CN106268493B - 一种液体动态配气装置及其配气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液体动态配气装置，包括中央控制器，源气体，两个质量流量计(分别用于控制载气和稀释气)，微流体进样装置，液体蒸发装置，混气罐，干燥罐；源气体同时接入两个气路，一路用作载气(用于携带被蒸发的液体)，一路用作稀释气，两路气体的流量均由质量流量计控制，且均设置有单向截止阀，防止气体回流；微流体进样装置中装载有待蒸发的液体，通过蠕动泵或者微量注射泵，以固定速度向液体蒸发装置中推送液体；液体蒸发装置可控温；混气罐用于混气；干燥罐用于客户自行放置分子筛或者其它选择性过滤的物质；中央控制器控制调节质量流量计的流速、微流体进样装置的推送速度、液体蒸发装置的蒸发温度、和/或混气罐的风扇转速；液体蒸发装置有多孔分子筛、加热板组成，且与载气气路和微流体进样装置连接，其中，分子筛可将液体浸润过滤并加热蒸发，保证液体顺利引流的同时使液体充分受热后完全蒸发从而产生连续性的气体。

Description

一种液体动态配气装置及其配气方法
技术领域
本发明涉及一种液体动态配气装置及其配气方法，特别涉及一种带有多孔分子筛的微量液体动态配气装置及其配气方法。
背景技术
目前，配气仪是用于将两种或两种以上的气体(市面上多为两种)，按照一定比例进行配比、混合并输出设定浓度气体的仪器。在环境、卫生监测及科研、教学、计量等机构经常要进行两种或两种以上的气体调配，随着科技的发展，人们对配气仪的要求也越来越高。目前市面上常用的配气仪有两种，一种是三通电磁阀控制型，另一种是质量流量计控制型。
三通电磁阀控制型的配气仪主要根据所需气体的配比要求，使用单片机控制连接两路气体的高速三通电磁阀的通断，以调节每一路气体的采样量，最后获得设定浓度的气体，例如专利号为CN2825085Y的高精度配气仪。电磁阀型的配气仪的优点是气体适用范围比较广，操作比较简单，价格相对较低。常规气体，无需经过特殊设置或换算，就可以直接使用。对于气体种类和所要配制的浓度，在仪器出厂前不需要调教。但是，只能用于将两种气体进行配气；配气精度低(大于1％)。
质量流量计型的配气仪主要使用质量流量计控制各路气体的流量，以实现不同种类和浓度气体的配制。例如公开号为CN102258958 A的一种标准气体的动态配气***，提供一种用于生产一定浓度范围的标准气体混合物的动态配气***。所述***包括：在温度受控的扩散池中提供包含目标物质的扩散管；使预定流量的载气流经含有目标物质的扩散池，使得载气携带目标物质流出扩散池；将流出的含有目标物质的载气分支成至少两个载气分支气流，其中一个载气分支气流与混合室连通，并且两个载气分支气流的气路中至少一个设置有流量控制器；调节所述流量控制器，以改变流入所述混合室中的载气分支气流的流量；使预定流量的稀释气体流入所述混合室，并在混合室中与上述流入混合室的载气分支气流相混合，从而获得目标物质的所需浓度的标准气体混合物。
上述配气仪用于气体气源配气已经相当成熟，但是市场上针对液体气源进行动态配气的配气仪存在空缺，鉴于液体气源具有种类多、用量少、价格便宜、无需储存钢瓶、安全隐患小等优点，在实验室研究和工业生产中需求量大。目前基于液体气源动态配气的装置主要以扩散管为主，性能可靠的设备主要被国外的公司垄断，价格昂贵，且不同的液体需要更换不同类型的扩散管，耗材也非常昂贵。另外一种适用于液体动态配气的装置如公开号CN102039096所示，通过可挥发性液体控制装置有效地向气体发生器注入空气，使气体发生器中可挥发性液体转换为气体，其转换速度和转换量以及进入速度和进入量都被有效自动控制，从而实现配气。
但是对于液体配气通常存在以下几个问题：
1)配气时，需产生持续的气流，特别是对于在一定温度下才能完全挥发的有机液体，需要配备液体蒸发装置才可以保证有机液体完全挥发。
2)配置的液体终端浓度应涵盖较宽的浓度范围，如ppt-ppm，才可满足科学研究及工业生产中对气体标气的要求。
3)经加热挥发的液体在流经管道时可能发生冷凝或者吸附，需做好保温防止冷凝同时做好管道涂层防止气体吸附。
