热力学基本状态参数
为方便同学学习，我把第一章、第二章学习笔记发上来，欢迎同学提问。祝大家学习进步！
第一章主要内容
工质和热力系
状态和基本状态参数
平衡状态和热力过程
工质和热力系
一、工质、热机、热源与冷源
1、热机（热力发动机）
：实现热能转换为机械能的设备。
如:电厂中的汽轮机、燃气轮机和内燃机、航空发动机等。
一、工质、热机、热源与冷源
2、工质:实现热能转换为机械能的媒介物质。
对工质的要求:
1）良好的膨胀性; 2）流动性
好；3）热力性质稳定,热容量大；4）安全对环境友善；5）价廉，易大量获取。如电厂中的水蒸汽；制冷中的氨气等。
J问题：为什么电厂采用水蒸汽作工质？
3、高温热源：不断向工质提供热能的物体（热源）。
如电厂中的炉膛中的高温烟气
4、低温热源：不断接收工质排放热的物体（冷源）
如凝汽器中的冷却水
二、 热力系统
&1、热力系统和外界概念
热力系:人为划分的热力学研究对象(简称热力系）。&&&&
外界:系统外与之相关的一切其他物质。
边界:分割系统与外界的界面。在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。
u注意:热力系的划分，完全取决于分析问题的需要及分析方法的方便。它可以是一个设备（物体），也可以是多个设备组成的系统。
u如：可以取汽轮机内的空间作为一个系统，也可取整个电厂的作为系统。
2、热力系统分类
(2)按系统与外界的能量交换情况分
1）绝热系统：与外界无热量交换。
2）孤立系统：与外界既无能量（功量、热量）交换，又无质量交换的系统。
注意：实际中，绝对的绝热系和孤立系统是不存在的，但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。这种科学的抽象给热力学的研究带来很大的方便。
如：在计算电厂中的汽轮机作功时，通常忽略汽缸壁的散热损失，可近似看作绝热系统。
状态及基本状态参数
状态参数特点
u状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有一组状态参数。反之，一组确定的状态参数就可以确定一个状态。状态参数的变化量仅决定于过程的初终状态，而与达到该状态的途径无关。因此，状态参数的变化量可表示为（以压力p为例）：
二、基本状态参数
表压与真空
表压力：当气体的压力高于大气压力时（称为正压），压力表的读数（pg），如锅炉汽包、主蒸汽的压力等。
&&&&&&&&&&
有:pg=p-pb&&&&&&
p的计算式： p=pg+pb
真空（度）：当气体的压力低于大气压力时（称为负压），负压表（真空表）的读数（pv），如凝汽器的压力、炉膛压力等。
pv=pb-p&&&&
p的计算式：p=pb-pv
压力的单位
（1）国际制：1帕=1pa=1N/m2
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
1千帕=1kpa=103pa&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
1兆帕=1Mpa=106pa& ;
1巴=1bar=105pa
（2）工程中可用液柱高和工程大气压表示压力大小。
&&&&&&&&&&
1mmHg≈133.3Pa
&&&&&&&&&&&&&
1工程大气压=1at=1kg/cm2
（3）标准大气压：将纬度45o海平面上的常年平均气压称之，（物理大气压）
1标准大气压=1atm=760mmHg=1.01325X105pa
（4）标准状态: 处于1标准大气压下，温度为0
各种压力单位与帕的换算关系
（1）概念：
传统：标志物体冷热程度的物理量。
微观：衡量分子平均动能的量度。
（2）温标：温度的数值标尺。温标的建立是确定其基准点和分度方法，常用的有摄氏温标和热力学温标。
1）摄氏温标（t，℃） ：
2）热力学温标（绝对温标、开尔文温标）（T， K）：
----以水的三相点为基点，并定义为273.16 K,每1/273.16为1K。
3）相互关系：基准点不同，但分度一样，∆t=∆T
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
热力学第零定律：如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。或表述为处于热平衡的物体必具有相同的温度。是温度测量的理论基础。
温度的热力学定义：处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量——温度。
温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量
日常：水银温度计，酒精温度计，
工业：热电偶、热电阻、辐射温度计
计量：铂电阻温度计
3、比体积v （比容）
：单位质量工质所占有的容积。
v=V/m 　　单位： (m3/kg)
&密度ρ：单位容积内工质的质量。
ρ=m/V&&&&&&&&
单位： (kg/m3)
相互关系：
即互为倒数
例题1-1：如图所示,用水银压力计测量凝汽器的压力，已知测压计读数为
706mmHg,当地大气压pb＝98.07kpa，求凝汽器的绝对压 力、表压力和真空。
解：由于凝汽器内蒸汽的密度远小于水银的密度，忽略
蒸汽高度产生的压力，
凝汽器内真空:pv=706&133.3 =94110(Pa)
&绝对压力力p＝pb-pv＝9＝3960(Pa)
&凝汽器的表压力pg=p-pb==94110(Pa)
&说明：凝汽器内的表压力为负值．称为负压，负压与真空的绝对数值是相等的。
一台型号HGl021／18.2—540／540的锅炉，其中18.2指的是蒸汽的表压力为
18.2MPa，当地大气压为750mmHg，试求蒸汽的绝对压力为多少?
