专利名称：标准气快速配制法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主要为校验煤矿瓦斯报警仪用的标准气快速配制法及装置。
在气相色谱分析工作中，当遇到被测试样是气态时，为了标定分析仪器或考察分析方法的可靠性，需要配制已知浓度的被测组分与稀释气的混合气，即所谓标准气。在煤矿安全生产中，为保证煤矿的安全、防止瓦斯超限，在井下使用着各种类型的瓦斯报警仪。由于井下瓦斯气体的浓度经常在变化，为保证瓦斯报警仪的工作可靠性及灵敏度，需要经常用规定范围内的不同浓度的瓦斯标准气对瓦斯报警仪进行校验，因此也就需要配制不同浓度的瓦斯标准气。
现有的配气法主要有体积配气法，重量配气法、压力配气法、流量配气法等。
体积配气法是用容器取一定量的气体，然后用稀释气加以稀释达到一定体积来计算所配混合气的浓度。该法所用的设备及操作都比较简单，在条件较差的实验室容易进行。但一次只能制得少量标准气，且因容器内壁吸附等原因而使标准气浓度不准确、常常偏低。对某些能溶解于水的试样在稀释气体中含水蒸汽量较大时，标准气浓度变化更大。
重量配气法是根据配制标准气的浓度和标准气各组分的密度，算出标准各组分所占的重量，然后用精密天平秤量。该法的准确度高，但设备昂贵、配气量小，操作比较困难。
压力配气法是根据道尔顿定律即混合气各组份分压之和等于混合气总压进行的。配气时要观看压力表往钢瓶里压入各组分的气体，以达到压力之比等于浓度之比。该法较常用，但也是最粗糙的一种配气方法，该法具有精确度低，(误差达±5%)，成本高(如配制以空气为稀释气的甲烷标准气，要求O2、N2和CH4的纯度在99.5%以上，空气必须用O2和N2二次合成)，配气时间长，高压配气危险性大的缺点。
本发明就是针对现有标准气配气法的不足进行了改进。
本发明是为配制煤矿瓦斯报警仪校验用标准气提供一种速度快，配气量大、精确度高、成本低、安全可靠的标准气快速配制法及适用于上述配气法的，结构简单、操作方便、安全可靠、实施容易的标准气快速配制装置。
本发明的目的可通过以下方案实现，该方案包括标准气快速配制法及装置两部分。
标准气快速配制法按以下步骤进行(a)向配气室内充入不定量稀释气，然后充入少于最终配制浓度的若干个单位体积的被测气体，(b)将稀释气与被测气体混匀后分析混合气中被测气体浓度，并由此计算稀释气总单位体积数
(c)根据欲配被测气体浓度及稀释气总单位体积数计算需补充的被测气体单位体积数，(d)向配气室内充入补充的被测气体，混匀后，分析结果。
所述的“单位体积”是指以所用定量容器的体积为一个单位体积，定量容器则是指定量瓶，定量唧筒等。
上述的被测气体可以是多元的本法步骤(a)中向配气室充入稀释气不需要定量，以及充入的被测气体不需要知道具体体积数，而只需知道充入了多少单位体积，这是由本法特点决定的。这也是使本法快速、简捷的一个原因。当稀释气是空气，且配气室是气囊式配气室时，只要用风机将新鲜空气送入，使气囊鼓起即可进行下面的步骤。
一个不可缺少的条件是在每次配气的全过程中，被测气体都必须在恒压、恒温条件下充入配气室，否则将影响配气精度。恒压可通过在原料气瓶与配气室间的管路上设置气体稳压阀实现，恒温则是将被测气体的充气过程控制在三十分钟以内的短时室温条件下实现的，因为在短时条件下，室温的变化是很微小的。
本法的气体充入过程分两种情况，即充入稀释气和充入被测气体。稀释气可通过风机或压缩机充入，被测气体则靠定量瓶内气体的压力充入，或通过唧筒在常压下充入。
本法中稀释气与被测气体的混匀通过充气机进行，充气机可将混合气循环吸出或吹入，在很短的时间内就可使气体混匀。
本法中所说的分析采用通用的分析方法，如色谱分析法等。上述的分析操作是在配气过程中进行的。
本法所用的计算方法系根据已知被测气体浓度及体积以及分析结果由常用的百分比浓度计算方法计算稀释气总单位体积数及需补充的被测气体单位体积数，这种计算简便而迅速。
