标准气体的动态配气系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于生产(10-9～10-6)mol/mol浓度范围的标准气体混合物的动态配气系统。所述系统包括：在温度受控的扩散池中提供包含目标物质的扩散管；使预定流量的载气流经含有目标物质的扩散池，使得载气携带目标物质流出扩散池；然后使携带有目标物质的载气流入至少两个混合室中的第一混合室中；使预定流量的稀释气体分支成至少两个稀释气体分支气流，其中第一稀释气体分支气流流入所述第一混合室，在此与所述流入混合室的载气相混合，混合之后所得的第一混合气体流入第二混合室中；使第二稀释气体分支气流流入所述第二混合室，在此与所述第一混合气体相混合，从而获得目标物质的所需浓度的标准气体混合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种标准气体的动态配气系统，更具体涉及一种利用扩散管或渗透管来生产(约10_9 10-6)mOl/mOl浓度范围的标准气体混合物的动态配气系统。
技术介绍
在许多工业应用中，对低浓度的标准气体(例如10_9 10_6mOl/mOl浓度范围)的需求日益增长。当前，低浓度的标准气体混合物的制备方法主要有两种，即静态法和动态法。静态法是利用称重或压力来配置一定浓度的所需混合物，然后将其容纳在容器中待用。 动态法是将目标组分引入基本处于常压的纯的稀释气体流中，得到所需浓度，然后用于特定应用中。动态配气扩散管(渗透管)法是一种动态法，其原理是利用装有目标组分的扩散管(渗透管)在一定的温度、压力下，该组分扩散率(渗透率)保持不变，通过稀释气体连续稳定地流过扩散管(渗透管)以得到所需浓度的标准气体。扩散管(渗透管)发生装置制备气体标准物质的优点是可以用来制备吸附性、腐蚀性等在气瓶中不稳定的气体标准物质，例如低含量的S02、H2S, NO2, NH3等气体混合物，这些气体混合在静态容器中有时候不稳定，利用扩散管(渗透管)方法可以在现场制备出量值稳定可靠的气体标准物质，用于仪器校准。即，其能够消除了静态配气法的诸多缺点如组分的挥发、吸附、衰减等问题。扩散管(渗透管)法目前被广泛应用于各大企业、科研等机构，涉及化工、环境、军事、医疗等多领域。具体地，动态配气扩散管(渗透管)法制备标准气体的过程如下利用载气流过扩散池(渗透池)(即包含扩散管(渗透管)的元件)，将一定浓度的目标气体携带离开扩散池(渗透池)；同时另一路稀释气体与该携带有目标气体的载气混合，从而得到所需浓度的目标气体的标准气体。气体渗透率与渗透池(扩散池)的温度有很大关系，一般可通过改变渗透池温度来改变气体渗透率，从而改变产生的气体混合物浓度。但是因为渗透池温度控制范围较窄，所以渗透管装置所产生的气体浓度范围很窄。另外，也可通过调整经过渗透池的载气流量来改变产生的气体混合物浓度。但是，改变载气流量将导致气体池的温度平衡被破坏，为此需经过较长一段时间才能恢复稳定，这将影响渗透装置的使用。因此在实践中，通常通过改变稀释气体的量来配置不同浓度的标准气体时。但是，在配置较小浓度的标准气体(例如约10_9 10_6mOl/mOl浓度)时，需要消耗大量的稀释气体例如纯氮。此外，本专利技术人在实践中发现，在利用现有的配气扩散管(渗透管)法制备低浓度的标准气体(约10_9 10_6mOl/mOl浓度)时，稀释气体与携带有目标气体的载气在混合后获得的浓度与理论计算浓度之间有不小的偏差。为了克服相关技术的一些缺陷，本专利技术的目的在于提供一种利用扩散管(渗透管)来生产(约10_9 10_6)mOl/mOl浓度范围的标准气体混合物的动态配气系统和装置。
技术实现思路
通过本专利技术的生产(约10_9 10_6)mOl/mOl浓度范围的标准气体混合物的动态配气系统和装置来实现上述目的。根据本专利技术的一个实施方案，提供一种用于生产(约10_9 10_6)mOl/mOl浓度范围的标准气体混合物的动态配气系统。所述系统包括在温度受控的扩散池(或渗透池，下文同)中提供包含目标物质的扩散管(或渗透管，下文同)；使预定流量的载气流经含有目标物质的扩散池，使得载气携带目标物质流出扩散池；然后使携带有目标物质的载气流入至少两个混合室中的第一混合室中；使预定流量的稀释气体分支成至少两个稀释气体分支气流，其中第一稀释气体分支气流流入所述第一混合室，在此与所述流入混合室的载气相混合，混合之后所得的第一混合气体流入第二混合室中；使第二稀释气体分支气流流入所述第二混合室，在此与所述第一混合气体相混合，从而获得目标物质的所需浓度的标准气体混合物。