一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置的制作方法

本发明实施例涉及化工检测技术领域，具体涉及一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置。

背景技术：

在提纯混合少量杂质气体(如氮气、氦气、氢气或氧气)的氖气时，或是测量氖气中杂质气体的含量时，现有技术通常采用色谱分离的原理，将氖气中的杂质气体分离，将测量气体通入相应的检测器中检测杂质气体的含量，然而使用色谱分析仪成本很高，并且由于要通过色谱柱分离各个组分，该过程需要五分钟左右的时间才能得到结果，导致无法对操作流程做到实时的控制，存在控制上的困难。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置，以解决现有的采用色谱分离的方法分离或测量氖气中的少量杂质气体时，成本高、测试时间长的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置，所述装置包括检测单元和计算单元；

所述检测单元包括四组恒温热导池，所述恒温热导池内均设置有热敏电阻，四组所述恒温热导池中两组作为参比池，其余两组作为测量池，所述参比池内封装参比气体，所述测量池内流通待测气体，所述待测气体为包含单项常量杂质气体的氖气，四组所述热敏电阻构成惠斯通电桥，两组参比池的热敏电阻或两组测量池的热敏电阻彼此相对布置，所述惠斯通电桥内通有恒定电流；

所述计算单元用于根据所述惠斯通电桥输出的不平衡电势计算所述测量池内热敏电阻的电阻值，根据所述电阻值计算得到待测气体的热导率，并根据所述热导率计算待测气体中杂质气体的含量。

进一步地，两组所述参比池的热敏电阻分别为r1和r2，两组所述测量池的热敏电阻分别为r3和r4，热敏电阻r1和热敏电阻r3的串联支路与热敏电阻r2和热敏电阻r4的串联支路并联形成惠斯通电桥。

进一步地，所述热敏电阻r1和热敏电阻r3之间的节点为第一输出端，热敏电阻r2和热敏电阻r4之间的节点为第二输出端，所述惠斯通电桥输出的不平衡电势为所述第一输出端和第二输出端之间的电势差。

进一步地，所述测量池两端分别设置有进气口和出气口，所述待测气体经所述进气口流入，并由所述出气口流出。

进一步地，所述恒温热导池均设置于恒温装置内。

进一步地，所述参比气体为纯氖气，所述待测气体为包含单项常量杂质气体的氖气。

进一步地，所述参比气体为包含已知含量的单项常量杂质气体的氖气，所述待测气体为包含与所述参比气体相同种类的单项常量杂质气体的氖气。

进一步地，所述单项常量杂质气体为氮气、氦气、氧气或氢气中的任一种。

进一步地，通过改变参比气体的氖气中包含的单项常量杂质气体的含量，以改变对于对应单项杂质气体检测的量程和精度。

进一步地，四组所述热敏电阻在相同温度下的电阻值相同。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例提出的一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置，基于气体热导率原理，由于氖气中杂质气体(如氮气、氦气、氢气或氧气)的存在导致混合待测气体的热导率相对于纯氖气发生了变化，将此热导率的变化引起的热敏电阻的阻值变化通过惠斯通电桥进行检测，并计算出混合待测气体的热导率，从而获得氖气中杂质气体的含量，可以实现对氖气中单项常量杂质气体含量的在线检测，相比于色谱分离检测的方式，既极大地节省成本，又达到实时检测的目地，解决了流程控制上困难的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例1提供的一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置检测单元的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置测量池的结构示意图。

图中：检测单元100、计算单元200、恒温装置110、参比池120、测量池130、进气口131、出气口132。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出的一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置，装置包括检测单元100和计算单元200。

如图2所示，检测单元100包括四组规格尺寸完全相同的恒温热导池，四组恒温热导池均设置于恒温装置110内，以提供恒温t。四组恒温热导池内均设置有热敏电阻，四组热敏电阻在相同温度下的电阻值相同且其材料、规格、尺寸也都相同。在四组恒温热导池中两组作为参比池120，其余两组作为测量池130，参比池120内封装参比气体，测量池130内流通待测气体，待测气体为包含单项常量杂质气体的氖气，如图3所示，测量池130两端分别设置有进气口131和出气口132，待测气体经进气口131流入，并由出气口132流出。

