一种基于分子流传输的气体微流量传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于分子流传输的气体微流量传感装置：本发明专利技术的目的是为了解决现有气体传感装置无法快速、精确、低成本地测量10

A gas micro flow sensor based on molecular flow transmission

【技术实现步骤摘要】
一种基于分子流传输的气体微流量传感装置
本专利技术属于气体微流量测量领域，具体涉及一种基于分子流传输的气体微流量传感装置。
技术介绍
在计量实验中，大多采用高精度气体流量计测量气体流量。例如，测量10-2Pam3s-1以上量级的气体流量时用恒压式气体流量计，测量10-8Pam3s-1以下量级的气体流量时用四极质谱计，而在测量10-8-10-3Pam3s-1量级的气体微流量时，用恒压式气体流量计测量气体流量用时长，精度差，测量范围窄；用四极质谱计测量气体流量成本很高，装置布置复杂。因此，急需一种可以快速、精确、低成本地测量10-8-10-3Pam3s-1量级气体微流量的气体传感装置。本专利技术公开了一种基于分子流传输的气体微流量传感装置，能够用来准确测量气体微流量，使流经其的气体流态都处于分子流态且使气体微流量测量具有高精度、高效率、简便易行的特点。
技术实现思路
一种基于分子流传输的气体微流量传感装置包括差压变送器、气体微流量传感元件、第一阀门、旁通阀门、旁通管路。所述气体微流量传感元件通过第一阀门与差压变送器相连，旁通管路通过旁通阀门与差压变送器相连；气体微流量传感元件的流导C可通过计算确定。所述差压变送器测量气体微流量传感元件两端的动态差压。所述旁通管路的作用是当旁通阀门打开时，待测气体能够快速经过旁通管路。所述气体微流量传感元件采用的材料为双通多孔氧化铝，规格为AAO-DP-12，孔径为70nm，孔间距110nm，孔深50-70μm，且流导在真空到大气压条件下保持恒定。所述基于分子流传输的气体微流量传感装置在测量气体流量时，可以保证流经其的气体流态处于分子流态。所述基于分子流传输的气体微流量传感装置为全金属真空系统，可以降低由于小分子气体渗透导致的测量误差。所述气体微流量传感元件的流导C可通过下式确定：其中A为气体微流量传感元件的裸露面积，σ是单位面积内纳米孔的个数，R是实验气体的气体常数，T是环境温度，μ是气体的摩尔质量，d是气体微流量传感元件采用材料的纳米孔直径，l是气体微流量传感元件采用材料的纳米孔的深度。所述基于分子流传输的气体微流量传感装置测量气体微流量的系统包括：差压变送器、气体微流量传感元件、第一阀门、旁通阀门、旁通管路、第二阀门、待测气体流入管路、第三阀门、干泵。所述待测气体流入管路通过第二阀门与基于分子流传输的气体微流量传感装置相连，干泵通过第三阀门与基于分子流传输的气体微流量传感装置相连。所述第一阀门、旁通阀门、第二阀门、第三阀门均为Swagelok球阀。所述基于分子流传输的气体微流量传感装置在测量气体流量时，可以保证流经其的气体流态处于分子流态。所述基于分子流传输的气体微流量传感装置的量程为差压变送器的量程与气体微流量传感元件流导的乘积。所述基于分子流传输的气体微流量传感装置测量气体微流量是通过以下步骤进行的：打开旁通阀门、第三阀门，打开干泵，稳定一段时间后打开第二阀门同时关闭旁通阀门，记录差压变送器稳定后的示数。所述基于分子流传输的气体微流量传感装置测得的气体流量Q可通过下式确定：Q＝C×ΔP(2)其中C为气体微流量传感元件的流导，ΔP为差压变送器显示的示数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、任何气体流经本专利技术时始终处于分子流状态，只需获得本专利技术在待测气体下的流导就可以用本专利技术测量任意气体微流量。2、本专利技术在真空到大气条件下可以保持流导恒定，因此可以测量宽范围的气体微流量。3、本专利技术测量气体微流量用时短，可用于气体微流量的精确测量。4、本专利技术不仅结构简单，便于加工，成本低廉、安装容易且抗干扰能力强。附图说明图1是一种基于分子流传输的气体微流量传感装置的示意图；图2是利用本专利技术测量气体微流量的系统示意图；图3是利用本专利技术测量气体微流量的某次测量时间-气体微流量曲线；其中，1-差压变送器、2-气体微流量传感元件、3-第一阀门、4-旁通阀门、5-旁通管路、6-第二阀门、7-待测气体流入管路、8-第三阀门、9-干泵。