所述目标物质在常温下可以是气体或者液态，例如可以是S02、N02、NH3、硫化氢、甲醛、苯、甲苯、二甲苯等等。所述载气和稀释气体可以为同一种气体，并且通常为高纯的形式，例如可以为氮气、氦气、氩气、二氧化碳等等，通常该气体相对于目标物质为惰性。载气和稀释气体可以来自同一个源，例如由一个高压气瓶分支成两路气体来提供。也可以是来自不同的源，例如由各自独立的高压气瓶来提供载气和稀释气体。本领域技术人员可以根据目标物质来选择适当的载气和稀释气体。扩散池的温度控制可以例如通过水浴、加热元件等来精确控制。在扩散池(或扩散管)的温度、流经扩散管池(或扩散管)的载气的量恒定的情况下，特定的目标物质的扩散率将是恒定的。可以通过称重法测定在特定的时间内扩散管的失去的重量，来精确地计算该扩散率，从而得到携带目标物质的载气的浓度。这为本领域技术人员所熟知。本专利技术人在研究中发现，在利用现有技术的方法制备低浓度的标准气体(约 10_9 10_6mOl/mOl浓度)时，稀释气体与携带有目标气体的载气在混合后获得的浓度与理论计算浓度之间有较大的偏差。不希望束缚于理论，认为这可能是由于稀释气体和载气之间流量差大，即稀释气体的量大，导致混合不均勻，从而引起浓度偏差。因此，本专利技术通过将所述稀释气体在流入混合室之前分支成至少两个稀释气体分支气流，从而进行二次混合， 由此克服了稀释气体流量大所带来的上述问题。当然，也可以根据需要，将所述稀释气体分成更多个分支，例如3、4个分支，从而进行更多次的混合。可以在稀释气体分支管道中至少之一上设置的流量调节阀，以根据需要在各气体分支管道之间分配稀释气体的流量。例如可以在第二稀释气体分支气流的流路上设置流量调节阀。例如在将稀释气体分支成两个支流的情况下，可以设定分流比为约1 9至 9 1，更具体为约2 8至8 2，约3 7至7 3，约4 6至6 4，以及约5 5等。 类似地，在有3个以上的分支的情况下，也可以进行同样的分流，例如在3个分支的情况下， 可以设定分流比为约1 1 1。理论上，可以通过改变渗透池温度以及经过扩散池的载气流量来改变目标物质的渗透率，从而改变产生的气体混合物浓度。但是如上所述，扩散池温度控制范围较窄，所以扩散管装置所产生的气体浓度范围很窄。另外，改变载气流量将导致扩散池的温度平衡被破坏，为此需经过较长一段时间才能恢复稳定，影响了扩散装置的使用。实践中，通常通过改变稀释气体的流量来改变最终所得混合气体的浓度。但是，在配置低浓度的标准气体 (例如约10_9 10-6mOl/mol)时，稀释气体的量相对于载气或目标物质而言是相当大的。在稀释气体的量远大于载气或目标物质的情况下，通过改变稀释气体的量来改变最终所得混合气体的浓度将会是非常低效的。相比之下，通过改变与稀释气体相混合的载气(携带有目标物质)的量来改变最终所得混合气体的浓度将会是相对高效的。因此，根据本专利技术的另一实施方案，所述系统还包括将携带有目标物质的载气流分支成至少两个载气分支气流，其中一个分支气流流向第一混合室，另一个分支气流不流向第一和第二混合室，而是排空，或者流向其他管道或容器。并且在这两个分支流的至少之一上设置流量控制器，以精确控制通过该流路的流量。流量控制器可以设置在流向混合室的流路上，可以设置在另一流路上，或者可以在两个流路上均设置流量控制器。优选，在所述排空或者流向其他管道或容器的分支流上设置流量控制器，这样可以避免流量控制器设置在通向混合室的流路上对标准气本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于生产１０－９～１０－６ｍｏｌ／ｍｏｌ浓度范围的标准气体混合物的动态配气系统，所述系统包括：在温度受控的扩散池中提供包含目标物质的扩散管；使预定流量的载气流经含有目标物质的扩散池，使得载气携带目标物质流出扩散池；然后使携带有目标物质的载气流入至少两个混合室中的第一混合室中；使预定流量的稀释气体分支成至少两个稀释气体分支气流，其中第一稀释气体分支气流流入所述第一混合室，在此与所述流入混合室的载气相混合，混合之后所得的第一混合气体流入第二混合室中；使第二稀释气体分支气流流入所述第二混合室，在此与所述第一混合气体相混合，从而获得目标物质的所需浓度的标准气体混合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡树国，吴海，韩桥，刘新志，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：11