用于区分样品中气体的设备和方法_3

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稀释路径中的一个或零个),在设备 1中气流25在该时刻流经该流动路径。
[0128] 所有流动路径都是关闭的
[0129] 对于阀8的第一位置9,阀8关闭且由装置3生成的气流25不能沿上文限定的任 何流动路径流动。
[0130] 吸入路径
[0131] 参照图1至图3,对于阀8的第二位置10,并且对于吸入气流25的生成装置3,用 于生成气流25的装置3设置为吸入来源于样品13的待分析气体,以使得该待分析气体沿 吸入路径流入设备1。
[0132] 待分析气体包括例如:
[0133] -包括一种或多种分子(例如队和02)的混合气体的0%到100%,在相同温度和压 强条件下,这些分子中的每种分子的热导率与混合气体中其他分子的热导率至多相差1 〇 % (优选为至多5% )(通常,对于处在相同温度条件(在压强测量PJ月间的气流25的温度, 通常为20°C)和相同压强条件(测量压强PJ下的混合气体中分别具有热导率DJPD,的 每对分子
;最优 固定在5%或10%的该阈值在其他实施方式中也可大于10% (20%、30%等),但是该阈值 越高,根据本发明的设备的分辨率越差;以及
[0134]-仅包括一种或多种分子(例如勵2和/或C0 2)的所关注的气体的0至100%, 在相同温度条件和压强条件下这些分子之间的热导率差异小于或等于10% (优选小于或 等于5% )(通常,对于处在相同温度条件(在压强测量PJ月间的气流25的温度,通常为 20°C)和压强条件(测量压强^下的所关注气体中的分别具有热导率^和^的每对分子,
该最优设置为 5%或10%的阈值在其他实施方式中也可设置为大于10% (20%、30%等),但是该阈值越 高,根据本发明的设备的分辨率越差。在相同的温度条件和压强条件下,所关注气体中的每 种分子的热导率都与混合气体的每种分子的热导率差异至少为20 %,优选为至少30 % (通 常,在相同温度条件(在压强测量PJ月间的气流25的温度,通常为20°C)和压强条件(测 量的压强^下,对于具有热导率Q的所关注气体中的每种分子和具有热导率混合气 体的每种分子,
)。该至少20%或30%的差异影响设备1的准确性;该差异越大,所关注气体就被区分开越 多,并且电子放大的使用就越少;这个最优设置为20 %或30 %的阈值在其他实施方式中也 可设置为小于20%,但是该阈值越小,根据本发明的设备的分辨率越差,或对于用于区分的 高性能电子器件或在其他测量尺度里描述的设备的实施的其他冗余技术装置的需求将越 尚。
[0135] 在设备1内,上述吸入路径在测量孔14处局域地变窄。测量孔14是制造在板15 中的孔。板15通常由不锈钢制成。板15是可拆卸的,以使得其通常在孔14磨损的情况下 或为了改变设备1中孔14的尺寸可以被替换。孔14具有直径通常为5ym至15ym的已 知尺寸。气流经过直径(通常约2mm)比测量孔14大的第二孔21。穿孔塞15的厚度是用 于调节所寻求的负载降低的因素,而且远小于微穿孔开口 14的尺寸(通常约小10倍)。
[0136] 相比于作为整体的吸入路径的其他部分,甚至优选相比于排出路径和稀释路径中 的其他部分,该孔14是设备1中用于气流25的具有最小孔面积(与气流25的方向垂直的 每单位表面面积)的通道。沿吸入路径(以及甚至优选排出路径和稀释路径)的所有位 置,显然除了孔14本身外,都具有比孔14的孔面积(与气流25的方向垂直的每单位表面 面积)至少大5倍的孔面积(与气流25的方向垂直的每单位表面面积)。
[0137] 孔14的形状为圆形。
[0138] 至少一个压强传感器5、6包括设置为测量沿吸入路径的待分析气体的压强匕的 (更确切的说是负压强,直接与涡轮3的吸力相联系)第一压强传感器6 (称作吸入压强传 感器),压强匕优选但非限制性地包括在20至500mbar之间或者更宽的范围(根据涡轮3 的能力,包括在4至500mbar之间或4至lOOOmbar之间或更宽的范围)。
[0139] 质量流量计4设置为测量这样的参数,该参数代表沿吸入路径的待分析气体的质 量流动速率。
[0140] 基于代表待分析气体的质量流动速率的参数的测量值,计算装置7设置为将待 分析气体内所关注气体的存在量化(该量化的存在通常为所关注的气体在待分析气体中 以%为单位的比例,或以待分析气体的摩尔每升为单位的比例,或成所关注气体的体积的 形式(例如以毫升为单位)的比例)。
[0141] 计算装置7设置为以计算所关注气体的比例或体积的形式来将所关注气体的存 在量化,其中该计算取决于测量孔14的直径。换言之,如果孔14的直径或宽度改变(通过 程序、命令或调整旋钮等)而未向设备1指示其直径或宽度的改变,则由设备1进行的所关 注气体的比例或体积的计算将变得不准确。
[0142] 为了最好的测量准确度,第一吸入压强传感器6沿开口 2与测量孔14之间的吸入 路径设置。
[0143] 质量流量计4沿吸入路径设置,以使得测量孔14沿开口 2与质量流量计4之间的 吸入路径设置。
