一種基于波義耳定律的靜態高壓配氣裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于波義耳定律的靜態高壓配氣裝置，包括管路系統、壓力控制系統和數據處理系統；所述壓力控制系統包括壓力設定裝置、數字壓力傳感器和壓力控制器；所述管路系統上從左至右順序連接標準氣氣瓶、原料氣氣瓶、真空泵、進排氣閥、數字壓力傳感器；所述壓力控制系統與數據處理系統連接；本實用新型可以實現多種氣體按體積比混合成所需要的標準混合氣，通過壓力控制系統和計算機進行設置，只要在計算機界面上輸入所需要的氣體壓強和各個原料氣的配氣比例就能實現全程自動化控制配氣，且配制的時間短，成本低；利用計算機控制管路的壓強，無需其它外接設備，操作簡便，克服了傳統的配氣過程中壓力表精度不足和人為操作帶來的誤差。
【專利說明】
一種基于波義耳定律的靜態高壓配氣裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型屬于機械設備領域，特別涉及一種配氣裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟和科學技術的發展，標準氣體已廣泛應用于石油與天然氣開發、化學工 業、環境監測、食品工業、肥料工業、公安交通、國防航空、建筑家居等領域，對標準氣的需求 量也日益增加，在方便快捷且成本較低的條件下配制高精度的標準氣體一直是許多專業廠 家所致力追求的。目前的配氣方式主要有:靜態法和動態法兩大類。靜態法主要包括稱量 法、分壓法，靜態法是把一定的原料氣體混勻而制得的標準氣，標準氣的濃度根據加入原料 氣和稀釋氣量及容器容積計算得到。動態配氣法是將已知濃度的稀釋氣按恒定的比例進入 混合器混合，從而連續不斷的配制并供給一定濃度的標準氣，根據稀釋比計算得出標準氣 體的濃度。傳統的靜態法配氣對壓力表的精度要求較高，壓力不易控制，且未考慮實際氣體 與理想氣體的差別，實驗時溫度不易控制，大多不能滿足所需測量精度。動態法配制的混合 氣體成本較高，設備復雜，不適合配制高壓混合標準氣。因此迫切的需要一種配氣成本低、 精確度高且可以配置高壓混合標準氣的新型配氣裝置。 【實用新型內容】
[0003] 針對上述問題，本實用新型提供了一種低成本、高精度、易操作的靜態高壓配氣裝 置。
[0004] 本實用新型是根據以下技術方案實現的：一種基于波義耳定律的靜態高壓配氣裝 置，包括管路系統、壓力控制系統和數據處理系統;所述壓力控制系統包括壓力設定裝置、 數字壓力傳感器和壓力控制器，所述壓力設定裝置數量為6個;所述管路系統上從左至右順 序連接標準氣氣瓶、原料氣氣瓶、真空栗、進排氣閥、數字壓力傳感器;所述原料氣氣瓶數量 為4個，所述標準氣氣瓶、原料氣氣瓶、真空栗均通過壓力設定裝置和開關閥門連接在管路 系統上;所述數字壓力傳感器和各壓力設定裝置均通過導線與壓力控制器連接;其中壓力 設定裝置的壓力值由理想氣體的波義耳定律計算得到，經壓縮因子Z進行校正并通過壓力 控制器進行設定;所述壓力控制器與數據處理系統連接;所述數據處理系統由單片機和計 算機組成。
[0005] 作為優選，所述控制器由USB接口的16位8通道A/D和D/A控制器和高精度的體積流 量控制閥組成。
[0006] 作為優選，所述管路系統和壓力裝置通過螺紋連接。
[0007] 作為優選，所述管路系統外壁涂有導熱系數為0.052的聚氨酯保溫涂層，內壁為不 銹鋼材料，管路系統上各連接處采用不銹鋼全硬密封卡套。
