一種氣體穩流方法與一種氣體穩流裝置與流程
2024-04-11 04:45:05
本發明涉及氣體流量控制技術領域，尤其涉及一種氣體穩流方法與一種氣體穩流裝置。
背景技術：
在分析氣體樣品時，尤其是對氣體成份量值準確定量時，通常要嚴格控制被採集的氣體樣品流速的穩定性。樣品氣體的流速波動大小直接影響分析結果的準確性。目前，在氣體分析實驗室範疇內，對氣體流速的控制所使用的氣體穩流器有針閥、隔膜閥和質量流量計等。但這些氣體穩流器有一個共同的特點，就是閥內部結構中存在較大的死體積(0.01ml～1ml)。這種情況下在分析不同介質的氣體樣品時，由於置換的不徹底，往往對分析結果產生幹擾。
因此，如何提高氣體樣品的置換度，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明提供一種氣體穩流方法一種氣體穩流裝置，用於提高氣體樣品的置換度，減小死體積。
為了解決上述問題，本發明提供了以下技術方案：
一種氣體穩流方法，包括步驟：將氣源與氣體採樣裝置通過彈性合金鋼管連接，在所述彈性合金鋼管兩側設置用於擠壓所述彈性合金鋼管的擠壓裝置；接通氣源，利用所述擠壓裝置將所述彈性合金鋼管擠壓變形，當氣體穩流後，鎖定所述擠壓裝置。
優選地，在上述氣體穩流方法中，所述彈性合金鋼管的內徑為0.3mm。
一種氣體穩流裝置，包括：
用於連接氣源的氣源連接卡件，所述氣源連接卡件密封連接有彈性合金鋼管；
環形結構的閥芯固定圈，所述閥芯固定圈的周向設置有相對布置的第一穿孔和第二穿孔，所述閥芯固定圈通過固定裝置與所述氣源連接卡件相對固定連接；
螺旋調節杆，所述螺旋調節杆為中空結構且外部與所述第二穿孔螺紋配合，所述彈性合金鋼管依次貫穿所述閥芯固定圈的第一穿孔和所述螺旋調節杆的軸向通孔；
位於所述彈性合金鋼管兩側的兩個壓輪，所述壓輪的外周與所述彈性合金鋼管的外壁和所述閥芯固定圈的內壁接觸，所述螺旋調節杆位於所述閥芯固定圈內圈的一端抵接於兩個所述壓輪的外周。
優選地，在上述氣體穩流裝置中，所述固定裝置為環繞在所述閥芯固定圈外部的環形結構的閥體固定架，所述閥體固定架設有用於固定所述氣源連接卡件的固定孔以及用於供所述螺旋調節杆貫穿的調節孔，所述閥芯固定圈通過旋轉限位裝置固定於所述閥體固定架的內圈。
優選地，在上述氣體穩流裝置中，所述調節孔與所述螺旋調節杆外周螺紋配合，所述旋轉限位裝置包括位於所述閥芯固定圈兩側的並固定於所述閥體固定架內壁的限位卡板，所述限位卡板與所述閥芯固定圈的外周卡接固定以限制所述閥芯固定圈的翻轉。
優選地，在上述氣體穩流裝置中，所述閥芯固定圈為圓環形結構，所述第一穿孔的軸線和所述第二穿孔的軸線重合併且穿過所述閥芯固定圈的圓心。
優選地，在上述氣體穩流裝置中，所述壓輪為圓柱體結構，且所述壓輪的軸線與所述閥芯固定圈的軸線平行布置，所述螺旋調節杆位於所述閥芯固定圈內圈的一端設有用於抵接所述壓輪的擠壓觸頭，所述擠壓觸頭與所述壓輪抵接的部位為圓弧線形狀。
優選地，在上述氣體穩流裝置中，所述螺旋調節杆位於所述閥芯固定圈外部的一端設置有調節手柄。
優選地，在上述氣體穩流裝置中，所述壓輪的一側與所述螺旋調節杆的端部抵接且另一側與所述閥芯固定圈內壁之間設有彈性墊塊。
優選地，在上述氣體穩流裝置中，所述氣源連接卡件固定連接有卡套，所述彈性合金鋼管的末端密封焊接有不鏽鋼管，所述彈性合金鋼管通過所述不鏽鋼管與所述卡套密封連接。
本發明提供的氣體穩流方法，包括步驟：將氣源與氣體採樣裝置通過彈性合金鋼管連接，在彈性合金鋼管兩側設置用於擠壓彈性合金鋼管的擠壓裝置；接通氣源，利用擠壓裝置將彈性合金鋼管擠壓變形，彈性合金鋼管的內部橫截面改變後，則氣體流速相應改變，當氣體穩流後，鎖定擠壓裝置，則實現了氣體穩流控制。
