压差稀释配气装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种气体稀释装置，具体涉及一种压差稀释配气装置。


背景技术：

2.环境检测及质量检验监督等检验专业领域相关人员在实际工作中，经常需要绘制不用浓度气体的标准曲线，对购置的高浓度标准气体、液体标准物质进行稀释，稀释制备成不同浓度稀释气。此外，对高浓度的实际样品气在用不同仪器分析设备进行检测分析之前也需要先进行样品气稀释防止仪器污染。
3.现在市面上的气体配气仪的主流技术模式是质量流量控制计原理，普通质量流量控制计测量存在误差，如低流速误差、不同通道间的误差、不同稀释气体的误差，整个配气或稀释过程不够精确，此外，普通质量流量控制计还需返回工厂或专业机构进行校准，过程繁琐。这些气体配气仪的功能比较单一：一是稀释气最终只能配制到苏码罐中；二是只能适用于标准气体的稀释，无法用于通过液体标准物质配制标准稀释气；三是遇到较高浓度实际样品气时，无法稀释，或是稀释倍数较小。
4.目前，亟需提供一种可以快速制备气体稀释气、配气精确、成本大大降低的压差稀释配气装置。


技术实现要素：

5.根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种压差稀释配气装置，利用压差测量技术来快速制备气体稀释气，不受低流速的影响，使用高精度压力传感器减少配气误差，配气精确，成本较市面配气仪大大降低，同时避免了使用普通质量流量控制计可能带来的缺陷。本实用新型可以将标准气体或液体标准物质稀释制备成不同浓度标准稀释气，此外还可以稀释高浓度的实际样品气，满足更多日常实验需求。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.本实用新型所述的压差稀释配气装置，包括六通阀，六通阀上设置有第一接口、第二接口、第三接口、第四接口、第五接口和第六接口，第四接口与标准气体钢瓶相连，第五接口与氮气钢瓶相连，第六接口、三通球阀ⅰ、电磁阀、压力传感器与三通球阀ⅱ依次相连，电磁阀、压力控制器与压力传感器依次相连，三通球阀ⅱ分别与苏玛罐、快速连接插头相连，三通球阀ⅱ、苏玛罐与微量注射器穿刺孔之间相互连通，快速连接插头与真空瓶相连。
8.所述的第四接口与标准气体钢瓶之间的管路上依次设置有压力表ⅰ和减压阀ⅰ。
9.所述的第五接口与氮气钢瓶之间的管路上依次设置有压力表ⅱ和减压阀ⅱ。
10.所述的三通球阀ⅰ上设置有排气口。
11.所述的压力传感器为高精度压力传感器。
12.所述的苏玛罐的最大耐压为49
‑
51psi。
13.所述的苏玛罐是通过螺纹卡套与压差稀释配气装置中的气体管路相连。
14.所述的真空瓶的最大耐压为21
‑
23psi。
15.所述的六通阀有6个通道接口，其中，第一接口、第二接口、第三接口和第四接口可用于设置专门的标准气体通道、内标气通道、样品气通道等。
16.所述的苏玛罐上面设有微量注射器穿刺孔，用于通过液体标准物质配制标准稀释气体方式时，微量注射器通过微量注射器穿刺孔将液体标准物质注入到苏玛罐内。
17.工作原理及过程：
18.(1)本实用新型用标准气体稀释配制成标准稀释气，配制过程如下：
19.标准气体稀释前，准备好已清洗的苏玛罐或者真空瓶，并将真空压力抽至50毫托以下。将苏玛罐或真空瓶(通过快速连接插头)与三通球阀ⅱ相连接。
20.分别打开氮气钢瓶、标准气体钢瓶的阀门，通过调节减压阀ⅰ和减压阀ⅱ，将压力表ⅰ和压力表ⅱ的示值调节至35psi左右。
21.根据实际要求按照下式进行计算，设定好标准气体充入苏码罐或真空瓶后的压力值p1，以及稀释后苏码罐或真空瓶内的最终压力p2。
[0022][0023]
c1：标气的原始浓度，单位ppb；
[0024]
c2：要配制的标气的浓度，单位ppb；
[0025]
p2：标气配制完成后苏玛罐或真空瓶内最终的压力值，单位pa；
[0026]
p1：标气充入苏玛罐或真空瓶后的压力值，单位pa；
