專利名稱：標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要為校驗(yàn)煤礦瓦斯報(bào)警儀用的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法及裝置。
在氣相色譜分析工作中，當(dāng)遇到被測(cè)試樣是氣態(tài)時(shí)，為了標(biāo)定分析儀器或考察分析方法的可靠性，需要配制已知濃度的被測(cè)組分與稀釋氣的混合氣，即所謂標(biāo)準(zhǔn)氣。在煤礦安全生產(chǎn)中，為保證煤礦的安全、防止瓦斯超限，在井下使用著各種類型的瓦斯報(bào)警儀。由于井下瓦斯氣體的濃度經(jīng)常在變化，為保證瓦斯報(bào)警儀的工作可靠性及靈敏度，需要經(jīng)常用規(guī)定范圍內(nèi)的不同濃度的瓦斯標(biāo)準(zhǔn)氣對(duì)瓦斯報(bào)警儀進(jìn)行校驗(yàn)，因此也就需要配制不同濃度的瓦斯標(biāo)準(zhǔn)氣。
現(xiàn)有的配氣法主要有體積配氣法，重量配氣法、壓力配氣法、流量配氣法等。
體積配氣法是用容器取一定量的氣體，然后用稀釋氣加以稀釋達(dá)到一定體積來(lái)計(jì)算所配混合氣的濃度。該法所用的設(shè)備及操作都比較簡(jiǎn)單，在條件較差的實(shí)驗(yàn)室容易進(jìn)行。但一次只能制得少量標(biāo)準(zhǔn)氣，且因容器內(nèi)壁吸附等原因而使標(biāo)準(zhǔn)氣濃度不準(zhǔn)確、常常偏低。對(duì)某些能溶解于水的試樣在稀釋氣體中含水蒸汽量較大時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣濃度變化更大。
重量配氣法是根據(jù)配制標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度和標(biāo)準(zhǔn)氣各組分的密度，算出標(biāo)準(zhǔn)各組分所占的重量，然后用精密天平秤量。該法的準(zhǔn)確度高，但設(shè)備昂貴、配氣量小，操作比較困難。
壓力配氣法是根據(jù)道爾頓定律即混合氣各組份分壓之和等于混合氣總壓進(jìn)行的。配氣時(shí)要觀看壓力表往鋼瓶里壓入各組分的氣體，以達(dá)到壓力之比等于濃度之比。該法較常用，但也是最粗糙的一種配氣方法，該法具有精確度低，(誤差達(dá)±5%)，成本高(如配制以空氣為稀釋氣的甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣，要求O2、N2和CH4的純度在99.5%以上，空氣必須用O2和N2二次合成)，配氣時(shí)間長(zhǎng)，高壓配氣危險(xiǎn)性大的缺點(diǎn)。
本發(fā)明就是針對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)氣配氣法的不足進(jìn)行了改進(jìn)。
本發(fā)明是為配制煤礦瓦斯報(bào)警儀校驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)氣提供一種速度快，配氣量大、精確度高、成本低、安全可靠的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法及適用于上述配氣法的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、實(shí)施容易的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置。
本發(fā)明的目的可通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)，該方案包括標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法及裝置兩部分。
標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法按以下步驟進(jìn)行(a)向配氣室內(nèi)充入不定量稀釋氣，然后充入少于最終配制濃度的若干個(gè)單位體積的被測(cè)氣體，(b)將稀釋氣與被測(cè)氣體混勻后分析混合氣中被測(cè)氣體濃度，并由此計(jì)算稀釋氣總單位體積數(shù)
(c)根據(jù)欲配被測(cè)氣體濃度及稀釋氣總單位體積數(shù)計(jì)算需補(bǔ)充的被測(cè)氣體單位體積數(shù)，(d)向配氣室內(nèi)充入補(bǔ)充的被測(cè)氣體，混勻后，分析結(jié)果。
所述的“單位體積”是指以所用定量容器的體積為一個(gè)單位體積，定量容器則是指定量瓶，定量唧筒等。
