專利名稱：一種動態配氣儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種動態配氣儀，尤其是涉及一種可精確控制原料和稀釋氣體流量的液配氣及氣配氣ニ合一的動態配氣儀。
背景技術：
配氣儀是用于將兩種或兩種以上的氣體(市面上多為兩種)，按照一定比例進行配比、混合并輸出設定濃度氣體的儀器。在環境、衛生監測及科研、教學、計量等機構經常要進行兩種或兩種以上的氣體調配，隨著科技的發展，人們對配氣儀的要求也越來越高。目前市面上多見的有兩種原理的配氣儀，一種是三通電磁閥原理，另ー種是質量流量計原理。根據用戶需要可自行選擇。采用三通電磁閥原理的配氣儀主要利用單片機控制高速三通電磁閥，通過對兩路氣體通斷進行選擇，從而達到調節每一路氣體的采樣量，獲得設定濃度的氣體，從而實現氣體配比，例如專利號為CN2825085Y的高精度配氣儀。但電磁閥原理的配氣儀的優點是氣體適用范圍比較廣，操作比較簡單，價格相對較低。常規氣體，無需經過特殊設置或換算，就可以直接使用。對于氣體種類和所要配比的濃度，在儀器出廠前不需要調教。但是，只能用于將兩種氣體進行配比；配比精度低(大于1%)。采用質量流量計原理的配氣儀主要利用單片機控制質量流量計的流量，從而實現不同氣體的配比。例如申請號為201010176846. 2的一種標準氣體配氣儀。質量流量計原理的配氣儀主要特點是配氣精度高(小于O. 5%)，但價格較貴。對于不同種類的氣體，需要采用不同的配氣儀。每臺配氣儀只能配置出廠設定濃度范圍內的氣體。目前，市場上還沒有將液配氣及氣配氣二者合一的動態配氣儀。
實用新型內容本實用新型目的是提供一種動態配氣儀，實現了液配氣及氣配氣ニ合一，同時實現智能控制，操作簡單，配比精度高，性能穩定，能長時間連續發生。本實用新型提供了一種動態配氣儀，包括稀釋氣進氣銅管、原料氣進氣管、出氣管、控制系統、恒溫室、氣體混合室、玻璃擴散管及擴散管托架；其中，所述氣體混合室置于恒溫室內；所述玻璃擴散管插入擴散管托架置于氣體混合室底部；所述氣體混合室底部還設有溫度傳感器，與擴散管托架底部接觸；所述稀釋氣進氣銅管、原料氣進氣管、出氣管均穿過恒溫室與氣體混合室相連通；所述控制系統包括微電腦控制器、觸摸顯示屏、溫控器、2個質量流量控制器，其中，所述微電腦控制器分別與所述觸摸顯示屏、溫控器、2個質量流量控制器電聯，所述2個質量流量控制器分別與稀釋氣進氣銅管、原料氣進氣管電聯，所述溫控器與氣體混合室電聯。進ー步，所述恒溫室還包括電發熱絲、保溫棉，所述電發熱絲纏繞在所述氣體混合室外壁，所述保溫棉填充于恒溫室內壁與氣體混合室外壁之間。進一歩，所述氣體混合室為外表面加工有螺紋刻槽的鋁管；所述稀釋氣進氣銅管、和電發熱絲同時纏繞在所述鋁管表面的螺旋刻槽中。進ー步，所述鋁管的外表面為發黑氧化絕緣層，內表面噴涂有耐熱、防腐蝕的氟樹脂水性雙層不粘涂料。進ー步，所述擴散管托架為鋁質圓柱體，上有若干個玻璃擴散管固定插孔。進ー步，所述擴散管托架還設有提手，便于將擴散管放入氣體混合室底部。進ー步，所述恒溫室外壁為不銹鋼圓筒。本實用新型提供的動態配氣裝置應用嵌入式微型計算機進行自動控制，與現有的同類產品相比不僅具有較高穩定性、準確性，而且是液配氣及氣配氣ニ合一，應用范圍更廣，同時操作簡便，能長時間連續發生，適合在基層環境、衛生監測及計量等機構推廣使用。與現有技術相比，采用本實用新型的方案，有如下優點I)加熱速度快，恒溫效果好。本實用新型采用新型氣體混合室加熱，稀釋氣進氣管和電發熱絲同時由上到下直接纏繞在混合室表面螺旋刻槽中，配合高精度溫控器，加熱速度快(約10分鐘加熱到50°C)，恒溫效果好，溫度波動小于±0. 1°C。同時由于稀釋氣進氣管和發熱絲一同纏繞在混合室表面一起被加熱，可對進入混合室的氣體進行預加熱，有效縮短恒溫時間，減少溫度波動。2)全自動控制，操作簡單。液配氣模式中，使用時只需要在觸摸屏上選擇原料液體名稱和需要配制的氣體濃度即可，系統智能選擇加熱溫度并自動計算及控制稀釋氣流量，可根據注入液體容量計算配氣輸出持續運行時間。