[0027]
整个气体稀释过程是通过管路压力差来实现的，稀释过程中，调节六通阀使六通阀的第四接口与第六接口相连通，打开三通球阀ⅰ的排气口阀门，由于管路压差，标准气体钢瓶中的标准气体通过三通球阀ⅰ排气口排出，用标准气体对管路进行冲洗，冲洗完后，旋转三通球阀ⅰ使第六接口与电磁阀相通后，打开电磁阀。由于管路中压差的存在，标准气体钢瓶中的标准气体通过三通球阀ⅱ进入苏玛罐或真空瓶中，达到压力控制器设定的压力值后，压力传感器将信号传达给电磁阀，电磁阀关闭。此时，调节六通阀使六通阀的第五接口与第六接口相连通，打开三通球阀的排气口阀门，氮气钢瓶中的氮气通过三通球阀ⅰ的排气口排出，清洗管路。管路清洗完毕后，旋转三通球阀ⅰ，使六通阀的第六接口与电磁阀相通后，电磁阀打开，氮气钢瓶中的氮气通过三通球阀ⅱ的旋转切换，进入已盛有标准气体的苏码罐或真空瓶内，进行标准气体的稀释配制，当苏玛罐内或真空瓶内压力值达到压力控制器设定的最终压力值时，压力传感器将信号传递给电磁阀，电磁阀关闭，气体稀释过程结束。将苏玛罐上的阀门关闭，或将真空瓶通过快速连接插头取下。
[0028]
(2)本实用新型用液体标准物质配制标准稀释气，配制过程如下：
[0029]
根据需求确定好稀释后苏码罐内最终压力值p2，并设定好压力控制器的压力值p2，依据下式计算好所需液体标准物质的体积v1：
[0030][0031]
v1：液体标准物质所需体积，单位ml；
[0032]
v2：苏玛罐的容积，单位l；
[0033]
v
m
：气体摩尔体积，单位l/mol；
[0034]
p1：大气压，单位psi；
[0035]
p2：最终压力值，单位psi；
[0036]
c1：液体标准物质的浓度，单位μg/ml；
[0037]
c2：所配标气的浓度，单位ppm；
[0038]
m：物质组分的摩尔质量，g/mol。
[0039]
调节六通阀使六通阀的第五接口与第六接口相连通，调节氮气钢瓶所连接的减压阀ⅱ，将压力表ⅱ示数调至35psi左右。旋转三通球阀ⅰ，使六通阀的第六接口与三通球阀ⅰ的排气口相连通，氮气钢瓶中的氮气通过三通球阀ⅰ的排气口排出，用于清洗该配气装置管路。管路清洗完毕后，用微量注射器将适量液体标准物质通过苏码罐上端所设置的微量注射器刺穿孔迅速注射进苏码罐。旋转三通球阀ⅰ使六通阀的第六接口与电磁阀管路连通后，电磁阀打开，氮气钢瓶中的氮气通过三通球阀ⅱ进入苏码罐，将苏码罐内注射的液体标准物质稀释气化。待苏玛罐内压力达到压力控制器设定的压力值后，压力传感器将信号传达给电磁阀，电磁阀关闭，关闭苏玛罐阀门，并将其取下，通过液体标准物质配制标准稀释气的过程结束。
[0040]
(3)本实用新型用于稀释样品气，样品气稀释配制过程如下：
[0041]
①
若用苏码罐采集样品气，将苏玛罐与三通球阀ⅱ连接，将三通球阀ⅱ与苏码罐连通的阀门打开，并打开苏玛罐阀门。调节六通阀使六通阀的第五接口与第六接口相连通，打开氮气钢瓶阀门，将压力表的示值调节至35psi左右，根据稀释倍数，设定罐内最终压力，由于苏玛罐最大耐压在50psi左右(约3个大气压)，故稀释倍数有限(约3倍)，稀释后罐内为正压，静置一段时间混匀。
[0042]
为了实现3倍以上更大倍数的二次稀释，可将装有一次稀释样品气的苏码罐连接到六通阀的第三接口上，并使六通阀的第三接口与第六接口相通，作为二次稀释样品气配制的样品气气源，将二次稀释苏玛罐与三通球阀ⅱ连接。采用与上述(1)标准气体稀释配制成标准稀释气相同的过程，清洗配气装置管路后依次充装样品气及高纯氮气于另外一个新的已清洗干净的二次稀释苏玛罐中，进行二次稀释，实现3倍以上更大倍数样品气稀释。相关参数之间的关系如下：
[0043][0044]
d：样品气稀释倍数；
[0045]
p1：样品采集后苏码罐内的压力，单位psi；
[0046]
p2：一次稀释后苏码罐内的压力，单位psi；
[0047]
p3：二次稀释过程中，充入一次稀释样品气后二次稀释苏玛罐内的压力，单位psi；
[0048]