本发明的方法效果是明显的，它克服了体积配气法、重量配气法、压力配气法等现有配气方法配气量小，操作困难，精度低，速度慢等缺陷。本法中稀释气可以不定量充入，被测气体可在小于最终配制浓度的条件下按单位体积随意充入，因此，在分析仪器可靠的情况下，本方法能够迅速、准确、安全、方便、大量地配制出符合要求的标准气。大量实验表明，本方法所配标准气的误差均在±3%的允许误差范围内，一次配气可在三十分钟到一小时内完成，如配制2m3的标准气，时间仅为三十分钟，且一次配制量可根据需要随意加大，只要制作相应的配气室即可。本方法的过程是在较低压力或常压下进行的，因此安全可靠。本法可较好地满足煤矿校验瓦斯报警仪用标准气的配制需要。
标准气快速配制装置由配气室，与配气室相连的充气机，被测气体进样组件、采样口及充填泵组成。
上述配气室是柔性气囊式。气囊式配气室可根据配气量的大小制作成不同容积的气囊。
上述充气机可采用风机或压缩机。
上述被测气体进样组件是由原料气瓶与若干原料气定量瓶并接，再与同配气室相连的三通阀相接，原料气瓶与三通阀之间的管路上串接有减压器、气体稳压阀及压力表。
减压器可将原料气瓶中的高压气体从10MPa降到0.3MPa，稳压器可使被测气体压力稳定在0.2MPa。在一次配气中，被测气体每次都应在同一压力下充入配气室。压力可通过压力表观察。
被测气体进样组件也可以由原料气囊、定量唧筒与三通阀组成，三通阀分别与配气室、原料气囊和定量唧筒相连。
上述采样口装有橡胶塞或二通阀。
本发明的装置其工作过程根据所用被测气体进样组件分述如下当采用带原料定量瓶的被测气体进样组件时，工作过程如
图1所示，首先将三通阀2与稀释气(例如空气)相通的一端打开，稀释气由风机3充入配气室1内，到适量即可。然后，根据要充入的被测气体单位体积数打开相应定量瓶9上部的二通阀10，将被测气体在恒压，恒温条件下充入定量瓶中，所充入的被测气体少于最终配制浓度。接着将三通阀4与配气室相通的一端打开，使定量瓶中的被测气体在一定压力下充入配气室。然后将三通阀2与配气室相通的一端打开，开动风机将配气室内的气体循环吸出和送入，使其混匀。待混合后从采样口取混和气试样交色谱分析仪进行分析。由分析得到的被测气体浓度可计算出稀释气总单位体积数(以瓶或唧即筒计)。再根据计算结果及最终配制浓度计算出需补充的被测气体单位体积数(以瓶或即筒计)。将补充的被测气体充入相应定量瓶，然后再充入配气室，混匀后，取样分析结果。正常情况下，到这时就会得出精确的结果。最后将配制好的标准气由充填泵充入钢瓶待用。
当采用唧筒式被测气体进样组件时，工作过程如图2所示，其稀释气充入过程同前，所不同的是，被测气体要先从原料气瓶充入原料气囊，使其接近常压。然后将三通阀与唧筒相通的一端打开，将已知单位体积数，且少于最终配制浓度的被测气体充入定好刻度的唧筒内，然后将三通阀与配制室相通的一端打开，推动唧筒活塞，将被测气体充入配气室内。其余混匀、分析、计算等过程同前。
本发明的装置可有效地实现标准气的快速配制。由于该装置各部分相互连接成一个整体，因此操作十分方便迅速，也保证了配气精度。本装置的气囊式配气室可根据需要制作成大小不同的规格，定量瓶、定量唧筒及其它部件只要作相应改变，就可大量配制标准气。本装置是在接近常压下工作，因此安全可靠。由于本置结构简单，因此实施容易。
图1是标准气快速配制装置的整体结构示意图，其中被测气体进行组件中定量容器为定量瓶。
图2是标准气快速配制装置的整体结构示意图，其中被测气体进样组件中定量容器为唧筒。
实施例(一)标准气快速配制法本实施例以配制校验煤矿瓦斯报警仪用空气、甲烷标准气为例，稀释气为净化空气，欲配制1%甲烷标准气，其配制方法如下(a)向气囊式配气室内充入净化空气，使气囊鼓起。
(b)向气囊内充入浓度为99%的甲烷气6唧筒。