解：根据p=pb+pg，则绝对压力
p=750&133.3十18.2&l06=18.3&106(Pa) ＝18
1-3 平衡状态和热力过程
1．平衡状态
（3）实现平衡的条件
&热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。
力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移。
化学平衡：系统内各组成成分不再变化。
（4）平衡状态特点：1）只有平衡状态是可以描述的（有确定的状态参数）；2）平衡状态不会自行打破；3）非平衡状态会自动趋于平衡。
2、状态方程式
状态方程式：状态参数之间的函数关系式称为状态方程。
简单可压缩系统：系统和外界只有热量和体积变化功（膨胀功或压缩功）交换的系统。对这种系统只需两个独立的状态参数，便可确定它的平衡状态（由状态定理）。
3、状态参数坐标图
&O两个独立的状态参数可以确定一个状态，这样由任意两个相互独立的状态参数构成一个直角坐标图称为状态参数坐标图。常用的有p-v图和T-s图等.
&O坐标图上的一个点表示工质所处的一个状态，线表示某个热力过程。
&O点——状态（1、2）
&O线——热力过程（1—2）
二、热力过程和准平衡过程
实际过程与准平衡过程
(2)按过程与外界产生的效果分
1)可逆过程：一个过程进行以后，若使其原路返回至原态，并使系统和外界不发生任何改变，则这一过程称为可可逆过程，
2)不可逆过程:否则称为不可逆过程。
&&&&&&&&&&&&
实现可逆过程的充要条件
推动过程进行的势差无限小，如传热无温差，无压差；
不存在任何耗散效应，如作机械运动时不存在摩擦。
可逆运动与不可逆运动
平衡过程与可逆过程比较
1）都是理想化过程。
2）平衡指系统内部状态的平衡，
可逆指与外界的效果。
3）可逆必平衡，平衡不一定可逆。但不平衡一定不可逆。
分析研究可逆过程的意义 ：
&&&&&&&&&&&
可逆过程是一个理想过程，自然界中一切实际过程（如传热、混合、扩散、渗透、溶解、燃烧、电加热等）均是不可逆过程。可逆过程的概念为热力学分析提供了很大的方便。利用这一概念可以将复杂的实际过程近似简化为一个理想的可逆过程加以研究，然后再加以适当的修正，所以研究可逆过程在理论上具有十分重要的意义。
1-4 功和热量
3、可逆过程的体积变化功与p-v图
（1）体积变化功：这种直接由系统容积变化与外界间发生作用而传递的功称为体积变化功（膨胀功或压缩功）。
（1）体积变化功
对由气缸和活塞所包围的热力系统，进行的微元过程中，如活塞所受推力为F,位移为dx,则系统对外界作的膨胀功为：&&
对可逆过程，F=pA,所以有：
（2）功的计算及P-V图
二、热量与T-S图
1．热量的定义：工程热力学中把依靠温差而通过边界传递的能量称为热量。
热量和热能不同，热量不是状态参数，它不仅与过程初、终态有关，而且与过程如何进行密切相关；热能则是物质热运动形态的反映，仅取决于状态，是状态参数。
可见：热量是过程量；热量是传递的能量（瞬时量）
2．热量的符号与单位
热量：用Q表示，国际单位制中，热量的单位是焦（耳），用J表示。工程上常用千焦（kJ）表示，
&&&&&&&&&&&&&&&&
比热量：1kg气体与外界交换的热量，用q表示，单位为J/kg。
热量正负:工程热力学中规定，工质从外界吸热，热量为正；工质向外界放热，热量为负。
3、热量的计算和T-S图
热力系与外界进行的各种能量交换所遵循的规律都是类似的，可以采用描述功的类似的方式来描述热量的传递。
热量与容积变化功
熵及T—S图
&可逆过程中比容的变化是做容积功的标志，那么在可逆传热过程中也应该存在某一状态参数可用来作为热量传递的标志。我们就定义这个新的状态参数为“熵”。以符号S表示.
