一种基于波义耳定律的静态高压配气装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于波义耳定律的静态高压配气装置，包括管路系统、压力控制系统和数据处理系统；所述压力控制系统包括压力设定装置、数字压力传感器和压力控制器；所述管路系统上从左至右顺序连接标准气气瓶、原料气气瓶、真空泵、进排气阀、数字压力传感器；所述压力控制系统与数据处理系统连接；本实用新型可以实现多种气体按体积比混合成所需要的标准混合气，通过压力控制系统和计算机进行设置，只要在计算机界面上输入所需要的气体压强和各个原料气的配气比例就能实现全程自动化控制配气，且配制的时间短，成本低；利用计算机控制管路的压强，无需其它外接设备，操作简便，克服了传统的配气过程中压力表精度不足和人为操作带来的误差。
【专利说明】
一种基于波义耳定律的静态高压配气装置
技术领域
[0001 ]本实用新型属于机械设备领域，特别涉及一种配气装置。
【背景技术】
[0002] 随着经济和科学技术的发展，标准气体已广泛应用于石油与天然气开发、化学工 业、环境监测、食品工业、肥料工业、公安交通、国防航空、建筑家居等领域，对标准气的需求 量也日益增加，在方便快捷且成本较低的条件下配制高精度的标准气体一直是许多专业厂 家所致力追求的。目前的配气方式主要有:静态法和动态法两大类。静态法主要包括称量 法、分压法，静态法是把一定的原料气体混匀而制得的标准气，标准气的浓度根据加入原料 气和稀释气量及容器容积计算得到。动态配气法是将已知浓度的稀释气按恒定的比例进入 混合器混合，从而连续不断的配制并供给一定浓度的标准气，根据稀释比计算得出标准气 体的浓度。传统的静态法配气对压力表的精度要求较高，压力不易控制，且未考虑实际气体 与理想气体的差别，实验时温度不易控制，大多不能满足所需测量精度。动态法配制的混合 气体成本较高，设备复杂，不适合配制高压混合标准气。因此迫切的需要一种配气成本低、 精确度高且可以配置高压混合标准气的新型配气装置。 【实用新型内容】
[0003] 针对上述问题，本实用新型提供了一种低成本、高精度、易操作的静态高压配气装 置。
[0004] 本实用新型是根据以下技术方案实现的：一种基于波义耳定律的静态高压配气装 置，包括管路系统、压力控制系统和数据处理系统;所述压力控制系统包括压力设定装置、 数字压力传感器和压力控制器，所述压力设定装置数量为6个;所述管路系统上从左至右顺 序连接标准气气瓶、原料气气瓶、真空栗、进排气阀、数字压力传感器;所述原料气气瓶数量 为4个，所述标准气气瓶、原料气气瓶、真空栗均通过压力设定装置和开关阀门连接在管路 系统上;所述数字压力传感器和各压力设定装置均通过导线与压力控制器连接;其中压力 设定装置的压力值由理想气体的波义耳定律计算得到，经压缩因子Z进行校正并通过压力 控制器进行设定;所述压力控制器与数据处理系统连接;所述数据处理系统由单片机和计 算机组成。
[0005] 作为优选，所述控制器由USB接口的16位8通道A/D和D/A控制器和高精度的体积流 量控制阀组成。
[0006] 作为优选，所述管路系统和压力装置通过螺纹连接。
[0007] 作为优选，所述管路系统外壁涂有导热系数为0.052的聚氨酯保温涂层，内壁为不 锈钢材料，管路系统上各连接处采用不锈钢全硬密封卡套。
