溶解氣定量脫氣裝置的製作方法

2023-12-09 13:15:16 1

專利名稱：溶解氣定量脫氣裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種溶解氣定量脫氣裝置，特別是一種應用於地震地下水前兆自動化觀測系統的溶解氣定量脫氣裝置。
地下水動態觀測是近30多年來國內外探索地震預報的主要前兆手段之一，地下水中某些溶解氣組分(如氡、汞、氦、氫等)含量的動態變化又是地震地下水前兆觀測的一部分主要內容。由於現有這些氣體組分觀測儀器的傳感器都僅適用於氣相介質，因此其觀測方法中都存在把被測水樣中溶解氣轉換成氣態樣品的脫氣步驟。目前已有的可實現連續自動脫氣的脫氣裝置，均存在不能使配套的氣體自動觀測儀器定量地連續自動測量出被測水樣中相關溶解氣真實濃度的缺陷，而且還普遍存在脫氣效率低且不穩定、環境溫度影響無法定量修正等不足。
本實用新型的目的在於提供一種溶解氣定量脫氣裝置，它可利用流經該裝置的被測水樣，製備定量體積的與被測水樣建立溶解平衡關係的相關溶解氣組分氣態樣品，以利用戶進一步測量出被測水樣中相關溶解氣的真實濃度。
本實用新型是這樣構成的，它包括擴散器和鼓泡脫氣循環管路，擴散器由上部具有進水口的容器和與容器底部相連通的排水管構成，排水管的排水口與容器內的水位線位於同一高度，容器的上部設有一根與大氣相通的洩壓支管；鼓泡脫氣循環管路由採樣器、氣泵及輸氣管串接構成，其輸氣管的鼓氣埠伸入擴散器的底部，輸氣管的吸氣埠與擴散器的頂部相連通。
工作時，被測水樣(如含有氡的地下水)持續經擴散器的進水口流入容器後再經排水管流出，於此同時，在氣泵驅動下，處在通路狀態下的鼓泡脫氣循環管路內和擴散器上部氣腔內作為載氣的常壓空氣流，對擴散器下部不斷更新的水樣，進行循環鼓泡，直至被測溶解氣組分達到溶解平衡狀態。
最後，用戶只要通過測定由採樣器提供的定量體積氣態樣品中相關溶解氣組分的濃度，以及擴散器內水—氣二相平衡體系的溫度，便可根據溶解平衡關係式換算出被測水樣中相關溶解氣組分的濃度。較之已有的脫氣裝置而言，本實用新型具有定量採集方便，且快捷的顯著優點。
以下結合附圖及實施例對本實用新型予以具體描述。


圖1是實施例構造示意圖。
參照附圖，本實用新型包括擴散器和鼓泡脫氣循環管路，擴散器由上部具有進水口1的容器和與容器底部相連通的排水管2構成，排水管的排水口16與容器內的水位線位於同一高度，容器的上部設有一根與大氣相通的洩壓支管4(洩壓支管4的作用是既有利於擴散器上部氣腔和鼓泡脫氣循環管路內保持常壓，同時又可避免或減少被測氣體組分的擴散損失)；鼓泡脫氣循環管路由採樣器5、氣泵S1及輸氣管串接構成，其輸氣管的鼓氣埠6伸入擴散器的底部，輸氣管的吸氣埠7與擴散器的頂部相連通。
為了有利於精確地定量採樣，採樣器5的出氣口和進氣口上分別設有氣閥F1和F2。
為了有利於氣路通暢和清除冷凝水，上述採樣器5的管狀內腔呈傾斜狀，其設有氣閥F1的出氣口位於該傾斜狀內腔的低端底部；擴散器的上部氣腔內，位於進水口1上方、洩壓支管4的管口下方處設有具有通氣孔(或槽)的擋水板8，排水管2的排水口16上連接有一與洩壓支管相連通的開口朝上的通氣管3，擴散器頂部吸氣管埠7至氣閥F2之間的管路上串接有截水室9。
為了有利於輸送採樣器5內的氣態樣品供觀測儀器檢測，上述採樣器的進、出氣口上還設有分別與氣閥F2和F1相併列的氣閥F3和F4，所述的氣閥F3和F4的另一埠，分別聯接有一根輸氣管，其埠10和埠11與外部的氣體觀測儀器探測裝置相聯接，其中一根輸氣管上串接有氣泵S2。
