CN112816272A - 气体富集方法及装置 - Google Patents

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周培学
段炼
袁懋
马乔
刘立鹏
韩双来
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Abstract

本发明提供了气体富集方法及装置，所述气体富集方法为：取样体积较大时，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得富集管和气体罐间断开，流量计和气体罐间断开；在泵的抽吸下，样气进入富集管，之后依次流过第一阀、第二阀和流量计，利用流量计去计量进入富集管的样气体积；当取样体积较小时，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得所述富集管和气体罐间断开；在泵的抽吸下，气体罐内的气体依次流过第二阀、流量计，气体罐内压力降低；第一阀和第二阀切换，使得气体罐和流量计间断开；样气依次流过富集管、第一阀，进入气体罐内，气体罐内压力升高；在气体罐排气和进气过程中，压力传感器监测气体罐内压力。本发明具有体积计量准确等优点。

Description

气体富集方法及装置
技术领域
本发明涉及气体采样，特别涉及气体富集方法及装置。
背景技术
目前，在采样式大气分析仪器中，通常采用以下方案采样：
1.定量环定体积，存在的问题是：鉴于定量环体积的固定性，当需要更改采样体积时，需替换定量环，且温度变化导致体积发生变化；
2.质量流量计控制，存在的问题是：5％量程以下流量不准，刚启动时控制波动较大，所以比如100ml量程的质量流量计无法准确采20ml以下的小体积样品；
3.储气罐压力变化计算体积，由于传感器精度，控制延迟，量程只能做到50倍，比如1L的罐子只能准确采到20ml。在实际使用过程中，比如按照体积采样建立标线，标气浓度为50ppb，建立0.1ppb至50ppb，按照体积计算，50ppb需要采1L，0.1ppb需要采2ml。
而采用以上3种计量方法，是无法准确采2ml的，导致建立的标准曲线范围较窄，甚至不得不分成两条标准曲线。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种气体富集方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
气体富集方法，所述气体富集方法为：
取样体积较大时，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得富集管和气体罐间断开，流量计和气体罐间断开；
在泵的抽吸下，样气利用所述多通阀进入富集管，之后依次流过第一阀、第二阀和流量计，利用流量计去计量进入所述富集管的样气体积；
当取样体积较小时，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得所述富集管和气体罐间断开，
在泵的抽吸下，所述气体罐内的气体依次流过所述第二阀、流量计，所述气体罐内压力降低；
所述第一阀和第二阀切换，使得所述气体罐和流量计间断开；
样气依次流过所述富集管、第一阀，进入所述气体罐内，所述气体罐内压力升高；
在所述气体罐排气和进气过程中，压力传感器监测所述气体罐内压力。
本发明的另一目的在于提供了气体富集装置，也即实施本发明气体富集方法的装置，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
气体富集装置，所述气体富集装置包括多通阀、富集管和流量计；所述气体富集装置还包括：
第一阀和第二阀，所述第一阀用于使所述富集管选择性地连通气体罐和第一阀的第一进口，所述第二阀用于使所述第二阀下游的流量计选择性地连通所述第一进口和气体罐；
气体罐，所述气体罐分别连通所述第一阀的出口和第二阀的第二进口；
压力传感器，所述压力传感器用于监测所述气体罐内压力。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.既解决了流量计低量程不准的问题，又解决了真空罐无法采大体积和小体积的问题，按体积建标准曲线，与传统方案比，量程再拓展20倍以上；
为不同的体积计量设计不同的定量方法：大体积时采用流量计计量，小体积时采用气体罐、阀、流量计和泵的组合；
2.结构简单，功能强大，可靠性高。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的气体富集装置的结构示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
本发明实施例的气体富集方法，所述气体富集方法为：
取样体积较大时，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得富集管和气体罐间断开，流量计和气体罐间断开；
在泵的抽吸下，样气利用所述多通阀进入富集管，之后依次流过第一阀、第二阀和流量计，利用流量计去计量进入所述富集管的样气体积；
当取样体积较小时，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得所述富集管和气体罐间断开；
在泵的抽吸下，所述气体罐内的气体依次流过所述第二阀、流量计，所述气体罐内压力降低；
所述第一阀和第二阀切换，使得所述气体罐和流量计间断开；
样气依次流过所述富集管、第一阀，进入所述气体罐内，所述气体罐内压力升高；
在所述气体罐排气和进气过程中，压力传感器监测所述气体罐内压力。
为了精度计量通过富集管的气体的体积，进一步地，当取样体积较小时，富集的样气体积
Figure BDA0002871156570000041
V0为排出所述气体罐的气体体积，P0为大气压，P1为所述气体罐在排出气体后的压力，P2为所述气体罐进入气体后的压力。
为了降低气体罐的大小对气体体积计量的影响，进一步地，所述气体罐的体积与样气体积V之比大于1.5。
为了精确计量气体体积，进一步地，在气体罐的进样中，利用比例阀调节进气流量。
为了降低结构复杂度，进一步地，所述第一阀和第二阀采用二位三通阀，使得所述富集管选择性地连通所述第二阀和气体罐，所述流量计选择性地连通所述第一阀和气体罐。
为了划分不同体积的气体采样方式，进一步地，所述较大体积为50mL以上，所述较小体积为50mL及以下。
图1给出了本发明实施例的气体富集装置的结构示意图，如图1所示，所述气体富集装置包括：
多通阀11、富集管21和流量计；
第一阀31和第二阀32，所述第一阀31用于使所述富集管21选择性地连通气体罐51和第一阀31的第一进口，所述第二阀32用于使所述第二阀32下游的流量计选择性地连通所述第一进口和气体罐51；
气体罐51，所述气体罐51分别连通所述第一阀31的出口和第二阀32的第二进口；
压力传感器61，所述压力传感器61用于监测所述气体罐51内压力。
为了提高小体积气体计量准确性，进一步地，所述气体富集装置还包括：
比例阀41，所述比例阀41的一端连通所述气体罐51，另一端分别连通所述第一阀31的出口和第二阀32的第二进口。
实施例2：
根据本发明实施例1的气体富集方法及装置的应用例。
在该应用例中，如图1所述，多通阀11采用六通阀，第一阀31和第二阀32采用二位三通阀；流量计采用质量流量计，设置在第二阀32的出口的下游；泵设置在所述质量流量计的下游；比例阀41的一端连通气体罐51，另一端分别连通所述第一31阀的出口以及第二阀32的进口；气体罐51的体积是100mL，与体积较大和体积较小间临界值50mL之比为2，是大于1.5的；压力传感器61实时监测气体罐51内压力。
本发明实施例的气体富集方法，所述气体富集方法为：
取样体积较大时：体积大于50mL，也即本实施例中体积较大和体积较小间的临界值是50mL，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得富集管和气体罐间断开，流量计和气体罐间断开；
在泵的抽吸下，样气利用所述多通阀进入富集管，之后依次流过第一阀、第二阀和流量计，利用流量计去计量进入所述富集管的样气体积，当年流量计的输出值到设定值时，如55mL、60mL、100mL、200mL，切换多通阀，泵停止工作；
当取样体积较小时，也即小于10mL，如20mL、350mL、50mL，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得所述富集管和气体罐间断开；
在泵的抽吸下，所述气体罐内的气体依次流过所述第二阀、流量计，所述气体罐内压力降低；
所述第一阀和第二阀切换，使得所述气体罐和流量计间断开；
样气依次流过所述富集管、第一阀和比例阀，利用比例阀调节进气流量，样气进入所述气体罐内，所述气体罐内压力升高；
在所述气体罐排气和进气过程中，压力传感器监测所述气体罐内压力；
在上述过程中，当取样体积较小时，富集的样气体积
Figure BDA0002871156570000051
V0为排出所述气体罐的气体体积，P0为大气压，P1为所述气体罐在排出气体后的压力，P2为所述气体罐进入气体后的压力；
如采样体积V为20mL，气压罐抽的采样体积由质量流量计累积确定V0为30ml(20ml×1.5倍)时，储气罐抽真空过程结束，气体罐内的压力降低到P1，P0为当地大气压101.325kPa。当切换成富集管、第一阀、比例阀流路，计算出20＝30(P2-P1)/(101.325-P1)的P2值，当气体罐内压力达到P2时，切换多通阀，气体富集结束。
上述实施例仅是举例给出了临界值是50mL，当然还可以是其它临界值，如48mL，临界值取50mL左右。

