專利名稱：標準混合氣體制備裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種標準混合氣體制備裝置，主要用于煤礦氣體檢測設備傳感器校準、產(chǎn)品質量監(jiān)督和質量控制、儀器儀表的校準、大氣環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、臨床檢驗、分析方法的評價等。
背景技術：
標準混合氣體是用一種高純氣體作稀釋氣(又稱平衡氣或背景氣)，再添加一種或幾種其它的高純氣體(又稱組分氣或摻雜氣)配制而成。標準混合氣體中組分的含量可以從1X10-6到50%范圍內(nèi)任意選擇，標準氣體的配制方法主要有稱量法、分壓法、體積法、滲透法、飽和法、電解法、指數(shù)稀釋法、流量比混合法等，從氣體動力學的角度分為靜態(tài)配氣法和動態(tài)配氣法。靜態(tài)配氣法是把一定量的氣態(tài)或蒸氣態(tài)的原料氣體加入已知容積的容器中，再充入稀釋氣體，混勻制得。這種配氣法的優(yōu)點是設備簡單、操作容易，但因有些氣體化學性質較活潑，長時間與容器壁接觸可能發(fā)生化學反應，適用于活潑性較差且用量不大的標準氣體的配制。動態(tài)配氣法是使已知濃度的原料氣體與稀釋氣體按恒定比例連續(xù)不斷地進入混合器混合，從而可以連續(xù)不斷地配制并供給一定濃度的標準氣體。這種方法缺點是所用儀器設備較靜態(tài)配氣法復雜。重量法該方法應用高載荷精密天平稱量裝入鋼瓶中的各氣體組分，根據(jù)各組分的質量t匕，計算出鋼瓶中標準氣的濃度。將配氣鋼瓶進行預處理，除去銹跡和污垢，并經(jīng)水壓試驗合格，然后在烘箱中減壓加熱，冷卻后除去水氣，再用稀釋氣體沖洗。要求裝入鋼瓶中的各組分氣體對鋼瓶材料無腐蝕和吸附等作用。該方法在生產(chǎn)效率上與其它方法相比不是最好的方法。但它以質量單位為依據(jù)，在精度上比較可靠，因此，被公認為是制備基準氣體的主要方法，各個國家的 基準氣體的配制基本采用重量法。壓力比法這種方法在配制混合氣體時，根據(jù)測定各組分的壓力，按指定濃度進行配氣。根據(jù)需要可分別使用波爾銅管式壓力計、油壓力計、麥克列奧真空計等。這種方法的特點是，只需要壓力計，沒有壓縮機也可以制備。然而，充填時容易產(chǎn)生壓縮熱，且混合不勻，對指定濃度準確地充填很困難。質量流量比法該方法以流量比率混合的方法進行標準氣體的配制，因此流量的準確測定是保證所配制氣體的關鍵，常用的一些流量測量方法受氣壓和溫度的影響較大，容易影響標準氣體的精度靜態(tài)容量法將欲配制組分氣體(或液體)通過注射孔注入一密封容器(混合室)中，同時導入稀釋氣體，測定混合氣體的溫度、壓力。根據(jù)配制組分的注入量、容器體積、溫度、壓力計算出標準氣體的濃度。目前，國家標準仍然沿用靜態(tài)容量法配氣裝置配氣。這種配氣方法由于壓力和溫度修正的不確定性導致配制的重復性和準確性較差。國家標準物質研究中心于2002年完成了新型靜態(tài)容量法配制裝置的研制，該裝置不僅可以準確、方便地配制常溫下組分氣體呈氣態(tài)的標準氣體，而且可準確配制常溫下組分氣體呈液態(tài)的標準氣體。該法配制的氣體與重量法、動態(tài)法配制的氣體以及與國際比對用的標準氣體相比較具有很好的一致性。滲透管法滲透管是一種提供原料氣氣源的設備，主要由裝原料液的小容器和滲透膜組成。小容器由耐腐蝕和耐一定壓力的惰性材料制成，滲透膜用聚四氟乙烯塑料制成帽狀，套在小容器的頸部，其厚度小于1mm。它的塑料帽薄壁部分是滲透面，氣體分子在其蒸氣壓力作用下，通過滲透面向外擴散，單位時間內(nèi)的滲透量稱為滲透率。滲透管法對于配制低濃度的標準氣是一種較精確的方法，凡是易揮發(fā)的液體和能被冷凍或壓縮成液態(tài)的氣體都可以用該方法配制標準氣體。該方法已成功地用于二氧化硫、二氧化氮等標準氣體的配制。特殊性質標準氣體的配制性質活潑的標準氣體的配制有些氣體性質特別活潑，極易與氧、水、包裝容器材料發(fā)生反應而使?jié)舛劝l(fā)生變化，這些氣體以往都是用安瓿瓶、飽和蒸氣壓等方法少量配制，不宜長途運輸及長期貯存。20世紀80年代，美國NIST及一些特氣公司如SCOTT等通過實驗，研制出鋼瓶的內(nèi)涂層技術。