為了有利於對配套使用的外部氣體觀測儀器探測裝置在一次觀測結束後以新鮮空氣進行換氣，以備下一次送樣測試，上述兩根與外部的氣體觀測儀器探測裝置相連接的輸氣管上分別串接有三通12和三通13，其中與氣泵S2串接在同一根輸氣管上的三通12，位於氣泵S2至採樣器之間的輸氣管上，兩個三通的支管分別聯接有氣閥F5和F6。
為了有利於避免送樣氣流把採樣器內可能存在的冷凝水帶入相連接的外部觀測儀器探測裝置內，上述氣泵S2的出氣口與氣閥F4相連接(也可於另一根輸氣管上，氣泵S2的進氣口與氣閥F3相連接)，使送樣氣流在採樣器的傾斜狀內腔中呈從低位往高位走向。
為了有利於精確計量被測氣樣體積，氣閥F3與F6之間、以及氣閥F4與F5之間的通道容積設為儘量小。
在使用安裝時，擴散器放置於採樣器下方，鼓泡脫氣循環管路的輸氣管儘量呈豎向走向，使其中的氣流走向儘量呈上、下行方向；配套使用的外部氣體觀測儀器探測裝置放置於採樣器上方，探測裝置的出氣口朝下並使其處在探測裝置內腔的最低位，探測裝置進、出氣口分別與輸氣管埠10和埠11聯接形成閉合的送樣循環氣路；氣閥F5的埠14和氣閥F6的埠15應避免堵塞，其中埠14為換氣時的出氣口，可加接一排氣管並引出室外；配套使用的外部測溫儀探頭從通氣管3的開口處插入並置入排水管2中，並仍應保持通氣管3的開口與大氣相通；與氣體自動觀測儀器配套使用進行自動化連續觀測時，對其中的各氣閥和氣泵按照相應程序進行自動控制所需的時控器，可由該溶解氣定量脫氣裝置生產廠家配妥。
本實用新型實施例工作過程如下①製備溶解平衡態氣樣。讓被測水樣(如含有氡的地下水)持續經擴散器的進水口1流入容器後再經排水管2流出，打開氣閥F1和F2，於此同時，啟動氣泵S1驅動氣流沿鼓泡脫氣循環管路對不斷更新的被測水樣進行循環鼓泡，直至擴散器內水—氣二相體系中被測溶解氣組分(如氡)達到溶解平衡狀態，適時測量擴散器內被測水樣溫度t。此時採樣器內氣樣氡濃度C氣與被測水樣氡濃度C水的關係為C水/C氣＝α(t)(1)式中α(t)為氡的溶解度係數。環境溫度對脫氣過程的影響已在式(1)關係中得以修正。
②採樣與送樣檢測。關閉氣泵S1結束鼓泡，關閉氣閥F1和F2，容積為Vg的採樣器5完成定量採樣。打開氣閥F3和F4，採樣器5被切換至總容積為VG的送樣循環氣路，啟動氣泵S2，將採樣器5內體積為Vg的氣樣均勻分布到串接了容積為V探的測氡儀探測裝置的送樣循環氣路中(此前測氡儀探測裝置本底脈衝計數率N0已經測定)。關閉氣泵S2和氣閥F3、F4，完成送樣。此時測氡儀探測裝置內氡濃度C探與採樣器內初始氣樣氡濃度C氣的關係為C氣Vg＝C探VG(2)由式(1)和式(2)有如下關係C水＝C探α(t)VG/Vg(3)經測量測氡儀探測裝置內氡濃度C探，由式(3)可計算得到被測水樣溶解氡濃度C水值。由於測氡儀給出的C探計算公式為C探＝K(N-N0)/V探(4)式中K為儀器常數，N為樣品測量脈衝計數率，故有C水＝K(N-N0)α(t)VG/VgV探(5)據式(3)或式(5)即可對被測水樣溶解氡濃度給出定量表達。
③換氣步驟。氣樣測量讀數結束後，開啟氣閥F5、F6和氣泵S2，對測氡儀探測裝置及其輸氣管進行換氣，然後關閉氣泵S2和氣閥F5、F6，結束換氣，以備測氡儀在下一次觀測前測量探測裝置本底。如果需要亦可在間隔一定時間後重複二次換氣。換氣步驟與鼓泡步驟可重迭。
