一种湿度可调的动态气体稀释仪和含湿标气配置方法与流程

1.本发明属于标准物质制造领域，具体涉及一种湿度可调的动态气体稀释仪和含湿标气配置方法。


背景技术：

2.标准气体是标定分析仪器获得准确量值的必备品，在分析领域广泛使用。目前市场上传统标气均用干燥气体配置而成。采购的标准气体浓度往往较高，实际使用时一般利用动态气体稀释仪将高浓度标准气体稀释成低浓度气体。传统的动态气体稀释仪中一般采用干燥的稀释气体对标气进行混合稀释。所以，经过动态气体稀释仪稀释得到低浓度的标准气体后，其仍然是干燥标气。这导致了目前普遍存在的问题是：用干燥标气去标定仪器，再用该仪器去测某一湿度的实际气体，难免会导致测量误差，特别像甲醛等易受湿度影响的组分，更是如此。
3.此外，传统的动态气体稀释仪只用稀释气对高浓度标气直接稀释，缺乏对稀释气中潜在干扰组分的去除。比如对于挥发性有机物标气，稀释气中相同组分可能会对配置标气的准确性产生影响。
4.由上可知，传统的动态气体稀释仪无法获得指定湿度的稀释标气，也不能直接利用环境空气作为稀释气体，即使购买高纯气体作为稀释气，是否有干扰组分也完全依赖于气体生产厂家的产品质量，存在定量不准确的风险。


技术实现要素：

5.本发明的技术解决问题：针对传统的动态气体稀释仪无法获得指定湿度的稀释标气、不能去除载气中干扰组分等不足，提供一种湿度可调的动态气体稀释仪和含湿标气配置方法。这种湿度可调的动态气体稀释仪可以通过加湿器对载气湿度进行调节，之后与标气混合，制备湿度可调的标准气体；这种动态气体稀释仪包含了除烃器，可以通过它对环境空气或载气进行除烃处理，输出的除烃气体经加湿器后可以作为标准气体的稀释气。本发明既可以除烃，也可以加湿，可满足不同类别分析仪器的标定需求。
6.本发明技术解决方案为：一种湿度可调的动态气体稀释仪，包括稀释气入口、标气入口、稀释气出口、废气出口、进气三通电磁阀、出气三通电磁阀、抽气泵、干燥稀释气流量控制器、加水稀释气流量控制器、加湿器、除烃器、标气流量控制器、气体混合器、信号采集控制和电源模块、显示控制终端和湿度测量模块；
7.所述的稀释气入口通过管路依次与进气三通电磁阀和出气三通电磁阀相连，进气三通电磁阀和出气三通电磁阀的旁路与抽气泵相连；出气三通电磁阀出口通过三通分别与干燥稀释气流量控制器、加水稀释气流量控制器相连，其中加水稀释气流量控制器出口与加湿器相连；所述的除烃器入口与干燥稀释气流量控制器出口、加湿器的出口通过三通相连；
8.所述的标气入口与标气流量控制器入口通过气路相连；
9.所述的标气流量控制器出口、除烃器出口与气体混合器入口，通过三通气路相连；
10.所述的气体混合器出口经过湿度测量模块，与稀释气出口、废气出口相连；
11.所述的进气三通电磁阀和出气三通电磁阀、抽气泵、干燥稀释气流量控制器、加水稀释气流量控制器、加湿器、除烃器、标气流量控制器、湿度测量模块、信号采集控制和电源模块和显示控制终端，通过信号线和电源线连接。
12.进一步的，所述的除烃器是去除挥发性有机物的吸附装置、热催化装置或光催化装置。
13.进一步的，所述的加湿器是雾化喷淋法加湿器、水洗法加湿器或水气化法加湿器。
14.进一步的，所述的稀释气入口通入的是除烃气体或环境空气。
15.根据本发明的另一方面，还提出一种含湿标气配置方法，包括如下步骤：