(c)将配气室内气体混匀后，进行色谱分析。分析结果，混合气中甲烷气浓度为0.75%。设气囊内空气总单位体积数为X唧筒，则可由上述分析结果及已知充入的甲烷气单位体积数计算出空气总单位体积数为6/(X+6) ＝0.75%，X＝793.9(唧筒)(d)、设需补充y筒甲烷气，则可根据空气总单位体积数及已知最终配制浓度计算出需要补充的甲烷气单位体积数(6+Y)/(793.9+6+Y) ＝1%，Y＝2.02(唧筒)(e).向气囊内充入2.02唧筒甲烷气，混匀后，色谱分析结果为空气、甲烷标准气浓度为1.02%。
规定的允许误差为3%，实际相对误差为2%，在允许范围内。
整个配气过程时间为三十分钟。
(f)将气囊内配制好的标准气充入钢瓶待用，(二)标准气快速配制装置该装置适用于标准气快速配制法，其整体结构如图1，图2所示。图1显示了具有带原料气定量瓶的被测气体进样组件的整体结构的一个实例，图2显示了具有带唧筒的被测气体进样组件的一个实例。现分述如下如图1所示，该装置由配气室1、与配气室相连的充气机3、被测气体进样组件、采样口11及充填泵组成。配气室为气囊式配气室，气囊由橡胶布胶合而成。充气机采用市售的轴流风机，其进气端装有三通阀2。被测气体进样组件是由原料气瓶7与三个原料气定量瓶9并接，再与三通阀4相接。三个原料气瓶也采用并接，每个原料气定量瓶上装一个二通阀10，三个定量瓶的单位体积分别为1、0.5、0.1，原料气瓶与三通阀4间的管路上串接有减压器6，稳压阀8及压力表5。本例中采样口是装在配气室上的二通阀11，取气样时从管口抽气取样即可。充填泵12采用氧气充填泵。
如图2所示，该装置被测气体进样组件由原料气囊13、定量唧即筒14及三通阀4组成。三通阀分别与原料气囊、配气室及唧筒相连。唧筒上标有将单位体积细分的刻度。其余部分同前述装置。
权利要求
1.一种主要为校验煤矿瓦斯报警仪用的标准气快速配制法，其特征在于(a)向配气室内充入不定量稀释气，然后充入少于最终配制浓度的若干个单位体积的被测气体，(b)将稀释气与被测气体混匀后，分析混合气中被测气体浓度，并计算稀释气总单位体积数，(c)根据欲配被测气体浓度及稀释气总单位体积数计算需补充的被测气体单位体积数，(d)向配气室内充入补充的被测气体，混匀后，分析结果。
2.一种适用于标准气快速配制法的标准气快速配制装置，其特征在于它由配气室1，与配气室相连的充气机3、被测气体进样组件、采样口11及充填泵12组成。
3.按照权利要求1所述的标准气快速配制法，其特征在于所说的单位体积是以所用定量容器的体积为一个单位体积。
4.按照权利要求3所述的标准气快速配制法，其特征在于每次配气中，被测气体都要在恒压、恒温条件下充入配气室。
5.按照权利要求4所述的标准气快速配制法，其特征在于被测气体可以是多元的。
6.按照权利要求5所述的标准气快速配制装置，其特征在于配气室是柔性气囊式。
7.按照权利要求6所述的标准气快速配制装置，其特征在于充气机是风机或压缩机，其进气端装有三通阀2。
8.按照权利要求7所述的标准气快速配制装置，其特征在于被测气体进样组件是由被测气体原料气瓶7与若干原料气定量瓶9并接，再与同配气室相连的三通阀4相接，原料气瓶7与三通阀4间的管路上串接有减压器6，气体稳压阀8及压力表5
9.按照权利要求7所述的标准气快速配制装置，其特征在于被测气体进样组件由原料气囊13、定量唧筒14及三通阀4组成，三通阀分别与配气室、原料气囊和定量唧筒相连。
全文摘要
一种主要为校验煤矿瓦斯报警仪用的标准气快速配制法及装置。本发明的方法是向配气室内充入不定量稀释气及少于最终配制浓度的已知量被测气体，然后经分析、计算并根据最终配制浓度确定出需补充的被测气体量。将补充量充入，分析结果即可。本发明的装置由配气室、充气机、被测气体进样组件、采样口及充填泵组成。本发明能够迅速、准确、安全、方便、大量地配制出符合要求的标准气。
文档编号B01F3/02GK1050610SQ8910756
公开日1991年4月10日 申请日期1989年9月29日 优先权日1989年9月29日
发明者宋望宏, 张桂兰, 贾琳, 张旭东 申请人:宁夏石咀山矿务局科研所