[0008] 本实用新型的有益效果在于:本实用新型可以实现多种气体按体积比混合成所需 要的标准混合气，压力控制系统的压力大小是运用波义耳定律即理想气体的体积与压强的 乘积成为一个常数得到，同时引入了压缩因子Z这个参数，通过压缩因子对实际气体配比进 行修正;通过压力控制系统和计算机进行设置，只要在电脑的人机界面上输入所需要的气 体压强和各个原料气的配气比例就能实现全程自动化控制配气，且配制的时间较短，成本 也相对于动态法较低;利用计算机控制管路的压强，无需其它外接设备，操作简便，克服了 传统的配气过程中压力表精度不足和人为操作带来的误差。应用本装置配制的标准气符合 国家一级标准，使配制的标准气体能广泛应用于石油与天然气的提高采收率、化学工业可 燃气体和有毒气体报警装置的精度校正、大气中颗粒物的测定和污染源的监测、食品的长 期储存等多个领域。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的结构示意图。
[0010]图中所示：1-标准气气瓶，2-原料气气瓶，3-真空栗，4-管路系统，5-进排气阀，6-压力传感器，7-压力设定装置，8-开关阀门，9-导线，10-压力控制器，11-单片机，12-计算 机。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步具体说明：
[0012] 如图1所示，一种基于波义耳定律的静态高压配气装置，包括管路系统4、压力控制 系统和数据处理系统;所述压力控制系统包括压力设定装置7、数字压力传感器6和压力控 制器10,所述压力设定装置7数量为6个;所述管路系统4上从左至右顺序连接标准气气瓶1、 原料气气瓶2、真空栗3、进排气阀5、数字压力传感器6;所述原料气气瓶数量为4个，所述标 准气气瓶1、原料气气瓶2、真空栗3均通过压力设定装置7和开关阀门8连接在管路系统4上； 所述数字压力传感器6和各个压力设定装置7通过导线9与压力控制器10连接;所述压力设 定装置7的压力值通过理想气体的波义耳定律计算得到，经压缩因子Z进行校正并通过压力 控制器10进行设定;所述压力控制器10与数据处理系统连接;所述数据处理系统由单片机 11和计算机12组成。
[0013] 作为优选的实施方式，所述压力控制器1〇由USB接□的16位8通道A/D和D/A控制器 和高精度的体积流量控制阀组成。
[0014] 作为优选的实施方式，所述管路系统4和压力装置7之间通过螺纹连接，
[0015]作为优选的实施方式，所述管路系统4外壁涂有导热系数为0.052的聚氨酯保温涂 层，内壁为不锈钢材料，管路系统4上各连接处采用不锈钢全硬密封卡套。
[0016] 实施例1
[0017]本实施例中进行三种气体配比，先分别在3个原料气气瓶2的中充入A、B、C气体；
[0018] 在实际操作中，按照如下步骤进行配气：
[0019] 步骤一:获取初始数据
[0020] 关闭各个原料气气瓶2上的开关阀门8和进排气阀门5,开启标准气气瓶1和真空栗 3上的开关阀门8,打开真空栗3将标准气气瓶1和管路系统4抽成真空状态，关闭标准气气瓶 1的阀门8,通过进排气阀门5充入少量空气于管路系统4中，待压力稳定后压力传感器6记录 压力数值P〇并输送到计算机，打开标准气气瓶1的开关阀门8，此时管路系统4的中气体进入 标准气气瓶1，待压力稳定后压力传感器6记录压力数值p 1并输送到计算机;根据波义耳定 律有PoVt = P1 ( Vt+Vm)，其中Vt代表管路的体积，Vm代表标准气瓶的体积，设方程a = 1 +Vm/Vt，b = 1+Vt/Vm，则azPo/P^bzPoAPo-P1);通过多组分静态高压配气系统软件根据测得的数据 计算出a、b的数值；
[0021]步骤二:计算压力值
[0022]打开充有A气体的第一个原料气气瓶2开关阀门8，A气体进入管路系统4,待压力稳 定后，压力传感器6显示压力数值达到巧时，关闭充有A气体的原料气气瓶2;然后打开标准 气气瓶1的开关阀门8，管路系统4中的A气体进入标准气气瓶1;待压力稳定后，压力传感器6 记录压力数值由波义耳定律和实际气体的压缩状态方程推导得到公式
，其中ZA为在压强4和温度T下A气体的压缩因子，巧为压强巧下A气体的 压缩因子;则由公式①有
