ICS 71.040.40 G86
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T5275.2—2014/ISO6145-2:2001
气体分析 动态体积法制备校准用
混合气体第2部分：容积泵 Gas analysis-Preparation of calibration gas mixtures using dynamic
volumetricmethodsPart2:Volumetricpumps
(ISO6145-2:2001,IDT)
2014-12-01实施
2014-07-08发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T5275.2—2014/IS06145-2:2001
前言
GB/T5275《气体分析动态体积法制备校准用混合气体》分为以下几部分：
第1部分：校准方法；第2部分：容积泵；第4部分：连续注射法；第5部分：毛细管校准器；
第6部分：临界锐孔；
第7部分：热式质量流量控制器；第8部分：扩散法；
一
第9部分：饱和法；第10部分：渗透法；第11部分：电化学发生法。
本部分为GB/T5275的第2部分。 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本部分使用翻译法等同采用ISO6145-2：2001《气体分析动态体积法制备校准用混合气体 第2
部分：容积泵》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T10628一2008气体分析校准混合气体组成的测定和校验比较法（ISO6143：2001， IDT); GB/T5275.12014 4气体分析 动态体积法制备校准用混合气体 第1部分：校准方法 (ISO6145-1:2003,IDT)。
本部分由中国石油和化学工业联合会提出。 本部分由全国气体标准化技术委员会（SAC/TC206）归口。 本部分起草单位：中国计景科学研究院、西南化工研究设计院有限公司、北京氨普北分气体工业有
限公司。
本部分主要起草人：吴海、陈雅丽、赵俊秀、罗玉国。
1 GB/T5275.2-—2014/ISO6145-2.2001
气体分析动态体积法制备校准用
混合气体第2部分：容积泵
1范围
GB/T5275的本部分规定了用容积泵连续产生校准用混合气的方法，该方法通过多活塞容积泵、 用纯气或混合气制备含两种或多种组分的校准用混合气体。这种泵可用于制备平衡气中气相组分的体积分数范围在0.1%以上的混合气体，测量的相对扩展不确定度U由相对合成不确定度乘以包含因子 =2得出，其值不超过0.5%。
多个容积泵串联运行可获得更低浓度的混合气体。两个容积泵的串联组可制备的最低浓度为 10-。面且采用预混气代替纯气制备混合气体，还可得到更低浓度的混合气体，其结果及不确定度计算参见附录A。
此方法的优点是可连续制备大量混合气体，且可制备多组分混合气体。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO6143气体分析校准混合气体组成的测定和校验比较法（Gasanalysis-Comparison methods for determining and checking the composition of calibration gas mixtures)
ISO6145-1气体分析制备校准用混合气体的制备动态体积法第1部分：校准方法（Gas analysis--Preparation of calibration gasmixtures using dynarnic volumetric methodsPartl:Methods ofcalibration)
3原理
气体A和气体B的二元混合气体，是使气体A和气体B分别通过一对单作用活塞泵中的一个（每个活塞泵各由一部电机驱动)面制备。组分A在混合气体中的体积分数^由式（1)给出：
............(l)
PA=qA/(qA+qB)
式中： qA 校准组分A的体积流量； QB——平衡气B的体积流量。 ISO6145所描述的所有动态体积法中，qx和qB都是指在相同的温度和压力条件下给出的。否
则，特别是如果容积泵在高于环境大气压下用，就需要进行必要的修正。可根据理想气体定律进行修正，当气体明显偏离理想状态时可通过维里方程修正。
