本發(fā)明涉及一種實驗設(shè)備，具體地，涉及一種氣體收集與計量裝置，尤其是用于氣體連續(xù)收集的排水式裝置。

背景技術(shù)：

在各種實驗過程中，難免需要收集和計量某種氣體體積，有些實驗過程中的產(chǎn)氣量并不穩(wěn)定，壓力變化較大，使用常規(guī)的普通濕式流量計難以準(zhǔn)確計量。

若采用專利文獻(xiàn)cn104421603a和cn101788104a所示的傳統(tǒng)鐘罩式氣柜或其改進(jìn)型，則只適用于氣體收集和總體積測量，無法實現(xiàn)氣體流量的連續(xù)測量。受壓力、場地或氣量限制，采用傳統(tǒng)的鐘罩式氣柜進(jìn)行氣體計量也不準(zhǔn)確。鐘罩式氣柜需要待收集氣體有一定壓力，占地面積大，不適用于少量氣體體積的測量。

若使用傳統(tǒng)的排水式氣柜，則需要根據(jù)壓差人工調(diào)節(jié)排水速率，因而對排水速率難以準(zhǔn)確控制，容易使集氣瓶內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓而導(dǎo)致空氣滲入集氣瓶。傳統(tǒng)排水式氣柜通常也只適合于短時間、少氣量的計量、收集和儲存，不適用于連續(xù)操作裝置的氣體收集、計量。此外，如果產(chǎn)氣量較大，集氣時間較長，排水式不僅浪費寶貴水資源，排出的可能溶有有機(jī)物的水也很難處理，而且長時間人工排水出現(xiàn)意外的可能性大大提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷或不足，本發(fā)明提供了一種氣體收集與計量裝置及其使用方法，能夠?qū)崿F(xiàn)氣體的收集與計量，尤其是連續(xù)氣體的收集、計 量及自動控制、記錄。

為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種氣體收集與計量裝置，包括儲氣室、控制器和排液泵，儲氣室設(shè)有分別帶閥門的進(jìn)氣口、排氣口、注液口和排液口，進(jìn)氣口連接的進(jìn)氣管中設(shè)有測量管內(nèi)氣壓的壓力傳感器，排液泵從排液口向外排出液體，儲氣室內(nèi)保持恒定的壓力和溫度并設(shè)有液位傳感器；

其中，儲氣室內(nèi)注滿由注液口注入的液體，通過對進(jìn)氣口、排氣口、注液口和排液口的控制，能夠使得從進(jìn)氣口通入的氣體被收集于儲氣室內(nèi)且收集的氣體體積量等量于從排液口排出的液體體積量，控制器至少配置為：

當(dāng)從進(jìn)氣口通入氣體，使壓力傳感器反饋的管內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定氣壓值時，控制啟動排液泵；

實時控制排液泵的輸出功率，以保持管內(nèi)氣壓基本恒定；以及

讀取液位傳感器的顯示液位以獲得儲氣室內(nèi)收集的氣體容積。

優(yōu)選地，儲氣室包括第一儲氣室和第二儲氣室，氣體收集與計量裝置包括總進(jìn)氣管，該總進(jìn)氣管連接有第一分支進(jìn)氣管和第二分支進(jìn)氣管，第一分支進(jìn)氣管與第一儲氣室的第一進(jìn)氣口連接且管路中安裝有第一進(jìn)氣閥，第二分支進(jìn)氣管與第二儲氣室的第二進(jìn)氣口連接且管路中安裝有第二進(jìn)氣閥；

第一儲氣室的第一排液口通過第一返液管與第二儲氣室的第二注液口連接，第二儲氣室的第二排液口通過第二返液管與第一儲氣室的第一注液口連接，第一返液管和第二返流管中共同安裝有排液泵，以選擇性地導(dǎo)通第一返液管或第二返流管。

優(yōu)選地，排液泵包括第一排液泵和第二排液泵，第一排液泵安裝在第一返液管中，第二排液泵安裝在第二返液管中。

優(yōu)選地，氣體收集與計量裝置還包括第一三通閥和第二三通閥，第一返液管和第二返流管具有共同的中間管段，該中間管段的一端安裝有第一三通 閥，該第一三通閥的兩個進(jìn)口端分別連接第一排液口和第二排液口，中間管段的另一端安裝有第二三通閥，該第二三通閥的兩個出口端分別連接第一注液口和第二注液口，排液泵安裝在第一三通閥與第二三通閥之間的中間管段中。