[0144] 本发明的发明人通过实验发现对于流内变窄的孔(例如附图标记14或22)的尺 寸的极好测量准确度可通过使气流25 (通常为空气)通过该孔并用以下公式测量该孔的直 径4>cal来实现:
[0145]
(在下文中称为"第一公式")
[0146] 其中是代表通过该孔的气流的质量流动速率的参数,P1^是该气流的压强,X和Y 是数值校准系数。
[0147] 关于测量值,质量流量计4被优化用于具有热导率默认值的一种或多种气体。对 于具有不同于该默认值的热导率的气体,将应用校正因子。
[0148] 例如,在HoneywellAWM系列的质量流量计4的情况下,如果气流是空气和/或队 和/或02和/或N0和/或C0,则通过质量流量计4测量的流动速率D"必须乘以因子1 (非 校正因子),并且必须乘以校正因子K= 1. 35 (如果气流是C0 2和/或N20流)、或因子 Kcal = 0? 5 (对于He)、Kcal = 0? 7 (对于H2)、Kcal = 0? 95 (对于Ar)、以及Kcal = 1 ? 1 (对于CH和/或NH3)等来进行校正(通常可参考用于所使用的流量计4的模型的用户指示)。
[0149] 假设待分析气体是来源于样本13且沿吸入路径在设备1中流通的02和C0 2的混 合物;假设已知这两种气体每个以0至100%的比例构成混合物,但是这两种气体的比例未 知。参考孔14的实际直径是100ym的情况。
[0150] 如果计算装置7利用之前所述的第一公式来计算孔14的100ym的直径(^,计算 装置7由此根据这些气体中的哪一种被认为是所关注的气体推断出混合物中02的比例是 100%,或者混合物中〇) 2的比例是0%。
[0151] 如果计算装置7利用之前所述的用于的公式计算孔14的135ym的直径,计 算装置7由此根据这些气体中的哪一种被认为是所关注气体推断出混合物中02的比例是 〇%,或者混合物中〇) 2的比例是100%。
[0152] -般地,如果计算装置7利用之前所述的用于的公式计算巾的孔14的直 径,计算装置由此根据所讨论的所关注气体(利用下文称为"第二公式"的公式)推断出混 合物中〇)2的比例是
?或混合物中〇2的比例是
为之前解释的所关 注气体的校正因子(在〇)2的情况下Kcal= 1. 35)。
[0153] 计算装置7不必经过包括计算孔14直径(第一步,第一公式)然后推断所关注气 体的比例(第二步,第二公式)的这两个步骤,但是能够在组合这两个步骤以及因此这两个 公式的单一计算中直接计算该比例。
[0154] 计算装置7因此设置为以计算所关注气体的比例或体积的形式将所关注气体的 存在量化,该计算优选仿射地取决于代表质量流动速率的参数Dm的平方根。
[0155] 可选地,在将第一公式有限地展开至一阶的不精确的情况中,计算装置7设置为 以计算所关注气体比例或体积的形式将所关注气体的存在量化,该计算仿射地取决于代表 质量流动速率的参数。
[0156] -般地,在将第一公式有限地展开至Z阶(Z是大于或等于1的整数)的情况中, 计算装置7以代表质量流动速率的参数的Z次多项式的形式将所关注气体的存在量化。
[0157] 在该背景中,可设想能够可选地组合在单个设备1内的本发明的两种变型。
[0158] 在第一变型中,计算装置7设置为还通过由吸入压强传感器测量的压强匕将所关 注气体的存在量化:
[0159]-优选,计算装置7设置为以计算所关注气体的比例或体积的形式将所关注气体 的存在量化,该计算仿射地取决于吸入压强传感器测量的压强的四次方根的倒数。所关注 气体的比例或体积通常根据以下公式计算:
[0160]
其中Dm是通过质量流量计4测量的代表质量流动速率的参数,Pj^是 通过吸入压强传感器6测量的压强,以及A和B是数值校准系数。
[0161]_可选地,可进行近似。例如,计算装置7可设置为以计算所关注气体的比例或体 积的形式将所关注气体的存在量化,其中该计算仿射地取决于通过吸入压强传感器6测量 的压强的倒数。所关注气体的比例或体积通常根据以下公式计算:
[0162] ",其中Dm;^代表通过质量流量计4测量的质量流动速率的参数,Pr是 通过吸入压强传感器6测量的压强,M和N是数值校准系数。
[0163] 在第二变型中,通过吸入压强传感器6测量的压强匕不考虑在用于计算所关注气 体的比例或体积的公式内,但用作触发器:计算装置7设置为触发所关注的气体的存在的 量化,用于与吸入压强参考值对应的通过吸入压强传感器6测量得到的压强匕的值,计算 装置7设置为基于由与压强测量同时测量的代表质量流动速率的参数的值D"将所关注气 体的存在量化,其中压强测量对与吸入压强参考值对应的压强值进行测量。计算装置7然 后被设置为以计算所关注气体的比例或体积的形式将所关注气体的存在量化:
[0164] _优选根据公式:
[0165] I^7+.氣,其中Dm是代表通过流量计4测量的质量流动速率的参数,A*和B是 数值校准系数。
[0166]-可选地根据公式:
[0167] ifD^+N或任何如之前解释的Dm的其他任何Z次多项式,其中D "是代表通过流量计 4测量的质量流动速率的参数,M*和N是数值校准系数。
[0168] 根据本发明,所有的校准因子A、
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