4容积泵
4.1描述
容积泵由一对单级计量泵组成，每个泵上由独立的同步电机驱动活塞。一个泵的驱动是由中间齿
1 GB/T5275.2—2014/ISO6145-2:2001
轮控制，另一个是直接控制。
制备包括两种气体A和气体B的二元混合气体，要将两种气体以环境大气压力供入计量泵，并将
过量气体通过鼓泡器系统排入大气；两条管路分别连接到每个泵的气缸，一条吸入纯组分A或纯组分 B，另一条通人混合室。一个活塞的往复速度可通过齿轮选择进行调节，另一个则始终保持恒定。这样就控制了气体A和气体B在混合气体中的体积分数。本原理的示意图见图1。
这类容积泵是商业化产品，该设备的三种类型分别描述如下： a）两个气缸容量相同，流量比范围为1：1到9：1； b）活塞驱动可调的气缸的容量是直接驱动的气缸的1/9，流量比范围为9：1到99：1； c）活塞驱动可调的气缸的容量是直接驱动的气缸的1/99，流量比范围为99：1到999：1。 一些容积泵装置配备了齿轮组或整体的转换齿轮组装置，流量比可通过表盘调节进行选择。 将容积泵串联使用可制备低浓度的混合气体，例如，两套c型容积泵串联运行可制备校准组分体积
分数为10-的二元混合气体。也可将两种混合系统合成到一套容积泵中，使这些系统即可并联运行亦可串联运行。两套容积泵串联运行时可获得的最低体积分数为10-
说明：
气体B进气口； 2 气体A进气口； 3 鼓泡器；
7 气缸B； 8—混合室； 9—校准混合气体出口； 10中央驱动单元； 11—压力计。
1-
气缸A的驱动齿轮；
4 5
气缸B的驱动齿轮； 6——气缸A；
图1容积泵法混合气体的示意图
4.2注意事项和有效性限制
容积泵法适用于制备不反应的气体，即气体组分所接触的容积泵各部件和容积泵系统外部管路的材料不发生化学反应的气体。因此，商用容积泵活塞应由青铜或带有陶瓷涂层的特殊合金制成，如采用后者，供应商应说明材质不与干燥的SO2、H,S、氨气、NO2、HCI以及Clz等气体反应。输气管路应由与相应气体及气体混合物不反应的防腐不锈钢制成（适用的不锈钢型号可见EN10088-1）。某些型号的容积泵在气缸和活塞间还有用于密封和润滑的低挥发性（25C时蒸气压约为10-Pa)的全氟聚醚 2 GB/T5275.2-—2014/IS06145-2:2001
液体。一些其他类型的容积泵型号特别是一些老型号中，泵和齿轮组被浸人油浴中，使用的低挥发性的油应达到适当级别（级别在泵体上标明）。
对于所有的动态制备技术都要遵守一般的注意事项。制备所含组分与空气混合可能产生爆炸物的混合气体时更要特别小心。应采取相应措施确保仪器设备安全，如在气流通道的适当位置安装嵌人式火焰清除器等。
尽管容积泵可看作恒流量装置，但还需要通过某种校准法确定最终气体浓度。如同ISO6145其他
部分规定的其他动态法一样，应检验气体混合系统产生均匀的混合气体的有效性。仅用流量比来计算气体组成是不够的，制备方法应就要求的混合气体进行相应的验证才行。
容积泵法能长时间流出组成恒定的混合气体。目前商用容积泵的流量限制约为5L/min，而某些型号的最大流量仅为0.75L/min。 4.3运行条件
确保泵外连接的流路系统均由适合的低孔隙度、不吸附的材料制成。确保管道清洁及连接部分
安全。
使用可更换齿轮的容积泵时，确保齿轮安装在正确的齿轮轴上，否则容积泵可能出现过载或损坏，齿轮要正确标记。
参考制造商提供的操作手册确定容积泵运行的压力条件。某些型号的容积泵要求限制进气口间的
压差。某些特殊型号的容积泵安装了额外的推进活塞，可充许出气口有较高的过压，否则，一般的容积泵应严格限制运行压力不能过高于环境大气压力。
使用容积泵制备混合气体前，应先将容积泵预热30min。如运行暂停较短的时间，如更换齿轮等，再次开始前应预热约5min。否则，产出气体的组成可能不恒定。
本条款概述了容积泵法制备混合气体的原理和应用，制备过程中的注意事项参见附录B。各种类型的商用设备的详细信息请结合本部分参考设备制造商的操作说明。
5计算
5.1体积分数
组分A在气体A和B的二元混合气体中的体积分数由式（1)给出。 体积分数可根据ISO6145-1规定的校准方法确定。应适当考虑所选方法的不确定度。
5.2不确定度来源
商用容积泵制备混合气体的相对不确定度应低于士0.5%。 进气口存在过压或负压时、或出气口存在反压时可能出现误差。在油封泵中，泵内油的黏度可能也