本發明提供的氣體穩流裝置的工作原理如下：氣體從彈性合金鋼管中流過，旋轉螺旋調節杆，螺旋調節杆沿軸向相對閥芯固定圈做旋入或旋出移動，螺旋調節杆的端部則與兩個壓輪擠壓接觸，同時，兩個壓輪受到閥芯固定圈內壁的限位作用。兩個壓輪隨著螺旋調節杆的擠壓作用相互靠近或遠離，從而壓緊或放鬆對彈性合金鋼管的擠壓，彈性合金鋼管受擠壓程度的大小改變著管內橫截面的形狀和大小，不同的橫截面決定了氣體通過此段時的氣體流速。
由以上氣體穩流方法和裝置可以看出，本方案利用彈性合金鋼管的橫截面變化來控制通過其截面的氣體流速，由於彈性合金鋼管的內部橫截面積是連續變化的，因此，其死體積很小，氣體流量可連續調節，不同介質的氣體樣品置換迅速且置換度高。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明具體實施例中的氣體穩流裝置的結構示意圖。
圖1中：
1-螺旋調節杆、2-閥體固定架、3-擠壓觸頭、4-壓輪、5-矽膠墊、6-不鏽鋼管、7-卡套、8-彈性合金鋼管、9-閥芯固定圈、10-限位卡板、11-固定銷、12-卡接軌道、13-穩流後氣體導管、14-調節手柄、15-氣源連接卡件。
具體實施方式
本發明的核心在於提供一種氣體穩流方法與一種氣體穩流裝置，用於提高氣體樣品的置換度，減小死體積。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在一種具體實施例方案中，本發明提供了一種氣體穩流方法，包括以下步驟：將氣源與氣體採樣裝置通過彈性合金鋼管連接，在彈性合金鋼管兩側設置用於擠壓彈性合金鋼管的擠壓裝置；接通氣源，利用擠壓裝置將彈性合金鋼管擠壓變形，彈性合金鋼管的內部橫截面改變後，則氣體流速相應改變，當氣體穩流後，鎖定擠壓裝置，則實現了氣體穩流控制。
優選地，本方案中的彈性合金鋼管8的內徑為0.3mm，可以進一步減小死體積。
本氣體穩流方法利用彈性合金鋼管的橫截面變化來控制通過其截面的氣體流速，由於彈性合金鋼管的內部橫截面積是連續變化的，因此，其死體積很小，氣體流量可連續調節，不同介質的氣體樣品置換迅速且置換度高。
本發明還提供了一種氣體穩流裝置，該裝置具體包括：
用於連接氣源的氣源連接卡件15，氣源連接卡件15密封連接有彈性合金鋼管8；
環形結構的閥芯固定圈9，閥芯固定圈9的周向設置有相對布置的第一穿孔和第二穿孔，閥芯固定圈9通過固定裝置與氣源連接卡件15相對固定連接；
螺旋調節杆1，螺旋調節杆1為中空結構且外部與第二穿孔螺紋配合，彈性合金鋼管8依次貫穿閥芯固定圈9的第一穿孔和螺旋調節杆1的軸向通孔；
位於彈性合金鋼管8兩側的兩個壓輪4，壓輪4的外周與彈性合金鋼管8的外壁和閥芯固定圈9的內壁接觸，螺旋調節杆1位於閥芯固定圈9內圈的一端抵接於兩個壓輪4的外周。
其中，彈性合金鋼管8是供氣體經過的管，並且是控制氣體流速的主要部件。閥芯固定圈9、螺旋調節杆1以及兩個壓輪4是用於改變彈性合金鋼管8的橫截面的三個主要部件，利用螺旋調節杆1與閥芯固定圈9的相對移動來擠壓兩個壓輪4，從而使兩個壓輪4相互靠近或遠離，進而壓緊或放鬆夾在兩個壓輪4中間的彈性合金鋼管8，以改變彈性合金鋼管8的橫截面。
該氣體穩流裝置的工作原理如下：氣體從彈性合金鋼管8中流過，旋轉螺旋調節杆1，螺旋調節杆1沿軸向相對閥芯固定圈9做旋入或旋出移動，螺旋調節杆1的端部則與兩個壓輪4擠壓接觸，同時，兩個壓輪4受到閥芯固定圈9內壁的限位作用。兩個壓輪4隨著螺旋調節杆1的擠壓作用相互靠近或遠離，從而壓緊或放鬆對彈性合金鋼管8的擠壓，彈性合金鋼管8受擠壓程度的大小改變著管內橫截面的形狀和大小，不同的橫截面決定了氣體通過此段時的氣體流速。穩定後的氣體從穩流後氣體導管13導出。