具体实施方式下面结合附图将对本专利技术实施例作进一步的详细说明。参见图1，本专利技术第一实施例所提供的一种基于分子流传输的气体微流量传感装置，包括差压变送器1、气体微流量传感元件2、第一阀门3、旁通阀门4、旁通管路5。所述气体微流量传感元件2通过第一阀门3与差压变送器1相连，旁通管路5通过旁通阀门4与差压变送器1相连；气体微流量传感元件的流导C可通过计算确定。本实施例所提供的气体微流量传感元件2不仅可用于气体微流量的测量、漏率测量的领域还可用于提供微小流量气体等领域。其中，差压变送器1测量气体微流量传感元件2两端的动态差压。旁通管路5的作用是当旁通阀门4打开时，待测气体能够快速经过旁通管路5。气体微流量传感元件2采用的材料为双通多孔阳极氧化铝，规格为AAO-DP-12，孔径为70nm，，孔间距110nm，孔深50-70μm，且流导在真空到大气压条件下保持恒定。基于分子流传输的气体微流量传感装置在测量气体流量时，可以保证流经其的气体流态处于分子流态且为全金属真空系统，可以降低由于小分子气体渗透导致的测量误差。下面将具体说明本实施例所提供的气体微流量传感元件2流导的计算。例如压强为大气压强的氮气，在20℃的条件下，氮气的分子平均自由程λ＝65nm。气体微流量传感元件2对氮气的流导C通过下式确定：本实施例中A为气体微流量传感元件2的裸露面积：取A＝4.0×107μm2，σ是单位面积内纳米孔的个数：σ＝95.42个/μm2，R是实验气体的气体常数：8.315J/(K*mol)，T是环境温度：T＝293K，μ是气体的摩尔质量：μ＝2.8×10-2kg/mol，d是气体微流量传感元件2采用材料的直径：d＝7×10-8m，l是气体微流量传感元件2采用材料的纳米孔的深度：l＝7×10-5m。通过控制气体微流量传感元件2的裸露面积，可以实现对气体微流量传感元件流导的精确控制。参见图2，本专利技术第一实施例所提供的利用本专利技术测量气体微流量的系统，包括差压变送器1、气体微流量传感元件2、第一阀门3、旁通阀门4、旁通管路5、第二阀门6、待测气体流入管路7、第三阀门8、干泵9。所述待测气体流入管路7通过第二阀门6与基于分子流传输的气体微流量传感装置相连，干泵9通过第三阀门8与基于分子流传输的气体微流量传感装置相连。其中，第一阀门3、旁通阀门4、第二阀门6、第三阀门8均为Swagelok球阀。基于分子流传输的气体微流量传感装置的量程为差压变送器1的量程与气体微流量传感元件2流导的乘积，在本实施例中为2.3×10-6Pam3s-1-4.6×10-3Pam3s-1。下面将具体说明本实施例所提供的利用基于分子流传输的气体微流量传感装置测量气体微流量的步骤。打开旁通阀门4、第三阀门8，打本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分子流传输的气体微流量传感装置，其特征在于：包括差压变送器(1)、气体微流量传感元件(2)、第一阀门(3)、旁通阀门(4)、旁通管路(5)。/n所述气体微流量传感元件(2)通过第一阀门(3)与差压变送器(1)相连，旁通管路(5)通过旁通阀门(4)与差压变送器(1)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分子流传输的气体微流量传感装置，其特征在于：包括差压变送器(1)、气体微流量传感元件(2)、第一阀门(3)、旁通阀门(4)、旁通管路(5)。
所述气体微流量传感元件(2)通过第一阀门(3)与差压变送器(1)相连，旁通管路(5)通过旁通阀门(4)与差压变送器(1)相连。


2.根据权利要求1所述的一种基于分子流传输的气体微流量传感装置，其特征在于：所述差压变送器(1)测量气体微流量传感元件(2)两端的差压。


3.根据权利要求1所述的一种基于分子流传输的气体微流量传感装置，其特征在于：所述旁通管路(5)的作用是当旁通阀门(3)打开时，待测气体能够快速经过旁通管路(5)。


4.根据权利要求1所述的一种基于分子流传输的气体微流量传感装置，其特征在于：所述气体微流量传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭迪，陈志强，花雨，毕海林，张俊，张殿伟，谢晶，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34