p4：二次稀释过程中，充入一次稀释样品气后二次稀释苏玛罐内的最终压力，单位psi；
[0049]
②
若用真空瓶采样，样品气稀释配制过程同
①
中苏玛罐采样的样品气的稀释配制过程，只是真空瓶的最大耐压在22psi左右(约1.5个大气压)，样品气稀释倍数在1.5左右。
[0050]
③
若用气袋采集样品气，可用针筒从采气袋中取适量体积的样品气，注射转移到已清洗干净的苏码罐中。将苏码罐与三通球阀ⅱ一端相连，将三通球阀ⅱ与苏码罐连通的阀门打开，设置苏码罐罐内最终压力值。调节六通阀使六通阀的第五接口与第六接口相连通，调节减压阀ⅱ将压力表ⅱ示数至35psi左右。打开三通球阀ⅰ的排气口阀门，由于管路压
差，氮气钢瓶中的氮气，会通过三通球阀ⅰ的排气口排出，清洗管路，清洗完毕后，打开三通球阀ⅰ与电磁阀连通的阀门，电磁阀打开，氮气钢瓶中的氮气通过三通球阀ⅱ进入苏玛罐进行样品气的稀释，待苏玛罐内压力达到压力控制器设定的压力值后，压力传感器将信号传达给电磁阀，电磁阀关闭，关闭苏玛罐阀门，并将其取下，样品气稀释过程结束。相关参数之间的关系如下：
[0051][0052]
d：样品气稀释倍数；
[0053]
p1：大气压，单位psi；
[0054]
p2：样品气稀释后苏玛罐内最终的压力，单位psi；
[0055]
v：苏玛罐的容积，单位l；
[0056]
v1：针筒量取样品气的体积v1，单位l；
[0057]
整个稀释过程结束后，关闭氮气钢瓶、标准气体钢瓶、减压阀ⅰ和减压阀ⅱ的阀门，配气结束。
[0058]
本实用新型所具有的有益效果如下：
[0059]
1、本实用新型利用压差测量技术来快速制备气体稀释气，不受低流速的影响，使用高精度压力传感器减少配气误差，配气精确，成本较市面配气仪大大降低。
[0060]
2、本实用新型可实现标准气体或标准液体物质配制一定浓度的气体标准物质，还可对高浓度样品气进行二次稀释，对于采用苏玛罐、真空瓶、气袋、针筒等方式采集的样品，都可实现样品气的稀释。本实用新型可以实现标准气体、液体标准物质、实际样品气的稀释等多功能用途。
[0061]
3、本实用新型配有六通阀，可以在六通阀上设置标准气体通道、内标气通道、样品气通道等，满足更多日常实际工作需求。
[0062]
4、本实用新型使用方便，装置气体管路与真空瓶连接简单方便。真空瓶通过快速连接插头与仪器相连，当连接上时，真空瓶处在打开的状态，拔下时可实现快速切断连接，真空瓶处在闭合状态，可以有效的确保真空瓶内压力不变。苏玛罐通过螺纹卡套与装置气体管路相连，气密性好。
[0063]
5、本实用新型采用高精度压差测量技术精确制备标气，消除普通质量流量控制计带来的实验误差。
[0064]
6、本实用新型增加了快速连接插头，实现用真空瓶配气。
[0065]
7、本实用新型通过氮气加压和二次稀释，或用注射器抽取适量样品气注射到苏码罐中，用氮气加压稀释，可对高浓度样品气进行高倍稀释。
[0066]
8、本实用新型通过对管线、阀区等流路进行惰性化处理，避免稀释过程样品污染，确保配气过程的稳定性和准确性。
[0067]
9、本实用新型在六通阀与电磁阀之间设有专门排气的三通球阀，排除管路中残存的气体，减少死体积，确保稀释过程的准确性。
附图说明
[0068]
图1是本实用新型结构示意图；
[0069]
图2是样品气二次稀释时的结构示意图；
[0070]
图中：1、六通阀；2、第一接口；3、第二接口；4、第三接口；5、第四接口；6、第五接口；7、第六接口；8、压力表ⅰ；9、减压阀ⅰ；10、标准气体钢瓶；11、压力表ⅱ；12、减压阀ⅱ；13、氮气钢瓶；14、三通球阀ⅰ；15、电磁阀；16、压力传感器；17、三通球阀ⅱ；18、苏玛罐；19、真空瓶；20、排气口；21、压力控制器；22、微量注射器穿刺孔；23、快速连接插头；24、二次稀释苏玛罐。
具体实施方式
[0071]
下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：
[0072]
实施例1
