專利名稱：新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置的制作方法
新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明公開了一種配氣裝置，具體為新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置。
背景技術(shù)：
標(biāo)準(zhǔn)氣體是計(jì)量工作中使用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)之一，在鋼鐵、石油、化工、醫(yī)療、 半導(dǎo)體、電力、金屬加工等行業(yè)有廣泛應(yīng)用。隨著工業(yè)生產(chǎn)中各類儀器儀表的精密化，對標(biāo)準(zhǔn)氣體的要求也不斷提高，主要體現(xiàn)在精度和濃度的連續(xù)性上。目前計(jì)量行業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)氣體的定購是根據(jù)用戶的要求在特定點(diǎn)配制，但對于儀器的多點(diǎn)線性評定和某一量程范圍內(nèi)的線性對比，單一的標(biāo)準(zhǔn)氣體就無能為力了。同時(shí)，許多儀器儀表需要現(xiàn)場校驗(yàn)，大量標(biāo)準(zhǔn)氣體攜帶至現(xiàn)場也很不方便。這就要求有一種能夠產(chǎn)生不同條件需求的低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體且攜帶方便的配氣裝置，以其作為現(xiàn)場校驗(yàn)各種氣體檢測儀器的標(biāo)定基準(zhǔn)。
ZL00211457. 7中公開了一種標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置，包括原料氣輸入管、空氣輸入管、 配氣管、定值減壓器、壓力表和閥門等，其中原料氣輸入管通過定值減壓器、原料輸出管、原料氣閥門連接配氣導(dǎo)管；定值減壓器分別通過原料氣商壓管，低壓管連接原料氣壓力表和精密壓力表；設(shè)置兩條空氣輸入管，兩條空氣輸入管分別通過空氣閥門和連接管連接配氣導(dǎo)管，其中一條空氣輸入管連接空氣源壓力表；配氣導(dǎo)管連接配氣管并通過連接管連接排氣閥門和排氣管。此裝置可準(zhǔn)確配制標(biāo)準(zhǔn)氣體且結(jié)構(gòu)簡單。但上述配氣裝置不能實(shí)現(xiàn)高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體或稀釋氣體種類的隨時(shí)快速切換，且對氣體流量的控制是通過壓力控制，無法實(shí)現(xiàn)任一輸入通道氣體流量的準(zhǔn)確控制，以得到所要求稀釋比例的標(biāo)準(zhǔn)氣體。
目前，國內(nèi)外存在兩種用原料氣配制低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣的方法靜態(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)的原料氣加入已知容積的容器中，再充入稀釋氣體，混勻制得。標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度根據(jù)加入原料氣和稀釋氣量及容器容積計(jì)算得知。但是由于有些氣體化學(xué)性質(zhì)較活潑，長時(shí)間與容器壁接觸可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)，容器壁也具有吸附作用，故而會造成配制氣體濃度不準(zhǔn)確或其濃度隨放置時(shí)間而變化，特別是配制低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣時(shí)，常常導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)氣中各組分配比存在較大的誤差。
對于標(biāo)準(zhǔn)氣用量較大或通標(biāo)準(zhǔn)氣時(shí)間較長的試驗(yàn)工作，靜態(tài)配氣法不能滿足要求，需要采用動態(tài)配氣法。動態(tài)配氣法是將己知濃度的原料氣與稀釋氣按恒定比例連續(xù)不斷地送入混合器混合，從而可以連續(xù)不斷地配制并供給一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣。動態(tài)配氣法不但能提供大量標(biāo)準(zhǔn)氣，而且可通過調(diào)節(jié)原料氣和稀釋氣的流量比獲得所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣， 尤其適用于配制低濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣。但是，由于現(xiàn)有動態(tài)配氣法所用儀器設(shè)備比較復(fù)雜，且用途單一，并且其動態(tài)配氣量值存在一定的不穩(wěn)定性，因此限制了動態(tài)配氣法的廣泛應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上技術(shù)問題，提供一種可解決傳統(tǒng)配氣裝置配置繁瑣、配氣系統(tǒng)體積大、操作流程復(fù)雜、稱重時(shí)間長、不確定度的評價(jià)程序復(fù)雜、存在安全隱患和生產(chǎn)效率低問題的新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案為新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置，整套裝置包括原料處理系統(tǒng)、高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、 壓力信號處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、產(chǎn)品閥門控制系統(tǒng)、電子天平稱重與處理和真空泵連鎖裝置，原料氣瓶經(jīng)過濾器過濾后與原料控制閥連接，原料控制閥與高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)與壓力傳感器一連接后再與低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)與壓力傳感器二連接后分別與產(chǎn)品控制閥、放空控制閥、真空泵閥連接；產(chǎn)品置于電子天平上，壓力傳感器一和壓力傳感器二的信號和天平的數(shù)據(jù)均接入信號處理系統(tǒng)，同時(shí)信號處理系統(tǒng)還分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、放空控制閥和真空泵連鎖裝置連接。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括產(chǎn)品控制閥一、產(chǎn)品控制閥二、電子天平、稱重?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)、 壓力傳感器處理程序、觸摸屏顯示器與反饋控制系統(tǒng)，壓力傳感器信號接入程序板處理后在觸摸屏顯示器上顯示并與產(chǎn)品控制閥一和產(chǎn)品控制閥二連接；電子天平與稱重?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接，稱重?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)信號接入觸摸屏顯示器進(jìn)行顯示并通過觸摸屏顯示器控制產(chǎn)品控制閥一和產(chǎn)品控制閥二。
壓力傳感器一和壓力傳感器二均包括敏感芯片和波紋膜片，且均在敏感芯片和波紋膜片之間涂抹一層硅油，壓力在-0. IMPa 20MPa范圍內(nèi)具有良好的線性，可以實(shí)現(xiàn)全量程測定。
真空泵連鎖裝置的末端設(shè)置壓力表和真空計(jì)，可對本新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置中的壓力和真空進(jìn)行測量和控制。壓力傳感器一和壓力傳感器二均采用高精度的壓力傳感器，采用高精度的壓力傳感器代替常規(guī)的壓力表，配套相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序和閥門等硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)配氣系統(tǒng)壓力數(shù)值從-0. IMI^a 20MI^的數(shù)字直觀顯示。采用可靠、穩(wěn)定的稱重?cái)?shù)據(jù)處理裝置，簡化反復(fù)上下氣瓶進(jìn)行稱重計(jì)算的方式，實(shí)現(xiàn)配氣中原料氣的充裝、稱量、計(jì)算、定值同步進(jìn)行。通過真空泵連鎖裝置、排氣通風(fēng)自動啟動裝置、低泄漏率的閥門和系統(tǒng)、簡單的操作程序、兩級或多級壓力調(diào)節(jié)等來提高系統(tǒng)的操作安全性。
采用高精度壓力傳感器監(jiān)測系統(tǒng)壓力變化，系統(tǒng)壓力是配氣裝置的重要參數(shù)，該值的準(zhǔn)確率和精度是配制精確與否的重要依據(jù)，也是準(zhǔn)確配制既定含量值標(biāo)準(zhǔn)氣體的重要控制手段。壓力傳感器一和壓力傳感器二之間的敏感芯片和波紋膜片之間充有小量硅油， 被測壓力作用到不銹鋼波紋膜片上，通過硅油把壓力傳遞到敏感芯片上。利用半導(dǎo)體硅材料的壓阻效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了壓力與電信號的轉(zhuǎn)換。由于敏感芯片上的惠斯登電橋輸出的電壓信號與作用壓力有著良好的線性關(guān)系，所以可以實(shí)現(xiàn)對被測壓力的準(zhǔn)確測量。傳感器處理程序?qū)崿F(xiàn)了監(jiān)測的最高壓力顯示偏差為0. OOlMPa;選用的壓力傳感器一和壓力傳感器二的材料均具有極好的抗腐蝕性和長期穩(wěn)定性，在全溫度范圍內(nèi)采用激光調(diào)阻技術(shù)進(jìn)行了溫度補(bǔ)償，在很寬的溫度范圍內(nèi)保持零點(diǎn)、靈敏度、線性和穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)，具有很高的可靠性和很好的重復(fù)性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為(1)采用兩個(gè)壓力傳感器，及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)代替眾多的不同量程的壓力表，實(shí)現(xiàn)同一傳感器對真空和高壓均能檢測，壓力范圍-0. IMPa 20MPa，顯示偏差達(dá)到0. OOlMpa ；(2)在線稱量充裝組分氣體、直觀顯示組分質(zhì)量及配比，極大的簡化配氣流程、提高工作效率和稱量準(zhǔn)確度；(3)配氣軟件可以根據(jù)最終產(chǎn)品直接給出配氣方案。對于可能發(fā)生安全事故和化學(xué)反應(yīng)的配氣組分，系統(tǒng)會直接給出警示，使設(shè)備操作在簡便性、安全性和快捷性上均得到了極大的提高。


