[发明专利]一种计量微量气体的装置及方法

权利要求书

1.一种计量微量气体的装置，其特征在于：由气体收集单元、气体控制单元、气体计量单元组成，气体收集单元负责整个装置中气体收集和排出，气体控制单元负责进、出气相关开关以及电路的联调联控，气体计量单元负责收集到气体的体积的计量，具体结构如下：

气体收集单元包括进气管、气体收集管进气管路、气体收集管排气管、气体收集管、恒温水浴夹套、水、恒温水浴夹套温度控制器，其中气体收集管进气管路与进气电磁阀出口管连接，气体收集管排气管与排气电磁阀进口管连接，气体收集管排气管路端口连接精密气体压力表，气体收集管外壁由恒温水浴夹套包裹，恒温水浴夹套地步安装温度控制器，控制恒温水浴温度；

气体控制单元包括进气电磁阀、排气电磁阀、进气电磁阀控制开关、排气电磁阀控制开关与电源控制器，其中进气电磁阀进口管与进气管串联连接，排气电磁阀出口管与出气管串联连接，进气电磁阀、出气电磁阀通过导线分别与进气电磁阀控制开关、排气电磁阀排气控制开关连接，进气电磁阀控制开关、排气电磁阀控制开关分别通过导线与电源控制器连接；

气体计量单元包括精密气体压力表、电子计数器与导线，精密气体压力表通过导气管与气体收集管上端端口连接，精密气体压力通过导线与电源控制器连接，电子计数器通过导线与电源控制器连接。

2.根据权利要求1所述的计量微量气体的装置，其特征在于：所述气体收集管材质为高硼硅玻璃，内径2-5cm、壁厚6-10mm、高度10-20cm，气体收集管的进气端口、排气端口的外径均为0.3cm。

3.根据权利要求1所述的计量微量气体的装置，其特征在于：所述进气管、排气管、气体收集管进气管、气体收集管排气管材质均为防腐塑料管，内径均为0.3cm。

4.根据权利要求1所述的计量微量气体的装置，其特征在于：所述精密气体压力计为防腐材质。

5.采用权利要求1所述的计量微量气体的装置计量气体的方法，其特征在于：方法的步骤如下：

⑴操作流程：

初始状体下，本发明装置中的进气电磁阀开启，排气电磁阀关闭；由实验室厌氧发酵反应器产生的气体顺次通过进气管、进气电磁阀、气体收集管进气管后进入气体收集管，此时气体收集管开始存储气体；当气体收集管上端的精密气体压力表读数达到设定值后，精密气体压力表中所携带的压力传感器开始启动，此时进气电磁阀关闭，排气电磁阀开启，气体收集管中的气体从排气电磁阀排出；带有数据采集、存储与传输功能的电子计数器开始实时记录读数；排气电磁阀开启后，气体收集管中的气体压力开始下降，经过10秒中左右的稳定时间，精密气体压力表中的气体压力稳定在“0”刻度处，此时出气电磁阀关闭，进气电磁阀开启，厌氧发酵反应器产生的气体开始通过进气管、进气电磁阀、气体收集管进气管后进入气体收集管存储，如此循环；

气体收集管置于恒温水浴夹套中的主要目的是保持气体收集管中的气体温度与厌氧反应器中的一致，防止由于环境温度变化引起的气体体积变化，使得计量的气体体积精确；

⑵气体体积计算方法：

根据气体收集管的容积与电子计数气的读数，结合恒温水浴夹套设定的温度，采用标准气体状态方程，将记录到的气体压力折算为标准状况下(0℃,1标准大气压)的气体体积。

气体体积计算公式为:

累计气体产生量计算公式：公式一

V＝(P+N×P₀)×V₀÷101.325×273÷(273+T)

其中：

V：表示累积产气量，单位Nml

P：表示记录的气体收集管中的气体压力，单位为kPa；

P；：表示设定的精密气体压力表压力传感器启动压力读数，单位为kPa；

V₀：气体收集管的容积，单位为ml；

N：表示电子计数器的读数；

101.325：为1标准大气压的气压数，单位为kPa；

T：恒温水浴夹套温度控制器设定的温度，单位为℃；

日产气量计算公式：

V_i＝[(P_i-P_i-1)+(N_i-N_i-1)×P₀)]×V₀÷101.325×273÷(273+T)公式二

其中：

V_i＝第i天产生的气体体积，单位Nml/d

P_i：表示第i次记录的气体收集管中的气体压力，单位为kPa；

P_i-1：表示第i-1次记录的气体收集管中的气体压力，单位为kPa；

V₀：气体收集管的有效容积，单位为ml；

P₀：表示设定的精密气体压力表压力传感器启动压力读数，单位为kPa；

N_i：表示第i天的电子计数器读数；

N_i-1：表示第i-1天的电子计数器读数；

101.325：为1标准大气压的气压数，单位为kPa；

T：恒温水浴夹套温度控制器设定的温度，单位为℃。