[发明专利]一种低浓度气体的配制装置及配制方法

说明书

技术领域

本发明属于气体制备技术领域，涉及一种低浓度气体配制装置及方法，具体是指一种利用物质挥发或升华扩散特性实现低浓度气体的配制装置和方法。

背景技术

低浓度气体广泛应用于实验研究和产品检验中。低浓度特定气体可用于气敏材料性能的检验、分析仪器的检验校准等，低浓度烟气可应用于火灾、有毒气体报警器的检验。此外，低浓度气体可广泛应用于环境保护、国防计量以及实验研究。在气敏材料研制过程中，低浓度气体作为材料性能检验必不可少；在分析仪器的检验校准中，具有稳定浓度的低浓度气体关系到检验校准结果的准确性；而在环境类实验研究中，由于大气环境中有害气体浓度相对于工业废气排放口的较低，往往需要考察低浓度气体的降解、污染特性，研发具有操作简易、安全性好、成本低廉、配气稳定性高等优点的低浓度气体的配制装置及方法至关重要。

目前主要配气方法有静态配气法与动态配气法。

静态配气法主要有：称量法、静态容量法、分压法等。它是一种把一定量的原料气加入已知容积的高压或加压容器中，再充入稀释气体混匀而制得，必要时采取风扇等搅拌装置帮助容器内气体达到平衡。目标气体浓度根据加入原料气和稀释气量及容器容积计算得到。这种配气法的优点是设备简单、操作容易，但由于挥发源取样量限制，这种方法不能实现小体积配气室的低浓度配气，一般用于大体积的间歇反应实验研究，此外，由于配气室的吸附问题，往往配制浓度与计算浓度有一定偏差，尤其是在配制低浓度气体时误差较大，并且配制的气体浓度范围也受到一定的限制，也不适用于目标气体用量较大或通气时间要求较长的情况。

动态配气法主要有流量比混合法、渗透法、扩散法、定体积法、电解法等。这种方法使已知浓度的原料气与稀释气按恒定比例进入混合器混合，从而连续不断地配制并供给目标气体，根据稀释比计算得出目标气体的浓度。动态配气法适用于配制低浓度的标准气，可用于用量较大或通气时间要求较长的场合。一种多路渗透式配气装置(CN 1765474A)介绍了一种由本底载气源、气体选通系统、气体流量控制装置、一室多腔/管渗透室、集气装置组成的多路渗透式配气装置。该装置具有结构简单、操作简单以及可同时配制不同规格和/或不同浓度的混合气体等优点，但该法存在如下不足：渗透管在使用前需在恒温系统中平衡较长时间，且随使用时间和次数的增长渗透管会趋于耗尽，不仅使渗透率发生变化，而且也需要不断更换渗透管；采用一室多腔/管渗透室使得在配制混合气体时渗透管温度与气体流量相互调节变得复杂。渗透管快速动态配气装置(CN 2421650Y)提供了一种利用渗透管快速配气的装置及工艺，针对内渗式配气装置，将渗透管、恒温室、气路组合为整体结构，通过快速插接头实现渗透管的更换，结构简单紧凑，使用方便，但配制不同气体时仍需更换渗透管，操作较繁琐。高精度混配气及供气装置(CN 2555922Y)公开了一种高精度混配气及供气装置，利用平行气路通过多位转换阀实现单套配气装置混配不同混合气体的目的，其对于流量较大的混配气供气体系具有供气均匀稳定的优点，但该装置不适用于含有高沸点(常温液态)组份混合气体的制备。

综上，上述配气方法不是存在气路复杂、操作繁琐、运行成本高、工艺不够成熟等问题，就是存在无法配制高沸点气体组份、稀释气耗量大、可配气体类型有限以及存在由气源、传质、吸附等引起的稳定性不理想等问题。鉴于当前低浓度气体在环境保护、气敏材料研发、仪器检验校准、安全生产、国防计量以及科学研究等领域的广泛需求，发明一种成本低、操作简单的低浓度精确配气装置具有显著的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明针对目前低浓度气体配制难度大、配气不稳定、操作复杂繁琐、耗气量大、适用气体类型有限等技术问题，提供一种采用扩散稀释式动态配气法的低浓度气体配制装置，该装置具有成本低、操作简单、耗气量小、配气稳定、应用广泛的特点。