圖1為敏感芯片上的惠斯登電橋輸出的電壓信號與作用壓力的線性關(guān)系示意2為本發(fā)明的流程結(jié)構(gòu)示意圖其中，1一氣瓶、2—過濾器、3—原料氣控制閥、4一高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、5—壓力傳感器1、6— 壓力信號處理系統(tǒng)、7—壓力傳感器2、8—低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、9一放空控制閥、10—真空泵連鎖裝置、11一產(chǎn)品控制閥一、12—產(chǎn)品控制閥二、13—電子天平、14一稱重?cái)?shù)據(jù)處理裝置、15— 顯示反饋控制閥門。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例1:氣瓶中的原料氣經(jīng)過濾器由過濾器控制閥送給高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，壓力傳感器一采集壓力信號并傳輸?shù)綁毫π盘柼幚硐到y(tǒng)處理，再由低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)產(chǎn)品氣端壓力，壓力傳感器二采集壓力信號并傳輸?shù)綁毫π盘柼幚硐到y(tǒng)處理，產(chǎn)品控制閥的開關(guān)出口與產(chǎn)品氣瓶連接，通過電子天平稱量產(chǎn)品氣瓶的動態(tài)質(zhì)量并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)質(zhì)量值控制原料及產(chǎn)品控制閥一和產(chǎn)品控制閥二。通過壓力傳感器處理程序自動控制壓力表與真空計(jì)的開關(guān)以獲得系統(tǒng)的精確真空數(shù)據(jù)，由放空控制閥控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)放空，通過系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)與真空泵連鎖裝置實(shí)現(xiàn)真空泵的自動啟動與停止。
采用0. 4級的高精度壓力傳感器進(jìn)行傳感器的壓力校正，并進(jìn)一步保證了低壓壓力的準(zhǔn)確性。本裝置采用內(nèi)外拋光的316L不銹鋼管，閥門和過濾器的材質(zhì)也采用316L拋光，保證了配制微量標(biāo)準(zhǔn)氣體的潔凈要求。
根據(jù)預(yù)配氣體標(biāo)準(zhǔn)樣品的種類、組分含量和要求設(shè)計(jì)配氣方案，計(jì)算各組分稱量的預(yù)算值，合理設(shè)計(jì)各組分充填順序；將整個(gè)裝置氣路系統(tǒng)保證在IOMPa以上高壓和真空狀態(tài)下至少Ih內(nèi)無明顯壓力變化。
選擇合適的氣瓶，并進(jìn)行清洗、干燥、抽真空等預(yù)處理和主組分氣體的置換、抽真空等工序的進(jìn)一步處理，以確保氣瓶對產(chǎn)品的影響。
配氣操作步驟(1)、將處理好并稱重的氣瓶與產(chǎn)品氣出口緊密相連，例如接于“產(chǎn)品氣1”出口。系統(tǒng)卸壓后校正傳感器零點(diǎn)以確認(rèn)壓力傳感器是否需要重新校正，將所有閥門處于“關(guān)閉”位置。
(2)、依次開“產(chǎn)品氣1”的控制閥一開“真空泵電源開關(guān)”一開“真空閥”，抽真空， 使壓力傳感器一和壓力傳感器二內(nèi)的壓力不再降低，約為-0. 09MPa -0. IMPa，一關(guān)“真空閥”、一關(guān)“真空泵”電源開關(guān)，觀察壓力至少一分鐘不下降一關(guān)“產(chǎn)品氣1”控制閥。主要作用是試驗(yàn)氣瓶接頭是否泄露。
(3)、同樣用高壓或抽真空對原料氣接頭進(jìn)行試漏。例如“原料氣1”供氣。
注意對某些氣瓶閥門不能進(jìn)行抽真空的方法飽壓試漏。
(4)、a.開“原料氣1”控制閥一開“高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)”、“低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)”中的調(diào)節(jié)閥 —開“產(chǎn)品氣1”控制閥一開“真空泵”電源開關(guān)一開“真空閥”，對整個(gè)系統(tǒng)抽真空；b.然后依次關(guān)“真空閥”一關(guān)“真空泵”電源開關(guān)一關(guān)“原料氣1”控制閥；c.開“原料氣”氣瓶一緩慢開“原料氣1”控制閥，使系統(tǒng)正壓一開“放空”閥放空系統(tǒng)壓力在0. 1 0. 2MPa —關(guān)“放空”閥一開“泵”電源開關(guān)一開“真空閥”，對整個(gè)系統(tǒng)抽真空， 反復(fù)操作c步至少兩次。
(5)、關(guān)“原料氣1”控制閥一關(guān)“高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)”、“低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)”中的調(diào)節(jié)閥一開 “原料氣”氣瓶一緩慢開“原料氣1”控制閥一緩慢開“高壓”、“低壓”調(diào)節(jié)閥使壓力比預(yù)配壓力略低一開“產(chǎn)品氣”氣瓶充氣一調(diào)節(jié)“高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)”、“低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)”中的調(diào)節(jié)閥使壓力平衡并滿足要求。
