一种超低浓度流动配气系统及配气方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超低浓度流动配气系统及配气方法，特点是：包括气体质量流量控制模块，用于控制背景气和测试气以一定的质量流量进入系统；可挥发性有机物（VOCs）注入控制模块，用于实现液态VOCs以一定的流速注入管路；配气控制模块，包括对液态VOCs进行汽化的加热装置、用于温度保持的恒温装置以及对测试气的二次配气装置；主控制模块，与气体质量流量控制模块连接用于控制背景气和测试气的质量流量，与VOCs注入控制模块连接用于控制液态VOCs注入的开闭及流速，与配气控制模块连接用于控制加热、恒温温度并接收反馈数据以及控制二次配气的浓度；优点是：能够将气气液气调配成任意ppb级超低浓度值的测试气，实时流动配气，控制精准、配气准确、稳定性好。稳定性好。稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种超低浓度流动配气系统及配气方法


[0001]本专利技术涉及超低浓度配气装置领域，尤其涉及一种超低浓度流动配气系统及配气方法。

技术介绍

[0002]配气装置广泛应用在生产生活、工业测试、实验科研等领域，是标定、调配气体浓度的核心装置。如在传感器等敏感材料的测试过程中，需要随着时间变化在传感器等敏感材料的测试腔内实时动态通入不同浓度值的背景气体和测试气体。背景气体的浓度一般在ppm（parts per million，百万分比）级，通常可以通过MFC（Mass Flow Controller，气体质量流量控制器）配气来实现。但是测试气体的浓度常常需要达到ppb（parts per billion，十亿分比）级，如果单纯只靠MFC来配气精度不足，其配气效果差强人意。
[0003]在传感器等敏感材料的测试过程中通入测试气体时，需要对已有的标准气进行稀释，以得到该含有一定量某成分的测试气体。而某些成分，特别是有机物质，在常温常压下通常以液体的形式存在，如甲醇、乙醇、乙醚、苯、环戊烷、环氧乙烷、丙酮等VOCs（volatile organic compounds, 可挥发性有机化合物）。需要将这些以液体形式存在的成分精确配制成我们所需获得的ppb级超低浓度的测试气体，在国内外对液气配比技术上均有难度。低浓度的配气装置在国内外的媒体上均有一定的研制报导，但是能实现ppb或更低级的超低浓度流动配气装置和系统则较为罕见。
[0004]而对于现有市场上的一些据称可以配制出ppb级气体浓度的配气装置，其实际依赖于MFC机器本身的配气精度以及所使用的气体源或液体源的浓度，在实际应用中难以实现精准的配气，配气效果较差，且不成系统。
[0005]因此亟需一种不依赖于MFC精度及气源浓度的，高精度、高质量、系统化、稳定性好的ppb级超低浓度流动配气系统。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种超低浓度流动配气系统及配气方法，能够将气体和气体、气体和液体调配成任意ppb级超低浓度值的测试气，且能够实时流动配气，控制精准、配气准确、稳定性好。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超低浓度流动配气系统，包括：气体质量流量控制模块，用于控制背景气和测试气以一定的质量和流量进入配气系统；VOCs注入控制模块，用于实现液态VOCs以一定的流速注入管路；配气控制模块，包括对所述的VOCs注入控制模块注入的液体进行汽化的加热装置、用于对汽化后的VOCs进行温度维持的恒温装置以及用于对测试气进行二次浓度调配的二次配气装置；
主控制模块，与所述的气体质量流量控制模块连接用于控制背景气和测试气的质量和流量，与所述的VOCs注入控制模块连接用于控制液态VOCs注入的开闭及流速，与所述的配气控制模块连接用于控制加热及恒温温度并接收反馈数据，以及控制二次配气的浓度。
[0008]在一些实施方式中，所述的气体质量流量控制模块包括背景气路、测试气路和分别控制各个气路流量值的第一质量流量控制器，所述的第一质量流量控制器与所述的主控制模块连接，所述的背景气路包括至少三路：第一路稀释背景气、第二路稀释背景气和第三路稀释背景气，各个所述的背景气路的进气端均连接背景气源，所述的测试气路的进气端连接测试气源，所述的测试气路与所述的第一路稀释背景气混合形成混合气并进入所述的配气控制模块进行二次浓度调配；所述的第二路稀释背景气进入所述的配气控制模块用作稀释气；所述的第三路稀释背景气与测试腔连接用作测试背景气。
[0009]在一些实施方式中，所述的VOCs注入控制模块包括液态VOCs源、动力推进器、针筒和三通阀，所述的液态VOCs源通过所述的针筒与所述的三通阀的一端连接，所述的三通阀的另两端分别连接在所述的第一路稀释背景气上，所述的动力推进器与所述的主控制模块连接，用于控制液态VOCs以一定的流速注入所述的第一路稀释背景气中，与背景气混合形成液气混合路。
[0010]在一些实施方式中，所述的动力推进器采用注射泵或蠕动泵，所述的针筒与所述的三通阀的一端之间设置有用于保证进样气密性的密封圈。
