13和微調(diào)閥B14連接；壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器的操作方法為:A.開(kāi)啟水浴6與真空泵10，壓力控制中心8開(kāi)啟進(jìn)氣截止閥7和出氣截止閥9，保證進(jìn)氣管路I與出氣管路中2完全是純水蒸汽；判定進(jìn)氣管路I與出氣管路中2中是否為純水蒸汽的方法之一為:進(jìn)行光譜測(cè)試，看光譜圖中是否出現(xiàn)CO2的信號(hào)；如存在CO2的信號(hào)，則說(shuō)明為不純水蒸汽，若未出現(xiàn)CO2的信號(hào)，則說(shuō)明為純水蒸汽；判定進(jìn)氣管路I與出氣管路中2中是否為純水蒸汽的方法之二為:根據(jù)公式RH=PziPc^P氣壓計(jì)12的讀數(shù)計(jì)算出相對(duì)濕度，計(jì)算值與濕度計(jì)11顯示的數(shù)值進(jìn)行比較，式中RH表示濕度，P為氣壓計(jì)12的讀數(shù)，P0為飽和壓力值，若計(jì)算值與濕度計(jì)11顯示的數(shù)值相等，則證明為純水蒸汽，若計(jì)算值與濕度計(jì)11顯示的數(shù)值不相等，則為不純水蒸汽；B.壓力控制中心8控制微調(diào)閥A13和微調(diào)閥B14的開(kāi)度，從而控制水蒸氣進(jìn)氣和出氣的速率，得到設(shè)定的氣體壓力Pl后，壓力控制中心8關(guān)閉進(jìn)氣截止閥7和出氣截止閥9，使得樣品池3內(nèi)水蒸氣的壓力達(dá)到平衡；壓力控制中心8設(shè)定開(kāi)啟進(jìn)氣截止閥7的時(shí)間C.到達(dá)進(jìn)氣截止閥7打開(kāi)的時(shí)間后，進(jìn)氣截止閥7自動(dòng)打開(kāi)，出氣截止閥9保持關(guān)閉，壓力控制中心8對(duì)出氣截止閥9關(guān)閉的時(shí)間做出設(shè)定；出氣截止閥9關(guān)閉期間樣品池3內(nèi)水蒸氣的壓力上升，當(dāng)上升到設(shè)定壓力P2時(shí)，壓力控制中心8關(guān)閉進(jìn)氣截止閥7，使得樣品池3內(nèi)水蒸氣的壓力在P2狀態(tài)保持恒定；D.到達(dá)出氣截止閥9關(guān)閉的時(shí)間后，出氣截止閥9自動(dòng)打開(kāi)，同時(shí)壓力控制中心8打開(kāi)進(jìn)氣截止閥7，減小微調(diào)閥A13的氣體流量，使得樣品池3內(nèi)水蒸氣的壓力下降；當(dāng)樣品池3內(nèi)水蒸氣的壓力達(dá)到要求的P3時(shí)，壓力控制中心8同時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣截止閥7和出氣截止閥9，樣品池3內(nèi)水蒸氣的壓力在P3保持恒定，壓力控制中心8設(shè)定樣品池3內(nèi)水蒸氣的壓力在P3條件下保持的時(shí)間；E.到了設(shè)置的時(shí)間，壓力控制中心8關(guān)閉出氣截止閥9，使得樣品池3內(nèi)水蒸氣的壓力上升達(dá)到P4 ;當(dāng)上升到設(shè)定壓力P4時(shí)，壓力控制中心8關(guān)閉進(jìn)氣截止閥7，使得樣品池3內(nèi)水蒸氣的壓力在P4狀態(tài)保持恒定；F.壓力控制中心8開(kāi)啟進(jìn)氣截止閥7和出氣截止閥9，并重復(fù)步驟B-E實(shí)現(xiàn)水蒸氣壓力呈周期性變化；

整個(gè)水蒸氣壓力呈周期性變化中的壓力變化和樣品池3中的濕度變化由氣壓計(jì)12和濕度計(jì)11監(jiān)測(cè)。更優(yōu)的，為了方便實(shí)驗(yàn)人員觀測(cè)數(shù)據(jù)，設(shè)有一個(gè)與壓力控制中心8聯(lián)用的顯示器，通過(guò)顯示器可以觀測(cè)到壓力和濕度的變化曲線(xiàn)。由于濕度計(jì)11和壓力計(jì)12的讀數(shù)會(huì)有偏差，所以在結(jié)果分析中用到的濕度值是通過(guò)光譜中水蒸氣的信號(hào)計(jì)算得到的。顯示器顯示的壓力與濕度曲線(xiàn)用于判斷濕度的變化狀態(tài)。附圖3中給出了四種不同的壓力變化曲線(xiàn)，這些曲線(xiàn)的獲得是通過(guò)壓力控制中心的截止閥開(kāi)啟、時(shí)間設(shè)置以及微調(diào)閥的流量控制幾項(xiàng)參數(shù)同時(shí)配合得到的。