16.当稀释气入口通入的是正压钢瓶气体时，通过进气三通电磁阀和出气三通电磁阀将钢瓶气体直接引入；当稀释气入口通入的是非正压气体时，通过显示控制终端和信号采集控制和电源模块向进气三通电磁阀和出气三通电磁阀发送切换信号，并向抽气泵发送启动信号，则稀释气入口的气体在抽气泵的作用下引入；正压钢瓶气或者抽气泵引入的气体，经过三通分为两路，一路分向干燥气流量控制器，另一路分向加水流量控制器和加湿器，在加湿器中被加湿；从干燥气流量控制器流出的干燥稀释气与加湿器流出的含湿稀释气按流量比混合，之后经过除烃器去除其中的有机物；标气通过标气入口，按照标气流量控制器设定流量进入，与除烃器出口稀释气汇合，进入气体混合器后混合均匀；湿度测量模块在气体混合器出口对混合气体的湿度进行测量，并将测量值反馈给信号采集控制和电源模块以及显示控制终端，信号采集控制和电源模块通过控制干燥气流量控制器和加水流量控制器对干燥气体和加湿气体比例进行调节，通过实时循环反馈，最终将混合气体湿度控制到目标含湿标气；含湿标气通过稀释气出口和废气出口引出目标湿度的混合气体。
17.进一步的，所述的非正压气体是环境空气。
18.本发明与现有技术相比的区别和优点在于：
19.(1)常规动态气体稀释仪中，一般采用干燥的稀释气体对标气进行混合稀释。所以，经过动态气体稀释仪稀释得到低浓度的标准气体后，其仍然是干燥标气。这导致了目前普遍存在的问题是：用干燥标气去标定仪器，再用该仪器去测某一湿度的实际气体，这会导致一些受湿度影响较大仪器产生测量误差。传统的动态气体稀释仪只用稀释气对高浓度标气直接稀释，缺乏对稀释气中潜在干扰组分的去除。比如对于挥发性有机物标气，稀释气中相同组分可能会对配置标气的准确性产生影响。本发明提供一种湿度可调的动态气体稀释仪和含湿标气配置方法，既可除烃，也可加湿，可减少湿度对标定测量的影响和载气中有机物的干扰。本发明主要包括稀释气入口、标气入口、稀释气出口、废气出口、进气三通电磁阀、出气三通电磁阀、抽气泵、干燥稀释气流量控制器、加水稀释气流量控制器、加湿器、除烃器、标气流量控制器、气体混合器、信号采集控制和电源模块、显示控制终端和湿度测量模块；所述的稀释气入口通过管路依次与进气三通电磁阀和出气三通电磁阀相连，进气三通电磁阀和出气三通电磁阀的旁路与抽气泵相连；出气三通电磁阀出口通过三通分别与干燥稀释气流量控制器、加水稀释气流量控制器相连，其中加水稀释气流量控制器出口与加湿器相连；所述的除烃器入口与干燥稀释气流量控制器出口、加湿器的出口通过三通相连；所述的标气入口与标气流量控制器入口通过气路相连；所述的标气流量控制器出口、除烃
器出口与气体混合器入口，通过三通气路相连；所述的气体混合器出口经过湿度测量模块，与稀释气出口、废气出口相连；所述的进气三通电磁阀和出气三通电磁阀、抽气泵、干燥稀释气流量控制器、加水稀释气流量控制器、加湿器、除烃器、标气流量控制器、湿度测量模块、信号采集控制和电源模块和显示控制终端，通过信号线和电源线连接。这种湿度可调的动态气体稀释仪连接方式与现有技术不同。
20.(2)本发明的创新之处在于：一种湿度可调的动态气体稀释仪，包括抽气泵、除烃器、加湿器、湿度测量模块等核心部件。通过在加湿稀释气和干燥稀释气混合管路后增加除烃器，对稀释气进行除烃处理，可对不同类型的稀释气(环境空气、合成空气、高纯氮气等)和水(普通自来水、高纯水、纯净水等)中的有机物进行去除；通过加湿器给稀释气加湿，通过干燥稀释气流量控制器和加水稀释气流量控制器相互配合，在二者总流量不变的情况下，控制干燥气和含湿稀释气的比例，从而对稀释气湿度进行调节，通过湿度测量模块测量湿度，并反馈调节干、湿稀释气的流量，实现标气湿度可调。相比传统的动态气体稀释仪而言，本发明既可对稀释气除烃，也可对稀释气加湿，可减少稀释气中有机物的干扰和湿度对标定测量的影响。本发明可用于多种气体测量仪器的标定场景，提高标定的准确性。