該技術有效地防止了活性氣體與鋼瓶內(nèi)壁發(fā)生反應，使得氣體的穩(wěn)定性增大，但氣體的穩(wěn)定性只限于半年，最長不超過一年，配制濃度低時保存時間較短，而且該法配制的標準氣體沒有形成量值傳遞與溯源。揮發(fā)性有機化·合物標準氣體的配制揮發(fā)性有機化合物(VOCs)是研究室內(nèi)空氣污染的重要指標，以前配制此類標準氣體均采用滲透法或擴散法，通過改變溫度和擴散管的幾何形狀而得到不同濃度的標準氣體。美國早在20世紀80年代初期就研制出用毛細管準確稱量微量液體的方法。目前，已經(jīng)有多達39種可溯源到NIST量值的VOCs標準氣體。近幾年，我國研究人員借鑒NIST的技術，開發(fā)出適合我國現(xiàn)有條件的VOCs制備技術。用毛細管法、將高壓氣瓶法用于VOCs標準氣體的配制取得了進展，所制備的標準氣體樣品與國外同類標準的量值相比具有同樣的穩(wěn)定性能。

實用新型內(nèi)容根據(jù)以上現(xiàn)有技術中的不足，本實用新型要解決的技術問題是:提供一種解決了上述缺陷的，實現(xiàn)了高精度的混合氣體混合、自動緩沖存儲及輸出的標準混合氣體制備裝置。本實用新型所述的標準混合氣體制備裝置包括原料氣供氣裝置、原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、壓力穩(wěn)定裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置；壓力穩(wěn)定裝置包括供氣壓力穩(wěn)定裝置、平衡氣壓力穩(wěn)定裝置和輸出壓力穩(wěn)定裝置；原料氣供氣裝置通過供氣壓力穩(wěn)定裝置后與原料氣流量比值控制裝置的進氣端相連接，平衡氣供氣裝置通過平衡氣壓力穩(wěn)定裝置后與平衡氣流量比值控制裝置的進氣端相連，原料氣流量比值控制裝置和平衡氣流量比值控制裝置的出氣端通過輸出壓力穩(wěn)定裝置后均分別與混合氣選通緩存裝置和混合氣選通輸出裝置相連接，混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置和混合氣輸出控制裝置依次連接；電腦程序控制顯示裝置分別與原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置相連接。本實用新型還包括清零裝置，清零裝置分別與原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置相連接。壓力穩(wěn)定裝置采用公知裝置，能實現(xiàn)穩(wěn)定氣體壓力即可。所述的原料氣供氣裝置包括多組依次連接的原料氣瓶、減壓閥、原料氣壓力傳感器和原料氣過濾器。所述的原料氣流量比值控制裝置包括多組原料氣質量流量計。組數(shù)與原料氣供氣裝置的組數(shù)相適應。所述的平衡氣供氣裝置包括依次連接的空氣濾清器、空氣泵、單向閥、平衡氣瓶、壓力開關、調(diào)壓器、平衡氣壓力傳感器和平衡氣過濾器。所述的平衡氣流量比值控制裝置包括平衡氣質量流量計。所述的混合氣選通緩存裝置包括多組依次連接的緩沖罐、混合氣壓力傳感器和混合氣選通緩存電磁閥。所述的混合氣選通輸出裝置包括多個混合氣選通輸出電磁閥。所述的混合氣輸出控制裝置包括依次連接的第一輸出電磁閥、穩(wěn)壓閥、流量計和第二輸出電磁閥，其中第一輸出電磁閥還與標氣出口相連接，第二輸出電磁閥還分別與傳感器口和報警儀相連接。所述的清零裝置包括清零電磁閥和平衡氣供氣裝置。本實用新型所具有的有益效果是:標準混合氣體制備裝置可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)各種組分比例的標準混合氣體，且整個混合氣體的生產(chǎn)過程實現(xiàn)了完全自動控制運行，通過電腦程序控制顯示裝置可以隨時在線程序設定各種配制參數(shù)，并且在屏幕即時顯示過程及結果，實現(xiàn)了高精度的混合氣體混合、自動緩沖存儲及輸出，解決了當前在礦山氣體檢測設備傳感器、報警器校準，產(chǎn)品質量監(jiān)督控制，儀器儀表的校準、大氣環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、臨床檢驗、分析方法的評價以及其他需要高質量混合標準氣體場合的迫切需要。

