专利名称：一种多组分低浓度标准气体动态发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多组分低浓度标准气体动态发生装置，属于标准气体发生领域。
背景技术：
室内空气品质显著影响人们的舒适、健康和工作效率，越来越受到人们的关注。而室内物品和装修装饰材料释放的有机挥发性化合物(VOCs)浓度过高，是造成室内空气品质低劣的主要原因之一。为保证安全舒适的室内环境，许多空气净化材料被广泛应用于室内环境，譬如活性炭吸附材料、纳米二氧化钛光催化材料、室温热催化材料等。因此检测这些空气净化材料的性能十分重要。通用的检测方法是首先配置恒定浓度的污染气体，然后经由含有这些空气净化材料的净化部件，通过监测净化部件出口浓度来评估这些材料的性能。其难点在于如何同时恒定发生多组分低浓度的污染气体。
目前常用的方法是使用标气瓶来产生稳定浓度的污染气体，但其缺点是难以维持长时间的实验，譬如长达I周的吸附穿透实验；此外，每次更换标气瓶，其发生浓度均需较长时间才能达到稳定；而且当需研究多种污染气体同时存在情况下的净化效果时候，往往需配置多个标气瓶以及多个质量流量控制器，不仅系统复杂，而且价格昂贵，大大增加了实验成本。我国国家标准物质研究中心开发了扩散管标准气体及其动态配气装置，该装置基于扩散管或渗透管原理，当需发生多种污染气体时，需配置多个扩散管或渗透管，价格昂贵，而且每个扩散管或渗透管的污染气体产生速率是固定的，当需改变产生速率，则需要购置新的扩散管或渗透管，不仅增加了实验成本，而且还难以动态调节。另外，也可通过稀释的方式来调整所产生气体浓度，但在配置低浓度的标准气体时，稀释气体的量相对载气而言是相当大的。在稀释气体的量远大于载气的情况下，通过改变稀释气体的量来改变最终所得混合污染气体的浓度是非常低效的，同时也引入了稀释误差，对稀释流量控制要求严苛。
发明内容
本发明的目的是提出一种多组分低浓度标准气体动态发生装置，以克服现有污染气体动态发生方法的不足，成本低、精度高地利用液体注射泵来产生O. 01 20mg/m3浓度范围的多组分低浓度气体，获得所需浓度的多组分低浓度标准气体。本发明提出的多组分低浓度气体动态发生装置，包括载气气源、污染气体气源、加湿罐、液体注射泵、集气器、恒温加热套、微孔加湿头、毛细管喷头和旁通阀；所述的载气气源出口通过管道与加湿罐相连，载气气源与加湿罐相连的管道上设有第一流量控制器和旁通阀，加湿罐并联在旁通阀的进口端和出口端；所述的微孔加湿头置于加湿罐中，微孔加湿头通过管道同时与第一流量控制器的出口端和旁通阀的进口端相连；旁通阀的出口端与集气器相连；所述的污染气体气源通过管道与集气器相连，污染气体气源与集气器相连的管道上设有第二流量控制器；所述的毛细管喷头置于集气器中；所述的液体注射泵通过管道与集气器中的毛细管喷头相连；所述的恒温加热套包裹在集气器的外部；集气器上设有多组分低浓度标 准气体。本发明提出的多组分低浓度标准气体动态发生装置，根据室内有机污染物可相互互溶的特性，采用液体注射泵的方式，简单、精确地实现多种有机污染物的配比，并由液体注射泵通过毛细管喷头注入配气系统，由于注入量很小(约为O. OlnL/min)，可在配气系统的集气器中迅速挥发成气体。液体注射泵可由可编程控制程序控制不同的液体注入速率，可在实验过程中随时改变，从而实现根据实验结果快速调整不同浓度的发生。本发明气体动态发生装置可同时产生O. Ol 20mg/m3浓度范围的多组分低浓度标准气体。本发明装置可应用于科研、环境、化学、化工等多个领域。
图I为本发明的提出的多组分低浓度气体动态发生装置的结构示意图。图2是本发明装置中使用的毛细管喷头的结构示意图。图I中，I是载气气源，2是第一流量控制器，3是加湿罐，4是微孔加湿头，5是旁通阀，6是污染气体气源，7是第二流量控制器，8是液体注射泵，9是集气器，10是毛细管喷头，11是恒温加热套，12是多组分低浓度标准气体出口。
具体实施例方式本发明提出的多组分低浓度气体动态发生装置，其结构如图I所示，包括载气气源I、污染气体气源6、加湿罐3、液体注射泵8、集气器9、恒温加热套11、微孔加湿头4、毛细管喷头10和旁通阀5。载气气源I的出口通过管道与加湿罐3相连，载气气源I与加湿罐3相连的管道上设有第一流量控制器2和旁通阀5，加湿罐3并联在旁通阀5的进口端和出口端。微孔加湿头4置于加湿罐3中，微孔加湿头4通过管道同时与第一流量控制器2的出口端和旁通阀5的进口端相连；旁通阀5的出口端与集气器9相连。污染气体气源6通过管道与集气器9相连，污染气体气源6与集气器9相连的管道上设有第二流量控制器7。毛细管喷头10置于集气器9中。液体注射泵8通过管道与集气器9中的毛细管喷头10相连。恒温加热套11包裹在集气器9的外部；集气器9上设有多组分低浓度标准气体出口。