熵的定义式：dS=dQ/T或 ds=dq/T
熵的单位：kJ/k或J/k
比熵：s=S/m,比熵的单位：kJ/（kg.k）或J/（kg.k）
如图所示，1kg气体经历了AB、BC、CA三个可逆过程，试求出每个过程
的功量和整个过程的总功量。
解：计算各过程曲线下的面积
就是相应过程的功
WAB=1/2(P1+P2)(V2-V1)=-
WCA=p1(v1-v2)=-p1(v2-v1)=
WABC=wAB+WCA&
=1/2(p2-p1)(v2-v1)
即整个过程的功是封闭三角形ABC的面积.
热机、工质、热源、冷源；
状态、平衡状态与状态参数、基本状态参数（绝对压力、表压与真空；温标）及相关换计算；
热力过程、平衡和可逆过程概念；
状态参数坐标图；功与示功图，功的计算式；
热量及示热图，热量的计算式。
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。气体沿真空管道的流动状态的几种基本形式 - 真空技术网
气体沿真空管道的流动状态的几种基本形式
来源:真空技术网（）/　作者:秀佳人
　　气体沿真空管道的流动的基本形式根据其流动状态分为湍流、粘滞流、过渡流、分子流等。真空技术网(/)发布此文主要讲述了这几种流动状态的判断方法以便大家参考。
　　当真空管道两端存在有压力差时，气体就会自动地从高压处向低压处扩散，便形成了气体流动。任何真空系统都是由气源(待抽容器)、系统构件(管道阀门等)及抽气装置(真空泵)组成的，气体从气源经过系统的构件向抽气口源源不断地流动，是动态真空系统的普遍特点。
　　真空技术中，气体沿管道的流动状态可划分为如下几种基本形式：
　　从大气压力下开始抽真空的初期，管道中气体压力和流速较高，气体的惯性力在流动中起主要作用，流动呈不稳定状态，流线无规则，并不时有旋涡出现，这种流动状态称为湍流(涡流，紊流);
　　随着流速和气压的降低，在低真空区域内，气流由湍流变成规则的层流流动，各部分具有不同速度的流动层，流线平行于管轴，气体的粘滞力在流动中起主导作用，此时气体分子的平均自由程&仍远小于导管最小截面尺寸d，这种流态叫做粘滞流;
　　当气体流动进入高真空范围，分子平均自由程&远远大于管道最小尺寸d时，气体分子与管壁之间的碰撞占居主要地位，分子靠热运动自由地直线进行，只发生与管壁的碰撞和热反射而飞过管道，气体流动由各个分子的独立运动叠加而成，这种流动称作分子流;
　　发生在中真空区域内，介于粘滞与分子流之间的流动状态叫做中间流或过渡流;
　　在不同的流动状态下，管道中的气体流量和导气能力计算方法不同，因此在气体流动计算时，首先要进行流态判别。由于在真空抽气过程中湍流的出现时间较短，常常不加以单独考虑，而是将其归入粘滞流态。其它流动状态的判别可用克努曾数&/d 或管道中平均压力p与几何尺寸d的乘积pd作为判据：
粘滞流 &/d&1/100　　 pd&1Pa&m
中间流 1/100&&/d&1/3　　 0.03Pa&m＜pd＜1Pa&m
分子流 &/d&1/3　　 pd&0.03Pa&m
　　为了考察管道中流过的气体数量的多少，可以使用气体的质量流率qm(kg/s)和摩尔流率qv(mol/s)，即单位时间内通过管道某一截面的气体质量和气体摩尔数。不过这两种流率不便实际测量，因此工程中广泛使用的是单位时间内流过管道指定截面的气体体积，即体积流率qv(m3/s)。在气体压力为p的截面上，qv与qm、q&的关系为
qm = pM/RT&qv 和 qv = p/RT&qv
　　在真空泵入口处的气体体积流率又称为泵的抽气速率(简称抽速)，是真空泵的重要性能指标之一。由于在不同压力下，相同的体积流率对应有不同的质量流率，所以在计算体积流率量值时，必须指明所对应的气体压力。
　　为了更方便地计算流过气体的多少，工程中还定义气体的压力与其体积的乘积为气体量G(Pa&m3=J)，即G=pV;单位时间内流过指定横截面的气体量为流量qG=dG/dt(Pa&m3/s=J/s);在任一指定截面上，气体流量、压力和抽速间的关系为
　　在稳定流动状态下，即管道各截面处的气体压力不随时间变化时，根据质量守恒原理，真空系统任一截面上的气体质量流率qm相等，若整个系统中各处温度相同，则化为流量连续方程，即各截面上的气体流量相等。
qG = p1qv1 =p2qv2 =piqvi
　　如果气体流动过程中温度有变化，例如流过冷却器后温度由T1降至T2，则对应的流量
qG1/T1=qG2/T2