[0008] 本實用新型的有益效果在于:本實用新型可以實現多種氣體按體積比混合成所需 要的標準混合氣，壓力控制系統的壓力大小是運用波義耳定律即理想氣體的體積與壓強的 乘積成為一個常數得到，同時引入了壓縮因子Z這個參數，通過壓縮因子對實際氣體配比進 行修正;通過壓力控制系統和計算機進行設置，只要在電腦的人機界面上輸入所需要的氣 體壓強和各個原料氣的配氣比例就能實現全程自動化控制配氣，且配制的時間較短，成本 也相對于動態法較低;利用計算機控制管路的壓強，無需其它外接設備，操作簡便，克服了 傳統的配氣過程中壓力表精度不足和人為操作帶來的誤差。應用本裝置配制的標準氣符合 國家一級標準，使配制的標準氣體能廣泛應用于石油與天然氣的提高采收率、化學工業可 燃氣體和有毒氣體報警裝置的精度校正、大氣中顆粒物的測定和污染源的監測、食品的長 期儲存等多個領域。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0010]圖中所示：1-標準氣氣瓶，2-原料氣氣瓶，3-真空栗，4-管路系統，5-進排氣閥，6-壓力傳感器，7-壓力設定裝置，8-開關閥門，9-導線，10-壓力控制器，11-單片機，12-計算 機。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步具體說明：
[0012] 如圖1所示，一種基于波義耳定律的靜態高壓配氣裝置，包括管路系統4、壓力控制 系統和數據處理系統;所述壓力控制系統包括壓力設定裝置7、數字壓力傳感器6和壓力控 制器10,所述壓力設定裝置7數量為6個;所述管路系統4上從左至右順序連接標準氣氣瓶1、 原料氣氣瓶2、真空栗3、進排氣閥5、數字壓力傳感器6;所述原料氣氣瓶數量為4個，所述標 準氣氣瓶1、原料氣氣瓶2、真空栗3均通過壓力設定裝置7和開關閥門8連接在管路系統4上； 所述數字壓力傳感器6和各個壓力設定裝置7通過導線9與壓力控制器10連接;所述壓力設 定裝置7的壓力值通過理想氣體的波義耳定律計算得到，經壓縮因子Z進行校正并通過壓力 控制器10進行設定;所述壓力控制器10與數據處理系統連接;所述數據處理系統由單片機 11和計算機12組成。
[0013] 作為優選的實施方式，所述壓力控制器1〇由USB接□的16位8通道A/D和D/A控制器 和高精度的體積流量控制閥組成。
[0014] 作為優選的實施方式，所述管路系統4和壓力裝置7之間通過螺紋連接，
[0015]作為優選的實施方式，所述管路系統4外壁涂有導熱系數為0.052的聚氨酯保溫涂 層，內壁為不銹鋼材料，管路系統4上各連接處采用不銹鋼全硬密封卡套。
[0016] 實施例1
[0017]本實施例中進行三種氣體配比，先分別在3個原料氣氣瓶2的中充入A、B、C氣體；
[0018] 在實際操作中，按照如下步驟進行配氣：
[0019] 步驟一:獲取初始數據
[0020] 關閉各個原料氣氣瓶2上的開關閥門8和進排氣閥門5,開啟標準氣氣瓶1和真空栗 3上的開關閥門8,打開真空栗3將標準氣氣瓶1和管路系統4抽成真空狀態，關閉標準氣氣瓶 1的閥門8,通過進排氣閥門5充入少量空氣于管路系統4中，待壓力穩定后壓力傳感器6記錄 壓力數值P〇并輸送到計算機，打開標準氣氣瓶1的開關閥門8，此時管路系統4的中氣體進入 標準氣氣瓶1，待壓力穩定后壓力傳感器6記錄壓力數值p 1并輸送到計算機;根據波義耳定 律有PoVt = P1 ( Vt+Vm)，其中Vt代表管路的體積，Vm代表標準氣瓶的體積，設方程a = 1 +Vm/Vt，b = 1+Vt/Vm，則azPo/P^bzPoAPo-P1);通過多組分靜態高壓配氣系統軟件根據測得的數據 計算出a、b的數值；
[0021]步驟二:計算壓力值
[0022]打開充有A氣體的第一個原料氣氣瓶2開關閥門8，A氣體進入管路系統4,待壓力穩 定后，壓力傳感器6顯示壓力數值達到巧時，關閉充有A氣體的原料氣氣瓶2;然后打開標準 氣氣瓶1的開關閥門8，管路系統4中的A氣體進入標準氣氣瓶1;待壓力穩定后，壓力傳感器6 記錄壓力數值由波義耳定律和實際氣體的壓縮狀態方程推導得到公式
，其中ZA為在壓強4和溫度T下A氣體的壓縮因子，巧為壓強巧下A氣體的 壓縮因子;則由公式①有