氣配氣模式時只需在觸摸屏輸入原料氣濃度和需要稀釋到的濃度即可，另外由于流量質量控制器出廠前一般是用氮氣(N2)校準，如果用于控制其他氣體需進行修正，本實用新型控制系統已內置60種常見氣體的修正系數，在用戶選擇原料氣時會自動修正流量質量控制器，從而保證流量控制精度。如果原料氣不在內置數據庫中，用戶可直接輸入原料氣體的密度等參數，系統會自動計算出修正系數。3)本實用新型采用液配氣及氣配氣ニ合一設計，可有效解決在一般液配氣的配氣儀中，要配某些氣體時由于受到原料液體在常溫下揮發速度限制，配出的氣體濃度較大，需另行稀釋的缺點，可直接在本機氣配氣部分進行再次稀釋即可實現。4)本實用新型在氣配氣模式下，由于使用的是質量流量控制器，控制的是氣體實際的質量流量，而不是體積流量，因此，配制的標準氣濃度將不受環境溫度和壓カ變化的影響。5 )可配置濃度范圍寬，配比更精確。氣配氣的最大稀釋比由采用的質量流量控制器最大流量決定，一般可達I :2000，如需要更寬的濃度范圍，可通過更換更大流量的質量流量控制器實現。液體配氣模式，可配氣濃度范圍主要由玻璃擴散管內徑大小、擴散溫度高低和稀釋氣流量大小決定，如選用玻璃擴散管內徑范圍為I. 5mnT6mm，擴散溫度范圍為30 0C 50°C，稀釋氣流量最大為20L/min時，可配氣濃度范圍為ppm級，如苯為O. 8ppm lOOOppm，高揮發性的ニ硫化碳為11 2500ppm。如需更寬的濃度范圍，可方便地通過加大擴散溫度范圍和流量質量控制器最大量程來實現。
圖I是本實用新型動態配氣儀的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進ー步地詳細描述。如圖I所示，本實用新型動態配氣儀由控制系統、恒溫室3、氣體混合室2、玻璃擴散管4及擴散管托架5組成。I)控制系統由嵌入式微電腦控制主機12、觸摸顯示屏11、溫控器13、2個質量流量控制器(MFC) 14、15及電源組成；2)氣體混合室2外表面加工有螺紋刻槽的鋁管(外表面發黑氧化絕緣處理，內表面噴涂耐熱、防腐蝕的氟樹脂水性雙層不粘涂料)。稀釋氣進氣銅管I和電發熱絲7同時由上到下直接纏繞在鋁管表面螺旋刻槽中，原料氣進氣管6、稀釋氣進氣銅管I從鋁管底部進入，尼龍出氣管8從鋁管頂部引出。氣體混合室2底部有溫度傳感器10，與放入混合室2的·擴散管托架5底部接觸。3)恒溫室3外壁為不銹鋼圓筒，將氣體混合室2、電發熱絲3和稀釋氣進氣管I密封其中，兩層之間填充保溫棉9。3)擴散管托架5為鋁圓柱加工而成，上有4個圓孔可最多同時放入4支玻璃擴散管4配制出含4種原料的混合標準氣體。擴散管托架5有提手16便于將擴散管4放入氣體混合室2 (鋁管)底部。其設計原理如下a)液體配氣體液體配氣體采用擴散管法。其原理是，在一定的溫度和壓カ條件下，在擴散管里的揮發性液體會以一定的速率揮發出來，這樣，通過利用減重稱量法就可計算出該物質在標準擴散管的擴散率。以空氣或氮氣作為載氣(稀釋氣)，通過調節其流量(即控制其體積)讓其連續穩定的流過擴散池/混合室，即可得到所需濃度的標準氣體。計算濃度的公式表示如下如果已知擴散管氣體擴散率Dr和稀釋氣體的流量F，那么配氣濃度即標準氣體濃度C可按式(I)或式(2)計算C=PoVoTDr X 103/ToPMQ (I)式中，C為標準氣體濃度，單位為mol / mo I ；Po為標準大氣壓，101. 325kPa ；Vo為標準狀態下理想氣體摩爾體積為22. 4L / mol ；T為氣體混合室溫度，單位為K ；Το為標準狀態下熱力學溫度值，273. 15Κ ;Dr為擴散管氣體擴散率，單位為ug / min ； P為混合室壓力，單位為kPa ；M為所配標準氣體摩爾質量，單位為g / mol ；Q為流過擴散管ロ稀釋氣的總流量，單位為mL / min，簡化后得式(2)如下C= (K X Dr X 1000)/F(2)式中，C為標準氣體濃度，單位為ppm (10_6) ；Dr為擴散速度，單位為ug / min ；F為稀釋氣體的流量，單位為mL / min ;k為由氣體的種類所決定的常數，SPk=22. 