　　实验说明，气体流过一段真空管道的流量qG与管道两端的压力差p1-p2成正比，即有
qG=C&(p1-p2)
　　式中的比例系数C具有体积流率的量纲(m3/s)，它所反映的是管道允许流过气体能力的大小，定义为该段管道的流导。
　　流导是各种真空系统元件(管道、阀们、冷阱、孔口等)的主要技术指标之一，直接反映该元件对气体流动的阻碍程度，是真空系统计算中需要首先计算的参数。元件的流导与所流过气体的流动状态有关，气体流动为粘滞流时，流导值与元件的几何结构尺寸及流过气体的平均压力有关;为分子流时，流导仅与几何结构尺寸有关。
　　根据组成真空系统的需要，有时将几个真空元件(如管道)的入口和出口分别联接在一起，称为元件的并联，并联后元件的总流导等于各分支流导之和
C=C1+C2+&+Cn
　　有时将几个元件首尾顺序联接，称为元件的串联，串联后元件的总流导的倒数等于各元件流导的倒数之和
1/C = 1/C1+1/C2+&+1/Cn
　　把一个被抽容器的出口和一台真空泵的入口，用总流导为C的真空管路联接起来，若真空泵在其入口处的抽速为S，则该真空系统在被抽容器出口处所能产生的有效抽速为S，则该真空系统在被抽容器出口处所能产生的有效抽速Se为
Se = (S&C)/(S+C)
　　此式习惯上称为真空技术基本方程。从中可以看出，在被抽容器出口产生的有效抽速Se，比泵口抽速S和管路流导C都要小;若要获得较大的Se，应该合理地搭配S和C，单独增大其中的一个，不能获得理想的结果。
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工程热力学
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3秒自动关闭窗口标准气体_百度百科
标准气体为气体工业名词。标准物质是浓度均匀的，良好稳定和量值准确的测定标准，它们具有复现，保存和传递量值的基本作用，在物理，化学，生物与工程测量领域中用于测量仪器和测量过程，评价测量方法的和检测实验室的检测能力，确定材料或产品的特性量值，进行量值仲裁等。标准气体分二元、三元和多元标准气体。
标准气体功能用途
标准气体应用领域
1. 常见的标准气体按用途包括：气体报警类标准气体、电力能源类标准气体、石油化工类标准气体、环保监测类标准气体、医疗卫生类标准气体、仪器仪表类标准气体等。
2. 标准气还可用于环境监测，有毒的有机物测量，汽车排放气测试，天然气BTU测量，校正标准，工艺等。标准气视气体区分为二元，三元和多元标准气体；配气准度要求以配气允差和分析允差来表征；比较通用的有SE2MI配气允差标准，但各公司均有企业标准。组分的最低浓度为10级，组分数可多达20余种。配制方法可采用，然后用色谱分析校核，也可按标准传递程序进行传递。
3. 大型乙烯厂，厂及其它石化企业，在装置开车，停车和正常生产过程中需要几十种纯气和几百种多组分，用来校准，定标生产过程中使用的和分析原料及产品质量的仪器。
标准气体适用范围
1、用于气体
2、用于仪器仪表的检定与校准
3、用于大气环境污染监测
4、用于医疗卫生及临床化验
5、用于建筑家居环境监测
6、建立测量的溯源性
7、保证测量结果准确一致
8、进行量值的传递
9、促进测量技术和质量监督工作的发展
标准气体制备方法
标准气体称量法
1、适用范围
是推荐的方法，它只适用于组分之间、组分与气瓶内壁不发生反应的气体，以及在实验条件下完全处于气态的可凝结组分。
2、所需设备
配气设备：真空泵，，高、低压力表，阀门，气瓶卡具，机箱。
称重设备：高
标准气体渗透法
1、适用范围
渗透法是适用于制备痕量的活泼气体。是动态配气方法。
2、所需设备
配气设备：，，稳流系统，，温度，阀门，管道，混合罐。
标准气体分压法
1、适用范围
适用于制备常温下是气体，含量在1~60%的标准混合气体
2、所需设备
配气设备：气瓶，压力表，阀门，真空泵，管道，气瓶卡具。
标准气体扩散法
1、适用范围
适用于制备常温下是液体的有机气体
2、所需设备
配气设备：气瓶，阀门，，，液体组分，分析仪表气瓶，卡具。
标准气体容积法
1、适用范围
适用于实验室制备多种小、少量的标准气体，压力接近。
2、所需设备
配气设备：气瓶，气瓶减压阀门，定体积管，压力计，真空泵。
标准气体饱和法
1、适用范围
法适用于易于冷凝的气体和蒸汽。
2、所需设备
配气设备：气瓶，气瓶减压阀门，，饱和器，，压力计，循环风机。
标准气体流量法
1、适用范围
流量比法法是动态配气方法，是严格控制一定比例的组分气体和释稀释气体的流量，经混合而得到的标准气体。
