多功能标准气体发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了多功能标准气体发生装置，主要用于在常温下将液态或气态标准化学品配制成10—1()?100mg/m3或稀释度为I?112倍的任意准确浓度的标准气体，以适合气体报警器或检测仪等仪器研制、生产、检定、校准等计量过程或分析方法的研究。
[0002]本发明涉及到的装置和系统包括一级标准气体配制模式、二级标准气体配制模式:
[0003]1.—级标准气体配制模式下，
[0004](I)若标准化学品源为液态时，三通电磁阀(108)将第一转接口( 109-1)和第一气体流量控制器(107-1)断开，而第二气体流量控制器(107-2)和第一气体流量控制器(107-1)为连通状态，此时第一步进电机(106-1)驱动第一注射器(115-1)内所含的液态标准化学品源注入到气化器(I 1)内，连接于第二转接口(109-2)的零点气体(来源于钢瓶、压缩机或气体发生器)由第二气体流量控制器(107-2)控制经三通后分成两路，第一路零点气体经三通电磁阀(108)流入第一气体流量控制器(107-1)经雾化气化气体入口(201)进入气化装置
(110)内的雾化管(204)、渗透管(205)，起蒸发气化液态标准化学品的作用，第二路零点气体直接经稀释气体入口(202)进入气化器(110)内的稀释管(203)，对气化后的标准化学品进行稀释，获得气相中浓度为10—3?10mg/m3—级标准气体化学品；
[0005](2)若标准化学品源为气态时，三通电磁阀(108)将第一转接口( 109-1)和第一气体流量控制器(107-1)连通，而第二气体流量控制器(107-2)和第一气体流量控制器(107-1)为断开状态，此时贮存于钢瓶内的高浓度气态标准化学品源经第一转接口(109-1)接入到三通电磁阀(108)并由第一气体流量控制器(107-1)控制进入气化器(110)内的雾化管(204)、渗透管(205)，连接于第二转接口(109-2)的零点气体(来源于钢瓶、压缩机或气体发生器)由第二气体流量控制器(107-2)控制进入气化器(110)内的稀释管(203)，对高浓度气态标准化学品进行稀释，获得气相中稀释度为I?15倍的一级标准气体化学品。
[0006]上述两条路径形成的一级标准气体经第三转接口(109-3)输出至大气环境(通常连接销毁装置)或检测仪。
[0007]2.二级标准气体配制模式是将一级标准气体配制模式配制的一级标准气体吸入到第二注射器(115-2)内，类似于一级标准气体形成的进样方式，由第二步进电机(106-2)驱动第二注射器(115-2)在气体混合器(113)内再次稀释，输出最终浓度为10—1(3?10—3mg/m3或稀释度为15?112倍的标准气体经第三转接口( 109-3)输出。
[0008]本发明的液态或气体标准化学品是指浓度明确的单一或混合化学品。
【背景技术】
[0009]气体报警器或检测仪的响应浓度和响应时间是衡量仪器计量性能的重要技术指标【GB 12358-2006.作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求[S] ；GJB 1751A-2007.毒剂报警器通用规范[S]】，因此在研制、生产、使用、检定、校准等过程中，需要配制准确浓度的气态标准化学品，用以评价测量仪器的响应浓度或响应时间等计量性能【JJG 693-2011.可燃气体检测报警器[S]】。目前，钢瓶是气态标准化学品存贮最方便、最常用的方式，但仅局限于常温常压下呈气体、化学惰性、非极性的化学品(如甲烷、氢气、氮气等)。很多情况下，有机或无机化学品在常温常压下是呈液体状态存在的，比如甲醇、乙醇、乙醚、苯等有机溶剂以及芥子气、沙林、VX等化学战剂，由于存在着如下物理或化学特性，导致在技术上国内外还无法实现将这些液态化学品准确配制成高压钢瓶包装储存的标准气体:一是化学反应活性较大，易于同空气中的水蒸汽、氧气等反应;二是沸点较高、挥发度较低，不易采用常规的质量配制方法，高浓度还不易气化;三是极性较大，若采用常规的高压气瓶包装和储存，容易被瓶体、阀门等吸附。因此得不到准确、恒定浓度的该类化学品的标准气体，只能采取现场实时配制，从而造成了开展气体报警器或检测仪计量和分析方法评价工作的根本问题。
