一种实验室规模气体体积自动计量装置的制作方法

本实用新型属于气体流量测量技术领域，特别涉及一种实验室规模气体体积自动计量装置。

背景技术：

气体体积计量装置通常是实验室反应器运行系统的重要组成部分，而且通常采用排水法计量。目前实验室所采用的气体体积计量装置(包括国产和进口)存在以下缺点：(1)传统的排水法(如史式发酵管)无法实现连续自动计量，使用不便；(2)实验室规模反应器，尤其是厌氧反应器，产气流量小且具有间歇性特点，而国内市场上大部分气体体积计量装置的量程和流量范围过大，存在较大误差。(3)近些年国外公司(如bioprocess公司等)已经针对(2)所述不足，研发出相应的小流量气体计量设备，且在国内实验室得到应用。然而，一方面进口设备非常昂贵，另一方面它们跟其它基于排水法原理的气体体积计量装置一样，计量时，气体与水直接接触，易溶于水的气体成分(如二氧化碳等)会有损失，使得总体积计量存在较大误差。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种实验室规模气体体积自动计量装置，能实现实验室规模气体的连续自动计量，规避易溶气体组分带来的计量误差，同时降低装置制作成本与运行难度，保障了实验室反应器气体体积计量的准确性和便利性。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种实验室规模气体体积自动计量装置，包括气体采样袋1、水容器2、液位继电器5、二位三通电磁阀12和计数器10；

所述气体采样袋1置于水容器2内侧底部，通过导气管11与二位三通电磁阀12相连接；

所述液位继电器5根据气体采样袋1内部气体体积和水容器2内部水位变化情况，对二位三通电磁阀12进行实时控制，实现气体采样袋1的周期性进气与排气；

所述计数器10对液位继电器5启动工作的次数进行记录。

所述水容器2分为上、下两部分，通过导流孔15相连，下部用于放置气体采样袋1，所述水容器2顶部设置有补水口16。

所述上、下两部分的内径比为0.6-0.8。

所述水容器2内部液位高度为50-150mm，所述气体采样袋1的容积为50-500mL。

所述二位三通电磁阀12同时设有进气口13和出气口14，当进气口13打开时，出气口14关闭，当进气口13关闭时，出气口14打开。

所述液位继电器5连接有三根不同长度的铜导线，分别指示水容器2中的高液位控制点7、低液位控制点8和液位参考点9，所述高液位控制点7是气体采样袋1充满气体时水容器2中的液位高度，低液位控制点8是气体采样袋1没有气体时水容器2中的液位高度，液位参考点9是导流孔15所处的液位。

所述液位继电器5通过导线4与电源3、计数器10和二位三通电磁阀12连接。

本实用新型还提供了基于所述装置的一种实验室规模气体体积自动计量方法，包括以下步骤：

步骤一，使装置处于初始状态，气体采样袋1中没有气体，水容器2中液位位于低液位控制点8，且二位三通电磁阀12的进气口13常开，出气口14常闭；

步骤二，实验室反应器产生的气体经进气口13和导气管11进入气体采样袋1，气体采样袋1逐渐膨胀，水容器2下部的水通过导流孔15流入上部，水容器2内水位逐步上升；

步骤三，当水容器2内水位上升到高液位控制点7时，液位继电器5开始工作，使得二位三通电磁阀12的进气口13关闭，出气口14打开，并在水容器2内静水压的作用下，气体采样袋1开始排气，水容器2内水位逐渐下降，同时，计数器10计数一次；

步骤四，当水容器2内水位重新回到低液位控制点8时，液位继电器5停止工作，使得二位三通电磁阀12的进气口13重新打开，出气口14关闭，恢复至初始状态，返回至步骤一，进入下一周期；

