CN105617898B - 一种二氧化碳混合气体制备装置 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳混合气体制备装置，涉及混合气体制备装置。设有空气支路、二氧化碳支路和检测机构；空气支路设有空气压缩机、空气过滤器、一次调压阀、净化瓶组、二次调压阀和空气支路针型阀，所述空气压缩机、空气过滤器、一次调压阀、净化瓶组、二次调压阀、空气支路针型阀依次用软管连接；所述二氧化碳支路设有二氧化碳储存钢瓶、过滤瓶组、压力调节阀、二氧化碳支路针型阀，所述二氧化碳储存钢瓶、过滤瓶组、压力调节阀、二氧化碳支路针型阀依次用软管连接；所述检测机构设有CO2传感器、变送器、RS485转RS232信号转换器、直流电源。
Description
技术领域
本发明涉及混合气体制备装置，尤其是涉及适用于实验室内用于模拟未来大气二氧化碳环境的一种二氧化碳混合气体制备装置。
背景技术
人类活动引起的大气CO2浓度的升高，除了使全球温度升高外，导致的另一个严重生态问题是海洋酸化。2003年，海洋酸化问题第一次在《Nature》上被提出来，随后引起了科学界的广泛关注，成为当今国际海洋科学研究前沿领域的重要内容。常规方法就是制备不同浓度的二氧化碳混合气体，模拟未来大气环境，制备酸化海水，研究海洋生物的响应。能否稳定持续获得所需浓度的CO2混合气体是整个科学研究中非常重要的一部分。由于空气中CO2的浓度很低，仅为0.03％，即CO2跟其它气体的比率为1:2500，根据IPCC预测，100年后，CO2的浓度也只为0.2％。目前工业上现有的CO2混合气设备，制备出的CO2气体浓度往往很高，且精度较低，波动大，无法达到实验用水平。另一方面，市场上实验用的专门的CO2混合气体制备仪价格昂贵，输出气量偏小，精度波动大，限制了实验设计的精密性及可重复性。
因些，针对上述情况，设计出一种操作简单、价格便宜、能持续稳定获得设定的低二氧化碳浓度的混合气体装置，用于模拟未来大气环境。
发明内容
本发明的目的是提供结构简单、操作方便、价格便宜，能够长时间、稳定的获得低浓度二氧化碳混合气体的一种二氧化碳混合气体制备装置。
本发明设有空气支路、二氧化碳支路和检测机构；
所述空气支路设有空气压缩机、空气过滤器、一次调压阀、净化瓶组、二次调压阀和空气支路针型阀，所述空气压缩机、空气过滤器、一次调压阀、净化瓶组、二次调压阀、空气支路针型阀依次用软管连接；
所述二氧化碳支路设有二氧化碳储存钢瓶、过滤瓶组、压力调节阀、二氧化碳支路针型阀，所述二氧化碳储存钢瓶、过滤瓶组、压力调节阀、二氧化碳支路针型阀依次用软管连接；
所述检测机构设有CO2传感器、变送器、RS485转RS232信号转换器、直流电源；直流电源对CO2传感器和变送器供电，CO2传感器进气口接混气瓶的混合气体出口，CO2传感器的所测CO2浓度模拟信号输出端接变送器输入端，变送器的数字信号输出端经RS485转RS232信号转换器接电脑，通过变送器软件实时读取数据。通过实时测量的CO2浓度，调节二氧化碳支路的二氧化碳支路针型阀使混合气体中的CO2浓度达到设定值，混气瓶的混合气体出口主路用于实验，混气瓶的混合气体出口旁路接检测机构。