[0011]在一些实施方式中，所述的加热装置设置有两组，每组均包括有加热器和热电偶，第一组设置在所述的液气混合路上且位于所述的三通阀的前端，用于控制液态VOCs的汽化温度，第二组设置在所述的恒温装置内，用于控制恒温温度，所述的主控制模块中设置有温控表和可控硅，所述的加热器、所述的热电偶与所述的温控表、所述的可控硅之间形成PID闭环控制，通过所述的温控表来调节所述的可控硅导通角的大小，从而改变加载到所述的加热器上电压实现温度输出，通过所述的热电偶读回相应测量端实时的温度并反馈给所述的温控表；所述的二次配气装置包括二次稀释气路以及依次设置在所述的二次稀释气路上的针阀和第二质量流量控制器，所述的二次稀释气路的进气端连接所述的液气混合路，所述的二次稀释气路的出气端连接所述的测试腔，所述的第二质量流量控制器和所述的测试腔之间连接有所述的第二路稀释背景气的出气端，所述的针阀与所述的主控制模块连接用于控制气路中气体的释放及释放量，所述的第二质量流量控制器与所述的主控制模块连接用于控制所述的二次稀释气路中气体的流量；所述的恒温装置包括将所述的液气混合路和所述的二次稀释气路包覆在内的恒温腔，所述的恒温腔由保温材质构成，第二组所述的加热装置设置在所述的恒温腔内。
[0012]在一些实施方式中，还包括缓冲区，所述的缓冲区设置在所述的液气混合路和所述的二次稀释气路之间，汽化后的VOCs和背景气一同进入所述的缓冲区并在内混合均匀，然后流至所述的二次稀释气路内，所述的缓冲区的容积为0.5
‑
1.0L。
[0013]在一些实施方式中，所述的第三路稀释背景气的出气端连接在所述的测试腔的前端，所述的配气系统还包括与所述的主控制模块连接的第一电磁阀和第二电磁阀，所述的第一电磁阀设置在所述的二次稀释气路上，且位于所述的第二路稀释背景气的出气端和所述的第三路稀释背景气的出气端之间，所述的第二电磁阀设置在所述的第三路稀释背景气
上，所述的第一电磁阀和所述的第二电磁阀分别与废气管路连接。
[0014]在一些实施方式中，所述的背景气源包括氮气源和氧气源，所述的氮气源分别接入各个所述的背景气路，所述的氧气源分别接入各个所述的背景气路；所述的测试气源包括一个或多个，所述的测试气源分别接入所述的测试气路。
[0015]本专利技术解决上述技术问题所采用的又一技术方案为：一种超低浓度流动配气方法，包括以下步骤：将背景气源分为至少三路：第一路稀释背景气、第二路稀释背景气和第三路稀释背景气，并通过气体质量流量控制器对每一路中各背景气进行一次稀释；将测试气选择通过测试气源进样或液态VOCs源进样，若通过测试气源进样，则采用气体质量流量控制器进行一次稀释后接入第一路稀释背景气，形成混合气；若通过液态VOCs源进样，则采用动力推进器控制液态VOCs的流量接入第一路稀释背景气，并在入口处加热至汽化，形成混合气；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低浓度流动配气系统，其特征在于，包括：气体质量流量控制模块，用于控制背景气和测试气以一定的质量和流量进入配气系统；VOCs注入控制模块，用于实现液态VOCs以一定的流速注入管路；配气控制模块，包括对所述的VOCs注入控制模块注入的液态VOCs进行汽化的加热装置、用于对汽化后的VOCs进行温度维持的恒温装置以及用于对测试气进行二次浓度调配的二次配气装置；主控制模块，与所述的气体质量流量控制模块连接用于控制背景气和测试气的质量和流量，与所述的VOCs注入控制模块连接用于控制液态VOCs注入的开闭及流速，与所述的配气控制模块连接用于控制加热及恒温温度并接收反馈数据，以及控制二次配气的浓度。2.根据权利要求1所述的一种超低浓度流动配气系统，其特征在于，所述的气体质量流量控制模块包括背景气路、测试气路和分别控制各个气路流量值的第一质量流量控制器，所述的第一质量流量控制器与所述的主控制模块连接，所述的背景气路包括至少三路：第一路稀释背景气、第二路稀释背景气和第三路稀释背景气，各个所述的背景气路的进气端均连接背景气源，所述的测试气路的进气端连接测试气源，所述的测试气路与所述的第一路稀释背景气混合形成混合气并进入所述的配气控制模块进行二次浓度调配；所述的第二路稀释背景气进入所述的配气控制模块用作稀释气；所述的第三路稀释背景气与测试腔连接用作测试背景气。3.根据权利要求2所述的一种超低浓度流动配气系统，其特征在于，所述的VOCs注入控制模块包括液态VOCs源、动力推进器、针筒和三通阀，所述的液态VOCs源通过所述的针筒与所述的三通阀的一端连接，所述的三通阀的另两端分别连接在所述的第一路稀释背景气上，所述的动力推进器与所述的主控制模块连接，用于控制液态VOCs以一定的流速注入所述的第一路稀释背景气中，与背景气混合形成液气混合路。4.根据权利要求3所述的一种超低浓度流动配气系统，其特征在于，所述的动力推进器采用注射泵或蠕动泵，所述的针筒与所述的三通阀的一端之间设置有用于保证进样气密性的密封圈。5.根据权利要求3所述的一种超低浓度流动配气系统，其特征在于，所述的加热装置设置有两组，每组均包括有加热器和热电偶，第一组设置在所述的液气混合路上且位于所述的三通阀的前端，用于控制液态VOCs的汽化温度，第二组设置在所述的恒温装置内，用于控制恒温温度，所述的主控制模块中设置有温控表和可控硅，所述的加热器、所述的热电偶与所述的温控表、所述的可控硅之间形成PID闭环控制，通过所述的温控表来调节所述的可控硅导通角的大小，从而改变加载到所述的加热器上电压实现温度输出，通过所述的热电偶读回相应测量端实时的温度并反馈给所述的温控表；所述的二次配气装置包括二次稀释气路以及依次设置在所述的二次稀释气路上的针阀和第二质量流量控制器，所述的二次稀释气路的进气端连接所述的液气混合路，所述的二次稀释气路的出气端连接所述的测试腔，所述的第二质量流量控制器和所述的测试腔之间连接有所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱显威，邹杰，简家文，李雪宾，谢建军，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：