[發明專利]一種超低濃度流動配氣系統及配氣方法

有效

• 申請號: 202110716891.0
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113607882B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 錢顯威;鄒杰;簡家文;李雪賓;謝建軍
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N1/38;B01D1/30;B01F23/10;B01F35/22;B01F35/83;B01F35/90
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 陳怡菁

1.一種超低濃度流動配氣系統，其特征在于，包括：

氣體質量流量控制模塊，用于控制背景氣和測試氣以一定的質量和流量進入配氣系統；

VOCs注入控制模塊，用于實現液態VOCs以一定的流速注入管路；所述的VOCs注入控制模塊包括液態VOCs源、動力推進器、針筒和三通閥，所述的液態VOCs源通過所述的針筒與所述的三通閥的一端連接，所述的三通閥的另兩端分別連接在第一路稀釋背景氣上，所述的動力推進器與主控制模塊連接，用于控制液態VOCs以一定的流速注入所述的第一路稀釋背景氣中，與背景氣混合形成液氣混合路；

配氣控制模塊，包括對所述的VOCs注入控制模塊注入的液態VOCs進行汽化的加熱裝置、用于對汽化后的VOCs進行溫度維持的恒溫裝置以及用于對測試氣進行二次濃度調配的二次配氣裝置；所述的加熱裝置設置有兩組，每組均包括有加熱器和熱電偶，第一組設置在所述的液氣混合路上且位于所述的三通閥的前端，用于控制液態VOCs的汽化溫度，第二組設置在所述的恒溫裝置內，用于控制恒溫溫度，所述的主控制模塊中設置有溫控表和可控硅，所述的加熱器、所述的熱電偶與所述的溫控表、所述的可控硅之間形成PID閉環控制，通過所述的溫控表來調節所述的可控硅導通角的大小，從而改變加載到所述的加熱器上電壓實現溫度輸出，通過所述的熱電偶讀回相應測量端實時的溫度并反饋給所述的溫控表；所述的二次配氣裝置包括二次稀釋氣路以及依次設置在所述的二次稀釋氣路上的針閥和第二質量流量控制器，所述的二次稀釋氣路的進氣端連接所述的液氣混合路，所述的二次稀釋氣路的出氣端連接所述的測試腔，所述的第二質量流量控制器和所述的測試腔之間連接有第二路稀釋背景氣的出氣端，所述的針閥與所述的主控制模塊連接用于控制氣路中氣體的釋放及釋放量，所述的第二質量流量控制器與所述的主控制模塊連接用于控制所述的二次稀釋氣路中氣體的流量；所述的恒溫裝置包括將所述的液氣混合路和所述的二次稀釋氣路包覆在內的恒溫腔，所述的恒溫腔由保溫材質構成，第二組所述的加熱裝置設置在所述的恒溫腔內；

主控制模塊，與所述的氣體質量流量控制模塊連接用于控制背景氣和測試氣的質量和流量，與所述的VOCs注入控制模塊連接用于控制液態VOCs注入的開閉及流速，與所述的配氣控制模塊連接用于控制加熱及恒溫溫度并接收反饋數據，以及控制二次配氣的濃度；

所述的氣體質量流量控制模塊包括背景氣路、測試氣路和分別控制各個氣路流量值的第一質量流量控制器，所述的第一質量流量控制器與所述的主控制模塊連接，所述的背景氣路包括至少三路：第一路稀釋背景氣、第二路稀釋背景氣和第三路稀釋背景氣，各個所述的背景氣路的進氣端均連接背景氣源，所述的測試氣路的進氣端連接測試氣源，所述的測試氣路與所述的第一路稀釋背景氣混合形成混合氣并進入所述的配氣控制模塊進行二次濃度調配；所述的第二路稀釋背景氣進入所述的配氣控制模塊用作稀釋氣；所述的第三路稀釋背景氣與測試腔連接用作測試背景氣；

還包括緩沖區，所述的緩沖區設置在所述的液氣混合路和所述的二次稀釋氣路之間，汽化后的VOCs和背景氣一同進入所述的緩沖區并在內混合均勻，然后流至所述的二次稀釋氣路內，所述的緩沖區的容積為0.5-1.0L；

所述的第三路稀釋背景氣的出氣端連接在所述的測試腔的前端，所述的配氣系統還包括與所述的主控制模塊連接的第一電磁閥和第二電磁閥，所述的第一電磁閥設置在所述的二次稀釋氣路上，且位于所述的第二路稀釋背景氣的出氣端和所述的第三路稀釋背景氣的出氣端之間，所述的第二電磁閥設置在所述的第三路稀釋背景氣上，所述的第一電磁閥和所述的第二電磁閥分別與廢氣管路連接。

2.根據權利要求1所述的一種超低濃度流動配氣系統，其特征在于，所述的動力推進器采用注射泵或蠕動泵，所述的針筒與所述的三通閥的一端之間設置有用于保證進樣氣密性的密封圈。

3.根據權利要求1所述的一種超低濃度流動配氣系統，其特征在于，所述的背景氣源包括氮氣源和氧氣源，所述的氮氣源分別接入各個所述的背景氣路，所述的氧氣源分別接入各個所述的背景氣路；所述的測試氣源包括一個或多個，所述的測試氣源分別接入所述的測試氣路。

4.一種如權利要求1-3任一所述的超低濃度流動配氣系統的超低濃度流動配氣方法，其特征在于，包括以下步驟：

將背景氣源分為至少三路：第一路稀釋背景氣、第二路稀釋背景氣和第三路稀釋背景氣，并通過氣體質量流量控制器對每一路中各背景氣進行一次稀釋；

將測試氣選擇通過測試氣源進樣或液態VOCs源進樣，若通過測試氣源進樣，則采用氣體質量流量控制器進行一次稀釋后接入第一路稀釋背景氣，形成混合氣；若通過液態VOCs源進樣，則采用動力推進器控制液態VOCs的流量接入第一路稀釋背景氣，并在入口處加熱至汽化，形成混合氣；

二次稀釋：將上述混合氣通過針閥排出設定量的氣體，再通過氣體質量流量控制器與第二路稀釋背景氣均勻混合，完成測試氣的二次稀釋，即為超低濃度測試氣；

將第三路稀釋背景氣用作測試背景氣；

在超低濃度測試氣管路上和測試背景氣管路上分別設置電磁閥，通過兩個電磁閥依次輪流打開和關閉來切換往測試腔輸送超低濃度測試氣和測試背景氣；

在接入背景氣和測試氣之前還包括：

對針閥的開口進行調節：根據所需測試氣的濃度值，計算在針閥處所需排出的氣體體積，調節針閥開口大小；

設置氣體質量流量控制器的參數，控制每一路流過氣體的質量流量；

設置動力推進器的參數，控制液態VOCs每分鐘的進樣速率；

設定對液態VOCs入口處的汽化溫度和恒溫區的保持溫度，汽化溫度由VOCs的沸點確定，保持溫度略低于汽化溫度。