2、所需设备
气瓶，气瓶减压阀门，单向阀，流量控制器，压力表，管道，机箱。
标准气体稀释法
1、适用范围
法是制备低含量标准气体的方法之一。
2、所需设备
气瓶，气瓶减压阀门，流量控制器，压力表，管道。
标准气体体积法
1、适用范围
是简单的配气方法，是根据所需气体的含量，按体积计算。控制组分气体和释的体积，经混合而得到的标准气体。
2、所需设备
注射器，定体积容器。
标准气体标准气体的混匀技术
均匀性是考察标准气体性能的一个重要指标。标准气体的特性应该是均匀的即在规定的范围内其量值保证不变。不论采用哪种方法制备的标准气体，都需要进行混匀处理。标准气体的混匀方法有：热处理法、钢瓶滚动法、特殊充填法、自然扩散法、其他混匀方法等，几种混匀操作方法如下：[1]
标准气体热处理法
一般将制备好的标准气体的容器置于40℃以下的温水浴中加热，使气体组分较快的混合均匀。
标准气体钢瓶旋转滚动法
将钢瓶水平放在混匀半置的滚动轴上，使它绕轴心旋转民。该法混匀所需时间短，操作简单。
标准气体特殊充填法
在充填某些气体时，可将倒立并保持45℃的倾斜，从下端充气，促使气体，产生放热效应，气体可以在充填的同时混合均匀。
标准气体自然扩散法
将充入标准气体的倒立在合适的位置，静止不动，靠气体本身的自然扩散来达到混合均匀，但此法所需时间较长。
标准气体其他混匀方法
采用静态混合容器或使用特殊构造的容器阀门，可以在很短时间内使标准气体混合均匀。
　　不管采用哪种方法进行混匀处理，必须用另一种高精度的分析方法进行检验。在标准气体研究阶段，要考察所研究的标准气体的均匀性，一般采用气相色谱法在相同的操作条件下，进行测定，以考察标准气体的均匀性，通常用平均值的一致性检验方法来判断。由于均匀性是考察同一瓶标准气体在制备完以后，多长时间量值达到稳定，由有限次测定得到的平均值，在方法的不确定范围内应该是不显著的。如果差异是显著的，这个因素就是标准气体的不均匀性造成的。
标准气体稳定性
是指:“具有足够均匀并已经很好地确定某一种或多种特性的物质或材料, 用于、评价测量方法或确定物质的量值。”标准气体是气体标准物质, 由于标准气体具有一定的有效期, 因此,标准气体的稳定性是配制和使用过程中的关键问题。
众所周知, 装入高压容器(钢瓶) 中的标准气体的一个重要条件是在保存和使用过程中其量值不应发生变化。实际上,标准气体中成分气体或不纯物与容器内壁接触时往往引起吸附、、化学反应等现象, 而使其量值随时间发生变化, 在含量越低, 组成成分越复杂时, 这种变化就越大。
标准气体稳定性研究如下：
稳定性影响因素[2]
标准气体稳定性在很大程度上与容器的材料特性、容器内壁的预处理、气体本身的化学特性和使用条件有着密切关系。
盛装标准气体的容器应由耐腐蚀、抗压、吸附少、不生锈、化学特性稳定、机械强度高的材料制成, 通常使用的高压容器是铝合金瓶, 而碳钢瓶因其内壁不光滑、吸附大而被逐步淘汰。
盛装标准气体的钢瓶使用前应进行表面清洁、涂漆处理, 然后, 将钢瓶加温至100 ℃左右, 同时抽真空处理约4 h。处理完毕后, 必须分析其H2O、O2等杂质含量, 合格后方可使用。
配制10% 的CH4/Ar 四瓶, 进行为期一年的稳定性考察, 见表1, 实验结果表明, 由于铝合金钢瓶内壁比较光滑, 因此在盛装一般时性质稳定, 变化不大, 钢瓶不用特殊处理, 即可满足此类标准气体稳定性的要求。
在配制COS、H2S、SO2 等气体时, 必须对钢瓶进行KG 或CM 处理, 即为了防止容器内壁因吸附或解吸等带来的影响。先对容器内壁进行镜面研磨,涂上防氧化漆, 然后把高浓度气体充入容器内并放置10d左右, 从而提高标准气体的稳定性。用未经KG 或CM 处理的钢瓶配制10.1 mg/m3 ,COS/N2一瓶, 实验结果见图1。用经KG 处理的钢瓶配制9.8 mg/m3 COS/N2 一瓶, 实验结果见图2。
以上实验结果表明, 配制易吸附标准气体时, 钢瓶必须经KG 或CM 处理, 才能保证其稳定性可靠,否则, 组分气的含量变化很大, 不宜作为标准气体来使用。
当标准气体的组分气和稀释气分子量相差太大时, 如H2、He 和CO2、Ar 组成的标准气体, 静置时间长了容易分层, 这势必影响其稳定性, 并且其含量越高, 影响越大。因此, 在使用这类标准气体时, 必须先把钢瓶进行旋转或放倒在地上滚动, 使瓶内气体混合均匀。否则, 其量值不准, 影响标准气体的稳定性。
