[发明专利]标准混合气体制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种标准混合气体制备装置，主要用于煤矿气体检测设备传感器校准、产品质量监督和质量控制、仪器仪表的校准、大气环境监测、医疗卫生、临床检验、分析方法的评价等。

背景技术

标准混合气体是用一种高纯气体作稀释气(又称平衡气或背景气),再添加一种或几种其它的高纯气体(又称组分气或掺杂气)配制而成。标准混合气体中组分的含量可以从1×10-6到50%范围内任意选择,标准气体的配制方法主要有称量法、分压法、体积法、渗透法、饱和法、电解法、指数稀释法、流量比混合法等,从气体动力学的角度分为静态配气法和动态配气法。静态配气法是把一定量的气态或蒸气态的原料气体加入已知容积的容器中,再充入稀释气体,混匀制得。这种配气法的优点是设备简单、操作容易,但因有些气体化学性质较活泼,长时间与容器壁接触可能发生化学反应,适用于活泼性较差且用量不大的标准气体的配制。动态配气法是使已知浓度的原料气体与稀释气体按恒定比例连续不断地进入混合器混合,从而可以连续不断地配制并供给一定浓度的标准气体。这种方法缺点是所用仪器设备较静态配气法复杂。

重量法

该方法应用高载荷精密天平称量装入钢瓶中的各气体组分,根据各组分的质量比,计算出钢瓶中标准气的浓度。将配气钢瓶进行预处理,除去锈迹和污垢,并经水压试验合格,然后在烘箱中减压加热,冷却后除去水气，再用稀释气体冲洗。要求装入钢瓶中的各组分气体对钢瓶材料无腐蚀和吸附等作用。该方法在生产效率上与其它方法相比不是最好的方法。但它以质量单位为依据,在精度上比较可靠,因此,被公认为是制备基准气体的主要方法,各个国家的基准气体的配制基本采用重量法。

压力比法

这种方法在配制混合气体时,根据测定各组分的压力,按指定浓度进行配气。根据需要可分别使用波尔铜管式压力计、油压力计、麦克列奥真空计等。这种方法的特点是,只需要压力计,没有压缩机也可以制备。然而,充填时容易产生压缩热,且混合不匀,对指定浓度准确地充填很困难。

质量流量比法

该方法以流量比率混合的方法进行标准气体的配制,因此流量的准确测定是保证所配制气体的关键,常用的一些流量测量方法受气压和温度的影响较大,容易影响标准气体的精度

静态容量法

将欲配制组分气体(或液体)通过注射孔注入一密封容器(混合室)中,同时导入稀释气体,测定混合气体的温度、压力。根据配制组分的注入量、容器体积、温度、压力计算出标准气体的浓度。目前,国家标准仍然沿用静态容量法配气装置配气。这种配气方法由于压力和温度修正的不确定性导致配制的重复性和准确性较差。国家标准物质研究中心于2002年完成了新型静态容量法配制装置的研制,该装置不仅可以准确、方便地配制常温下组分气体呈气态的标

准气体,而且可准确配制常温下组分气体呈液态的标准气体。该法配制的气体与重量法、动态法配制的气体以及与国际比对用的标准气体相比较具有很好的一致性。

渗透管法

渗透管是一种提供原料气气源的设备,主要由装原料液的小容器和渗透膜组成。小容器由耐腐蚀和耐一定压力的惰性材料制成,渗透膜用聚四氟乙烯塑料制成帽状,套在小容器的颈部,其厚度小于1mm。它的塑料帽薄壁部分是渗透面,气体分子在其蒸气压力作用下,通过渗透面向外扩散,单位时间内的渗透量称为渗透率。渗透管法对于配制低浓度的标准气是一种较精确的方法,凡是易挥发的液体和能被冷冻或压缩成液态的气体都可以用该方法配制标准气体。该方法已成功地用于二氧化硫、二氧化氮等标准气体的配制。

特殊性质标准气体的配制

性质活泼的标准气体的配制

有些气体性质特别活泼,极易与氧、水、包装容器材料发生反应而使浓度发生变化,这些气体以往都是用安瓿瓶、饱和蒸气压等方法少量配制,不宜长途运输及长期贮存。20世纪80年代,美国NIST及一些特气公司如SCOTT等通过实验,研制出钢瓶的内涂层技术。该技术有效地防止了活性气体与钢瓶内壁发生反应,使得气体的稳定性增大,但气体的稳定性只限于半年,最长不超过一年,配制浓度低时保存时间较短,而且该法配制的标准气体没有形成量值传递与溯源。

挥发性有机化合物标准气体的配制