；关闭标准气气瓶1的开关阀门8，将管路系统4抽真空， 通入第二个原料气气瓶2中的B气体，压力达到$后停止，打开阀门让A、B气体充分混合;则有
;其中ZB为气体B在压力数值为下的压缩因子，Zab为混合气体在标 准气瓶的压缩因子，Pj、4分别为混合后的A、B两种气体的分压强;等式②两边分压强相等， 则有
，关闭标准气气瓶1的开关阀门8,通过真空栗3将管路系统4抽真空，打 开第三个原料气气瓶2的开关阀门8，使第三个原料气气瓶2中的C气体进入管路系统4，当压 力数值达到#时关闭充有C气体的原料气气瓶2,打开标准气气瓶1，待C气体与标准气气瓶1 中的A气体和B气体的混合气体充分混合后则有
，其 中ZC为气体C在压强^下的压缩因子，ZABC为A、B、C三种气体混合后的等效压缩因子;根据等 式③则有
，同理可得到C气体的初始充入压力数值
.以上气体的压缩因子通过查询压缩因子图版得到； ，
[0023] 步骤三:根据步骤二中测试计算得出的各气体配比的压力数值进行配气
[0024] 将管道系统4抽真空，打开原料气气瓶1，通入A气体，使A气体进入管路系统4和标 准气气瓶1，当压力达到需要的g时压力控制系统控制开关阀门8自动关闭；②关闭标准气 气瓶1的阀门，将管道系统4抽真空，压力控制系统控制装有B气体的原料气气瓶2的的开关 阀门8自动打开，B气体进入管路系统4,当管路系统4内压力数值达到^时压力控制系统控 制阀门自动关闭；③打开标准气气瓶1的开关阀门，使A气体和B气体充分混合;④关闭标准 气气瓶1，将管道系统4抽真空，压力控制系统控制装有C气体的原料气气瓶2的开关阀门8自 动打开，C气体进入管路系统4,当管路系统4内压力数值达到#时压力控制系统控制开关阀 门8自动关闭；⑤打开标准气气瓶1的开关阀门8,使管路系统4中的C气体进入标准气气瓶1 与A气体、B气体充分混合;得到混合配比的标准气体，完成实验。
[0025] 操作中注意：较贵重的气体后充，因为每次充气前都需将管路系统4抽空，必然会 将混合后的一部分气体抽掉，贵重气体后抽，可减少部分损失。
[0026] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于波义耳定律的静态高压配气装置，其特征在于，该装置包括管路系统(4)、 压力控制系统和数据处理系统;所述压力控制系统包括压力设定装置(7)、数字压力传感器 (6)和压力控制器（10)，所述压力设定装置(7)数量为6个;所述管路系统(4)上从左至右顺 序连接标准气气瓶（1)、原料气气瓶(2)、真空栗(3)、进排气阀（5)、数字压力传感器(6);所 述原料气气瓶数量为4个，所述标准气气瓶(1)、原料气气瓶(2)、真空栗(3)均通过压力设定 装置(7)和开关阀门（8)连接在管路系统(4)上;所述数字压力传感器(6)和各个压力设定装 置(7)通过导线(9)与压力控制器(10)连接;所述压力控制器(10)与数据处理系统连接； 所述数据处理系统由单片机(11)和计算机(12)组成。2. 根据权利要求1所述的基于波义耳定律的静态高压配气装置，其特征在于，所述压力 控制器(10)由USB接口的16位8通道A/D和D/A控制器和高精度的体积流量控制阀组成。3. 根据权利要求1所述的基于波义耳定律的静态高压配气装置，其特征在于，所述管路 系统(4)和压力设定装置(7)通过螺纹连接。4. 根据权利要求1所述的基于波义耳定律的静态高压配气装置，其特征在于，所述管路 系统(4)外壁涂有导热系数为0.052的聚氨酯保温涂层，内壁为不锈钢材料，管路系统(4)上 各连接处采用不锈钢全硬密封卡套。
【文档编号】B01F3/02GK205627678SQ201620497712
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】白佳佳, 康毅力, 游利军, 梁李, 陈明君
【申请人】西南石油大学