环境条件与标准气体的稳定性也有很大关系,温度、湿度要适宜, 象一些类气体, 必须在室温以上使用; 在使用标准气体时, 对系统的要求很高, 丝毫不能泄漏。因此, 用户要严格按照《》上的要求使用, 才能保证标准气体的量值准确, 稳定性可靠。
标准气体的使用有效期是根据稳定性实验结果来加以确定的, 一般把能够保证标准值的有效期定为半年至一年。由于当标准气体的压力减小时, 被吸附在容器内壁上的各种成分气体便解吸, 其浓度值发生变化, 因此一般规定, 高压钢瓶标准气体的残压低于0.1 M Pa 时, 应停止使用。
标准气体稳定性实验结果表明, 只要在配制过程中, 注意容器的选择及预处理, 用户按规定的要求使用, 标准气体在有效期内是稳定的, 用户可放心使用。[2]
标准气体配制分类
在火灾自动报警器、呼吸器、传感器和火灾现场易燃、易爆、有毒、有害气体快速检测仪器及其它消防产品的研究、开发和生产中, 经常需要配制一系列物质的标准气体, 用以对产品进行检测和校准; 在火灾现场易燃、易爆、有毒、有害气体物质快速检测中, 需要一定浓度的标准气体, 作为制作列或浓度标尺的标准;[3]
在火灾原因调查中, 研究和应用一种气态物证的分析鉴定方法时, 需配制一定浓度的被检测物质的标准气体, 以试验不同采样仪器的采样效率或不同吸收液的吸收效率和鉴定方法的准确性、可靠性。因此, 配制一定浓度的标准气体是消防产品研究、开发、生产和消防工作的一个重要环节。而标准气体的配制又不同于液体标准物质的配制, 有一定的难度。因此, 本文将重点介绍几种所用仪器, 设备简单, 易于操作, 特别适用于消防产品研制、生产和消防实际工作的标准气体的配制技术。
标准气体是指气体状态的标准参比物质, 包括高纯度标准气体和混合标准气体, 配气主要是指配制混合标准气体。混合标准气体是由已知含量的一种或多种组分的气体混合到另一种不与其发生反应的背景气体中而制成。标准气体的配制技术主要包括静态配气技术和动态配气技术两大类。
标准气体静态配气
静态配气[4]
是把一定量的液体或原料气加到已知容积的稀释气体的容器中, 混合均匀。根据所加入的液体或原料气的量和容器的容积, 即可计算出所配制标准气体的浓度。常用的静态配气技术有以下几种。
1. 大瓶子配气法
将大容积的玻璃瓶或聚乙烯塑料瓶洗净、烘干, 充入干净空气代替瓶中原有气体后, 抽成负压, 再充入一定量的液体或原料气。若原料在下是气体, 用气体定量管加入(见图1) , 充入干净空气至常压。若原料是挥发性液体, 可在一个小安培瓶中称取一定量的液体,放入大瓶中, 抽气使成负压, 再摇碎安瓶, 待液体挥发后, 再充入干净空气到常压。
大瓶子配气法所制得的标准气体的浓度, 可根据加入原料气的浓度或液体的量及大瓶子的容积求得: 当加入瓶中的是原料气时, 按下式计算:
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式中:V 1: 原料气的体积(mL ) ;
L: 原料气的浓度(ppm ) ;
V 0: 大瓶子的容积(L ) ;
Z: 所配气体的浓度(ppm ) ;
当加入瓶中的是挥发性的液体时:
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式中: t: 气体的温度(℃) ;
m: 加入液体的量(g) ;
M : 液体的(g&mo l) ;
Z 和V 0 同上式。
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用大瓶子配气时, 由于器壁的, 配成的标准气体的实际浓度往往比计算值低。为避免这种影响,可以将第一次配好的气体放置一段时间后抽掉, 再进行第二次配气。这样可以减小瓶壁的吸附作用。
如果需要浓度更低的气体, 在大瓶子中配气后, 可用抽真空法再进行稀释。例如, 将大瓶子中的气体压力抽至原有压力的一半, 然后再充进干净空气至原来的压力, 即可得到原来浓度一半的标准气体。
2. 注射器配气法
对于需气量较小的工作, 用注射器配气是很方便的。取两个大小不等的注射器, 大注射器一般用100 毫升的, 小注射器根据配气情况而定。配气时, 在大注射器中放一小金属片, 将活塞推入, 再用小注射器取一定量的原料气, 将两注射器按图2 连接, 把小注射器的气体推入大注射器, 去掉小注射器和橡皮帽, 抽动大注射器活塞, 用干净空气将气体稀释到100 毫升, 摇动注射器中的金属片, 使气体混合均匀, 即得到较低浓度的标准气体。稀释后的浓度可根据稀释前后气体体积计算出来。如果一次稀释达不到要求, 还可进行第二次、第三次稀释…。进行再次稀释时, 只要将大注射器中配好的气体推出一部分, 然后吸入干净空气进行稀释, 即可得到更低浓度的标准气体。