優(yōu)選地，氣體收集與計量裝置包括總排氣管，該總排氣管連接有第一分支排氣管和第二分支排氣管，第一分支排氣管與第一儲氣室的第一排氣口連接且管路中安裝有第一排氣閥，第二分支排氣管與第二儲氣室的第二排氣口連接且管路中安裝有第二排氣閥，總排氣管中設(shè)有氣體取樣口。

優(yōu)選地，第一返液管的靠近第一排液口的一端連接有第一排液分接管，該第一排液分接管中安裝有第一排液閥，第二返液管的靠近第二排液口的一端連接有第二排液分接管，該第二排液分接管中安裝有第二排液閥。

優(yōu)選地，排液泵為蠕動泵。

優(yōu)選地，排液泵為能夠計量排液量的排液計量泵。

優(yōu)選地，控制器還配置為控制關(guān)閉或打開進(jìn)氣口、排氣口、注液口和排液口的閥門。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了根據(jù)上述氣體收集與計量裝置的使用方法，該方法包括：

步驟一：使第一儲氣室注滿液體并使第二儲氣室的液位為0；關(guān)閉第一排氣口、第二進(jìn)氣口和第二返液管，且開通第一進(jìn)氣口、第二排氣口和第一返液管；

步驟二：從第一進(jìn)氣口通入氣體，當(dāng)?shù)谝贿M(jìn)氣口的管內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定氣壓值時，控制啟動排液泵，通過第一返液管將第一儲氣室內(nèi)的與通入氣體體積等量的液體排向第二儲氣室；此時若氣體未收集完畢，進(jìn)入步驟三，否則進(jìn)入步驟五；

步驟三：繼續(xù)通入氣體直至第一儲氣室中的顯示液位為0或第二儲氣室 中的顯示液位為最高液位，進(jìn)行切換操作，開通第二返液管且關(guān)閉第一返液管，關(guān)閉第一進(jìn)氣口和第二排氣口，且開通第一排氣口和第二進(jìn)氣口；

步驟四：從第二進(jìn)氣口通入氣體，當(dāng)?shù)诙M(jìn)氣口的管內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定氣壓值時，控制啟動排液泵，通過第二返液管將第二儲氣室內(nèi)的與通入氣體體積等量的液體排向第一儲氣室；當(dāng)?shù)谝粌馐抑械娘@示液位為最高液位或第二儲氣室中的顯示液位為0時，再次進(jìn)行切換操作，返回到步驟一；

步驟五：氣體收集完畢后，統(tǒng)計收集的氣體總體積。

優(yōu)選地，在步驟五中，記錄切換操作的次數(shù)，并記錄最后一次切換操作后，通入氣體的第一儲氣室或第二儲氣室的顯示液位，以獲得該儲氣室內(nèi)的剩余氣體容積，并計算氣體總體積；

其中，當(dāng)v1＝v2時，v氣＝n(v1+v2)/2+v’；

當(dāng)v1>v2時，v氣＝nv2+v’；

當(dāng)v1<v2時，v氣＝nv1+v’；

v1為第一儲氣室的容積，v2為第二儲氣室的容積，v氣為收集的氣體總體積。

優(yōu)選地，當(dāng)排液泵為能夠計量排液量的排液計量泵時，在步驟五中，通過讀取排液泵的總排液量獲得氣體總體積。

優(yōu)選地，上述方法還包括：通過記錄排液泵的瞬時排液量而獲得瞬時氣體流量。

在本發(fā)明中，通過進(jìn)氣口向注滿液體的儲氣室中通入一定壓力的氣體，以排水方式收集氣體，其中通過控制器能夠?qū)崿F(xiàn)氣體收集的自動化控制、計量，并使壓力傳感器反饋的管內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定氣壓值時才控制啟動排液泵，可避免產(chǎn)生負(fù)壓而吸入空氣，儲氣室可大可小，適合于小氣體量的收集，尤其是采用相互連通的兩個儲氣室時，液體可在氣壓作用下在一個儲氣室與另一儲氣室之間反復(fù)輸送，特別適用于連續(xù)氣體的收集、計量，計量準(zhǔn)確、占 地面積小且不浪費寶貴水資源。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式的氣體收集與計量裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式的氣體收集與計量裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3與圖2類似，不同之處在于采用了獨立的兩個排水計量泵。

