[发明专利]一种高纯及超纯气体高保真取样装置和方法

说明书

本发明涉及一种高纯及超纯气体高保真取样装置，包括耐高压储气瓶、真空发生器、三通阀、第一微量调节阀、第二微量调节阀、压力表以及第一至第四管路；还公开了其取样方法，通过三通阀的切换使得第四管路与第二管路相通，利用真空发生器将样品气作为引射介质形成负压区，将耐高压储气瓶内的空气吸走从第四管路排出，形成较低的真空度，实现抽真空置换过程；通过三通阀的切换使得第四管路与第三管路相通，实现进气采样过程；将取样装置第一管路与分析仪器连接，打开微量调节阀调节进样完成分析过程。本发明只需一次真空置换即可完成采样，提高了分析效率，瓶内真空度量化，提高了平行采样的一致性，抽真空过程无需电耗，适合无电野外环境等，扩大了适用范围。

技术领域

本发明属于高纯、超纯气体采样分析领域，特别是涉及一种高纯及超纯气体高保真取样装置及其取样方法。

背景技术

在大规模集成电路、多晶硅、新型电光源、半导体、电子以及光纤通讯等应用领域，都需要大量高纯、超纯气体，以制造出性能可靠的各种器件。由于高纯、超纯气体中的杂质含量低至10^-6至10^-9，为了准确测量痕量杂质含量，对测定中使用的检测方法、分析测试仪器性能、取样工具与方法也提出了更高的要求。取样工具与方法是获取准确分析结果的先决条件，是保证生产过程产品质量的关键环节。因此，研制无污染的直接取样装置，是完成痕量分析的关键技术，避免取样时大气中O₂、H₂O、烃类等永久性气体污染取样系统，造成错误的分析结果。

目前使用的取样装置有取样袋、取样钢瓶以及自动取样器等，但是气体取样袋或者取样瓶中采集的样气是袋内或钢瓶中空气与样品气的混合气，样品气的纯度受空气含量的影响，这会对超高纯气体痕量分析造成极大误差；因此取样的关键是用样品气将取样装置中的空气进行完全彻底地置换，然而置换的次数和时间难以把握，需要顺序采取的样品浓度趋于一致则说明置换已充分，取样时间成本相对较大；自动取样器则利用真空泵对滞留在管线与容器中残存杂质气体进行抽真空置换，只需要将取样器抽取至一定压力值，只需要一次置换即可满足置换要求，操作方便节约时间，但自动取样器需要电能源驱动自动化执行机构，制造成本高、体积大、耗能多，不便野外等无电力的场合使用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高纯及超纯气体高保真取样装置，该装置能对常压至20MPa的气体进行高保真取样，解决了目前取样袋无法采取高压气体样且无法排除袋中空气造成分析误差、取样瓶置换的次数和时间难以把握导致取样一致性误差大、自动取样器需要电能源驱动自动化执行机构导致成本高、体积大、耗能多等问题，一次置换即可完成取样提高了分析效率，瓶内真空度量化，提高了平行取样的一致性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高纯及超纯气体高保真取样装置，包括耐高压储气瓶以及分别连接在耐高压储气瓶出口端和入口端的第一管路和第二管路，还包括具有吸入室的真空发生器，第一管路另一端可连接气体分析仪，所述的第一管路上分别设置有第二微量调节阀以及压力表，所述的第二管路上设置有第一微量调节阀，第二管路另一端与真空发生器的引射空气入口相连，第一微量调节阀与耐高压储气瓶入口端之间的第二管路管线上引出第三管路，真空发生器的混合气体出口连接第四管路进口，第四管路上设置有三通阀，第三管路另一端连接三通阀第一端，三通阀第二端与真空发生器的混合气体出口连接， 三通阀第三端与大气相通，所述的样品气入口处设置有拉瓦尔喷嘴。

所述的一种高纯及超纯气体高保真取样装置，其耐高压储气瓶工作压力≥20MPa，采用不锈钢材质，经电抛光后、酸洗、碱洗、钝化等净化处理减少样品气在内壁发生化学反应、产生吸附造成污染。

所述的一种高纯及超纯气体高保真取样装置，其第一微量调节阀、第二微量调节阀以及三通阀采用无死体积微量连续调节针阀，连接组件采用密封性高、无死体积的焊接或VCR连接方式。

所述的一种高纯及超纯气体高保真取样装置，其压力表是压力范围为-0.1MPa～2.4MPa的真空压力表。