CN102859459A

CN102859459A - 用于校准气流稀释器的方法和***

Info

Publication number: CN102859459A
Application number: CN2011800199429A
Authority: CN
Inventors: B·A·古迪
Original assignee: LNI SCHMIDLIN SA
Current assignee: LNI Swiss Gas Co., Ltd.
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-04-18
Also published as: KR101832926B1; CN102859459B; EP2561420B1; US9229456B2; JP2013525780A; US20130041611A1; JP5932768B2; WO2011132049A1; KR20130064047A; GB201006530D0; EP2561420A1

Abstract

于此描述的优选实施方式能够使用更低成本的固定流量部件，诸如临界孔，其能够快速稳定到稳定流量。这些不能被调整以实现相等的流量，但是可选择以合理地接近他们的期望流量值。该实施方式确定了所有流量控制部件的流量的真实比率。实际流量没有被测量，但是接近相等的流量各自被馈送给公共流量计而且所指示流量计读数的比率被认为是与流量的比率相同。然后两个接近相等的流量被混合并与具有近似相同值的单个流量进行比较，等等。流量计仅用于比较接近相等的流量，因此不需要被校准也不需要在宽范围上是线性的。

Description

用于校准气流稀释器的方法和***

技术领域

本发明涉及用于校准气流稀释器的方法和***。

背景技术

标准气体混合物能够在包含基质气体（例如氮气）中固定浓度的分析气体（例如一氧化碳）的气筒中得到。气流稀释器将标准气体混合物的流量与相关基质气体（称为稀释气体）的附加流量混合以提供稀释。两个流量的比率的调整提供了调整混合流中分析物的浓度的方式。

本发明致力于提供一种类型的气体稀释器的改进校准，在各种混合中，其通过打开或关闭若干固定流量的标准气体混合物和稀释气体来工作。这种气体稀释器类型是众所周知的，并且通常将毛细管、孔或临界孔用作固定流量控制部件。

气体稀释器通常通过测量流量控制部件相对于流量的外部参考标准的实际流量而被校准。在校准实验室中，通常是每年执行商用气体稀释器的这种校准。这是昂贵的、费时的，而且在整个周期中精度不会得到维持。

然而，实际流量的校准是不必要的，因为稀释是流量比率（flow rate）的函数而实际流量值的信息并不需要。英国专利GB-B-2,333,614描述了一种校准若干流量控制设备以通过调整一系列的流量混合来精确设置它们的流量比率从而在公共流量计上给出相等读数的方法。利用该方法的名称为“high-accuracy gas flow dilutor using mass flow controllers with binaryweighted flows”的详细描述在2002年第13期的测量科学与技术的第1138-1145页上公开。该方法可以用于在使用时以频繁的间隔实际地执行校准。

英国专利GB-B-2,333,614的方法仅适用于使用可调整的且能够被设置到期望流量的流量控制部件（诸如质量流量控制器）的稀释器。质量流量控制器是大的、昂贵的并且稳定到他们流量的调整值处是慢的。因此依赖于将流量调整为相等的精确校准时间被延长。

发明内容

本发明致力于提供用于校准气流稀释器的改进方法和***。

根据本发明的一个方面，提供一种校准气流稀释器的方法，包括以下步骤：提供多个固定流量流体部件，这些被选择以提供期望的流量比率；通过馈送所述流量从所述部件中的一个或多个部件通过公共流量计并测量通过流量部件的流量来获得通过所述多个固定流量部件的流体流量的测量以及从中确定流量的比率，从而获得通过所述部件的流量的测量。

根据本发明的另一方面，提供一种用于校准气流稀释器的装置，该装置包括：多个固定流量流体部件，其可操作以提供期望的流量；公共流量计，其耦合成从所述流体流量部件接收流体流量并可操作以获得通过多个固定流量部件的流体流量的测量；用于从中确定流量的比率从而获得通过所述部件的流量的测量的组件。

于此描述的优选实施方式能够使用更低成本的固定流量部件，诸如临界孔，其能够快速稳定到稳定流量。这些不能被调整以实现相等的流量，但是是可选择的以合理地接近他们的期望流量值。该实施方式确定了所有流量控制部件的流量的真实比率。实际流量没有被测量，但是接近相等的流量各自被馈送给公共流量计而且所指示流量计读数的比率被认为是与流量的比率相同。然后两个接近相等的流量被混合并与具有近似相同值的单个流量进行比较，等等。流量计仅用于比较接近相等的流量，因此不需要被校准也不需要在宽范围上是线性的。

附图说明

本发明的实施方式在下面仅通过示例的方式并参照图1的附图进行描述，其中图1以示意的方式示出了流量控制设备的实施方式并尤其用于校准气流稀释器。

具体实施方式

参照图1，其通过示例的方式示出了将临界孔用作流量控制部件的气流稀释器的实施方式。常规设计是公知的，但是附加部件7A、8A和11被包括以使得能够实现改进的校准方法。优选地，部件6也被包括以改善校准精度。