附图说明
21.图1为本发明的一种湿度可调的动态气体稀释仪示意图；
22.图2为本发明的一种湿度可调的动态气体稀释仪配置含湿标气的试验结果。
23.图中，1稀释气入口；2标气入口；3稀释气出口；4废气出口；5进气三通电磁阀；6出气三通电磁阀；7抽气泵；8干燥稀释气流量控制器；9加水稀释气流量控制器；10加湿器；11除烃器；12标气流量控制器；13气体混合器；14信号采集控制和电源模块；15显示控制终端；16湿度测量模块。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
25.如图1所示，本发明实施例的一种湿度可调的动态气体稀释仪，包括稀释气入口1、标气入口2、稀释气出口3、废气出口4、进气三通电磁阀5、出气三通电磁阀6、抽气泵7、干燥稀释气流量控制器8、加水稀释气流量控制器9、加湿器10、除烃器11、标气流量控制器12、气体混合器13、信号采集控制和电源模块14、显示控制终端15和湿度测量模块16；所述的稀释气入口1通过管路依次与进气三通电磁阀5和出气三通电磁阀6相连，进气三通电磁阀5和出气三通电磁阀6的旁路与抽气泵7相连；出气三通电磁阀6出口通过三通分别与干燥稀释气流量控制器8、加水稀释气流量控制器9相连，其中加水稀释气流量控制器9出口与加湿器10相连；所述的除烃器11入口与干燥稀释气流量控制器8出口、加湿器10的出口通过三通相连；所述的标气入口2与标气流量控制器12入口通过气路相连；所述的标气流量控制器12出
口、除烃器11出口与气体混合器13入口，通过三通气路相连；所述的气体混合器13出口经过湿度测量模块16，与稀释气出口3、废气出口4相连；所述的进气三通电磁阀5和出气三通电磁阀6、抽气泵7、干燥稀释气流量控制器8、加水稀释气流量控制器9、加湿器10、除烃器11、标气流量控制器12、湿度测量模块16、信号采集控制和电源模块14和显示控制终端15，通过信号线和电源线连接。
26.本发明的一种湿度可调的动态气体稀释仪的含湿标气配置方法，具体步骤为：
27.如果稀释气入口1通入的是正压钢瓶气体，可通过进气三通电磁阀5和出气三通电磁阀6可将钢瓶气体直接引入；如果稀释气入口1是环境空气等非正压气体，可以通过显示控制终端15和信号采集控制和电源模块14向进气三通电磁阀5和出气三通电磁阀6发送切换信号，并向抽气泵7发送启动信号，则稀释气入口1的气体可在抽气泵7的作用下引入；正压钢瓶气或者抽气泵7引入的气体，经过三通分为两路，一路分向干燥气流量控制器8，另一路分向加水流量控制器9和加湿器10，在加湿器10中被加湿；从干燥气流量控制器8流出的干燥稀释气与加湿器10流出的含湿稀释气按流量比混合，之后经过除烃器11去除其中的有机物；标气通过标气入口2，按照标气流量控制器12设定流量进入，与除烃器11出口稀释气汇合，进入气体混合器13后混合均匀；湿度测量模块16在气体混合器13出口对混合气体的湿度进行测量，并将测量值反馈给信号采集控制和电源模块14以及显示控制终端15，信号采集控制和电源模块14通过控制干燥气流量控制器8和加水流量控制器9对干燥气体和加湿气体比例进行调节，通过实时循环反馈，最终将混合气体湿度控制到目标含湿标气；含湿标气通过稀释气出口3和废气出口4引出目标湿度的混合气体。