權(quán)利要求
1.一種壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器，其特征在于，它包括:水浴(6)、進(jìn)氣截止閥(7)、濕度計(jì)(11)、壓力控制中心(8)、氣壓計(jì)(12)、出氣截止閥(9)、真空泵(10)、微調(diào)閥A (13)和微調(diào)閥B (14);其外圍設(shè)備是紅外樣品倉(cāng)和光譜分析儀； 所述紅外樣品倉(cāng)包括:密封箱體與安裝在密封箱體內(nèi)的樣品池(3);所述密封箱體的左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的設(shè)有紅外光可穿透的窗片(5);所述樣品池(3)為柱狀結(jié)構(gòu)，其兩端由光學(xué)基片(4)密封，所述光學(xué)基片(4)上沉淀有氣溶膠樣品；所述樣品池(3)兩端的所述光學(xué)基片(4)與所述密封箱體左右兩側(cè)的窗片(5)同軸；所述光譜分析儀與所述紅外樣品倉(cāng)連接； 所述水浴(6)連接進(jìn)氣管路(I)的一端，所述進(jìn)氣管路(I)的另一端穿過(guò)紅外樣品倉(cāng)與所述樣品池(3)連通，所述出氣管路(2)的一端與所述樣品池(3)連通，另一端穿過(guò)所述紅外樣品倉(cāng)連接所述真空泵(10);所述氣壓計(jì)(12)安裝在所述進(jìn)氣管路(I)上，所述濕度計(jì)(11)安裝在所述出氣管路(2)上，在所述氣壓計(jì)(12)與所述水浴(6)之間的進(jìn)氣管路(I)設(shè)有所述進(jìn)氣截止閥(7 )，在所述濕度計(jì)(11)與所述真空泵(10 )之間的出氣管路(2 )上設(shè)有所述出氣截止閥(9);在所述水浴(6)與所述進(jìn)氣截止閥(7)之間的連接管路上增設(shè)一個(gè)微調(diào)閥A (13);在所述真空泵(10)與所述出氣截止閥(9)之間的連接管路上增設(shè)一個(gè)微調(diào)閥 B (14)； 所述壓力控制中心(8)分別與所述進(jìn)氣截止閥(7)、濕度計(jì)(11)、氣壓計(jì)(12)、出氣截止閥(9)、微調(diào)閥A (13)和微調(diào)閥B (14)連接； 壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器的操作方法為: A.開(kāi)啟所述水浴(6)與所述真空泵(10)，所述壓力控制中心(8)開(kāi)啟進(jìn)氣截止閥(7)和出氣截止閥(9)，保證所述進(jìn)氣管路(I)與出氣管路中(2)完全是純水蒸汽； B.所述壓力控制中心(8)控制所述微調(diào)閥A(13)和微調(diào)閥B (14)的開(kāi)度，從而控制水蒸氣進(jìn)氣和出氣的速率，得到設(shè)定的氣體壓力Pl后，所述壓力控制中心(8)關(guān)閉進(jìn)氣截止閥(7)和出氣截止閥(9)，使得樣品池(3)內(nèi)水蒸氣的壓力達(dá)到平衡；所述壓力控制中心(8)設(shè)定開(kāi)啟所述進(jìn)氣截止閥(7)的時(shí)間； C.到達(dá)所述進(jìn)氣截止閥(7)打開(kāi)的時(shí)間后，所述進(jìn)氣截止閥(7)自動(dòng)打開(kāi)，所述出氣截止閥(9)保持關(guān)閉，所述壓力控制中心(8)對(duì)所述出氣截止閥(9)關(guān)閉的時(shí)間做出設(shè)定；所述出氣截止閥(9)關(guān)閉期間樣品池(3)內(nèi)水蒸氣的壓力上升，當(dāng)上升到設(shè)定壓力P2時(shí)，所述壓力控制中心(8)關(guān)閉進(jìn)氣截止閥(7)，使得樣品池(3)內(nèi)水蒸氣的壓力在P2狀態(tài)保持恒定; D.