标准气体在输入端口1处经由三向阀门3被提供给压力调节器4并馈送给阀门7A至7F。稀释气体在输入端口2处被提供给压力调节器5并馈送给阀门7A至7F。这些阀门允许标准气体或稀释气体流到临界孔8A至8F。另外，每个阀门可以被布置成同时关闭两种气体的流量。

来自临界孔的混合流流向阀门10并且能够被引向输出端口9或通过流量计11引向排出端口12。

阀门3允许稀释气体替代标准气体而被方便地馈送给调节器4，以便在校准期间保护标准气体。

通过改变阀门7A至7F的设置组合以获得标准气体的不同的稀释。

临界孔8A至8F被选择以分别给出1、1、2、4、8和16个流量单位的标称（例如，在±3%的值内）流量。（流量单位被选择以根据输出提供期望的流量。）

优选地来自调节器4和5的输出压力是相等的且足以确保临界孔的正确操作。

不同的压力计6允许两个调节器4和5的输出压力被方便地设置成相等的。其还允许监控和补偿因流量改变引起的输出压力的改变。

流量计11并不需要精确地被校准，也不需要是高度线性的，因为其仅用于比较接近相等的流量对。

优选的校准方法如下：

1）稀释气体连接到端口2而且其压力被调整成足以供应调节器4和5；

2）阀门3被设置成向两个调节器供应稀释气体；

3）阀门7B至7F被设置成关闭（没有流量）；

4）阀门7A被设置成向临界孔8A供应稀释气体；

5）阀门10被设置成引导流量通过流量计11；

6）来自稀释调节器5的通过孔8A的流量将被称为FD（8A）且被便利地用作所有其他流量与其进行比较的参考流量。流量计11上的相应流量指示将被称为ID（8A）；

7）阀门7A被关闭且阀门7B被设置成将来自调节器5的流量提供给孔8B。流量FD（8B）给出指示ID（8B）；

8）然后，得到接近的近似值：

FD(8B)=FD(8A).ID(8B)/ID(8A)；

9）阀门7A和7B都被设置成流动来自调节器5的气体。通过使用类似的命名法，混合流量FD（8A+8B）在流量计11上被指示为ID（8A+8B）；

10）阀门7A和7B都被设置成关闭。阀门7C被设置成流动来自调节器5的气体以实现流量FD（8C）和指示ID（8C）；

11）然后，得到接近的近似值：

FD(8C)=FD(8A+8B).ID(8C)/ID(8A+8B)；

12）通过混合流量并与类似流量进行比较的类似过程，可以确定下面的接近的近似值：

FD(8D)=FD(8A+8B+8C).ID(8D)/ID(8A+8B+8C)

FD(8E)=FD(8A+8B+8C+8D).ID(8E)/ID(8A+8B+8C+8D)

FD(8F)=FD(8A+8B+8C+8D+8E).ID(8F)/ID(8A+8B+8C+8D+8E)。

这提供了足够的信息来确定被从调节器5供应时临界孔8B至8F相对于也被从调节器5供应的通过孔8A的流量的相对流量；

13）然后步骤4）至12）被重复，但是阀门被设置成从压力调节器4而非调节器5供应气体。这些流量和指示将分别被称为FS和IS，而且可以确定下面的接近的近似值：

FS(8B)=FS(8A).IS(8B)/IS(8A)

FS(8C)=FS(8A+8B).IS(8C)/IS(8A+8B)

FS(8D)=FS(8A+8B+8C).IS(8D)/IS(8A+8B+8C)

FS(8E)=FS(8A+8B+8C+8D).IS(8E)/IS(8A+8B+8C+8D)

FS(8F)=FS(8A+8B+8C+8D+8E).IS(8F)/IS(8A+8B+8C+8D+8E)

这提供了足够的信息来确定被从调节器4供应时临界孔8B至8F相对于也被从调节器4供应的通过孔8A的流量的相对流量。

14）通过使用流量计11，当从调节器4供应时通过孔8A的流量与当从调节器5供应时所获得的流量进行比较。因此：

FS(8A)=FD(8A).IS(8A)/ID(8A)

15）然后能够计算通过每个孔的稀释气体或标准气体的相对流量。

在操作中，阀门7A至7F被组合使用以设置标准气体和稀释气体的流量。这两种气体的相对流量定义了稀释度。

实际上，两个调节器4和5的输出压力可以随着通过它们的流量的增加而降低。这将导致通过孔的流量的降低和所确定的相对流量以及因此稀释度的随之误差。该效应是足够小的以致可以被忽略，但是压力计6能够用于测量压力和流量的关系并用于施加补偿。