[0073]
如图1所示，压差稀释配气装置包括六通阀1，六通阀1上设置有第一接口2、第二接口3、第三接口4、第四接口5、第五接口6和第六接口7，第四接口5与标准气体钢瓶10相连，第五接口6与氮气钢瓶13相连，第六接口7、三通球阀ⅰ14、电磁阀15、压力传感器16与三通球阀ⅱ17依次相连，电磁阀15、压力控制器21与压力传感器16依次相连，三通球阀ⅱ17分别与苏玛罐18、快速连接插头23相连，三通球阀ⅱ17、苏玛罐18与微量注射器穿刺孔22之间相互连通，快速连接插头23与真空瓶19相连。
[0074]
第四接口5与标准气体钢瓶10之间的管路上依次设置有压力表ⅰ8和减压阀ⅰ9。
[0075]
第五接口6与氮气钢瓶13之间的管路上依次设置有压力表ⅱ11和减压阀ⅱ12。
[0076]
三通球阀ⅰ14上设置有排气口20。
[0077]
压力传感器16为高精度压力传感器。
[0078]
苏玛罐18是通过螺纹卡套与压差稀释配气装置中的气体管路相连。
[0079]
(1)用标准气体稀释配制成标准稀释气，配制过程如下：
[0080]
标准气体稀释前，准备好已清洗的苏玛罐18或者真空瓶19，并将真空压力抽至50毫托以下。将苏玛罐18或真空瓶19(通过快速连接插头23)与三通球阀ⅱ17相连接。
[0081]
分别打开氮气钢瓶13、标准气体钢瓶10的阀门，通过调节减压阀ⅰ9和减压阀ⅱ12，将压力表ⅰ8和压力表ⅱ11的示值调节至35psi左右。
[0082]
根据实际要求按照下式进行计算，设定好标准气体充入苏码罐或真空瓶后的压力值p1，以及稀释后苏码罐或真空瓶内的最终压力p2。
[0083][0084]
c1：标气的原始浓度，单位ppb；
[0085]
c2：要配制的标气的浓度，单位ppb；
[0086]
p2：标气配制完成后苏玛罐或真空瓶内最终的压力值，单位pa；
[0087]
p1：标气充入苏玛罐或真空瓶后的压力值，单位pa；
[0088]
整个气体稀释过程是通过管路压力差来实现的，稀释过程中，调节六通阀1使六通阀1的第四接口5与第六接口7相连通，打开三通球阀ⅰ14的排气口20阀门，由于管路压差，标准气体钢瓶10中的标准气体通过三通球阀ⅰ14排气口20排出，用标准气体对管路进行冲洗，冲洗完后，旋转三通球阀ⅰ14使第六接口7与电磁阀15相通后，打开电磁阀15。由于管路中压差的存在，标准气体钢瓶10中的标准气体通过三通球阀ⅱ17进入苏玛罐18或真空瓶19中，
达到压力控制器21设定的压力值后，压力传感器16将信号传达给电磁阀15，电磁阀15关闭。此时，调节六通阀1使六通阀1的第五接口6与第六接口7相连通，打开三通球阀14的排气口20阀门，氮气钢瓶13中的氮气通过三通球阀ⅰ14的排气口20排出，清洗管路。管路清洗完毕后，旋转三通球阀ⅰ14，使六通阀的第六接口7与电磁阀15相通后，电磁阀15打开，氮气钢瓶13中的氮气通过三通球阀ⅱ17的旋转切换，进入已盛有标准气体的苏码罐18或真空瓶19内，进行标准气体的稀释配制，当苏玛罐18内或真空瓶19内压力值达到压力控制器21设定的最终压力值时，压力传感器16将信号传递给电磁阀15，电磁阀15关闭，气体稀释过程结束。将苏玛罐18上的阀门关闭，或将真空瓶19通过快速连接插头23取下。
[0089]
(2)用液体标准物质配制标准稀释气，配制过程如下：
[0090]
根据需求确定好稀释后苏码罐内最终压力值p2，并设定好压力控制器21的压力值p2，依据下式计算好所需液体标准物质的体积v1：
[0091][0092]
v1：液体标准物质所需体积，单位ml；
[0093]
v2：苏玛罐的容积，单位l；
[0094]
v
m
：气体摩尔体积，单位l/mol；
[0095]
p1：大气压，单位psi；
[0096]
p2：最终压力值，单位psi；
[0097]
c1：液体标准物质的浓度，单位μg/ml；
[0098]
c2：所配标气的浓度，单位ppm；
[0099]
m：物质组分的摩尔质量，g/mol。
[0100]