到達(dá)出氣截止閥(9)關(guān)閉的時(shí)間后，出氣截止閥(9)自動(dòng)打開(kāi)，同時(shí)所述壓力控制中心(8)打開(kāi)所述進(jìn)氣截止閥(7)，減小所述微調(diào)閥A (13)的氣體流量，使得樣品池(3)內(nèi)水蒸氣的壓力下降；當(dāng)所述樣品池(3)內(nèi)水蒸氣的壓力達(dá)到要求的P3時(shí)，所述壓力控制中心(8)同時(shí)關(guān)閉所述進(jìn)氣截止閥(7)和出氣截止閥(9)，樣品池(3)內(nèi)水蒸氣的壓力在P3保持恒定，所述壓力控制中心(8)設(shè)定樣品池(3)內(nèi)水蒸氣的壓力在P3條件下保持的時(shí)間； E.到了設(shè)置的時(shí)間，所述壓力控制中心(8)關(guān)閉所述出氣截止閥(9)，使得樣品池(3)內(nèi)水蒸氣的壓力上升達(dá)到P4 ;當(dāng)上升到設(shè)定壓力P4時(shí)，所述壓力控制中心(8)關(guān)閉進(jìn)氣截止閥(7)，使得樣品池(3)內(nèi)水蒸氣的壓力在P4狀態(tài)保持恒定； F.所述壓力控制中心(8)開(kāi)啟進(jìn)氣截止閥(7)和出氣截止閥(9)，并重復(fù)步驟B-E實(shí)現(xiàn)水蒸氣壓力呈周期性變化；整個(gè)水蒸氣壓力呈周期性變化中的壓力變化和所述樣品池(3)中的濕度變化由所述氣壓計(jì)(12 )和所述濕度計(jì)(11)監(jiān)測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器，其特征在于，設(shè)有一個(gè)與所述壓力控制中心(8)聯(lián)用的顯示器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器，其特征在于，判定所述進(jìn)氣管路(I)與出氣管路中(2)中是否為純水蒸汽的方法為:進(jìn)行光譜測(cè)試，看光譜圖中是否出現(xiàn)CO2的信號(hào)；如存在CO2的信號(hào)，則說(shuō)明為不純水蒸汽，若未出現(xiàn)CO2的信號(hào)，則說(shuō)明為純水蒸汽。
4.如權(quán)利要求1或2所述的壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器，其特征在于，判定所述進(jìn)氣管路(I)與出氣管路中(2)中是否為純水蒸汽的方法為:根據(jù)公式RH=PziPc^P氣壓計(jì)(12)的讀數(shù)計(jì)算出相對(duì)濕度，計(jì)算值與所述濕度計(jì)(11)顯示的數(shù)值進(jìn)行比較，式中RH表示濕度，P為氣壓計(jì)(12 )的讀數(shù)，Ptl為飽和壓力值，若計(jì)算值與所述濕度計(jì)(11)顯示的數(shù)值相等，則證明為純水蒸汽 ，若計(jì)算值與所述濕度計(jì)(11)顯示的數(shù)值不相等，則為不純水蒸汽。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種氣壓發(fā)生器。壓力呈周期性變化的水蒸氣發(fā)生器，其技術(shù)方案是，水浴連接進(jìn)氣管路的一端，進(jìn)氣管路的另一端穿過(guò)紅外樣品倉(cāng)與樣品池連通，出氣管路的一端與樣品池連通，另一端穿過(guò)紅外樣品倉(cāng)連接真空泵；氣壓計(jì)安裝在進(jìn)氣管路上，濕度計(jì)安裝在出氣管路上，在氣壓計(jì)與水浴之間的進(jìn)氣管路設(shè)有進(jìn)氣截止閥，在濕度計(jì)與真空泵之間的出氣管路上設(shè)有出氣截止閥；壓力控制中心分別與進(jìn)氣截止閥、氣壓計(jì)、濕度計(jì)、出氣截止閥連接。利用本發(fā)明使水蒸氣壓力呈周期性變化，滿(mǎn)足步進(jìn)掃描的條件；通過(guò)控制水蒸氣的壓力可以定量地控制發(fā)生反應(yīng)的水分子數(shù)，與定量的氣溶膠顆粒發(fā)生反應(yīng)，提供一種嚴(yán)格重復(fù)性的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境。
文檔編號(hào)G01N21/25GK103076289SQ201310019758
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者龐樹(shù)峰, 郭郁蔥, 張?jiān)? 冷春波, 張韞宏 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)