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3. 塑料袋配气法
用100 毫升注射器或通过湿式流量计将一部分空气注入内, 然后按图3 连接一个事先装入原料气的气体定量管。继续通气将定量管中的原料气压入塑料袋中, 稀释至一定体积。用手揉捏塑料袋, 使气体混合均匀。根据加入原料气的体积和塑料袋的充气体积求出标准气体的浓度。这种配气方法的特点是: 塑料袋可大可小, 因而配气量的大小不受容器的容积大小的限制。
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标准气体的静态配气技术虽有仪器设备简单,便于操作的优点,但因其配气量少,并且取气过程中浓度会发生改变, 所以对需气量较大或通气时间较长的工作就不适应了, 就要采用动态配气技术配制标准气体。
标准气体动态配气
动态配气技术就是能连续不断的配制和供给一定浓度的标准气体。用动态配气技术配制标准气体时, 首先需要一个能连续不断供给原料气的气源, 作为这种配气方法的气源有钢瓶标准气和渗透管等。
在消防实际工作中, 所用标准气体的浓度有时需要大, 有时需要小。钢瓶标准气虽有不同浓度的规格供应, 但购置各种浓度的标准气体, 不仅代价太高, 而且不一定能及时办到。较好的办法是购置一个浓度较高的标准气瓶, 需要低浓度标准气体时, 用钢瓶标准气作原料气,(由低压空气钢瓶或空压机供给) 作稀释气, 将它们按图4 连接, 就可从取气口得到所需浓度的标准气体。
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所配制的标准气体的浓度, 可用改变原料气及稀释气的流量比进行调节, 并可按下式计算:
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式中: z: 所配标准气体的浓度(ppm) ;
L: 钢瓶标准气的浓度(ppm ) ;
Q s: 钢瓶标准气的流量(L &m in) ;
Q a: 压缩空气的流量(L &
用此法配气时, 在的管路中应安装选择性过滤器(净化器) , 以除去空气中影响配气纯度的杂质。此外配气出口的总流量应略大于用气口的流量, 以保证所配气体的浓度与纯度。
(1) 渗透管及的测定
渗透管是动态配气法中的另一种气源, 其结构见图5。
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在安培瓶1 中装入产生原料气的液体( 如汽油等) , 用不锈钢加固环3将塑料帽2和安培瓶1 的颈部紧封牢固, 塑料帽的上端是比较薄(壁厚在1 毫米以下) 的渗透面4。由于原料液体的挥发性,使安培瓶中有一定, 气体分子在蒸气压力的作用下, 通过渗透面向外渗透。单位时间的渗透量叫。
在一定温度下,渗透率的大小决定于渗透面的厚度和面积的大小等因素。渗透面越大, 壁越薄, 渗透率就越大。制作时, 就是通过改变渗透面积和厚度的办法, 以获得不同渗透率的渗透管。
任何渗透管在使用前都必须知道其渗透率。渗透率的测定方法是: 在一干燥瓶的底部装入粒状氢氧化钠, 上面盖一层纱网, 将渗透管放入干燥瓶中的纱网上。加盖后, 渗透出来的气体(汽油蒸气) 就会被氢氧化钠吸收。由于液体的蒸气压与温度有关, 所以渗透率也随温度改变而改变。因此, 在测定渗透率时, 必须将干燥瓶放入中, 温度控制精度要达到±011℃。在恒温放置过程中, 每隔一定的时间(至少12 小时) 用快速称量一次(必须在10 分钟内称完) , 相邻两次的重量差就是渗透管在该时间段的渗透量。测出渗透量后, 就可用下式求出该渗透管的。
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式中: G:渗透率(Lg&m in) ;
: 相邻两次称量的重量差(mg) ;
△S: 相邻两次称量的时间间隔(min) ;
实际测定时, 记录一系列称量和, 用上式计算并求其平均值。或以称量数据为纵坐标, 时间为横坐标, 绘制渗透率的特性曲线, 所得即为渗透率。
(2) 动态配气装置
用已知渗透率的渗透管配制标准气体的装置如图6 所示。