由于空气压缩机输出的气体压强会随空压机的工作状态的变化而发生改变，因此本发明在空气支路进行两次的调压，确保空气输出流量的相对稳定，为实验精度提供保证。另外，空气支路的净化瓶组由钠石灰跟无水氯化钙组成，除去空气中的二氧化碳跟水份，得到干燥无二氧化碳的空气；二氧化碳支路的过滤瓶组填充物为无水氯化钙，目的是除去水份得到干燥的二氧化碳气体。瓶组由2个并联组构成，其中一组作为主组，装置运行时气体通过该组，另一组为副组，当更换主组滤瓶或者主组出现故障时切换至副组。主组和副组的切换通过安装在各组进气端和出气端的球阀实现。主组的出气端另安装一个三通球阀，用于更换主组药品之前泄压排气。由于本发明采用的针阀是通过螺栓调节流量，无法显示质量流量，所以需要通过质量流量计对不同阀门调节位置的流量进行标定，求得两者的线性关系，根据线性关系，直接换算出针型阀的刻度所对应的质量流量。通过两个支路气体质量流量的比值换算出来的混合气体CO2浓度，往往因为流量计的精度等因素与实测值存在一定偏差，因此需要借助测量部分再对流量进行细调，使之达到设定的值。
本发明通过阀门调节空气跟二氧化碳的流量，将两者以不同的流量比混合，得到不同二氧化碳浓度的混合气体。通过稳压阀及调节阀获得设定的空气及二氧化碳的流量；两路气体进入混合瓶，混合瓶中增加一个风扇，可以连续获得混合气体。整个过程实现了实验室方便快速准确的获得设定的低浓度的二氧化碳，模拟未来海洋酸化现象。
本发明所采用的技术方案:通过调节空气和二氧化碳的流量比，得到不同二氧化碳浓度的混合气体。
本发明具有以下优点：
1.用稳压阀及针型阀控制气体流量，能得到压力稳定、输出精准的气体，且价格便宜，容易获得。
2.采用净化瓶组去除空气中的二氧化碳及水份，排除不同地方空气中二氧化碳背景浓度不同而导致的结果偏差，可适用于各种环境条件。
3.气体混合瓶内加风扇，由于加大了瓶内气体流动的扰动，使气体混合效果大大提高，保证气体均匀混合输出。
4.混合气的输出量大，可根据要求放大缩小输出气流量。
5.结构简单，精度高，制作简单，成本低廉，便于推广。
6.由CO2传感器组成的测量部分，能够对装置制备的CO2气体浓度进行实时监测，方便调节。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成框图。
图2为本发明实施例的检测机构结构组成示意图。
图3为本发明实施例质量流量与浮子的线性关系图。
图4为本发明实施例罗盘数值与质量流量的线性关系图。
具体实施方式
参见图1和2，本发明实施例设有空气支路、二氧化碳支路和检测机构；所述空气支路设有空气压缩机1、空气过滤器2、一次调压阀3、净化瓶组4、二次调压阀5和空气支路针型阀6，所述空气压缩机1、空气过滤器2、一次调压阀3、净化瓶组4、二次调压阀5、空气支路针型阀6依次用软管连接；所述二氧化碳支路设有二氧化碳储存钢瓶7、过滤瓶组8、压力调节阀9、二氧化碳支路针型阀10，所述二氧化碳储存钢瓶7、过滤瓶组8、压力调节阀9、二氧化碳支路针型阀10依次用软管连接；所述检测机构设有CO2传感器12、变送器13、RS485转RS232信号转换器、直流电源；直流电源对CO2传感器和变送器供电，CO2传感器进气口接混气瓶11的混合气体出口，CO2传感器的所测CO2浓度模拟信号输出端接变送器输入端，变送器的数字信号输出端经RS485转RS232信号转换器接电脑14，通过变送器软件实时读取数据。通过实时测量的CO2浓度，调节二氧化碳支路的二氧化碳支路针型阀10使混合气体中的CO2浓度达到设定值，混气瓶11的混合气体出口主路用于实验，混气瓶的混合气体出口旁路接检测机构。
本实施例中，空气压缩机1出来的空气通过净化瓶组4除去水份跟二氧化碳，通过二次调压阀5控制压强，再经过空气支路针型阀6刻度调节所需的空气流量得到空气支路的气体；CO2气瓶出来的气体通过过滤瓶组8除去水份，通过压力调节阀9控制压强，经过二氧化碳支路针型阀10刻度调节所需的二氧化碳流量得二氧化碳支路的气体；两路气体通过混合瓶11混合，得到所需二氧化碳浓度的混合气体。