上述的被測(cè)氣體可以是多元的本法步驟(a)中向配氣室充入稀釋氣不需要定量，以及充入的被測(cè)氣體不需要知道具體體積數(shù)，而只需知道充入了多少單位體積，這是由本法特點(diǎn)決定的。這也是使本法快速、簡(jiǎn)捷的一個(gè)原因。當(dāng)稀釋氣是空氣，且配氣室是氣囊式配氣室時(shí)，只要用風(fēng)機(jī)將新鮮空氣送入，使氣囊鼓起即可進(jìn)行下面的步驟。
一個(gè)不可缺少的條件是在每次配氣的全過(guò)程中，被測(cè)氣體都必須在恒壓、恒溫條件下充入配氣室，否則將影響配氣精度。恒壓可通過(guò)在原料氣瓶與配氣室間的管路上設(shè)置氣體穩(wěn)壓閥實(shí)現(xiàn)，恒溫則是將被測(cè)氣體的充氣過(guò)程控制在三十分鐘以內(nèi)的短時(shí)室溫條件下實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵诙虝r(shí)條件下，室溫的變化是很微小的。
本法的氣體充入過(guò)程分兩種情況，即充入稀釋氣和充入被測(cè)氣體。稀釋氣可通過(guò)風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)充入，被測(cè)氣體則靠定量瓶?jī)?nèi)氣體的壓力充入，或通過(guò)唧筒在常壓下充入。
本法中稀釋氣與被測(cè)氣體的混勻通過(guò)充氣機(jī)進(jìn)行，充氣機(jī)可將混合氣循環(huán)吸出或吹入，在很短的時(shí)間內(nèi)就可使氣體混勻。
本法中所說(shuō)的分析采用通用的分析方法，如色譜分析法等。上述的分析操作是在配氣過(guò)程中進(jìn)行的。
本法所用的計(jì)算方法系根據(jù)已知被測(cè)氣體濃度及體積以及分析結(jié)果由常用的百分比濃度計(jì)算方法計(jì)算稀釋氣總單位體積數(shù)及需補(bǔ)充的被測(cè)氣體單位體積數(shù)，這種計(jì)算簡(jiǎn)便而迅速。
本發(fā)明的方法效果是明顯的，它克服了體積配氣法、重量配氣法、壓力配氣法等現(xiàn)有配氣方法配氣量小，操作困難，精度低，速度慢等缺陷。本法中稀釋氣可以不定量充入，被測(cè)氣體可在小于最終配制濃度的條件下按單位體積隨意充入，因此，在分析儀器可靠的情況下，本方法能夠迅速、準(zhǔn)確、安全、方便、大量地配制出符合要求的標(biāo)準(zhǔn)氣。大量實(shí)驗(yàn)表明，本方法所配標(biāo)準(zhǔn)氣的誤差均在±3%的允許誤差范圍內(nèi)，一次配氣可在三十分鐘到一小時(shí)內(nèi)完成，如配制2m3的標(biāo)準(zhǔn)氣，時(shí)間僅為三十分鐘，且一次配制量可根據(jù)需要隨意加大，只要制作相應(yīng)的配氣室即可。本方法的過(guò)程是在較低壓力或常壓下進(jìn)行的，因此安全可靠。本法可較好地滿足煤礦校驗(yàn)瓦斯報(bào)警儀用標(biāo)準(zhǔn)氣的配制需要。
標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置由配氣室，與配氣室相連的充氣機(jī)，被測(cè)氣體進(jìn)樣組件、采樣口及充填泵組成。
上述配氣室是柔性氣囊式。氣囊式配氣室可根據(jù)配氣量的大小制作成不同容積的氣囊。
上述充氣機(jī)可采用風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)。
上述被測(cè)氣體進(jìn)樣組件是由原料氣瓶與若干原料氣定量瓶并接，再與同配氣室相連的三通閥相接，原料氣瓶與三通閥之間的管路上串接有減壓器、氣體穩(wěn)壓閥及壓力表。
減壓器可將原料氣瓶中的高壓氣體從10MPa降到0.3MPa，穩(wěn)壓器可使被測(cè)氣體壓力穩(wěn)定在0.2MPa。在一次配氣中，被測(cè)氣體每次都應(yīng)在同一壓力下充入配氣室。壓力可通過(guò)壓力表觀察。
被測(cè)氣體進(jìn)樣組件也可以由原料氣囊、定量唧筒與三通閥組成，三通閥分別與配氣室、原料氣囊和定量唧筒相連。
上述采樣口裝有橡膠塞或二通閥。
本發(fā)明的裝置其工作過(guò)程根據(jù)所用被測(cè)氣體進(jìn)樣組件分述如下當(dāng)采用帶原料定量瓶的被測(cè)氣體進(jìn)樣組件時(shí)，工作過(guò)程如