步骤五，根据计数器10读数N得到气体体积。

所述步骤三和四中的出气口14在每个周期内排出的气体体积为固定值V0，通过调节水容器2内径大小，所述固定值V0控制在10-100mL。

所述步骤五得到的气体体积V为计数器10读数N和固定值V0的乘积。

与现有技术相比，本实用新型所述装置将排水法、气袋法两种典型的气体体积计量方法有机结合在一起，同时融合自动控制与计量单元，不仅能有效克服实验室规模气体体积计量误差大、操作复杂等问题，而且具有成本低、尺寸小和自动化程度高等优点；本实用新型采用气体采样袋收集和储存气体，避免气体与水因直接接触溶解而产生计量误差，这对含溶解性气体组分的气体体积计量，具有很大优势。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种实验室规模气体体积自动计量装置的原理示意图。

图2为本实用新型实施例中装置的使用效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。

如图1所示，在本实用新型实施例中，一种实验室规模气体体积自动计量装置，包括气体采样袋1、水容器2、液位继电器5、二位三通电磁阀12和计数器10。气体采样袋1的容积为50-500mL，本实施例中选择气体采样袋1容积为200mL。气体采样袋1置于水容器2内侧底部，通过导气管11与二位三通电磁阀12相连接。水容器2分为上、下两部分，通过导流孔15相连，上、下两部分的内径比为0.6-0.8，水容器2内部液位高度为50-150mm，本实施例中选择水容器2的上、下两部分内径比为0.6，水容器2顶部设置有补水口16。液位继电器5连接有三根不同长度的铜导线，分别指示水容器2中的高液位控制点7、低液位控制点8和液位参考点9。气体采样袋1内部气体体积变化会导致水容器2内部液位在高液位控制点7、低液位控制点8之间波动，进而可通过液位继电器5对二位三通电磁阀12进行实时开关控制，实现气体采样袋1的周期性进气与排气。二位三通电磁阀12同时设有进气口13和出气口14，进气口13处于常开状态，出气口14处于常闭状态。计数器10对液位继电器5启动工作的次数，也即气体采样袋1周期性进气与排气次数进行记录。液位继电器5通过导线4与电源3、计数器10和二位三通电磁阀12连接。

在本实用新型实施例中，一种实验室规模气体体积自动计量方法，包括以下步骤：

步骤一，使装置处于初始状态，气体采样袋1中没有气体，水容器2中液位位于低液位控制点8，且二位三通电磁阀12的进气口13常开，出气口14常闭。待计量气体来源于有效容积为2L的餐厨垃圾厌氧消化反应器，该反应器产生的沼气中含有易溶于水的二氧化碳。

步骤二，厌氧消化反应器产生的沼气间歇性经进气口13和导气管11进入气体采样袋1，气体采样袋1逐渐膨胀，水容器2下部的水通过导流孔15流入上部，水容器2内水位逐步上升。

步骤三，当水容器2内水位上升到高液位控制点7时，液位继电器5开始工作，使得二位三通电磁阀12的进气口13关闭，出气口14打开，并在水容器2内静水压的作用下，气体采样袋1开始排气，水容器2内水位逐渐下降，同时，计数器10计数一次。

步骤四，当水容器2内水位重新回到低液位控制点8时，液位继电器5停止工作，使得二位三通电磁阀12的进气口13重新打开，出气口14关闭，恢复至初始状态，返回至步骤一，进入下一周期。高液位控制点7和低液位控制点8高度相差50mm，出气口14在每个周期内排出的气体体积即为高液位控制点7和低液位控制点8之间的液体体积，该值为固定值(V0＝50mL)。

步骤五，根据计数器10读数(N)和固定值(V0＝50mL)，得到气体体积V为50N mL。

下面通过对比实验来进一步说明本实用新型装置的使用效果。

该对比实验采用模拟沼气(含60％CH4和40％CO2)作为原料气，并通过双通道蠕动泵以10mL/min的分别泵入本实用新型装置和某品牌气体体积计量装置(简称M装置)的进气口；待运行24h后，记录两套装置的气体体积读数，重复3次后，取平均值作图对比，结果如图2所示。从图2可以看出，本实用新型装置计量出的气体体积为14216mL，与理论值14400mL的偏差仅为1.3％，远低于M装置的11.7％。这说明本实用新型装置具有更高的计量精度，尤其是针对含有溶解性气体组分的气体计量。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在上述原理的基础上，还可以对本实用新型所述方法做出若干改变和改进，这些改变和改进也应包含在本实用新型的保护范围之内。