CN212632305U

CN212632305U - 一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的装置

Info

Publication number: CN212632305U
Application number: CN202020147006.2U
Authority: CN
Inventors: 袁士豪; 何晖; 李剑锋; 李冬锋; 朱程浩; 韩小磊; 汪晗; 孙潇
Original assignee: Hangzhou Oxygen Plant Group Co Ltd
Current assignee: Hang Yang Group Co ltd
Priority date: 2020-01-24
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2030-01-24

Abstract

一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的装置，该装置包括组分气钢瓶，其特征在于所述组分气钢瓶连组分气输入截止阀进口，组分气输入截止阀出口分别连组分气输入止回阀进口、吹扫截止阀出口，组分气输入止回阀出口连组分气杂质吸附器入口，并在两者之间设置组分气压力传感器，组分气杂质吸附器出口连组分气流路气动隔膜阀进口，本发明不同于常规ppm级标准气三次、四次稀释配置法，通过将测量用电子天平分别放置于平衡气原料钢瓶和组分气预充装钢瓶来实现高精度、低不确定度二元标准气体的混配。

Description

一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的装置

技术领域

本发明涉及一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的技术及装置，具体来说通过高精度天平测量平衡气钢瓶充装前后的质量改变，通过微克（μg）级电子天平测量组分气预充装钢瓶在充装前后的质量改变实现ppm级标准二元气体的一次充装。本发明不同于常规ppm级标准气三次、四次稀释配置法，通过将测量用电子天平分别放置于平衡气原料钢瓶和组分气充装钢瓶来实现高精度、低不确定度二元标准气体的混配。

背景技术

发明内容

本发明开发了一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的技术及装置，本发明装置通过测量平衡气钢瓶充装和组分气预充装钢瓶在充装前后的质量改变实现低不确定度ppm级标准二元气体的一次充装生产。

为实现本发明的目的，本发明一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的装置，本实用新型针对上述问题主要通过以下技术方案得以解决：一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的装置，该装置包括组分气钢瓶，其特征在于所述组分气钢瓶连组分气输入截止阀进口，组分气输入截止阀出口分别连组分气输入止回阀进口、吹扫截止阀出口。组分气输入止回阀出口连组分气杂质吸附器入口，并在两者之间设置组分气压力传感器。组分气杂质吸附器出口连组分气流路气动隔膜阀进口。组分气流路气动隔膜阀出口连接三通阀进口，三通阀出口分别连截止阀进口、截止阀进口。三通阀第三进出口连接组分气预充装钢瓶。截止阀出口连充装隔膜阀进口，充装隔膜阀出口通过充装减震绕管连充装截止阀进口，充装截止阀出口通过快插接口与标准气钢瓶接头连接。

作为优选：所述吹扫截止阀进口连吹扫气动隔膜阀出口，吹扫气动隔膜阀进口连吹扫阀门出口，吹扫阀门进口连吹扫气钢瓶接口。平衡气钢瓶通过平衡气输入截止阀连平衡气输入止回阀进口。平衡气输入止回阀出口连平衡气杂质吸附器入口，并在两者之间设置平衡气压力传感器。平衡气杂质吸附器出口连平衡气流路气动隔膜阀进口，平衡气流路气动隔膜阀出口分别连真空流路截止阀进口、截止阀出口、吹扫排空止回阀进口、超压排放止回阀进口、管道高压气排空阀进口。平衡气流路气动隔膜阀进口与截止阀出口之间设置有压力传感器、热电偶。

作为优选：所述真空流路截止阀出口连真空流路气动隔膜阀进口，并在两者之间设置真空电阻规。真空流路气动隔膜阀出口连真空泵抽真空口。真空泵排气口连消音器。消音器出口直接排大气。吹扫排空止回阀出口连吹扫排空气动隔膜阀进口，吹扫排空气动隔膜阀出口直接连大气。超压排放止回阀出口通过安全阀直接连大气。管道高压气排空阀出口连高压气排空气动隔膜阀进口，高压气排空气动隔膜阀出口直接连大气。

本发明一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的技术及装置，通过高精度天平测量平衡气钢瓶充装前后的质量改变，通过微克（μg）级电子天平测量组分气预充装钢瓶在充装前后的质量改变实现ppm级标准二元气体的一次充装。本发明不同于常规ppm级标准气三次、四次稀释配置法，通过将测量用电子天平分别放置于平衡气原料钢瓶和组分气预充装钢瓶来实现高精度、低不确定度二元标准气体的混配。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图所示对本发明做详细的介绍：图1所示，如图1所示，一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的装置，该装置包括组分气钢瓶1，其特征在于所述组分气钢瓶1连组分气输入截止阀2进口，组分气输入截止阀2出口分别连组分气输入止回阀3进口、吹扫截止阀17出口。组分气输入止回阀3出口连组分气杂质吸附器4入口，并在两者之间设置组分气压力传感器5。组分气杂质吸附器4出口连组分气流路气动隔膜阀6进口。组分气流路气动隔膜阀6出口连接三通阀7进口，三通阀7出口分别连截止阀12进口、截止阀10进口。三通阀7第三进出口连接组分气预充装钢瓶8。截止阀10出口连充装隔膜阀13进口，充装隔膜阀13出口通过充装减震绕管14连充装截止阀15进口，充装截止阀15出口通过快插接口与标准气钢瓶16接头连接。