(6)、觀察天平稱量值變化，待數(shù)值接近預(yù)算值時(shí)，關(guān)“產(chǎn)品氣”氣瓶和“原料氣1” 控制閥，待到天平讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)，觀察是否達(dá)到預(yù)算值，若未達(dá)到則根據(jù)步驟(5)精細(xì)補(bǔ)充原料氣；若達(dá)到預(yù)算值，則開“放空”閥放空系統(tǒng)壓力在0. 1 0. 2MPa —關(guān)“放空”閥一開“真空泵”電源開關(guān)一開“真空閥”，對整個(gè)系統(tǒng)抽真空一關(guān)“真空閥”一關(guān)“真空泵”電源開關(guān)一取下“產(chǎn)品氣”氣瓶。
(7)、以此類推，重復(fù)步驟(2)- (6)，可填充其他原料氣。
權(quán)利要求
1.新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置，包括原料處理系統(tǒng)、高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、壓力信號處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、產(chǎn)品閥門控制系統(tǒng)、電子天平稱重與處理和真空泵連鎖裝置， 其特征在于原料氣瓶經(jīng)過濾器過濾后與原料控制閥連接，原料控制閥與高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)與壓力傳感器一連接后再與低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)與壓力傳感器二連接后分別與產(chǎn)品控制閥、放空控制閥、真空泵閥連接；產(chǎn)品置于電子天平上，壓力傳感器一和壓力傳感器二的信號和天平的數(shù)據(jù)均接入信號處理系統(tǒng)，同時(shí)信號處理系統(tǒng)還分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、放空控制閥和真空泵連鎖裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括產(chǎn)品控制閥一、產(chǎn)品控制閥二、電子天平、稱重?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)、壓力傳感器處理程序、觸摸屏顯示器與反饋控制系統(tǒng)，壓力傳感器信號接入程序板處理后在觸摸屏顯示器上顯示并與產(chǎn)品控制閥一和產(chǎn)品控制閥二連接；電子天平與稱重?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接，稱重?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)信號接入觸摸屏顯示器進(jìn)行顯示并通過觸摸屏顯示器控制產(chǎn)品控制閥一和產(chǎn)品控制閥二。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置，其特征在于所述的壓力傳感器一和壓力傳感器二均包括敏感芯片和波紋膜片，且均在敏感芯片和波紋膜片之間涂抹一層硅油。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置，其特征在于在所述的真空泵連鎖裝置的末端設(shè)置壓力表和真空計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型標(biāo)準(zhǔn)氣體配制裝置，整套裝置中原料氣瓶經(jīng)過濾器過濾后與原料控制閥連接，原料控制閥與高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，高壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)與壓力傳感器一連接后再與低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，低壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)與壓力傳感器二連接后分別與產(chǎn)品控制閥、放空控制閥、真空泵閥連接；產(chǎn)品置于電子天平上，壓力傳感器一和壓力傳感器二的信號和天平的數(shù)據(jù)均接入信號處理系統(tǒng)，同時(shí)信號處理系統(tǒng)還分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、放空控制閥和真空泵連鎖裝置連接。本裝置可更直觀顯示組分質(zhì)量及配比，極大的簡化配氣流程、提高工作效率和稱量準(zhǔn)確度；對于可能發(fā)生安全事故和化學(xué)反應(yīng)的配氣組分，系統(tǒng)會直接給出警示，使設(shè)備操作在簡便性、安全性和快捷性均得到了極大的提高。
文檔編號G01N1/38GK102500253SQ20111035206
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者代高立, 周鵬云, 張軍, 王少楠, 陳雅麗 申請人:西南化工研究設(shè)計(jì)院