4MrX (273+t) 1273XP / 760(3)上式中，Mr為所配標準氣體的分子量4為溫度，単位。C;P為大氣壓，単位為mmHg。從公式(2)可知，通過改變擴散管的截面積、長度、擴散管的溫度，即改變擴散速度和稀釋氣體的流量等方式就可以配制由幾十個PPb (10_9)至幾百ppm (10_6)濃度的標準氣體。 在測出某氣體在特定溫度下，在選定擴散管中的擴散速度后，通過公式(2)可由標準氣的濃度C反向計算出所需的稀釋氣流量，這樣只是通過控制稀釋氣的流量就可配出所需濃度的標準氣。b)氣配氣氣配氣是根據流量比混合法，精確控制原料氣體和稀釋氣體的流量，并加以混合后得到所需濃度的標準氣。在配制單組分標準氣吋，以高純氮氣N2作為稀釋氣，使用濃度為s的原料氣G，配制濃度為c的標準氣體，則稀釋比k = C / S。計算可得到原料氣G和稀釋氣N2的流量比fG:fN2 為fG:fN2 = k: (1-k)(4) 由公式(4)可知，通過控制原料氣和稀釋氣的流量比就可配出所需濃度的標準氣。以上所述是本實用新型的優選實施方式而已，當然不能以此來限定本實用新型之權利范圍，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和變動，這些改進和變動也視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種動態配氣儀，其特征在于，包括稀釋氣進氣銅管、原料氣進氣管、出氣管、控制系統、恒溫室、氣體混合室、玻璃擴散管及擴散管托架； 其中，所述氣體混合室置于恒溫室內；所述玻璃擴散管插入擴散管托架置于氣體混合室底部；所述氣體混合室底部還設有溫度傳感器，與擴散管托架底部接觸； 所述稀釋氣進氣銅管、原料氣進氣管、出氣管均穿過恒溫室與氣體混合室相連通； 所述控制系統包括微電腦控制器、觸摸顯示屏、溫控器、2個質量流量控制器，其中，所述微電腦控制器分別與所述觸摸顯示屏、溫控器、2個質量流量控制器電聯，所述2個質量流量控制器分別與稀釋氣進氣銅管、原料氣進氣管電聯，所述溫控器與氣體混合室電聯。
2. 根據權利要求I所述的動態配氣儀，其特征在于，所述恒溫室還包括電發熱絲、保溫棉，所述電發熱絲纏繞在所述氣體混合室外壁，所述保溫棉填充于恒溫室內壁與氣體混合室外壁之間。
3. 根據權利要求I或2所述的動態配氣儀，其特征在于，所述氣體混合室為外表面加工有螺紋刻槽的鋁管；所述稀釋氣進氣銅管和電發熱絲同時纏繞在所述鋁管表面的螺旋刻槽中。
4. 根據權利要求3所述的動態配氣儀，其特征在干，所述鋁管的外表面為發黑氧化絕緣層，內表面噴涂有耐熱、防腐蝕的氟樹脂水性雙層不粘涂料。
5. 根據權利要求I所述的動態配氣儀，其特征在于，所述擴散管托架為鋁質圓柱體，上有若干個玻璃擴散管固定插孔。
6. 根據權利要求I所述的動態配氣儀，其特征在于，所述擴散管托架還設有提手，便于將玻璃擴散管放入氣體混合室底部。
7. 根據權利要求I所述的動態配氣儀，其特征在于，所述恒溫室外壁為不銹鋼圓筒。
專利摘要本實用新型公開了一種動態配氣儀，用于配置一定濃度的標準氣體，在物理、化學等測量領域中用于校準測量儀器和測量過程。該動態配氣儀包括稀釋氣進氣銅管、原料氣進氣管、出氣管、控制系統、恒溫室、氣體混合室、玻璃擴散管及擴散管托架。本實用新型應用嵌入式微型計算機進行自動控制，不僅具有較高穩定性、準確性，而且實現了液配氣及氣配氣二合一，應用范圍更廣，同時操作簡便，能長時間連續發生，適合在基層環境、衛生監測及計量等機構推廣使用。
文檔編號B01F3/04GK202478878SQ201220070378
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者王美霞, 蘇曉舟, 鐘蝶嫻 申請人:廣東省職業病防治院