圖1所示，首先將三通閥2與稀釋氣(例如空氣)相通的一端打開，稀釋氣由風(fēng)機(jī)3充入配氣室1內(nèi)，到適量即可。然后，根據(jù)要充入的被測(cè)氣體單位體積數(shù)打開相應(yīng)定量瓶9上部的二通閥10，將被測(cè)氣體在恒壓，恒溫條件下充入定量瓶中，所充入的被測(cè)氣體少于最終配制濃度。接著將三通閥4與配氣室相通的一端打開，使定量瓶中的被測(cè)氣體在一定壓力下充入配氣室。然后將三通閥2與配氣室相通的一端打開，開動(dòng)風(fēng)機(jī)將配氣室內(nèi)的氣體循環(huán)吸出和送入，使其混勻。待混合后從采樣口取混和氣試樣交色譜分析儀進(jìn)行分析。由分析得到的被測(cè)氣體濃度可計(jì)算出稀釋氣總單位體積數(shù)(以瓶或唧即筒計(jì))。再根據(jù)計(jì)算結(jié)果及最終配制濃度計(jì)算出需補(bǔ)充的被測(cè)氣體單位體積數(shù)(以瓶或即筒計(jì))。將補(bǔ)充的被測(cè)氣體充入相應(yīng)定量瓶，然后再充入配氣室，混勻后，取樣分析結(jié)果。正常情況下，到這時(shí)就會(huì)得出精確的結(jié)果。最后將配制好的標(biāo)準(zhǔn)氣由充填泵充入鋼瓶待用。
當(dāng)采用唧筒式被測(cè)氣體進(jìn)樣組件時(shí)，工作過(guò)程如圖2所示，其稀釋氣充入過(guò)程同前，所不同的是，被測(cè)氣體要先從原料氣瓶充入原料氣囊，使其接近常壓。然后將三通閥與唧筒相通的一端打開，將已知單位體積數(shù)，且少于最終配制濃度的被測(cè)氣體充入定好刻度的唧筒內(nèi)，然后將三通閥與配制室相通的一端打開，推動(dòng)唧筒活塞，將被測(cè)氣體充入配氣室內(nèi)。其余混勻、分析、計(jì)算等過(guò)程同前。
本發(fā)明的裝置可有效地實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)氣的快速配制。由于該裝置各部分相互連接成一個(gè)整體，因此操作十分方便迅速，也保證了配氣精度。本裝置的氣囊式配氣室可根據(jù)需要制作成大小不同的規(guī)格，定量瓶、定量唧筒及其它部件只要作相應(yīng)改變，就可大量配制標(biāo)準(zhǔn)氣。本裝置是在接近常壓下工作，因此安全可靠。由于本置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此實(shí)施容易。
圖1是標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中被測(cè)氣體進(jìn)行組件中定量容器為定量瓶。
圖2是標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中被測(cè)氣體進(jìn)樣組件中定量容器為唧筒。
實(shí)施例(一)標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法本實(shí)施例以配制校驗(yàn)煤礦瓦斯報(bào)警儀用空氣、甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣為例，稀釋氣為凈化空氣，欲配制1%甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣，其配制方法如下(a)向氣囊式配氣室內(nèi)充入凈化空氣，使氣囊鼓起。
(b)向氣囊內(nèi)充入濃度為99%的甲烷氣6唧筒。
(c)將配氣室內(nèi)氣體混勻后，進(jìn)行色譜分析。分析結(jié)果，混合氣中甲烷氣濃度為0.75%。設(shè)氣囊內(nèi)空氣總單位體積數(shù)為X唧筒，則可由上述分析結(jié)果及已知充入的甲烷氣單位體積數(shù)計(jì)算出空氣總單位體積數(shù)為6/(X+6) ＝0.75%，X＝793.9(唧筒)(d)、設(shè)需補(bǔ)充y筒甲烷氣，則可根據(jù)空氣總單位體積數(shù)及已知最終配制濃度計(jì)算出需要補(bǔ)充的甲烷氣單位體積數(shù)(6+Y)/(793.9+6+Y) ＝1%，Y＝2.02(唧筒)(e).向氣囊內(nèi)充入2.02唧筒甲烷氣，混勻后，色譜分析結(jié)果為空氣、甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣濃度為1.02%。
規(guī)定的允許誤差為3%，實(shí)際相對(duì)誤差為2%，在允許范圍內(nèi)。
整個(gè)配氣過(guò)程時(shí)間為三十分鐘。
(f)將氣囊內(nèi)配制好的標(biāo)準(zhǔn)氣充入鋼瓶待用，(二)標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置該裝置適用于標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法，其整體結(jié)構(gòu)如圖1，圖2所示。圖1顯示了具有帶原料氣定量瓶的被測(cè)氣體進(jìn)樣組件的整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例，圖2顯示了具有帶唧筒的被測(cè)氣體進(jìn)樣組件的一個(gè)實(shí)例。現(xiàn)分述如下如圖1所示，該裝置由配氣室1、與配氣室相連的充氣機(jī)3、被測(cè)氣體進(jìn)樣組件、采樣口11及充填泵組成。配氣室為氣囊式配氣室，氣囊由橡膠布膠合而成。充氣機(jī)采用市售的軸流風(fēng)機(jī)，其進(jìn)氣端裝有三通閥2。被測(cè)氣體進(jìn)樣組件是由原料氣瓶7與三個(gè)原料氣定量瓶9并接，再與三通閥4相接。三個(gè)原料氣瓶也采用并接，每個(gè)原料氣定量瓶上裝一個(gè)二通閥10，三個(gè)定量瓶的單位體積分別為1、0.5、0.1，原料氣瓶與三通閥4間的管路上串接有減壓器6，穩(wěn)壓閥8及壓力表5。本例中采樣口是裝在配氣室上的二通閥11，取氣樣時(shí)從管口抽氣取樣即可。充填泵12采用氧氣充填泵。