发明内容
针对以上问题，本发明基于现有的液体动态配气装置，首次提供了一种带有多孔分子筛的微量液体动态配气装置及其配气方法，能产生持续稳定的动态气流，且配气范围宽、精度高。
本发明提供了一种液体动态配气装置，包括中央控制器，源气体，两个质量流量计(分别用于控制载气和稀释气)，微流体进样装置，液体蒸发装置，混气罐，干燥罐；源气体同时接入两个气路，一路用作载气(用于携带被蒸发的液体)，一路用作稀释气，两路气体的流量均由质量流量计控制，且均设置有单向截止阀，防止气体回流；微流体进样装置中装载有待蒸发的液体，通过蠕动泵或者微量注射泵，以固定速度向液体蒸发装置中推送液体；液体蒸发装置可控温；混气罐用于混气；干燥罐用于客户自行放置分子筛或者其它选择性过滤的物质；中央控制器控制调节质量流量计的流速、微流体进样装置的推送速度、液体蒸发装置的蒸发温度、和/或混气罐的风扇转速；液体蒸发装置有多孔分子筛、加热板组成，且与载气气路和微流体进样装置连接，其中，分子筛可将液体浸润过滤并加热蒸发，保证液体顺利引流的同时使液体充分受热后完全蒸发从而产生连续性的气体。
进一步地，分子筛装在漏斗状设备中，液体进入分子筛，分子筛底部具有加热板，分子筛接触高温使液体蒸发变成气体，由孔中透出。
进一步地，混气罐可以调节温度并附有涂层，确保液体不会冷凝和吸附。
进一步地，中央控制器根据输入的目标液体浓度和总流量，自动调节质量流量计的流量；中央控制器根据输入的目标液体种类及特性参数、浓度和总流量，自动调节微流体进样装置的推送速度；中央控制器根据液体的种类，自动调节液体蒸发装置的蒸发温度；中央控制器自动或手动调节混气罐的风扇转速。
本发明还提供了一种液体动态配气方法，包括：将源气体同时接入两个气路，并使用质量流量计控制各路气体的流量，其中一路气体被用作载气，另一路则被用作稀释气，载气直接将被蒸发的气体带出，稀释气则将载气带出的气体再次稀释，需要高浓度目标气体时，载气可直接带出气体并使用，需要低浓度目标气体时，则需经过稀释气再次稀释，从而实现配气浓度在较宽范围内可调；载气流经的气路中设置有液体蒸发装置，液体蒸发装置可加热以保证液体完全蒸发，进而确保配气精度；微流体进样装置装载有待蒸发的液体，通过蠕动泵或微量注液泵等装置，以固定速度向液体蒸发装置中推送液体；液体蒸发后立即被载气携带离开液体蒸发装置；最后两股气流在混气罐中快速混匀后流出；中央控制器控制调节质量流量计的流量、微流体进样装置的推送速度、和/或液体蒸发装置的蒸发温度。
附图说明
图1：为本发明的液体动态配气装置的结构示意图；
图2：为本发明的液体动态配气装置的分子筛的结构示意图。
具体实施方式
图1所示为本发明的液体动态配气装置的结构示意图：本发明的液体动态配气装置包括中央控制器，源气体，质量流量计(载气)，质量流量计(稀释气)，微流体进样装置，液体蒸发装置，混气罐，干燥罐等；源气体通常是一种气体，比如N2、合成空气、Ar等，同时接入两个气路，分别通过所述气质量流量计进行流量控制；微流体进样装置中，装载有待蒸发的液体，通过蠕动泵或者注液泵等，以固定速度向液体蒸发装置中推送液体；液体蒸发装置可控温，体积越小越好，因为微流体进样装置推进的液体体积非常小，所以预计会在空中直接蒸发掉，如果液体不能直接蒸发，则由液体蒸发装置辅助其蒸发，蒸发后的气体会立即被载气携带离开液体蒸发装置。总之，液体蒸发装置需要保证液体完全蒸发；混气罐，混合两个气路的两股气流，考虑到液体可能会冷凝之类，该部分非必需，可直接采用三通连接；干燥罐用于客户自行放置分子筛或者其它选择性过滤的物质，此部分属于备选件，可拆卸；中央控制器控制调节载气质量流量计、稀释气质量流量计、微流体进样装置的推送速度、液体蒸发装置的蒸发温度、和/或混气罐的风扇转速。混气罐可以调节温度，确定液体不会冷凝。
优选的，中央控制器根据输入的目标液体种类、特性参数、浓度和总流量，自动调节载气和稀释气的质量流量计的流速；中央控制器根据输入的目标液体种类和特性参数计算出需要的推进速度，自动调节微流体进样装置的推送速度；中央控制器根据液体的种类，自动调节液体蒸发装置的蒸发温度；中央控制器自动或手动调节混气罐的风扇转速。