圖1是本實用新型的原理框圖；圖2是本實用新型的結構示意圖。圖中:1、原料氣瓶；2、減壓閥；3、原料氣壓力傳感器；4、原料氣過濾器；5、原料氣質量流量計；6、空氣濾清器；7、空氣泵；8、單向閥；9、平衡氣瓶；10、壓力開關；11、調(diào)壓器；12、平衡氣壓力傳感器；13、平衡氣過濾器；14、平衡氣質量流量計；15、緩沖罐；16、混合氣壓力傳感器；17、混合氣選通緩存 電磁閥；18、混合氣選通輸出電磁閥；19、第一輸出電磁閥；20、穩(wěn)壓閥；21、流量計；22、第二輸出電磁閥；23、清零電磁閥，24、供氣壓力穩(wěn)定裝置；25、平衡氣壓力穩(wěn)定裝置；26、輸出壓力穩(wěn)定裝置。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例做進一步描述:如圖1 2所示，一種標準混合氣體制備裝置，其特征在于:包括原料氣供氣裝置、原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、壓力穩(wěn)定裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置；壓力穩(wěn)定裝置包括供氣壓力穩(wěn)定裝置24、平衡氣壓力穩(wěn)定裝置25和輸出壓力穩(wěn)定裝置26 ；原料氣供氣裝置通過供氣壓力穩(wěn)定裝置24后與原料氣流量比值控制裝置的進氣端相連接，平衡氣供氣裝置通過平衡氣壓力穩(wěn)定裝置25后與平衡氣流量比值控制裝置的進氣端相連，原料氣流量比值控制裝置和平衡氣流量比值控制裝置的出氣端通過輸出壓力穩(wěn)定裝置26后均分別與混合氣選通緩存裝置和混合氣選通輸出裝置相連接，混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置和混合氣輸出控制裝置依次連接；電腦程序控制顯示裝置分別與原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置相連接。清零裝置分別與原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置相連接。原料氣供氣裝·置包括多組依次連接的原料氣瓶1、減壓閥2、原料氣壓力傳感器3和原料氣過濾器4。原料氣流量比值控制裝置包括多組原料氣質量流量計5。平衡氣供氣裝置包括依次連接的空氣濾清器6、空氣泵7、單向閥8、平衡氣瓶9、壓力開關10、調(diào)壓器11、平衡氣壓力傳感器12和平衡氣過濾器13。平衡氣流量比值控制裝置包括平衡氣質量流量計14。混合氣選通緩存裝置包括6組依次連接的緩沖罐15、混合氣壓力傳感器16和混合氣選通緩存電磁閥17?；旌蠚膺x通輸出裝置包括5個混合氣選通輸出電磁閥18?；旌蠚廨敵隹刂蒲b置包括依次連接的第一輸出電磁閥19、穩(wěn)壓閥20、流量計21和第二輸出電磁閥22,其中第一輸出電磁閥19還與標氣出口相連接,第二輸出電磁閥22還分別與傳感器口和報警儀相連接。清零裝置包括清零電磁閥23和平衡氣供氣裝置。工作原理為:在電腦程序控制顯示裝置的電腦程序的控制下，程序檢測到混合氣選通緩存裝置的緩沖罐15內(nèi)氣體低于設定值時，原料氣供氣裝置開始向原料氣流量比值控制裝置供氣，同時平衡氣供氣裝置亦開始向平衡氣流量比值控制裝置供氣。兩種流量比值控制裝置按照程序設定的比例數(shù)值各自輸出符合要求的氣體，混合后經(jīng)過選通，流向對應的緩存罐15儲存。當緩存罐內(nèi)15氣體達到設定要求后，上述裝置得到指令停止工作。接著程序依次對其他緩存罐15輪流檢測，依次依照上述過程工作，完成各個緩存罐15的氣體配置存儲過程。[0054] 當需要向檢測負荷設備供氣時，混合氣選通輸出裝置、清零裝置得到指令，開始對需校驗負荷裝置清零操作，然后混合氣選通輸出裝置按照程序指令，開通對應緩存罐15，輸出要求的混合氣 體。