該氣體穩流裝置利用彈性合金鋼管8的橫截面變化來控制通過其截面的氣體流速，由於彈性合金鋼管8的內部橫截面積是連續變化的，因此，其死體積很小，氣體流量可連續調節，不同介質的氣體樣品置換迅速且置換度高。
需要說明的是，閥芯固定圈9可以通過多種結構形式的固定裝置與氣源連接卡件15相對固定連接，例如可以通過連接杆焊接固定，或者通過限位裝置限制兩者的相對運動等等。優選地，本方案中的固定裝置為環繞在閥芯固定圈9外部的環形結構的閥體固定架2，閥體固定架2設有用於固定氣源連接卡件15的固定孔以及用於供螺旋調節杆1貫穿的調節孔，閥芯固定圈9通過旋轉限位裝置固定於閥體固定架2的內圈。具體的，氣源連接卡件15固定設置在閥體固定架2的固定孔中，螺旋調節杆1穿過閥體固定架2的調節孔，閥芯固定圈9便可以通過旋轉限位裝置固定於閥體固定架2內圈，從而實現了閥芯固定圈9與氣源連接卡件15的相對固定連接。
需要說明的是，上述旋轉限位裝置也可以有多種結構形式，例如通過銷釘固定，或者通過限位塊結構固定等等，優選地，本方案中的旋轉限位裝置包括位於閥芯固定圈9兩側的並固定於閥體固定架2內壁的限位卡板10，限位卡板10與閥芯固定圈9的外周卡接固定以限制閥芯固定圈9相對閥體固定架2的翻轉。具體的，可以在閥芯固定圈9的外圈設置有環形凹槽，在限位卡板10上設置有用於與環形凹槽卡接配合的卡接軌道12，兩側的卡接軌道12就可以保證閥芯固定圈9不能相對閥體固定架2轉動。同時，閥體固定架2的調節孔與螺旋調節杆1的外周螺紋配合，如此設置，由於螺旋調節杆1均與閥芯固定圈9和閥體固定架2螺紋配合連接，在旋轉螺旋調節杆1的過程中，閥芯固定圈9和閥體固定架2均不能旋轉，因此，閥芯固定圈9與閥體固定架2之間的螺旋調節杆1的螺紋間距是固定的，即保證了閥芯固定圈9在沿螺旋調節杆1軸向上相對於閥體固定架2固定，進而保證了閥芯固定圈9與氣源連接卡件15的相對固定連接。
需要說明的是，上述限位卡板10可以通過固定銷11固定在閥體固定架2的內部，當然，本領域技術人員也可以通過卡扣或其他鎖緊裝置將限位卡板10固定在閥體固定架2的內圈。
需要說明的是，本方案中的閥芯固定圈9可以為圓環形、橢圓環形或其他環形結構，優選地，本具體實施例方案中的閥芯固定圈9為圓環形結構，第一穿孔的軸線和第二穿孔的軸線重合併且穿過閥芯固定圈9的圓心，也就是說，第一穿孔和第二穿孔的中心位於閥芯固定圈9的圓周的一條直徑的兩端，如此設置，可以使彈性合金鋼管8沿閥芯固定圈9的對稱線穿過，使兩個壓輪4對稱分布在彈性合金鋼管8的兩側，保證兩個壓輪4施加相等的擠壓力，也更加便於加工製造和裝配。
需要說明的是，本方案中的壓輪4可以為圓柱體、橢圓柱體或其他柱體結構，優選地，本具體實施例方案中的壓輪4為圓柱體結構，且壓輪4的軸線與閥芯固定圈9的軸線平行布置，如圖1所示，彈性合金鋼管8的兩側對稱分布有兩個結構相同的圓柱形的壓輪4，圓柱體結構的壓輪4便於在閥芯固定圈9的內圈進行滾動，進而便於對彈性合金鋼管8施加擠壓力。螺旋調節杆1位於閥芯固定圈9內圈的一端設有用於抵接壓輪4的擠壓觸頭3，擠壓觸頭3與壓輪4抵接的部位為圓弧線形狀，可連續接觸滑行，氣體流量可連續調節。圓弧形的接觸部位可以使擠壓觸頭3在擠壓壓輪4時起到緩衝推壓的作用，從而緩慢擠壓彈性合金鋼管8，不僅可以平穩改變氣體流速，而且可以維護彈性合金鋼管8的彈性使用壽命。一般情況下，擠壓觸頭3脫離於壓輪4的接觸時，這兩個壓輪4處於閥芯固定圈9內側的中間位置，且這對壓輪4的垂直中心線與閥芯固定圈9的內側垂直中心線相重合。