所述吹扫截止阀17进口连吹扫气动隔膜阀18出口，吹扫气动隔膜阀18进口连吹扫阀门37出口，吹扫阀门37进口连吹扫气钢瓶36接口。平衡气钢瓶35通过平衡气输入截止阀38连平衡气输入止回阀22进口。平衡气输入止回阀22出口连平衡气杂质吸附器21入口，并在两者之间设置平衡气压力传感器24。平衡气杂质吸附器21出口连平衡气流路气动隔膜阀23进口，平衡气流路气动隔膜阀23出口分别连真空流路截止阀27进口、截止阀12出口、吹扫排空止回阀30进口、超压排放止回阀32进口、管道高压气排空阀25进口。平衡气流路气动隔膜阀23进口与截止阀12出口之间设置有压力传感器20、热电偶19。

所述真空流路截止阀27出口连真空流路气动隔膜阀29进口，并在两者之间设置真空电阻规28。真空流路气动隔膜阀29出口连真空泵40抽真空口。真空泵40排气口连消音器34。消音器34出口直接排大气。吹扫排空止回阀30出口连吹扫排空气动隔膜阀31进口，吹扫排空气动隔膜阀31出口直接连大气。超压排放止回阀32出口通过安全阀33直接连大气。管道高压气排空阀25出口连高压气排空气动隔膜阀26进口，高压气排空气动隔膜阀26出口直接连大气。

本发明具体实施方式如下：

装置使用前所有阀门均关闭。为实现本发明高精度、低不确定度二元标准气体的混配，混配至少有五步骤：①***管道内空气置换；②***管道抽真空；③组分气充装（考虑实际充装精度控制要求，需在平衡气前充装）；④***管道抽真空；⑤平衡气充装。

本发明装置使用前，需要对管道内空气进行置换，确保管道内杂质气体体积浓度不超过1ppm（μmolmol^-1）。具体来说，首先打开组分气流路气动隔膜阀6、三通阀7须确保吹扫气不经过组分气预充装钢瓶8、截止阀10、吹扫截止阀17、吹扫气动隔膜阀18。

将吹扫钢瓶36接头与吹扫阀门8进口连接，打开吹扫阀门37，吹扫气从吹扫钢瓶36通过吹扫截止阀7、吹扫气动隔膜阀18进入组分气充装流路气动隔膜阀6、三通阀7、截止阀10所在流路。

进一步，关闭吹扫阀门37，将组分气充装流路（气动隔膜阀6、三通阀7、截止阀10所在流路）保压1-2min，然后打开截止阀12，组分气充装流路气动隔膜阀6、三通阀7、截止阀10所在流路吹扫气进入平衡气充装流路。打开平衡气输入截止阀38、平衡气输入止回阀22、平衡气流路气动隔膜阀23，实现组分气充装流路和平衡气充装流路之间压力平均化。均压后2-3min，打开吹扫排空气动隔膜阀31，将管道内杂质气体排放至大气压，关闭吹扫排空气动隔膜阀31。

开启真空泵40，打开真空流路截止阀27、真空流路气动隔膜阀29，***管路（组分气充装流路和平衡气充装流路）抽真空，直到真空电阻规28显示真空度小于3Pa，关闭真空流路气动隔膜阀29、截止阀12。

打开吹扫阀门37，重复充压→压力均衡化→排废气→抽真空步骤2-3次，直到***排气中杂质气体浓度不超过1ppm（μmolmol^-1）。吹扫完成后，关闭吹扫气动隔膜阀18、三通阀7。

值得指出，与常规直接平衡气吹扫***管路相比较，充压→压力均衡化→排废气→抽真空方式处理***管路，可显著节约平衡气浪费量，这对于贵重平衡气尤其重要。

吹扫完成后，先进行平衡气充装。关闭三通阀7，打开平衡气钢瓶35，并打开平衡气输入截止阀38，平衡气通过平衡气充装流路（平衡气输入止回阀22、平衡气流路气动隔膜阀23、截止阀10所在流路），打开充装隔膜阀13、充装截止阀15将平衡气充装入标准气钢瓶16。标准气钢瓶16充装量由高精度天子天平39测量平衡气钢瓶35质量减少实现。

进一步，高精度电子天平39将平衡气钢瓶35质量减少的电信号反馈给逻辑控制器11，由逻辑控制器11控制充装隔膜阀13。当平衡气钢瓶35质量减少达到设定值时，逻辑控制器11控制充装隔膜阀13关闭，完成组分气充装。

