[发明专利]一种超低浓度快速切换的动态配气系统

说明书

本发明公开了一种超低浓度快速切换的动态配气系统，包括液体源或气体源(10)、背景气体(20，30)、真空发生器(11)、压力和流量控制器(12)、微流体流量传感器(14)、微流控芯片(15)、气化室(40)、混气罐(50)、质量流量控制器(22，32)、检测室(60)、吹扫装置(61)、传感器(63)、数据采集装置(70)、多个阀门以及用于各部件之间气体传输的管路；背景气体(20)为稀释气，与气体源或液体源混合成为目标气体；背景气体(30)为吹扫气，与目标气体在检测室(60)内进行交替循环切换，同时，吹扫装置(61)对气体进行快速吹扫；数据采集装置(70)采集数据，从而研究所述传感器(63)的响应和恢复特性。

技术领域 本发明涉及气体浓度配比领域，尤其是一种超低浓度快速切换的动态配气系统。

背景技术

随着科技的发展，在在传感器研究领域，配置一定浓度的气体尤为重要。最常用的配气方法是采用两个不同流速范围的质量流量计（MFC）进行混合气体，通过选择合理的气源浓度和质量流量计（MFC），实现连续可变的低浓度配气，这种方法只能用来配气体气源（比如CO、H₂等等），配气浓度在ppb到ppm级别居多。为了进一步降低配气浓度，可以采用二次稀释法，也就是将配置出来的气体作为一种气源，再加一路背景气体进行二次稀释。这种方式能够进一步降低浓度，但是平衡时间会很长，同时也只能达到0.1ppb左右的级别。以上方法均无法配置液体源（比如乙醇、甲醇、甲苯等等）。如果需要配液体源的低浓度气体，通常通过微量控制器，将液体以数微升每分钟的速度推出，同时在针头位置加热控温，蒸发产生气源。这种方法受到微量控制器的精度限制，通常也是在ppb级别配气。

现在多集中在超低浓度的气体研究方面，例如，呼吸气体以及爆炸物气体等多种超低浓度气氛环境。人们已经知道呼出气体中存在上千种VOCs，其中大多数浓度在皮摩尔（10^-12 mol/L）或ppt（parts per trillion）级别。现有的配气方法无法满足这种浓度气体的研究，因此，提供一种精度高，浓度超低，配气速度快，且快速高效稳定的动态配气系统及其配气方法具有非常重要的现实意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种超低浓度快速切换的动态配气系统，通过一次完整的配气过程,将气体源或液体源的浓度稀释至超低浓度即ppt（10^-12）级别以下；通过交替循环调控检测室两个进气气路上电磁阀的通断，实现目标气体和背景气体吹扫气之间快速循环切换，调节检测室内吹扫装置的频率控制气流流向传感器的速度。

一种超低浓度快速切换的动态配气系统，包括：液体源或气体源、背景气体、背景气体吹扫气、真空发生器、压力和流量控制器、微流控芯片、气化室、混气罐、微流体流量传感器、质量流量控制器、检测室、吹扫装置、传感器、数据采集装置、多个阀门以及用于各部件之间气体传输的管路；微流控芯片出口处设有气化室；混气罐用于混合背景气体和气源气体；检测室内部设置有吹扫装置和待研究的传感器。背景气体一路用作稀释气，一路用作吹扫气，两路气体的流量均由质量流量控制器控制；背景气体稀释气与气体源或液体源在混气罐内混合均匀成为目标气体；检测室有两个进气口和一个出气口，内部设置有吹扫装置和待研究的传感器；两个进气口分别连接背景气体吹扫气和目标气体两路进气气流，出气口用于将检测室内的气体排出；通过交替循环调控两路进气气路上电磁阀的通断，实现两种气体之间快速循环切换，调节吹扫装置的频率控制气流流向传感器的速度；同时，通过数据采集装置采集数据，从而研究所述传感器的响应和恢复特性。

进一步地，其中，所述气化室底部有控温芯片和温度传感器，周围有保温隔热层，通过控制加热温度将液体汽化。

进一步地，其中，所述压力与流量控制器和微流体流量传感器之间形成闭环PID控制流量，实现pL/min的小流量连续配气。

进一步地，其中，所述微流控芯片由聚二甲基硅氧烷（PDMS）层、顶部和底部框架密封组装而成，在聚二甲基硅氧烷（PDMS）型材上加工Y型通道，通道可通入液体和气体。