優選地，螺旋調節杆1位於閥芯固定圈9外部的一端還設置有調節手柄14，通過調節手柄14可以更加方便地旋轉螺旋調節杆1。更優選地，本方案還可以在閥芯固定圈9外部設置用於鎖定螺旋調節杆1的位置的鎖緊機構，以此來保證氣流穩定在同一流速狀態。
優選地，壓輪4的一側與螺旋調節杆1的端部抵接且另一側與閥芯固定圈9內壁之間設有彈性墊塊，彈性墊塊可以在擠壓觸頭3回退時，及時將壓輪4彈回到放鬆彈性合金鋼管8的位置，提高調節的靈敏度。優選地，彈性墊塊優先選用硬質的矽膠墊5，當然，本領域技術人員還可以選用其他材料的彈性墊塊，此處不再贅述。
為了便於連接彈性合金鋼管8，優選地，本方案還在氣源連接卡件15固定連接有卡套7，卡套7與彈性合金鋼管8密封連接。如圖1所示，卡套7與閥體固定架2也相對固定連接。優選地，卡套7為不鏽鋼材質。
優選地，彈性合金鋼管8的末端還密封焊接有不鏽鋼管6，彈性合金鋼管8通過該不鏽鋼管6與卡套7密封連接。不鏽鋼管6的作用是將氣源連接卡件15內出來的氣體引導至彈性合金鋼管8內，相當於氣體導管，另一個作用是便於與卡套7連接固定。
下面介紹該氣體穩流裝置的安裝過程：
首先，將閥芯固定圈9外圈的凹槽與限位卡板10的卡接軌道12卡接配合，然後，通過固定銷11將限位卡板10固定在閥體固定架2的內側。將螺旋調節杆1從閥體固定架2的調節孔旋入，直至通過第二穿孔旋入到閥芯固定圈9的內圈，螺旋調節杆1位於閥體固定架2外部的一端連接調節手柄14，將焊接好後的不鏽鋼管6和彈性合金鋼管8與卡套7密封連接，並依次穿過閥體固定架2的固定孔、閥芯固定圈9的第一穿孔、螺旋調節杆1的軸向通孔，直至穿出調節手柄14的中心孔，彈性合金鋼管8的末端連接有穩流後氣體導管13，最後，將一對壓輪4壓在彈性合金鋼管8的上下兩側，鑲在閥芯固定圈9的內圈。將一對矽膠墊5鑲入壓輪4與閥芯固定圈9之間，調節好彈性合金鋼管8在閥芯固定圈9內的準確位置後，緊固卡套7，就可以開始工作了。
在一個具體實施例方案中，上文中所述的各部件的材料及尺寸規格可以按如下文所述進行設置：螺旋調節杆1可以選用硬質合金材料；閥體固定架2可以選用鋁質圓環結構，其外徑41.8mm，內徑36mm，厚度12mm；擠壓觸頭3可以選用鋁質材料；壓輪4為直徑為8mm的鋁質圓柱體；彈性墊塊選用硬質彈性的矽膠墊5，具體為條形的矽膠墊捲成卷狀結構；不鏽鋼管6的外徑1.58mm，內徑0.5mm；彈性合金鋼管8的外徑0.79mm，內徑0.3mm；閥芯固定圈9為鋁質圓環結構，外徑22.75mm，內徑16.6mm，厚度為9.8mm。上述各部件規格僅是一種優選方案，當然，本領域技術人員還可以設置其他規格。
需要說明的是，擠壓觸頭3的推進的行程與彈性合金鋼管8的彈性大小有關，本領域技術人員可以選用不同材質的彈性合金材料來製作彈性合金鋼管8，優選地，本方案選用可復型等級為萬次等級的彈性合金鋼材料來製作彈性合金鋼管8。該裝置的死體積與彈性合金鋼管8的直徑有關，優選地，本方案中的彈性合金鋼管8的內徑為0.3mm，可以進一步減小死體積。另外，為了進一步減小死體積，本方案將彈性合金鋼管8與不鏽鋼管6的連接的內壁處進行平滑過渡處理，平滑度越高則死體積越小。
本發明提供的氣體穩流裝置主要用於實驗室採用分析儀器對氣體樣品成分分析時對氣體樣品採集量的控制，一般在小於200ml的氣體穩流範圍內使用，當然，也適用於其他嚴格控制氣體流量的電子工業、分析儀器、科研等氣體流量控制系統。該氣體穩流裝置完全不同於現有的穩流器，其結構簡單，死體積小於0.2μL，不同介質的氣體樣品置換迅速且徹底。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。