；關閉標準氣氣瓶1的開關閥門8，將管路系統4抽真空， 通入第二個原料氣氣瓶2中的B氣體，壓力達到$后停止，打開閥門讓A、B氣體充分混合;則有
;其中ZB為氣體B在壓力數值為下的壓縮因子，Zab為混合氣體在標 準氣瓶的壓縮因子，Pj、4分別為混合后的A、B兩種氣體的分壓強;等式②兩邊分壓強相等， 則有
，關閉標準氣氣瓶1的開關閥門8,通過真空栗3將管路系統4抽真空，打 開第三個原料氣氣瓶2的開關閥門8，使第三個原料氣氣瓶2中的C氣體進入管路系統4，當壓 力數值達到#時關閉充有C氣體的原料氣氣瓶2,打開標準氣氣瓶1，待C氣體與標準氣氣瓶1 中的A氣體和B氣體的混合氣體充分混合后則有
，其 中ZC為氣體C在壓強^下的壓縮因子，ZABC為A、B、C三種氣體混合后的等效壓縮因子;根據等 式③則有
，同理可得到C氣體的初始充入壓力數值
.以上氣體的壓縮因子通過查詢壓縮因子圖版得到； ，
[0023] 步驟三:根據步驟二中測試計算得出的各氣體配比的壓力數值進行配氣
[0024] 將管道系統4抽真空，打開原料氣氣瓶1，通入A氣體，使A氣體進入管路系統4和標 準氣氣瓶1，當壓力達到需要的g時壓力控制系統控制開關閥門8自動關閉；②關閉標準氣 氣瓶1的閥門，將管道系統4抽真空，壓力控制系統控制裝有B氣體的原料氣氣瓶2的的開關 閥門8自動打開，B氣體進入管路系統4,當管路系統4內壓力數值達到^時壓力控制系統控 制閥門自動關閉；③打開標準氣氣瓶1的開關閥門，使A氣體和B氣體充分混合;④關閉標準 氣氣瓶1，將管道系統4抽真空，壓力控制系統控制裝有C氣體的原料氣氣瓶2的開關閥門8自 動打開，C氣體進入管路系統4,當管路系統4內壓力數值達到#時壓力控制系統控制開關閥 門8自動關閉；⑤打開標準氣氣瓶1的開關閥門8,使管路系統4中的C氣體進入標準氣氣瓶1 與A氣體、B氣體充分混合;得到混合配比的標準氣體，完成實驗。
[0025] 操作中注意：較貴重的氣體后充，因為每次充氣前都需將管路系統4抽空，必然會 將混合后的一部分氣體抽掉，貴重氣體后抽，可減少部分損失。
[0026] 應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于波義耳定律的靜態高壓配氣裝置，其特征在于，該裝置包括管路系統(4)、 壓力控制系統和數據處理系統;所述壓力控制系統包括壓力設定裝置(7)、數字壓力傳感器 (6)和壓力控制器（10)，所述壓力設定裝置(7)數量為6個;所述管路系統(4)上從左至右順 序連接標準氣氣瓶（1)、原料氣氣瓶(2)、真空栗(3)、進排氣閥（5)、數字壓力傳感器(6);所 述原料氣氣瓶數量為4個，所述標準氣氣瓶(1)、原料氣氣瓶(2)、真空栗(3)均通過壓力設定 裝置(7)和開關閥門（8)連接在管路系統(4)上;所述數字壓力傳感器(6)和各個壓力設定裝 置(7)通過導線(9)與壓力控制器(10)連接;所述壓力控制器(10)與數據處理系統連接； 所述數據處理系統由單片機(11)和計算機(12)組成。2. 根據權利要求1所述的基于波義耳定律的靜態高壓配氣裝置，其特征在于，所述壓力 控制器(10)由USB接口的16位8通道A/D和D/A控制器和高精度的體積流量控制閥組成。3. 根據權利要求1所述的基于波義耳定律的靜態高壓配氣裝置，其特征在于，所述管路 系統(4)和壓力設定裝置(7)通過螺紋連接。4. 根據權利要求1所述的基于波義耳定律的靜態高壓配氣裝置，其特征在于，所述管路 系統(4)外壁涂有導熱系數為0.052的聚氨酯保溫涂層，內壁為不銹鋼材料，管路系統(4)上 各連接處采用不銹鋼全硬密封卡套。
【文檔編號】B01F3/02GK205627678SQ201620497712
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】白佳佳, 康毅力, 游利軍, 梁李, 陳明君
【申請人】西南石油大學