用于区分样品中气体的设备和方法_4

文档序号:9308424阅读:来源:国知局
B、M、N、A*、M*、a、b、a*都由计算装置7存储并预 先限定,通常利用具有不同气体的已知比例的样品13或每个设置有已知尺寸的漏孔的样 品13来校准设备1。
[0169] 每个校准因子的值取决于所讨论的气体。例如,可以假设与所关注的气体C(V混 合的混合气体〇2,或与所关注的气体CH4+NHjg合的混合气体He等。
[0170] 设备1因此包括设置为限定混合气体和所关注气体的接口,并且根据限定的混合 气体和所关注的气体,计算装置7设置为选择校准因子的值。
[0171] 吸入路径连续经过开口 2、过滤器23、压强传感器5、阀8、压强传感器6、测量孔 14、气体传感器20、通道孔21、流量计4、生成装置3及阀16。
[0172] 设备1还包括至少一个传感器20,该传感器20设置为将由给定分子组成的气体的 存在量化,该给定分子的热导率与存在的另一气体或分子的热导率没有区别。
[0173] 计算装置7 (例如在混合气体是02以及所关注气体是CO2+N(V混合物的情况中) 还设置为将具有某一热导率的所关注气体中所关注的第一分子(例如该情况中的C02)的 存在量化,为此,设备1沿吸入路径包括至少一个气体传感器20 (例如该情况中的N02传感 器,例如由City科技制造的传感器),上述至少一个气体传感器20设置为将所关注的至少 一种其他分子(例如该情况中的N02)的存在(例如以%或以mol. 1 1为单位的比例,或体 积)量化,在相同的温度条件和压强条件下,该分子的热导率与所关注的第一分子的差别 不多于10%,,计算装置7设置为基于(简单的减法)所关注气体(C02+N02)的存在的量化 和所关注的其他分子(N02)的存在的量化来将所关注的第一分子(C02)的存在量化。
[0174] 例如如果测量到以下结果:
[0175] 所关注的气体C02+N02的比例=待分析气体的20%
[0176] N02的比例=待分析气体的5 %
[0177] 那么推断出以下结果:
[0178]混合气体(〇p的比例=100-C02+N02的比例=待分析气体的80%
[0179]C02的比例=待分析的气体的15%
[0180] 传感器20沿吸入路径设置以使得测量孔14设置在开口 2与传感器20之间。传 感器20沿测量孔14与比测量孔14宽的通道孔21之间的吸入路径设置在测量室中。
[0181] 该至少一个传感器20还可以是02传感器或其他传感器(如02传感器和N02传感 器组件),例如如果混合气体包括〇2和N2的混合物,这就为了区分这两种分子。
[0182]稀释路径
[0183]参照图4,对于阀8的与吸入路径相同的位置(第二位置10),及对于排出气流25 的生成装置3,用于生成气流25的装置3设置为沿稀释路径排出稀释气体。
[0184] 稀释路径因此对应于吸入路径但是气流25以相反的方向从其中通过。
[0185] 对于稀释路径,阀16位于将装置3联系至气体源19的第二位置18。溶解气体因 此是来自源19(通常为蓄气筒)的参考气体。
[0186] 稀释路径用于增大样品13中待分析气体的体积。
[0187]稀释路径:示例1
[0188] 假设样品13初始仅包括作为初始气体的0)2+勵2的混合物而不包括02,但是该混 合物的量太小而不能将该混合物吸入设备1从而填充所有的吸入路径:因此在此种情况下 不能确定〇)2和N02的比例。另一方面,如果来源于气体源19的02通过稀释路径被引入样 品13中,那么样品13包括〇)2+繼2+02的混合物且该混合物的量足以进行测量。经过如前 所述的稀释后,〇)2、繼2和02的比例可以被确定。稀释前C02的比例和N02的比例可以由此 推断出。
[0189] 例如测量到以下结果:
[0190] C02+N02的比例=稀释后待分析气体的20%
[0191]N02的比例=稀释后待分析气体的5%
[0192] 那么由此推断出以下结果:
[0193] 02的比例=100-C02+N02的比例=稀释后待分析气体的80%
[0194]C02的比例=稀释后待分析气体的15%
[0195]即:
[0196] N02的比例=稀释前初始气体的25%
[0197]C02的比例=稀释前初始气体的75%
[0198]稀释路径:示例2
[0199] 假设样品13初始仅包括作为初始气体的队和0 2的混合物,但是该混合物的量太 小而不能将该混合物吸入设备1从而填充所有的吸入路径:因此在这种情况下不能确定〇 2 和N2的比例或体积。另一方面,如果来源于气体源19的C02通过稀释路径被引入样品13, 那么样品13包括〇)2+队+0 2的混合物且该混合物的量足以进行测量。通过使用注射的气体 的体积或吸入的气体的体积,C02、N2、和02的比例可以在如前所述的稀释后被确定。然后稀 释前0) 2和N2的比例可以据此被推断出。
[0200] _初始阶段:假定所含气体的体积是VI(通常在袋的可用体积小于3ml时会遇到 这种问题)。该体积VI在初始阶段未知。体积VI包含大部分队和微量的0 2,微量的02由 于容器中的可用体积而不能被测量。