参比气体可以为纯氖气或者为包含已知含量的单项常量杂质气体的氖气，单项常量杂质气体可以为氮气、氦气、氧气或氢气等气体中的任一种。参比气体为纯氖气时，测量池130内可用于测量包含以上任一种单项常量杂质气体的氖气；参比气体为包含已知含量的某种单项常量杂质气体的氖气时，测量池130内用于测量包含与参比气体中相同种类的单项常量杂质气体的氖气。比如，参比气体为包含已知含量的氦气杂质气体的氖气时，测量池130内用于测量包含氦气杂质气体的氖气；参比气体为包含已知含量的氮气杂质气体的氖气时，测量池130内用于测量包含氮气杂质气体的氖气；参比气体为包含已知含量的氧气杂质气体的氖气时，测量池130内用于测量包含氧气杂质气体的氖气；参比气体为包含已知含量的氢气杂质气体的氖气时，测量池130内用于测量包含氢气杂质气体的氖气。通过调节参比池中氖气中所含有的氮气、氦气、氧气或氢气等单项常量杂质气体的成份含量，可以增加在该含量附近的未知含量的对应杂质气体的测量量程和精度。

四组热敏电阻构成惠斯通电桥，两组参比池120的热敏电阻或两组测量池130的热敏电阻彼此相对布置，惠斯通电桥内通有恒定电流i。具体的，两组参比池120的热敏电阻分别为r1和r2，两组测量池130的热敏电阻分别为r3和r4，热敏电阻r1和热敏电阻r3的串联支路与热敏电阻r2和热敏电阻r4的串联支路并联形成惠斯通电桥。惠斯通电桥电路中两个参比池120内的热敏电阻r1和r2作为参比臂，两个测量池130内的热敏电阻r3和r4作为测量臂。热敏电阻r1和热敏电阻r3之间的节点为第一输出端，热敏电阻r2和热敏电阻r4之间的节点为第二输出端，惠斯通电桥输出的不平衡电势为第一输出端和第二输出端之间的电势差vout。

固定温度t下，氖氮或氖氦混合待测气体体中氮气或氦气的含量决定了混合待测气体体的热导率，通过测定热导率可推算出混合待测气体体中的氮气或氦气含量。

在温度为t的恒温热导池内，热敏电阻流过恒定电流i，热敏电阻的温度为t。当纯氖气体在恒温热导池内缓慢流通时，通过的纯氖气体将热敏电阻的热量传导出去，当达到热平衡后，热敏电阻的温度将由t变化为t1，而当纯氖中掺杂有氮气或者氦气等杂质气体时成为混合待测气体之后，由于氮气或者氦气等杂质气体的热导率与纯氖气的热导率有差异(相差较大)，该混合待测气体的热导率将相对于纯氖气体有所变化，从而改变恒温热导池内的热平衡，使得热敏电阻的温度由t1变化为t2。由于t1与t2的不同，使得热敏电阻的阻值会发生变化，造成配套的惠斯通电桥电路不平衡，产生微电流，通过此电势变化可以得到热平衡时热敏电阻的阻值，从而测算出氖氮或氖氦混合待测气体的热导率的变化，最终得到混合待测气体体中氮气或氦气的含量。

当测量池130内通入的氖氮或氖氦混合待测气体体的浓度与参比池120内封装的纯氖气(或混合待测气体体)浓度一致时，待测气体热导率与封装气体相同，电桥电路输出电压为零，当测量池130内通入的氖氮(或氖氦)混合待测气体体浓度与参比池120内封装的气体浓度不同时，待测气体热导率也与封装气体不同，导致热平衡时测量臂阻值改变，电桥输出不平衡电势。

计算单元200用于根据惠斯通电桥输出的不平衡电势计算测量池130内热敏电阻的电阻值，根据电阻值计算得到待测气体的热导率，并根据以下热导率计算公式计算待测气体中杂质气体的含量cm。

cm＝cm1+cr-cm1·cr(1)

λm＝cm1·λx+(1-cm1)·λt(2)

其中：

cm:待测气体中杂质气体的含量；

cm1:假设参比气为气体一，纯净的杂质气体为气体二，cm1为在气体一与

气体二组成的混合待测气体体中气体二的含量；

cr:参比池气体中单项常量杂质气体的含量；

λm:热导池固定温度t时，测量池内待测气体的热导率；

λt:热导池固定温度t时，参比池参比气体的热导率；

λx:纯杂质气体温度t时的热导率；

k:仪表常数，与热导池结构相关，经试验测得；

r0:热敏电阻在0℃时的电阻值；

α:热敏电阻温度系数；

i:流过热敏电阻的电流；

vout:惠斯通电桥输出的不平衡电势差。

本实施例提出的一种检测氖气中单项常量杂质气体含量的装置，基于气体热导率原理，由于氖气中杂质气体(如氦气或是氮气)的存在导致混合待测气体的热导率相对于纯氖气发生了变化，将此热导率的变化引起的热敏电阻的阻值变化通过惠斯通电桥进行检测，并计算出混合待测气体的热导率，从而获得氖气中杂质气体的含量，可以实现对氖气中单项常量杂质气体含量的在线检测，相比于色谱分离检测的方式，既极大地节省成本，又达到实时检测的目地，解决了流程控制上困难的问题。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。