④除水步驟。包含二種不同作用方式的動作，其一是在對氣態樣品測量結束後開始換氣步驟前，開啟氣泵S2及氣閥F2、F4和F6，使氣流從F6沿探測器、S2、F4、採樣器、F2、截水室9進入擴散器後經洩壓支管排向大氣。在此過程中，既可把鼓泡脫氣循環管路的氣流上行管內可能存在的冷凝水排入擴散器內，又可把洩壓支管內可能存在的冷凝水排到擴散器的排水管內。其二是在循環鼓泡步驟開始前，先開啟氣閥F1和氣泵S1，使採樣器內形成負壓，而擴散器內上部氣腔形成瞬間正壓，數秒鐘後開啟氣閥F2，使擴散器內上部氣腔形成瞬間負壓，數秒鐘後再關閉氣閥F2，如此重複數次，使擴散器內上部氣腔產生「壓力振蕩」，從而對洩壓支管內氣柱施加來回衝擊力，促使洩壓支管以及鼓泡脫氣循環管路內可能滯留的冷凝水順利排除。另外，在循環鼓泡過程中，沿採樣器傾斜狀內腔高端往低端走向的氣流，可順利將採樣器內及鼓泡脫氣循環管路的氣流下行管內可能存在的冷凝水帶入擴散器內。
在配套自動測氡儀進行連續自動觀測的情況下，上述各氣閥與氣泵的開啟和關閉動作，由預先配妥的時控器按照相應的工作程序控制執行，並根據設定的工作周期循環執行，實現周期性的連續自動觀測。
本實用新型的實施例構思新穎、原理科學、設計合理、測量精確，其應用前景樂觀。
權利要求1.一種溶解氣定量脫氣裝置，其特徵在於包括擴散器和鼓泡脫氣循環管路，擴散器由上部具有進水口的容器和與容器底部相連通的排水管構成，排水管的排水口與容器內的水位線位於同一高度，容器的上部設有一根與大氣相通的洩壓支管；鼓泡脫氣循環管路由採樣器、氣泵S1及輸氣管串接構成，其輸氣管的鼓氣埠伸入擴散器的底部，輸氣管的吸氣埠與擴散器的頂部相連通。
2.根據權利要求1所述的溶解氣定量脫氣裝置，其特徵在於採樣器的出氣口和進氣口上分別設有氣閥F1和氣閥F2。
3.根據權利要求2所述的溶解氣定量脫氣裝置，其特徵在於所述的採樣器的管狀內腔呈傾斜狀，其設有氣閥F1的出氣口位於該傾斜狀內腔的低端底部；擴散器的上部氣腔內，位於進水口上方、洩壓支管管口下方處設有具有通氣孔(或槽)的擋水板；排水管的排水口上連接有一與洩壓支管相連通的開口朝上的通氣管；聯接於擴散器頂部的輸氣管吸氣埠至氣閥F2之間的管路上串接有截水室。
4.根據權利要求2或3所述的溶解氣定量脫氣裝置，其特徵在於所述的採樣器的進、出氣口上還設有分別與氣閥F2和F1相併列的氣閥F3和F4，所述的氣閥F3和F4的另一埠，分別連接有一根輸氣管。
5.根據權利要求4所述的溶解氣定量脫氣裝置，其特徵在於所述的分別與氣閥F3和F4相連接的二根輸氣管，其中一根輸氣管上串接有氣泵S2。
6.根據權利要求5所述的溶解氣定量脫氣裝置，其特徵在於所述的分別與氣閥F3和F4相連接的二根輸氣管上分別串接有一個三通，其中與氣泵S2串接在同一輸氣管上的三通，位於氣泵S2至採樣器之間的輸氣管上，二個三通的支管分別聯接有氣閥F5和F6。
7.根據權利要求5或6所述的溶解氣定量脫氣裝置，其特徵在於氣泵S2的出氣口與氣閥F4相連接，或者，氣泵S2的進氣口與氣閥F3相連接。
專利摘要本實用新型是一種溶解氣定量脫氣裝置，包括擴散器和鼓泡脫氣循環管路，擴散器由上部具有進水口的容器和與容器底部相連通的排水管構成，排水管的排水口與容器內的水位線位於同一高度，容器的上部設有一根與大氣相通的洩壓支管；鼓泡脫氣循環管路由採樣器、氣泵及輸氣管串接構成，其輸氣管的鼓氣埠伸入擴散器的底部，輸氣管的吸氣埠與擴散器的頂部相連通。它可製備出定量體積的與被測水樣建立溶解平衡關係的相關溶解氣組分氣態樣品。
文檔編號G01N1/28GK2532473SQ0222894
公開日2003年1月22日 申請日期2002年4月2日 優先權日2002年4月2日
發明者蔡作馨, 史粦華, 楊鼎鴻 申請人:福建省地震局, 蔡作馨, 史粦華, 楊鼎鴻