權利要求1.一種標準混合氣體制備裝置，其特征在于:包括原料氣供氣裝置、原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、壓力穩(wěn)定裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置； 壓力穩(wěn)定裝置包括供氣壓力穩(wěn)定裝置(24)、平衡氣壓力穩(wěn)定裝置(25)和輸出壓力穩(wěn)定裝置(26)； 原料氣供氣裝置通過供氣壓力穩(wěn)定裝置(24)后與原料氣流量比值控制裝置的進氣端相連接，平衡氣供氣裝置通過平衡氣壓力穩(wěn)定裝置(25)后與平衡氣流量比值控制裝置的進氣端相連，原料氣流量比值控制裝置和平衡氣流量比值控制裝置的出氣端通過輸出壓力穩(wěn)定裝置(26)后均分別與混合氣選通緩存裝置和混合氣選通輸出裝置相連接，混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置和混合氣輸出控制裝置依次連接； 電腦程序控制顯示裝置分別與原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的標準混合氣體制備裝置，其特征在于:還包括清零裝置，清零裝置分別與原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置相連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的標準混合氣體制備裝置，其特征在于:所述的原料氣供氣裝置包括多組依次連接的原料氣瓶(I)、減壓閥(2)、原料氣壓力傳感器(3)和原料氣過濾器(4)。
4.根據(jù)權利要求1所述的標準混合氣體制備裝置，其特征在于:所述的原料氣流量比值控制裝置包括多組原料氣質量流量計(5 )。
5.根據(jù)權利要求1所述的標`準混合氣體制備裝置，其特征在于:所述的平衡氣供氣裝置包括依次連接的空氣濾清器(6)、空氣泵(7)、單向閥(8)、平衡氣瓶(9)、壓力開關(10)、調(diào)壓器(11)、平衡氣壓力傳感器(12)和平衡氣過濾器(13)。
6.根據(jù)權利要求1所述的標準混合氣體制備裝置，其特征在于:所述的平衡氣流量比值控制裝置包括平衡氣質量流量計(14 )。
7.根據(jù)權利要求1所述的標準混合氣體制備裝置，其特征在于:所述的混合氣選通緩存裝置包括多組依次連接的緩沖罐(15)、混合氣壓力傳感器(16)和混合氣選通緩存電磁閥(17)。
8.根據(jù)權利要求1所述的標準混合氣體制備裝置，其特征在于:所述的混合氣選通輸出裝置包括多個混合氣選通輸出電磁閥(18)。
9.根據(jù)權利要求1所述的標準混合氣體制備裝置，其特征在于:所述的混合氣輸出控制裝置包括依次連接的第一輸出電磁閥(19)、穩(wěn)壓閥(20)、流量計(21)和第二輸出電磁閥(22)，其中第一輸出電磁閥(19)還與標氣出口相連接，第二輸出電磁閥(22)還分別與傳感器口和報警儀相連接。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的標準混合氣體制備裝置，其特征在于:所述的清零裝置包括清零電磁閥(23)和平衡氣供氣裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種標準混合氣體制備裝置，包括原料氣供氣裝置、原料氣流量比值控制裝置、平衡氣供氣裝置、平衡氣流量比值控制裝置、壓力穩(wěn)定裝置、輸出壓力穩(wěn)定裝置、混合氣選通緩存裝置、混合氣選通輸出裝置、混合氣輸出控制裝置和電腦程序控制顯示裝置。標準混合氣體制備裝置可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)各種組分比例的標準混合氣體，且整個混合氣體的生產(chǎn)過程實現(xiàn)了完全自動控制運行，通過電腦程序控制顯示裝置可以隨時在線程序設定各種配制參數(shù)，并且在屏幕即時顯示過程及結果，實現(xiàn)了高精度的混合氣體混合、自動緩沖存儲及輸出。
文檔編號B01F3/02GK203139972SQ201320153110
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權日2013年3月29日
發(fā)明者白光星, 白念祥 申請人:淄博祥龍測控技術有限公司