会对混合比产生影响。但只要泵内使用的油符合泵上标明的级别，以上误差可忽略不计。
混合过程的误差，可能来自待混合组分的温差，也可忽略不计。然而，气体在通过容积泵系统的短暂时间内可能没有足够的时间完全实现各组分温度均衡，因此应保证整个容积泵系统的温度完全均匀。 如果泵的某部分由于日照等原因温度明显偏高，混合比很可能出现额外的和未知的误差。
5.3体积分数的不确定度
恒温恒压下气体组分在校准用混合气体中体积分数的不确定度可通过组分气体和平衡气流量的不确定度估算得。
组分A的体积分数由式(1)给出。
3 GB/T5275.2—2014/IS06145-22001
A的相对扩展不确定度由式（2）给出：
U(PA) 2g [u(qA) u(qn) PA
...(2)
1
qA
qB
式（2)的推导参见ISO6145-7：2001[2的附录C。相对标准不确定度平方和的平方根乘以包含因子 k=2，给出约为95%的置信概率下的相对不确定度。
气体流量的不确定度u(qA）和u(qB）可根据ISO6145-7:2001规定的流量校准方法获得。 这样进行的气体组成相对不确定度的评估完全取决于流量测量的不确定度。其他需考虑的因素包
括气体混合的效率。要验证混合系统生成均勾校准用混合气体的效果，就要以此种方法制备混合气体，并根据ISO6143规定的比较法验证气体组分。这一过程还会识别其他因素引起的偏差同时可以建立其向标准气体的溯源性。
4 GB/T5275.22014/ISO6145-2:2001
附录A （资料性附录）
预混气体用于制备高度稀释的混合气体
A.1结果计算
用预混气代替纯气可制备稀释倍数更高的混合气体。结果的运算如下：组分A在最终校准用混合气体中的体积分数由式（A.1)给出：
PA= PA.MqM+PA.BQBPA.MOM+PA.BOB
.......(A.1)
qM+qB
q9
式中： PA.M 组分A在预混气体中的体积分数；
预混气体积流量；
qM PA.B一一组分A在平衡气B中的体积分数（通常为零）； qB 平衡气B的体积流量； qe 一一校准用混合气体的体积流量。 注：仅当气体混合后不发生体积变化时，9，=qm十9成立。
2体积分数的不确定度
A.2
应考虑体积流量的不确定度以及组分在预混气及平衡气（如果有影响）中体积分数的不确定度。通常载气中不应含有校准组分。
当载气中不含有校准组分A时，可得式（A.2)：
PA.MIM
(A.2)
PA qm+qB
体积分数A的相对扩展不确定度由式（A.3)给出：
U(PA) 2q8 u(qm) PA qB+qmN qM
u(PA,M) PA.M
u(qB)
..(A.3)
qB
qB
式（A.3)的推导参见ISO6145-7：2001(2)的附录C。 ，标准不确定度平方和的平方根乘以包含因子 k=2给出了约为95%的概率下的相对扩展不确定度。
流量的不确定度都由制造商或经过认可的计量（校准）实验室依照ISO6145-1规定的流量校准方法得出。
5 GB/T5275.2—2014/ISO6145-2;2001
附录B （资料性附录）实用提示
整个气路系统应清洁且无颗粒。 压力调节阀和相关管路应为特定气体组分专用。 截止阀应安装在压力调节阀和泵之间以确保不会通过压力调节阀漏气。 应精心选择气流通路的尺寸和材料，使其与气体组分的相互作用最小化。特别是压力调节阀一定
要与其输送的气体相适应。传送活性组分应使用GC品质的不锈钢材料，传输非活性的平衡气可采用聚乙烯或聚四氟乙烯等塑料材料。只要有任何发生吸附的风险就应采用不锈钢材料。
开始运行时，传输活性组分的管路应先用相关组分气体进行吹扫。使用纯气或高浓度预混气时只需吹扫较短的时间，但使用较低浓度的预混气（体积分数低于10-）时，可能需要进行数小时的管路吹扫。
气体分析仪的校准通常在环境大气压下进行。校准气体的输人压力应高于环境大气压，但不超过设备制造商说明的所用容积泵的最大压力（见4.3）。
分析仪校准过程短暂中断时，不能停止气体流动，连接导管一且被拆掉就应进行充分密封以防止被污染。
如果容积泵的两个气缸A和B容量相同，可调节泵的对称度使氮气和氧气以1：1的体积比混合。 氧气相对氮气的体积分数可通过顺磁式氧分析仪测量。然而，这一过程应由泵的制造商在交货前进行。 使用一定时间后，应由制造商对泵的对称度进行重新检验。
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