28.为了获得有机物去除效果，具体实施时，所述的除烃器11可以是去除挥发性有机物的吸附装置(含材料吸附和低温吸附等)，也可以是热催化装置，也可以是光催化装置；其中吸附装置对稀释气中水分也会吸附，一般可能会影响稀释气湿度；热催化装置可以将微量的烃类物质变成二氧化碳和水，基本不会影响湿度；光催化对于含氧稀释气可能会产生臭氧等，不适用于有机物标气的稀释气。所以，综合来看，每种装置可以根据不同的需求来配置，对于有机物类标气配置，配备热催化装置最佳。
29.为了获得稀释气加湿效果，具体实施时，所述的加湿器10可以是雾化喷淋法加湿器，也可以是水洗法加湿器，也可以是水气化法加湿器；从安全性考虑，水洗法加湿器最佳，不会导致湿度过饱和而在下游管路产生凝结水。
30.根据不同的应用需求，在具体实施时，所述的稀释气入口1通入的可以是除烃气体，也可以是环境空气。对于特殊需求的气体，可以直接通入除烃气体作为稀释气；对于一些可以空气直接进样的仪器，用环境空气去烃(不去水)作为稀释气来标定仪器，则更符合实际环境，可获得更准确的测量结果。
31.为了获得湿度可控的混合气，具体实施时，湿度测量模块16可以是露点传感器，也可以是传统的湿度传感器，但采用露点传感器可以获得更准确的效果。
32.实施例1
33.在稀释气入口1通入高纯氮气，通过进气三通电磁阀5和出气三通电磁阀6将高纯氮气直接引入；高纯氮气经过三通分为两路，一路分向干燥气流量控制器8，另一路分向加水流量控制器9和加湿器10，在加湿器10中被加湿；从干燥气流量控制器8流出的干燥稀释气与加湿器10流出的含湿稀释气按流量比混合，之后经过除烃器11去除其中的有机物；标
气通过标气入口2，按照标气流量控制器12设定流量进入，与除烃器11出口稀释气汇合，进入气体混合器13后混合均匀；湿度测量模块16在气体混合器13出口对混合气体的湿度进行测量，并将测量值反馈给信号采集控制和电源模块14以及显示控制终端15，信号采集控制和电源模块14通过控制干燥气流量控制器8和加水流量控制器9对干燥气体和加湿气体比例进行调节，通过实时循环反馈，最终将混合气体湿度控制到目标含湿标气；含湿标气通过稀释气出口3和废气出口4引出目标湿度的混合气体。该过程为一次湿度设置控制的过程，实验中从5％逐步设置到100％(5％、20％、60％、80％、85％、100％)，再从100％逐步设置到5％(100％、90％、70％、40％、15％、5％)，每个湿度设置后等待300秒，了解湿度上升过程和下降过程的控制情况。
34.图2所示为本发明的一种湿度可调的动态气体稀释仪按上述过程配置含湿标气的湿度控制试验结果，黑线是设置的目标相对湿度值，灰色线是本发明实际配置的含湿标气的相对湿度值。可见，在相对湿度5％
‑
100％之间任意设置，本发明均可在短时间内配置目标湿度的含湿标气。本试验中采用的除烃器11是热催化装置，该热催化装置是通过加热管内填充的铂丝绒毛在300℃高温条件去除有机物的；采用的加湿器10是水洗法加湿器，采用的湿度测量模块16是露点传感器。其中，采用的水洗法加湿器是一个包含进气口和出气口的水罐，水罐内部分三层，中间层是盛水层，上下两层分别与出气口和进气口相通，隔层是微孔板(孔径0.2mm，孔距1mm)，可透气不透水。稀释气通过进气口通入水罐底层，通过微孔板进入盛水层，稀释气在经过盛水层后被加湿，经过上层微孔板析出到上层，再通过出气口引出。
35.本发明说明书未详细阐述部分属于本领域公知技术。
36.以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。