组分气充装后，需对部分平衡气充装流路平衡气流路气动隔膜阀23、截止阀12、截止阀10、充装隔膜阀13流路抽真空。

进一步，首先关闭平衡气流路气动隔膜阀23，打开吹管道高压气排空阀25、高压气排空气动隔膜阀26，管道内高压平衡气排空。待管道内压力降至大气压时，关闭高压气排空气动隔膜阀26，打开真空流路截止阀27，管道抽真空，当真空电阻规28显示真空度小于3Pa时，关闭真空流路气动隔膜阀29。

充装组分气，关闭截止阀12，打开组分气输入截止阀2，打开三通阀7三通阀联通组分气流路气动隔膜阀6和组分气预充装钢瓶8。

进一步，打开组分气输入截止阀2，组分气输送入组分气预充装钢瓶8。当微克（μg）级电子天平9显示读数稳定不变化时，关闭气动隔膜阀6

三通阀7调整到联通截止阀10进口。打开充装隔膜阀13，进行组分气充装。组分气充装量由微克（μg）级电子天平9测量组分气预充装钢瓶8质量减少实现。

进一步，充装隔膜阀13开启/关闭由逻辑控制器11控制。微克（μg）级电子天平9测量组分气预充装钢瓶8质量减少的信号输入到逻辑控制器11，当组分气预充装钢瓶8质量减少达到设定值时，逻辑控制器11控制充装隔膜阀13关闭。高精度、低不确定度标准二元气体配制完成。

三通阀7，调整到联通组分气流路气动隔膜阀6出口。打开高压气排空气动隔膜阀26，管道内高压组分气排空。1min后关闭高压气排空气动隔膜阀26。打开真空流路气动隔膜阀29，截止阀12、截止阀10管路抽真空，当真空电阻规28显示真空度小于3Pa时，关闭真空流路气动隔膜阀29，抽真空结束。***转入下一次标准气配制流程（从步骤32开始）。

需要指出，超压排放止回阀32、超压安全阀33流路用来防止***超压，当***管道内压力超过设定值时，超压安全阀33自动排气降压。

Claims

1.一种用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的装置，该装置包括组分气钢瓶（1），其特征在于所述组分气钢瓶（1）连组分气输入截止阀（2）进口，组分气输入截止阀（2）出口分别连组分气输入止回阀（3）进口、吹扫截止阀（17）出口，组分气输入止回阀（3）出口连组分气杂质吸附器（4）入口，并在两者之间设置组分气压力传感器（5），组分气杂质吸附器（4）出口连组分气流路气动隔膜阀（6）进口，组分气流路气动隔膜阀（6）出口连接三通阀（7）进口，三通阀（7）出口分别连第一截止阀（12）进口、第二截止阀（10）进口，三通阀（7）第三进出口连接组分气预充装钢瓶（8），第二截止阀（10）出口连充装隔膜阀（13）进口，充装隔膜阀（13）出口通过充装减震绕管（14）连充装截止阀（15）进口，充装截止阀（15）出口通过快插接口与标准气钢瓶（16）接头连接。

2.根据权利要求1所述的用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的装置，其特征在于所述吹扫截止阀（17）进口连吹扫气动隔膜阀（18）出口，吹扫气动隔膜阀（18）进口连吹扫阀门（37）出口，吹扫阀门（37）进口连吹扫气钢瓶（36）接口，平衡气钢瓶（35）通过平衡气输入截止阀（38）连平衡气输入止回阀（22）进口，平衡气输入止回阀（22）出口连平衡气杂质吸附器（21）入口，并在两者之间设置平衡气压力传感器（24）;平衡气杂质吸附器（21）出口连平衡气流路气动隔膜阀（23）进口，平衡气流路气动隔膜阀（23）出口分别连真空流路截止阀（27）进口、第一截止阀（12）出口、吹扫排空止回阀（30）进口、超压排放止回阀（32）进口、管道高压气排空阀（25）进口;平衡气流路气动隔膜阀（23）进口与第一截止阀（12）出口之间设置有压力传感器（20）、热电偶（19）。

3.根据权利要求2所述的用来混配高精度、低不确定度二元标准气体的装置，其特征在于所述真空流路截止阀（27）出口连真空流路气动隔膜阀（29）进口，并在两者之间设置真空电阻规（28），真空流路气动隔膜阀（29）出口连真空泵（40）抽真空口，真空泵（40）排气口连消音器（34），消音器（34）出口直接排大气，吹扫排空止回阀（30）出口连吹扫排空气动隔膜阀（31）进口，吹扫排空气动隔膜阀（31）出口直接连大气，超压排放止回阀（32）出口通过安全阀（33）直接连大气，管道高压气排空阀（25）出口连高压气排空气动隔膜阀（26）进口，高压气排空气动隔膜阀（26）出口直接连大气。