[发明专利]含高温水蒸气混合气体测量的质谱仪标定装置及方法

说明书

一种含高温水蒸气混合气体测量的质谱仪标定装置，包括：相互连接的标气制备装置和测量装置，其中：标气制备装置与质谱仪连接。本发明将已知比例的无蒸汽标准气体与高温水蒸气混合来制备含高温水蒸气的混合标气，能够通过调整进入压力容器的水蒸气的量，调整混合标气中各组分的比例；本发明能够进行常压和高压下的含高温水蒸气的混合气体的质谱仪测量标定，功能多样；本发明通过两种计算方式得到各气体的组分，彼此之间相互验证，提高了测量的准确度和可信度；本发明运用的标准混合气体为随用随制、随用随测的方式制备，保证了较好的气体稳定性。

技术领域

本发明涉及的是一种质谱仪标定领域的技术，具体是一种含高温水蒸气混合气体测量的质谱仪标定装置及方法。

背景技术

日本福岛事故后，人们对事故条件下核电厂安全壳内部的氢气分布，以及迁移情况研究得越来越多。在开展安全壳氢气相关实验研究时，需要对容器内的高温高压高水蒸气含量的混合气体的各组分浓度进行测量。在不同条件下使用的质谱仪应该用不同的标准气体进行校准，标气的成分、压力及温度应尽量与目标气体相同。现有技术多采用在单一组份标气中通入其他高纯气体的方法进行定制，具体可以分为静态配气法和动态配气法。该技术存在以下问题：为了保证每种通入的高纯标准气体的流量稳定，造成流量控制系统设计得十分复杂；为了使不同的气体进入一个容器，各个单一标准气体之间的压力差不能过大，从而限制了本方案的使用；混合后的标准气体处于同一总压和同一温度下，混合气体中的所有气体的物态须保持一致，不能发生冷凝，然而对于沸点较高的水蒸气来说，很难保证在混合过程中不发生凝结；混合容器内本身具有的气体会影响标准气体的组分含量，进而降低标定效果。除了上述的问题之外，现有质谱仪标定技术还无法适用于高温高压变条件的含水蒸汽混合气体标定。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种含高温水蒸气混合气体测量的质谱仪标定装置及方法，通过现用现制的方法制备含水蒸气的混合标准气体并进行多工况混合气体标定。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：相互连接的标气制备装置和测量装置，其中：标气制备装置与质谱仪连接。

所述的标气制备装置包括：标气罐、压力容器、温度控制装置、软化水装置和蒸汽发生器，其中：标气罐和蒸汽发生器分别通过通气管道与压力容器相连，软化水装置与蒸汽发生器相连，用于对压力容器及通气管道进行加热和保温的温度控制装置设置于压力容器和通气管道表面。

所述的压力容器为中空腔体，其上设有进气口、排气口、取样口、第一氧浓度检测口、传感器安装口和热电偶安装口，其中：进气口设置于压力容器的顶部，排气口设置于压力容器的底部，取样口、传感器安装口、热电偶安装口和第一氧浓度检测口径向设置于压力容器上，取样口通过取样管线与质谱仪相连。

所述的压力容器进一步优选设有第二氧浓度检测口以与第一氧浓度检测口共同确保压力容器内部的气体已充分混合，该第二氧浓度检测口与第一氧浓度检测口通过压力容器的中央横截面对称设置且取样口、传感器安装口和热电偶安装口位于第一氧浓度检测口和第二氧浓度检测口附近。

所述的压力容器的内部优选设有搅浑器以保证压力容器内的标气均匀混合。

所述的温度控制装置包括：加热保温器、温度控制器和温度测量设备，其中：加热保温器设置于通气管道和压力容器的外壁面上，温度测量设备探入通气管道和压力容器内部并设置于其内表面附近，温度测量设备和加热保温器分别与温度控制器相连。

所述的测量装置包括：氧浓度检测设备和高精度压力传感器，其中：氧浓度检测设备与氧浓度检测口相连，高精度压力传感器与传感器安装口相连。