对于上面描述的实施方式存在各种可能的修改。例如，可以使用诸如毛细管或非临界孔之类的流量控制设备。流量控制设备的数量可以增加或减小。流量控制设备的标称流量不需要遵循二进制加权关系（例如，1、1、1、3、5和10个流量单位）。流量计能够从两个或更多个中进行选择以增加测量范围。调节后的压力能够被单独监控。进行校准测量的顺序能够改变。校准数据的处理能够改变。该***能够用于提供单一气体的线性流量控制。

于此公开的校准方法和装置能够被合并到现有类型的气体流量稀释器中，从而能够由用户对它们进行频繁（例如，每日）重新校准以移除长期漂移的影响。这得到了潜在的更精确稀释器（实现了0.1%的相对不确定性），而且移除了与向实验室运送稀释器以定期重新校准相关联的成本和停工期。

Claims

1.一种用于校准气流稀释器的方法，该方法包括以下步骤：提供多个固定流量流体部件，这些固定流量流体部件被选择以提供期望的流量比率；通过将所述流量从所述部件中的一个或多个部件馈送通过公共流量计并测量通过所述流量部件的所述流量来获得通过所述多个固定流量部件的流体流量的测量以及从中确定流量的比率，从而获得通过所述部件的流量的所述测量。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法包括将所述流体流量部件中的一个流体流量部件用作校准部件以校准其他所述部件的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过所述部件中的两个或更多个部件的流体被混合并与来自所述部件中具有所述两个或更多个部件的近似算法混合后流量的流量容量的另一部件的单个流量进行比较。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述部件中的至少一个部件被耦合以在所述稀释器中提供稀释气体，而且所述部件中的至少一个其他部件被耦合以提供将被稀释的标准气体。

5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述固定流量流体部件被提供有临界孔、毛细管或非临界孔。

6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述固定流量部件分别具有至少1、1和2个流量单位的容量。

7.根据前述任一权利要求所述的方法，该方法包括提供第一和第二流量调节器以用于将标准流体和稀释流体馈送到稀释器中的步骤，其中，所述流量调节器的容量相等。

8.根据权利要求7所述的方法，该方法包括测量所述调节器之间的不同压力并补偿它们之间的压力差异的步骤。

9.根据前述任一权利要求所述的方法，该方法包括耦合稀释气体到所述稀释器的输入、调节所述稀释气体的压力以能够至少供应第一和第二调节器、供应稀释气体给所述调节器、关闭除了所述流量部件中的第一部件之外的所有部件、促使流体从所述第一部件流到所述流量计并将流量的测量用作参考流量的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，该方法包括关闭来自所述第一部件的流体流体并提供通过所述部件中的第二部件的流量、确定通过所述第二部件的流量的步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，该方法包括允许流体流量通过所述第一部件和所述第二部件两者、确定通过其中的混合流量、关闭通过所述第一部件和所述第二部件的流体流量并允许所述流体流量通过具有基本上等于通过所述第一部件和所述第二部件的混合后流量的流量容量的第三部件以及测量通过所述第三部件与所述第一和第二部件的相对流量从而校准所述第三部件的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，该方法包括基于通过所述其他部件的流体的相对流量以及所述稀释器的其他流体部件中的一个或多个部件的混合来校准所述其他流体流量部件。

13.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，通过所述流体流量部件中的一个或多个流体流量部件的校准后流体流量被用于校准所述稀释器的一个或多个流量调节器。

14.根据前述任一权利要求所述的方法，该方法包括通过所述流量计提供频繁校准以补偿长期漂移的步骤。

15.一种用于校准气流稀释器的装置，该装置包括：多个固定流量流体部件，该固定流量流体部件可操作以提供期望的流量；公共流量计，该公共流量计耦合成从所述流体流量部件接收流体流量并可操作以获得通过所述多个固定流量流体部件的流体流量的测量；用于从中确定流量的比率从而获得通过所述部件的流量的测量的装置。

16.根据权利要求15所述的装置，该装置包括用于关闭和打开通过所述部件的流量并可操作以将来自两个或更多个部件的两个或更多个流量混合的阀门装置，所述流量计可操作以将所混合的流量与近似等于所述部件中的另一部件的流量值的单个流量进行比较。

17.根据权利要求15或16所述的装置，其中，所述固定流量流体部件被提供有临界孔、毛细管或非临界孔。

18.根据权利要求15-17中任一项权利要求所述的方法，其中，所述固定流量部件分别具有至少1、1和2个流量单位的容量。

19.根据权利要求15-18中任一项权利要求所述的装置，该装置包括用于馈送通过所述稀释器的标准流体和稀释流体的第一和第二压力调节器，其中所述压力调节器的容量相等。