附圖標(biāo)記說明

1第一儲氣室2第二儲氣室

3控制器4總進(jìn)氣管

5總排氣管6第一返流水管

7第二返流管8第一三通閥

9排水計量泵10第二三通閥

11第一壓力傳感器21第二壓力傳感器

12第一液位傳感器22第二液位傳感器

41第一分支進(jìn)氣管42第二分支進(jìn)氣管

51第一分支排氣管52第二分支排氣管

j1第一進(jìn)氣口j2第二進(jìn)氣口

p1第一排氣口p2第二排氣口

z1第一注水口z2第二注水口

s1第一排水口s2第二排水口

aj第一進(jìn)氣閥bj第二進(jìn)氣閥

ap第一排氣閥bp第二排氣閥

az第一注水閥bz第二注水閥

as第一排水閥bs第二排水閥

q氣體取樣口

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種氣體收集與計量裝置，該氣體收集與計量裝置包括儲氣室、控制器3和排液泵9，儲氣室設(shè)有分別帶閥門的進(jìn)氣口、排氣口、注液口和排液口，進(jìn)氣口連接的進(jìn)氣管中設(shè)有測量管內(nèi)氣壓的壓力傳感器，排液泵9從排液口向外排出液體，儲氣室內(nèi)保持恒定的壓力和溫度并設(shè)有液位傳感器；其中，儲氣室內(nèi)注滿由注液口注入的液體(例如本實施方式中采用的水)，通過對進(jìn)氣口、排氣口、注液口和排液口的控制，能夠使得從進(jìn)氣口通入的氣體被收集于儲氣室內(nèi)且收集的氣體體積量等量于從排液口排出的液體體積量，控制器3至少配置為：

當(dāng)從進(jìn)氣口通入氣體，使壓力傳感器反饋的管內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定氣壓值時，控制啟動排液泵9；

實時控制排液泵9的輸出功率，以保持管內(nèi)氣壓基本恒定；以及

讀取液位傳感器的顯示液位以獲得儲氣室內(nèi)收集的氣體容積。

本發(fā)明裝置通過儲氣室以排液方式收集氣體并計量，不同于傳統(tǒng)的鐘罩 式氣柜和排水式氣柜，本發(fā)明裝置中特別設(shè)置了壓力傳感器結(jié)合控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)氣體收集過程的自動化控制，通過壓力控制避免儲氣室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓而吸入外界空氣，通過液位感應(yīng)器能夠?qū)崟r讀數(shù)、記錄，獲得收集氣體量，甚至瞬時氣體流量。而且本發(fā)明裝置適合于實驗用小氣體量的收集，裝置尺寸小，占地小。

特別的，為獲得連續(xù)的氣體收集，并避免水資源浪費，在圖1所示的裝置基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，采用相互連通的兩個儲氣室，使液體可在輸入氣體的作用下在一個儲氣室與另一儲氣室之間反復(fù)輸送。如圖2所示，儲氣室包括第一儲氣室1和第二儲氣室2，氣體收集與計量裝置包括總進(jìn)氣管4，該總進(jìn)氣管4連接有第一分支進(jìn)氣管41和第二分支進(jìn)氣管42，第一分支進(jìn)氣管41與第一儲氣室1的第一進(jìn)氣口j1連接且管路中安裝有第一進(jìn)氣閥aj，第二分支進(jìn)氣管42與第二儲氣室2的第二進(jìn)氣口j2連接且管路中安裝有第二進(jìn)氣閥bj；其中，第一儲氣室1的第一排液口s1通過第一返液管6與第二儲氣室2的第二注液口z2連接，第二儲氣室2的第二排液口s2通過第二返液管7與第一儲氣室1的第一注液口z1連接，第一返液管6和第二返流管7中共同安裝有排液泵9，以選擇性地導(dǎo)通第一返液管6或第二返流管7。