如圖2所示，該裝置被測(cè)氣體進(jìn)樣組件由原料氣囊13、定量唧即筒14及三通閥4組成。三通閥分別與原料氣囊、配氣室及唧筒相連。唧筒上標(biāo)有將單位體積細(xì)分的刻度。其余部分同前述裝置。
權(quán)利要求
1.一種主要為校驗(yàn)煤礦瓦斯報(bào)警儀用的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法，其特征在于(a)向配氣室內(nèi)充入不定量稀釋氣，然后充入少于最終配制濃度的若干個(gè)單位體積的被測(cè)氣體，(b)將稀釋氣與被測(cè)氣體混勻后，分析混合氣中被測(cè)氣體濃度，并計(jì)算稀釋氣總單位體積數(shù)，(c)根據(jù)欲配被測(cè)氣體濃度及稀釋氣總單位體積數(shù)計(jì)算需補(bǔ)充的被測(cè)氣體單位體積數(shù)，(d)向配氣室內(nèi)充入補(bǔ)充的被測(cè)氣體，混勻后，分析結(jié)果。
2.一種適用于標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置，其特征在于它由配氣室1，與配氣室相連的充氣機(jī)3、被測(cè)氣體進(jìn)樣組件、采樣口11及充填泵12組成。
3.按照權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法，其特征在于所說(shuō)的單位體積是以所用定量容器的體積為一個(gè)單位體積。
4.按照權(quán)利要求3所述的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法，其特征在于每次配氣中，被測(cè)氣體都要在恒壓、恒溫條件下充入配氣室。
5.按照權(quán)利要求4所述的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法，其特征在于被測(cè)氣體可以是多元的。
6.按照權(quán)利要求5所述的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置，其特征在于配氣室是柔性氣囊式。
7.按照權(quán)利要求6所述的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置，其特征在于充氣機(jī)是風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)，其進(jìn)氣端裝有三通閥2。
8.按照權(quán)利要求7所述的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置，其特征在于被測(cè)氣體進(jìn)樣組件是由被測(cè)氣體原料氣瓶7與若干原料氣定量瓶9并接，再與同配氣室相連的三通閥4相接，原料氣瓶7與三通閥4間的管路上串接有減壓器6，氣體穩(wěn)壓閥8及壓力表5
9.按照權(quán)利要求7所述的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制裝置，其特征在于被測(cè)氣體進(jìn)樣組件由原料氣囊13、定量唧筒14及三通閥4組成，三通閥分別與配氣室、原料氣囊和定量唧筒相連。
全文摘要
一種主要為校驗(yàn)煤礦瓦斯報(bào)警儀用的標(biāo)準(zhǔn)氣快速配制法及裝置。本發(fā)明的方法是向配氣室內(nèi)充入不定量稀釋氣及少于最終配制濃度的已知量被測(cè)氣體，然后經(jīng)分析、計(jì)算并根據(jù)最終配制濃度確定出需補(bǔ)充的被測(cè)氣體量。將補(bǔ)充量充入，分析結(jié)果即可。本發(fā)明的裝置由配氣室、充氣機(jī)、被測(cè)氣體進(jìn)樣組件、采樣口及充填泵組成。本發(fā)明能夠迅速、準(zhǔn)確、安全、方便、大量地配制出符合要求的標(biāo)準(zhǔn)氣。
文檔編號(hào)B01F3/02GK1050610SQ8910756
公開日1991年4月10日 申請(qǐng)日期1989年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月29日
發(fā)明者宋望宏, 張桂蘭, 賈琳, 張旭東 申請(qǐng)人:寧夏石咀山礦務(wù)局科研所