Claims (8)

1.气体富集方法，所述气体富集方法为：
取样体积较大时，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得富集管和气体罐间断开，流量计和气体罐间断开；
在泵的抽吸下，样气利用所述多通阀进入富集管，之后依次流过第一阀、第二阀和流量计，利用流量计去计量进入所述富集管的样气体积；
当取样体积较小时，多通阀、第一阀和第二阀切换，使得所述富集管和气体罐间断开，
在泵的抽吸下，所述气体罐内的气体依次流过所述第二阀、流量计，所述气体罐内压力降低；
所述第一阀和第二阀切换，使得所述气体罐和流量计间断开；
样气依次流过所述富集管、第一阀，进入所述气体罐内，所述气体罐内压力升高；
在所述气体罐排气和进气过程中，压力传感器监测所述气体罐内压力。
2.根据权利要求1所述的气体富集方法，其特征在于，当取样体积较小时，富集的样气体积
Figure FDA0002871156560000011
V0为排出所述气体罐的气体体积，P0为大气压，P1为所述气体罐在排出气体后的压力，P2为所述气体罐进入气体后的压力。
3.根据权利要求2所述的气体富集方法，其特征在于，所述气体罐的体积与样气体积V之比大于1.5。
4.根据权利要求1所述的气体富集方法，其特征在于，在气体罐的进样中，利用比例阀调节进气流量。
5.根据权利要求1所述的气体富集方法，其特征在于，所述第一阀和第二阀采用二位三通阀，使得所述富集管选择性地连通所述第二阀和气体罐，所述流量计选择性地连通所述第一阀和气体罐。
6.根据权利要求1所述的气体富集方法，其特征在于，所述较大体积为50mL以上，所述较小体积为50mL及以下。
7.气体富集装置，所述气体富集装置包括多通阀、富集管和流量计；其特征在于，所述气体富集装置还包括：
第一阀和第二阀，所述第一阀用于使所述富集管选择性地连通气体罐和第一阀的第一进口，所述第二阀用于使所述第二阀下游的流量计选择性地连通所述第一进口和气体罐；
气体罐，所述气体罐分别连通所述第一阀的出口和第二阀的第二进口；
压力传感器，所述压力传感器用于监测所述气体罐内压力。
8.根据权利要求7所述的气体富集装置，其特征在于，所述气体富集装置还包括：
比例阀，所述比例阀的一端连通所述气体罐，另一端分别连通所述第一阀的出口和第二阀的第二进口。
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