可見，圖2所示的裝置中設(shè)置了兩個儲氣室，通過分支進(jìn)氣管的設(shè)置，氣體可選擇性地進(jìn)入兩個儲氣室，而且通過返液管的設(shè)置，可在通入氣體的作用下，使得液體在兩個儲氣室之間往復(fù)傳送，通入的氣體可在兩個排氣口加總收集，以實現(xiàn)氣體量的累積統(tǒng)計。這樣，當(dāng)向第一儲氣室1輸入氣體時，氣體收集在第一儲氣室1內(nèi)，同時由于第一儲氣室1的第一排液口s1通過第一返液管6與第二儲氣室2的第二注液口z2連接，使得第一儲氣室1的排水全部注入第二儲氣室2內(nèi)。當(dāng)?shù)谝粌馐?的水完全排空時，通過對進(jìn)氣閥的切換操作，即關(guān)閉第一進(jìn)氣閥aj同時打開第二進(jìn)氣閥bj，關(guān)閉第二排氣閥bp、打開第一排氣閥ap，使得向第二儲氣室2輸入氣體，而第二儲氣 室2的水通過第二返液管7向第一儲氣室1灌注。這樣，連續(xù)通入的氣體可在控制下輪流注入兩個儲氣室內(nèi)，導(dǎo)致水在兩個儲氣室之間反復(fù)傳送，控制器可反復(fù)累積計算收集氣體的氣體量，因而特別適于少量氣體的連續(xù)性計量、自動化監(jiān)測和控制。

其中，為實現(xiàn)從進(jìn)氣口通入的氣體被完全收集于儲氣室內(nèi)而不外漏，使得收集的氣體量能夠等量于從排液口排出的液體量，在圖1中可通過對進(jìn)氣口、排氣口、注液口和排液口的開關(guān)控制實現(xiàn)，也可如圖2所示通過注液口和排液口的返液管連接方式來實現(xiàn)。

為方便氣體加總收集，圖2的氣體收集與計量裝置還包括總排氣管5，該總排氣管5連接有第一分支排氣管51和第二分支排氣管52，第一分支排氣管51與第一儲氣室1的第一排氣口p1連接且管路中安裝有第一排氣閥ap，第二分支排氣管52與第二儲氣室2的第二排氣口p2連接且管路中安裝有第二排氣閥bp。這樣，可由總排氣管5進(jìn)行方便的氣體加總收集。而且，總排氣管5中可設(shè)有一個或若干個氣體取樣口q，以方便地對第一儲氣室1或第二儲氣室2進(jìn)行氣體取樣。

如圖2所示，該氣體收集與計量裝置還包括第一三通閥8和第二三通閥10，第一返液管6和第二返流管7具有共同的中間管段，該中間管段的一端安裝有第一三通閥8，該第一三通閥8具有兩個進(jìn)口端和一個出口端，其兩個進(jìn)口端分別連接第一排液口s1和第二排液口s2，中間管段的另一端安裝有第二三通閥10，該第二三通閥10具有兩個出口端和一個進(jìn)口端，其兩個出口端分別連接第一注液口z1和第二注液口z2，排液泵9安裝在第一三通閥8與第二三通閥10之間的中間管段中。這樣，通過控制器3對兩個三通閥的切換控制，可方便地實現(xiàn)第一返液管6和第二返流管7的切換導(dǎo)通。

當(dāng)然可選擇地，排液泵9也可以有兩個，如圖3所示，其中的第一排液泵獨立安裝在第一返液管6中，第二排液泵獨立安裝在第二返液管7中，即 第一返液管6和第二返流管7之間不存在共同的中間管段，兩返流管不相交，且各自返流管中均獨立安裝有排液泵9。這樣，通過控制器3對兩個排液泵9的開停機(jī)控制，也能夠?qū)崿F(xiàn)第一返液管6和第二返流管7的切換導(dǎo)通。

此外，為方便對外排液，第一返液管6的靠近第一排液口s1的一端還旁接有第一排液分接管，該第一排液分接管中安裝有第一排液閥as，第二返液管7的靠近第二排液口s2的一端也連接有第二排液分接管，該第二排液分接管中安裝有第二排液閥bs。這樣可在完成實驗后進(jìn)行通過排液分接管將儲氣室內(nèi)的液體完全排空或?qū)崿F(xiàn)液體更替。

其中，排液泵9優(yōu)選為蠕動泵，其便于控制流量、壓力，精確度高?？刂破?內(nèi)可設(shè)有例如壓力測量反饋控制回路與第一壓力感應(yīng)器11和第二壓力感應(yīng)器21通訊，也可設(shè)有液位測量反饋控制回路與第一液位傳感器12和第二液位傳感器22通訊，還可設(shè)有記錄單元和計算單元等，以記錄以下將具體述及的切換控制次數(shù)、實時顯示液位和瞬時氣體流量，計算加總氣體量等等。另外，可通過手動操控各個閥門，例如第一注水閥az、第二注水閥bz等，但更可通過設(shè)置電磁閥、比例電磁鐵等，由控制器3進(jìn)行自動控制，即根據(jù)控制程序需要，自動控制關(guān)閉或打開進(jìn)氣口、排氣口、注液口和排液口的各個閥門。