参见图2，设备的关键是配气时，需产生持续的气流，特别是对于在一定温度下才能完全挥发的有机液体，需要配备液体蒸发装置才可以保证有机液体完全挥发。因此在液体注入装置的注入头那里，增加设置一个将液体浸润过滤的多孔分子筛装置。分子筛装在漏斗状设备中，液体进入分子筛，分子筛底部具有加热板，分子筛接触高温蒸发气体，由孔中透出从而保证液体连续注入并完全蒸发。
本发明还公开了上述液体动态配气装置的配气方法，包括：将源气体同时接入两个气路，一路用作载气，一路用作稀释气，均由质量流量计控制；通过载气流过的气路中设置有液体蒸发装置；液体注入装置中，装载有待蒸发的液体，通过蠕动泵或者其它装置，以固定速度向液体蒸发装置中推送液体；液体蒸发后立即被载气携带离开液体蒸发装置；最后载气携带已蒸发的气体和稀释气同时流入混气罐中混合均匀；中央控制器控制调节载气质量流量计、稀释气质量流量计、微流体进样装置的推送速度、和/或液体蒸发装置的蒸发温度。
使用混气罐混合载气和稀释气，考虑到液体可能会冷凝或者被吸附，该部分需做保温处理同时采用防吸附涂层，如气体易混合则无需使用混气罐，也可直接采用三通连接；干燥罐用于客户自行放置分子筛或者其它选择性过滤的物质；混气罐可以调节温度，确定液体不会冷凝。
优选的，中央控制器根据输入的目标液体浓度和总流量，自动调节载气和稀释气的流量；中央控制器根据输入的目标液体种类及特性参数、浓度和总流量，自动调节微流体进样装置的推送速度；中央控制器根据液体的种类，自动调节液体蒸发装置的蒸发温度；中央控制器自动或手动调节混气罐的风扇转速。

Claims (6)

1.一种液体动态配气装置，包括中央控制器，源气体，两个质量流量计分别用于控制载气和稀释气，微流体进样装置，液体蒸发装置，混气罐，干燥罐；源气体同时接入两个气路，一路用作载气、用于携带被蒸发的液体，一路用作稀释气，两路气体的流量均由质量流量计控制，且均设置有单向截止阀，防止气体回流；微流体进样装置中装载有待蒸发的液体，通过蠕动泵或者微量注射泵，以固定速度向液体蒸发装置中推送液体；液体蒸发装置控温；混气罐用于混气；干燥罐用于客户自行放置分子筛；中央控制器控制调节质量流量计的流速、微流体进样装置的推送速度、液体蒸发装置的蒸发温度、和/或混气罐的风扇转速；液体蒸发装置有多孔分子筛、加热板组成，且与载气气路和微流体进样装置连接，其特征在于，液体蒸发装置上端为一多孔分子筛，分子筛装在漏斗状装置中，同时与微流体进样装置和载气气路连接；底部为加热板，加热板调节温度且与分子筛接触，利用热传导，分子筛将液体浸润过滤并加热蒸发，保证液体顺利引流的同时使液体充分受热后完全蒸发从而产生连续性的气体。
2.如权利要求1所述的液体动态配气装置，其特征在于，载气和稀释气的流量具有质量流量计控制，且设置有单向截止阀，质量流量计量程根据配气的浓度和流量要求，从10sccm～100slm，实现最终配气浓度范围1ppt～106ppm。
3.如权利要求1所述的液体动态配气装置，其特征在于，微流体进样装置主要由蠕动泵或者微量进样泵组成，进样针与液体蒸发装置相连，完全密封进样速度和时间由中央控制器直接控制，进样速度从pL/min～mL/min，控制范围宽。
4.如权利要求1所述的液体动态配气装置，其特征在于，还包括混气罐，混合两个气路的两股气流，混气罐调节温度并附有涂层，确保液体不会冷凝和吸附。
5.如权利要求1所述的液体动态配气装置，其特征在于，中央控制器根据输入的目标液体浓度和总流量，自动调节质量流量计的流量；中央控制器根据输入的目标液体种类及特性参数、浓度和总流量，自动调节微流体进样装置的推送速度；中央控制器根据液体的种类，自动调节液体蒸发装置的蒸发温度；中央控制器自动或手动调节混气罐的风扇转速。
6.如权利要求1所述的液体动态配气装置，其特征在于，干燥罐采用活口连接，内部装载的过滤介质易更换，整体可直接拆卸。
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