[0201] -稀释:体积的稀释通过注入至少足以激发02传感器(标记为20)的体积V2 = 10ml的100 %的0)2来实施。
[0202] 然后体积为V2的气体再次被吸入。
[0203] 给定的比例是:
[0204] 混合物 02+C02+N2= 1. 34 而不是 1. 35 (参考N2+02、空气)
[0205] 存在于稀释的混合物中的队+02的量=(100-1. 34X100/1. 35)XV2 = 0. 00296XV2 = 0. 0296ml
[0206]V2 中包括的(:02的体积是V2-0. 037%XV2 = 9. 97ml
[0207]V2中02的浓度变为99. 704%
[0208] 由传感器20给出的稀释的混合物V2中02的比例=0.01%,S卩0.001ml
[0209]在初始体积VI中 02的比例=0? 001X100/0. 0296 = 3. 378%
[0210] 以及由此可以推断出体积VI: (100-99. 704)X10ml= 2. 96ml
[0211] 棑出路径
[0212] 参照图5和图6,对于阀8的第三位置11,并且对于排出气流25的生成装置3,用 于生成气流的装置3设置为沿排出路径排出泄漏气体。
[0213] 根据阀16的位置,泄漏气体(优选为02或空气)来源于外部环境或源19。
[0214] 至少一个压强传感器包括设置为测量沿排出路径的泄漏气体的压强匕的排气压 强传感器5,在气动回路中的负载降低的限制内和构成本发明的元件的耐压性的限制内,在 任何情况下,该泄漏气体的压强值PJ尤选但非限制性地包括在20mbar与500mbar之间,或 更宽地包括在4mbar与500mbar之间,或包括在4mbar与lOOOmbar之间。
[0215] 质量流量计4设置为测量代表沿排出路径的泄漏气体的质量流动速率的参数。
[0216] 计算装置7设置为基于对代表质量流动速率的参数的测量值确定样品13 (通过设 备1排出的泄漏气体被引入样品13中)的漏孔22的尺寸。
[0217] 排气压强传感器5沿流量计4与开口 2之间的排出路径设置。
[0218] 计算装置7设置为优选以计算的形式确定漏孔22的尺寸,该计算仿射地取决于代 表质量流动速率的参数的平方根(参见之前所述的第一公式)。
[0219] 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 以计算的形式确定漏孔22的尺寸,该计算仿射地取决于代表质量流动速率的参数。
[0220] 一般地,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设置为以代表质量流动速率的参数的Z次多项式的形式确定漏孔22的尺寸。
[0221] 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。
[0222] 在第一变型中,计算装置7设置为也基于通过排气压强传感器5测量的压强的测 量值来确定孔22的尺寸,例如以优选仿射地取决于压强测量值的四次方根的倒数的计算 的形式。通常,计算装置7设置为根据以下公式确定孔22的尺寸:
[0223]
其中〇"1是代表由流量计4测量的质量流动速率测量值
[0224] 的参数,匕是由排气压强传感器5测量的压强,a和b是数值校准系数。
[0225] 根据本发明,可测量漏孔22的直径,该直径通常最小值达0. 05ym。
[0226] 在第二变型中,由排气压强传感器5测量的压强匕不考虑在用于计算漏孔22尺 寸的公式内,但用作触发器:计算装置7设置为触发漏孔22的尺寸的确定,用于与排出压强 参考值对应的通过排出压强传感器5测量的压强的值,计算装置7设置为基于代表与压强 测量同时测量的质量流动速率的参数的值确定孔22的尺寸,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例如设置为根据以下公式确定孔22的尺寸:
[0227] + &,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。
[0228] 排出路径分为两部分,这两部分在测量孔14前分开并在测量孔14后重新接合:
[0229] -第一部分经过测量孔14 (并且包括传感器6和包括在测量孔14与通道孔21之 间的测量室),
[0230] -第二部分不经过测量孔14,以使得测量孔14不限制排出路径中排出的气流25 的流动速率。
[0231] 排出路径连续经过阀16、生成装置3、流量计4、在测量孔14前分开并在测量孔14 后接合的两部分、阀8、压强传感器5、过滤器23及开口 2。
[0232] 柃准路径
[0233] 至少一个流动路径包括经过开口 2的校准路径,其对应于吸入路径或稀释路径。 该校准路径在测量孔14处局域地变窄。当生成装置3在该校准路径中生成吸入或排出气 流25 (校准气体)且开口 2没有连接至封闭的样品13 (开口 2优选通向外部环境)时,计 算装置7设置为:
[0234] 1)基于代表通过流量计4测量的质量流动速率的参数测量并基于与
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