上述氣體收集與計量裝置在使用時，通常包括以下步驟，即：

步驟一：使第一儲氣室1注滿液體并使第二儲氣室2的液位為0；關(guān)閉第一排氣口p1、第二進(jìn)氣口j2和第二返液管7，且開通第一進(jìn)氣j1口、第二排氣口p2和第一返液管6；即向第一儲氣室1通入氣體的準(zhǔn)備步驟；

步驟二：從第一進(jìn)氣口j1通入氣體，當(dāng)?shù)谝贿M(jìn)氣口j1的管內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定氣壓值時，控制啟動排液泵9，通過第一返液管6將第一儲氣室1內(nèi)的與通入氣體體積等量的液體排向第二儲氣室2；此時若氣體未收集完畢，進(jìn)入步驟三，否則進(jìn)入步驟五；即向第一儲氣室1通入氣體及其過程控制、監(jiān) 控記錄的實施步驟；如前所述，過程控制中，需要注意計量泵的啟動點，實時控制排液泵9的輸出功率，以保持管內(nèi)氣壓基本恒定，避免產(chǎn)生儲氣室負(fù)壓。若氣體量較小，則通過步驟一和步驟二可在第一儲氣室1內(nèi)完成對氣體的收集，即通過圖1裝置即可完成收集，若通入氣體具有連續(xù)性且氣量較大，則需要繼續(xù)步驟三；

步驟三：繼續(xù)通入氣體直至第一儲氣室1中的所述顯示液位為0或第二儲氣室2中的顯示液位為最高液位，進(jìn)行切換操作，開通第二返液管7且關(guān)閉第一返液管6；關(guān)閉第一進(jìn)氣口j1和第二排氣口p2且使第一排氣口p1和第二進(jìn)氣口j2保持開通；即向第二儲氣室2通入氣體的準(zhǔn)備步驟及進(jìn)氣切換、液體流向切換；

步驟四：從第二進(jìn)氣口j2通入氣體，當(dāng)?shù)诙M(jìn)氣口j2的管內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定氣壓值時，控制啟動排液泵9，通過第二返液管7將第二儲氣室2內(nèi)的與通入氣體體積等量的液體排向第一儲氣室1；當(dāng)?shù)谝粌馐?中的所述顯示液位為最高液位或第二儲氣室2中的顯示液位為0時，再次進(jìn)行切換操作，返回到步驟一；此步驟四即向第二儲氣室2通入氣體的實施步驟及再次切換控制步驟；

步驟五：氣體收集完畢后，計算收集的氣體總體積v氣。

此步驟五即記錄與計算步驟。當(dāng)排液泵9為普通水泵時，可記錄切換操作的次數(shù)n，并記錄最后一次切換操作后，通入氣體的第一儲氣室1或第二儲氣室2的顯示液位，以獲得該儲氣室內(nèi)的剩余氣體容積v’；

從而當(dāng)v1＝v2時，v氣＝n(v1+v2)/2+v’；

當(dāng)v1>v2時，v氣＝nv2+v’；

當(dāng)v1<v2時，v氣＝nv1+v’；

v1為第一儲氣室1的容積，v2為第二儲氣室2的容積。

切換操作的次數(shù)n代表容積最小的儲氣室的同容積液體的往復(fù)輸送次 數(shù)，加上最后一次切換操作后通入氣體的儲氣室內(nèi)的收集氣體量(即剩余氣體容積v’)，即累積收集的氣體總體積v氣。

特別地，排液泵9還可以是具有排液量計量、統(tǒng)計功能的各類型的排液計量泵，因而在步驟五中，可直接通過讀取圖2所示的排液泵9的正向排液和反向排液的總排液量來獲得氣體總體積v氣，或者如圖3所示，當(dāng)?shù)谝环狄汗?和第二返流管7上分別存在獨立排液泵9時，兩個排液泵9的總排液量即等同氣體總體積v氣。此外，還可通過排液計量泵的總排液量來對例如通過上述公式獲得的氣體總體積v氣進(jìn)行比較、驗證。

其中，采用本發(fā)明裝置，不僅可精確計算收集的總氣體量，還可以通過對蠕動泵的精確、實時控制，通過記錄其瞬時排液量而獲得瞬時氣體流量。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種簡單變型，例如本發(fā)明不限于采用蠕動泵9，其也可由其它同等功效的排液泵替代；這些簡單變型均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。