[0010]针对上述问题，国内外研制了各种将液态化学品转变成相应气体状态的装置【姜素霞，韩中枢，夏春.标准气体的制备方法及配制技术[J].化学分析计量，2004，13(6):71?72，78】。从实现的原理上讲，分两种:扩散型和气化型。
[0011 ] 1.扩散型原理。由于分子的热运动，液态分子摆脱分子之间的引力束缚之后变成气体，再经过扩散到达更远的地方。扩散型分饱和蒸气法和扩散稀释法两种。
[0012](I)饱和蒸气法是在一定空间内使液体与其蒸气维持足够长的时间，最终就会达到气液动态平衡状态。根据气体状态方程，挥发性化学品在达到气液平衡后，气相中的浓度是由其所处系统内的温度和压力决定的。当压力一定时，气相中的浓度就跟温度之间存在着一定的函数关系，同一种化学品，其气相中的浓度与温度的函数关系是确定的。在标准大气压下，可以通过文献直接查到浓度和温度的函数关系式，因此，只要控制好温度，并维护足够长的气液平衡时间，就可以通过获得此温度下化学品在气相中的浓度。依据扩散原理实现的饱和蒸气配气方法有两种，一种是静态扩散饱和蒸气配气法，即保持系统的温度恒定，并维持正常大气压，将进入气相中的标准化学品收集在收集袋内，维护足够长的时间，收集袋内气相中标准化学品与液态达到动态平衡，然后将收集袋气体通过挤压释放出来。沈正生等报道的《呼出气体酒精含量探测器计量检定标准装置的研究[J]》【中国计量，2007 ,(10): 53?54】就是利用这一方式实现的。这种静态饱和蒸气配气方法由于建立气态和液态的平衡时间较长，而提出了另一种实施方案即动态扩散饱和蒸气配气法:将液态的易挥发性化学品置于高压瓶内，在一定的温度下，以恒定流量的动态气体(如氮气或空气)通入液体内部，使之快速建立气液平衡。这种方法虽能实现较快速的配气，但适合于配制高浓度的气体【张守明.高压下饱和蒸气法环戊烷标准气体发生装置[P].实用新型专利，CN201320665686.7，2013-10-25】。为解决低浓度气体检测仪或报警器计量问题，出现了扩散型非饱和蒸气条件下的动态配气方法一一扩散稀释法:将常温下呈液态的易挥发性化学品置于扩散管内，在一定的温度下，以恒定流量的动态气体(如氮气或空气)吹扫液体扩散管管口，根据扩散率计算气相中标准化学品的浓度。这种方法由于没有建立气液平衡，气相中的浓度无法从文献中的饱和蒸气浓度与温度的关系式求算出来，因此需要根据其它定量方法事先获得其扩散率，再根据零点气体的流量经计算或仪器测试气体中标准化学品的浓度。李伟等报道的《QCM传感器法定量检测空气中芥子气[J]》【环境污染与防治，2006，28
(10):796?798】就是利用动态扩散方法实现将液态化学战剂配制成低浓度气体。利用扩散原理的配气装置存在着如下缺点:
[0013](I)稳定时间过长静态配气法虽然能够通过饱和蒸气浓度与温度的关系式准确地计算出气相中标准化学品的浓度，但由于其建立气液平衡需要较长的时间，因此在配制不同浓度或重新建立平衡时，需要较长的仪器稳定时间【GB/T 5275.10-2014.气体分析动态体积法制备校准用混合气体第8部分:扩散】，特别是无法灵活地随心所欲地配制不同浓度的气态标准化学品。
[0014](2)浓度不易重复液体化学品的挥发速率除了与其本身性质和温度有关外，还与其纯度有关，根据物理化学知识，液体化学品的纯度决定其蒸气分压的大小。在使用动态扩散配气法时，随着标准化学品的挥发，液态中的低挥发性(高沸点)化学品(通常为杂质)逐渐增多，液体粘度逐渐增大，标准化学品的挥发速率也随之减小，因此，气相中标准化学品的浓度也会减小，导致了气相中标准化学品的浓度不易重复。为了获得气相中标准化学品的浓度，在每次建立新的气液平衡之后，需要使用如气相色谱等仪器对气相中的标准化学品浓度进行标定。
[0015](3)复现性差扩散型方式配制气体标准物质的准确性受扩散管或扩散池和毛细管尺寸、系统温度、压力影响很大【迟锡栋，崔九思，崔九思，井海宁.苯扩散管气体标准物质的研制[幻.中国环境卫生，2000，3(3，4):85?91】，因此需要严格控制，如温度变化±0.1°〇时，其扩散率的变化竟达±0.49%，这对检定装置的工艺和操作要求更高【方正.一种呼出气体酒精含量探测器检定装置[P].实