本发明提出的多组分低浓度气体动态发生装置，可以分为载气系统、气体注入系统、液体注入系统和集气系统四个部分。载气系统由载气气源(高纯氦或压缩空气)、流量控制器和加湿罐组成；气体注入系统用于发生常温下是气体的污染物，如硫化氢、氨气等。与载气系统相似，载气系统由污染气体气源(标气瓶)和流量控制器组成；液体注入系统用于发生常温下是液体的污染物，如室内常见的大部分挥发性有机化合物甲苯、苯、二甲苯、甲醛、乙醛、丙酮等。液体注射泵将多种污染物混合溶液经过毛细管喷头10注入温度受控的集气器9中，并快速挥发成气体，然后与载气系统和气体注入系统所产生的气流混合，再由载气携带污染物流出集气器，从而获得所需浓度的多组分低浓度标准气体。本发明装置中可以采用如图2所示的毛细管喷头，毛细管喷头的一端直径较大，另一端的直径较小，这就使来自液体蠕动泵的高压气体从毛细管喷头的直径较小端喷出而被雾化。本发明装置的一个实施例中，第一和第二流量控制器，可以使用由AlicatScience公司生产的、型号为M-5SLPM-D的产品；其中的液体注射泵可以使用由Longer公司生产、型号为LSP01-2A的产品。以下结合附图，详细说明本发明气体动态发生装置的工作过程载气系统中载气从气源I中流出，通过流量控制器2，然后分成两路，一路流入加湿罐3，通过微孔加湿接头4发生细小气泡，而另一路作为旁通气体流过旁通阀5，最后两路气流汇集在集气器9。该系统用于产生湿度范围为O 80%和流量范围为O. 5 5L/min的载气。气体注入系统中污染气体从气源6中流出，通过流量控制器7，流入集气器9中。该系统用于产生恒定浓度的常温下为气态的污染物。液体注入系统中，由液体注射泵8在毛细管喷头10的作用下，以细小喷雾的形式将一定配比的液态污染物注入集气器9中，由于集气器9外包裹恒温加热套(控制集气器内温度为65±0. 5°C )，所喷出的喷雾在高温作用下迅速挥发成气体。本发明装置中的液体注射泵，可由可编程控制程序控制不同的液体注入速率，可在实验过程中随时改变，从而实现根据实验结果快速调整不同浓度的发生。通过更换不同注射器，可实现流量范围为O. OlnL/min O. I μ L/min的液体注入量，当载气流量为lL/min时，发生浓度范围为O. 01 20mg/m3。利用本发明的气体动态发生装置，可以产生O. 01 20mg/m3浓度范围的多组分低浓度标准气体，包括硫化氢、氨气、CO、NO2等常温下是气态的物质，以及甲苯、苯、二甲苯、甲醛、乙醛、丙酮等常温下是液体的物质。本发明装置通过微孔加湿接头可发生湿度范围为O 80%，以及流量范围为
O.5 5L/min的载气。所述载气可为高纯氦气或压缩空气。本发明装置采用的液体注射泵，液体注入量为O. OlnL/min O. I μ L/min,并由可编程控制程序操作,可在实验过程中随时改变。所述液体注射泵选用的注射器规格可为I 50 μ L。本装置通过使用毛细管喷头，使O. OlnL/min O. I μ L/min的液体注入量在温度为65±0. 5°C的集气器中快速挥发。
权利要求
1.一种多组分低浓度气体动态发生装置，其特征在于该气体动态方式装置包括载气气源、污染气体气源、加湿罐、液体注射泵、集气器、恒温加热套、微孔加湿头、毛细管喷头和旁通阀；所述的载气气源出口通过管道与加湿罐相连，载气气源与加湿罐相连的管道上设有第一流量控制器和旁通阀，加湿罐并联在旁通阀的进口端和出口端；所述的微孔加湿头置于加湿罐中，微孔加湿头通过管道同时与第一流量控制器的出口端和旁通阀的进口端相连；旁通阀的出口端与集气器相连；所述的污染气体气源通过管道与集气器相连，污染气体气源与集气器相连的管道上设有第二流量控制器；所述的毛细管喷头置于集气器中；所述的液体注射泵通过管道与集气器中的毛细管喷头相连；所述的恒温加热套包裹在集气器的外部；集气器上设有多组分低浓度标准气体出口。
全文摘要
本发明涉及一种多组分低浓度气体动态发生装置，属于标准气体发生领域。本装置中，载气气源出口通过管道与加湿罐相连，加湿罐并联在旁通阀的进口端和出口端。微孔加湿头置于加湿罐中，微孔加湿头通过管道同时与第一流量控制器的出口端和旁通阀的进口端相连。污染气体气源通过管道与集气器相连，相连管道上设有流量控制器。毛细管喷头置于集气器中。液体注射泵通过管道与集气器中的毛细管喷头相连。恒温加热套包裹在集气器的外部。本发明装置采用液体注射泵的方式，简单、精确地实现多种有机污染物的配比，可同时产生0.01～20mg/m3浓度范围的多组分低浓度标准气体。本发明装置可应用于科研、环境、化学、化工等多个领域。
文档编号B01F15/02GK102614803SQ20121007380
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者张寅平, 徐秋健, 王红广, 莫金汉 申请人:清华大学