气体流量标定：
1.空气流量标定如下：气路接好后，调节针阀，将转子流量计的浮球位置调到1L/min的位置，此时将转子流量计的输出端与质量流量计的输入端连接，测量实际的质量流量。质量流量计与电脑连接，流量值通过软件显示和处理。同样步骤测量2、3、4、5、6、7、8、9L/min的质量流量，并计算两者的线性关系(参见图3)；
2.CO2流量标定如下：气路接好后，调节针阀上的罗盘于不同的位置，将针阀的输出端与质量流量传感器的输入端链接，测量实际的质量流量。传感器与电脑连接，流量值通过软件显示和处理。测量完成后，计算罗盘读数和质量流量的线性关系。其线性关系如图4所示，根据得出的针型阀的刻度跟流量之间的线性关系，可推出任一刻度所对应的流量。
混合气体的配制：根据实验需求确定所需混合气的流量，即空气流量(CO2流量远小于空气，所以混合气流量可近似为空气流量)，再计算出CO2所需流量。根据上一步流量标定的结果，将针阀调到指定的位置。此时根据检测装置的读数再调节CO2气路的针阀进行微调，直到混合气体浓度达到设定值。
实施例1
根据上述所测定的针型阀的刻度与流量之间的关系，调节空气支路调节流量为4.79slm(L/min)，二氧化碳支路流量为5sccm(ml/min)，两路气体混合即可配出浓度为800ppm的二氧化碳混合气体。
实施例2
根据上述所测定的针型阀的刻度与流量之间的关系，调节空气支路调节流量为5slm(L/min)，二氧化碳支路流量为9.35sccm(ml/min)。即可配出浓度为1500ppm的二氧化碳混合气体。
实施例3
根据上述所测定的针型阀的刻度与流量之间的关系，调节空气支路调节流量为4.77slm(L/min)，二氧化碳支路流量为12.29sccm(ml/min)。即可配出浓度为2000ppm的二氧化碳混合气体。
Claims (1)
1.一种二氧化碳混合气体制备装置，其特征在于设有空气支路、二氧化碳支路和检测机构；
所述空气支路设有空气压缩机、空气过滤器、一次调压阀、净化瓶组、二次调压阀和空气支路针型阀，所述空气压缩机、空气过滤器、一次调压阀、净化瓶组、二次调压阀、空气支路针型阀依次用软管连接；
所述二氧化碳支路设有二氧化碳储存钢瓶、过滤瓶组、压力调节阀、二氧化碳支路针型阀，所述二氧化碳储存钢瓶、过滤瓶组、压力调节阀、二氧化碳支路针型阀依次用软管连接；
所述检测机构设有CO2传感器、变送器、RS485转RS232信号转换器、直流电源；直流电源对CO2传感器和变送器供电，CO2传感器进气口接混气瓶的混合气体出口，CO2传感器的所测CO2浓度模拟信号输出端接变送器输入端，变送器的数字信号输出端经RS485转RS232信号转换器接电脑，通过变送器软件实时读取数据；通过实时测量的CO2浓度，调节二氧化碳支路的二氧化碳支路针型阀使混合气体中的CO2浓度达到设定值，混气瓶的混合气体出口主路用于实验，混气瓶的混合气体出口旁路接检测机构；所述混合瓶中设有风扇；通过调节空气和二氧化碳的流量比，得到不同二氧化碳浓度的混合气体；
所述空气支路针型阀和二氧化碳支路针型阀均通过螺栓调节流量，且均需要通过质量流量计对不同阀门调节位置的流量进行标定；
所述二氧化碳混合气体制备装置能够配制浓度范围为800～2000ppm的二氧化碳混合气体。
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