调节六通阀1使六通阀1的第五接口6与第六接口7相连通，调节氮气钢瓶13所连接的减压阀ⅱ12，将压力表ⅱ11示数调至35psi左右。旋转三通球阀ⅰ14，使六通阀的第六接口7与三通球阀ⅰ14的排气口20相连通，氮气钢瓶13中的氮气通过三通球阀ⅰ14的排气口20排出，用于清洗该配气装置管路。管路清洗完毕后，用微量注射器将适量液体标准物质通过苏码罐18上端所设置的微量注射器刺穿孔22迅速注射进苏码罐18。旋转三通球阀ⅰ14使六通阀的第六接口7与电磁阀15管路连通后，电磁阀15打开，氮气钢瓶13中的氮气通过三通球阀ⅱ17进入苏码罐18，将苏码罐18内注射的液体标准物质稀释气化。待苏玛罐18内压力达到压力控制器21设定的压力值后，压力传感器16将信号传达给电磁阀15，电磁阀15关闭，关闭苏玛罐18阀门，并将其取下，通过液体标准物质配制标准稀释气的过程结束。
[0101]
(3)用于稀释样品气，样品气稀释配制过程如下：
[0102]
①
若用苏码罐18采集样品气，将苏玛罐18与三通球阀ⅱ17连接，将三通球阀ⅱ17与苏码罐18连通的阀门打开，并打开苏玛罐18阀门。调节六通阀1使六通阀1的第五接口6与第六接口7相连通，打开氮气钢瓶13阀门，将压力表11的示值调节至35psi左右，根据稀释倍数，设定罐内最终压力，由于苏玛罐最大耐压在50psi左右(约3个大气压)，故稀释倍数有限(约3倍)，稀释后罐内为正压，静置一段时间混匀。
[0103]
如图2所示，为了实现3倍以上更大倍数的二次稀释，可将装有一次稀释样品气的苏码罐18连接到六通阀1的第三接口4上，并使六通阀1的第三接口4与第六接口7相通，作为二次稀释样品气配制的样品气气源，将二次稀释苏玛罐24与三通球阀ⅱ17连接。采用与上
述(1)标准气体稀释配制成标准稀释气相同的过程，清洗配气装置管路后依次充装样品气及高纯氮气于另外一个新的已清洗干净的二次稀释苏玛罐24中，进行二次稀释，实现3倍以上更大倍数样品气稀释。相关参数之间的关系如下：
[0104][0105]
d：样品气稀释倍数；
[0106]
p1：样品采集后苏码罐内的压力，单位psi；
[0107]
p2：一次稀释后苏码罐内的压力，单位psi；
[0108]
p3：二次稀释过程中，充入一次稀释样品气后二次稀释苏玛罐内的压力，单位psi；
[0109]
p4：二次稀释过程中，充入一次稀释样品气后二次稀释苏玛罐内的最终压力，单位psi；
[0110]
②
若用真空瓶19采样，样品气稀释配制过程同
①
中苏玛罐18采样的样品气的稀释配制过程，只是真空瓶19的最大耐压在22psi左右(约1.5个大气压)，样品气稀释倍数在1.5左右。
[0111]
③
若用气袋采集样品气，可用针筒从采气袋中取适量体积的样品气，注射转移到已清洗干净的苏码罐18中。将苏码罐18与三通球阀ⅱ17一端相连，将三通球阀ⅱ17与苏码罐18连通的阀门打开，设置苏码罐18罐内最终压力值。调节六通阀1使六通阀1的第五接口6与第六接口7相连通，调节减压阀ⅱ12将压力表ⅱ11示数至35psi左右。打开三通球阀ⅰ14的排气口20阀门，由于管路压差，氮气钢瓶13中的氮气，会通过三通球阀ⅰ14的排气口20排出，清洗管路，清洗完毕后，打开三通球阀ⅰ14与电磁阀15连通的阀门，电磁阀15打开，氮气钢瓶13中的氮气通过三通球阀ⅱ17进入苏玛罐18进行样品气的稀释，待苏玛罐18内压力达到压力控制器21设定的压力值后，压力传感器16将信号传达给电磁阀15，电磁阀15关闭，关闭苏玛罐18阀门，并将其取下，样品气稀释过程结束。相关参数之间的关系如下：
[0112][0113]
d：样品气稀释倍数；
[0114]
p1：大气压，单位psi；
[0115]
p2：样品气稀释后苏玛罐内最终的压力，单位psi；
[0116]
v：苏玛罐的容积，单位l；
[0117]
v1：针筒量取样品气的体积v1，单位l；
[0118]
整个稀释过程结束后，关闭氮气钢瓶13、标准气体钢瓶10、减压阀ⅰ9和减压阀ⅱ12的阀门，配气结束。