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将渗透管放在气体发生瓶中, 再将气体发生瓶放入中, 恒温水浴的温度要与测定渗透率时的温度相同(一般为25±1℃) , 这样就可不作温度校正。
稀释气() 经硅胶、活性炭和氢氧化钠净化器2除去水分和杂质后, 再经和流量计3 进入7 (即) 中, 将渗透出来的气体分子带出, 就得到标准气体。标准气体的浓度可由下式求出(在25℃和一个下)。
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式中: z: 所配标准气体的浓度(ppm) ;
G: 的(Lg/min) ;
M : 液体的(g/) ;
Q: 的流量(L/min) ;
VM : 配气状态下气体的(L/mol)。
标准气体配制方法
包括气体的发生, 一定体积或一定质量物质的量取及用空气稀释至一定浓度等步骤。
由于各种物质的物理、不同, 它们的存在形式各异, 因此, 获得标准气体的方法也不相同。对于以液体状态存在的挥发性较大的物质, 可利用液体的挥发作用来制取。此外, 也可以利用化学反应来制取。
用后一种方法所产生的气体常常含有杂质, 需先用适当的方法后, 贮存到适当的容器中, 测定浓度后备用。表1 列出了一些常见气体的发生方法。
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无论用什么方法产生的标准气体, 通常都要收集到适当的容器中保存。生产厂家一般都是将其压入钢瓶或玻璃钢瓶中, 并用清洁气体稀释成一定浓度, 作为商品出售。在生产车间或实验室中可用玻璃容器、或注射器临时保存。但要注意, 被贮存的气体不能与容器发生化学作用, 也不能通过器壁或缝隙漏掉。
用上述方法所获得的标准气体, 浓度一般都比较大, 不宜直接作为标准气体使用, 而是把它作为原料气, 通过适当的方法配制成所需浓度的标准气体
标准气体选择
标准气体主要用于校准,评价气体分析方法以及对未知含量的混合气体进行标定并赋予量值.为了保证标准气体在使用过程中尽量减少引人的,以获得准确可靠的数据.作为用户则应当树立标准气体就是计量器具的观念,明确选择标准气体的原则,以保证测量数据的可靠.一般而言,在选择标准气体时有以下四点要求:
1、编号 确认该标准气体是否具有定级证书和，并持有国家质量监督检验检疫总局的统一编号，一级标准气体为GBW纟XXXXXX，二级标准气体为GBW（E）XXXXXX，必要时可向全国标准物质管理委员会办公室查询。
2、组成标准气体的组成与被测样品相同或相近，对某些原理的分析方法（有些物质不同的分析方法因其分析的机理不同，分析结果有所差异）组成不同会产生差异，但是出于被测对象的纷繁及标准气体品种所限，有时难于做于完全一致，在这种况下应选择组成尽可能相近的标准气体，并通过可告方法考核其定量的准确性。
3、含量 一般为，通常采用进行定量，在确定通过原点并成线性以后，也可以用单点校正法定量，但含量最好与被测样品含量相近，以尽量减少由于线性不好而引起的，特别对线性范围比较窄的测量法，此点龙为重要。当含量不能做到充分接近时，最好在被测样品两侧各选择一个标准气体，分别测定后取平均值作为测量结果。
4、不确定度标准气体一旦选择，其不确定度对被测组分的结果而言就成为。因此，从不确定度合成的角度考虎虑，不确定度越小越好，如果其数值比预期分析结果小三倍，则可忽略不计。
标准气体分析方法
分析标准气体的方法很多，但常用的主要有：、化学发光法、非红外法以及用于微量水和微量氧分析的其他方法。
气相色谱法适用于氢气、、、、、一氧化碳、二氧化碳等，甲烷、、、及C3以上的绝大部分有机气体的分析。通过、浓缩法、反应法等样品处理技术的应用，分析的含量范围为10-9~99.999%。所以，气相色谱法也是分析标准气体中应用最多、最普遍的方法。
化学发光法　　　化学发光法是利用某些化学反应所产生的发光现象对组分进行分析的方法，具有灵敏度高，选择性好，使用简单方便、快速等特点。因些，适用于硫化物、、氨等标准气体的分析。
非红外分析法　　　非色散红外是利用不同的气室和检测器测量混合气体中的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氨、甲烷、、、、等组分的含量。非色散红外气体分析器主要由、试样室、滤波器、、检测器、放大器及数据显示装置组成。
在高纯气体的分析中，几乎所有的（高纯氧除外）中都要求准确测定其中微量氧的含量。由于大气中含有大量的氧，准确测定高纯气体中微量氧乃至痕量氧，是气体分析中的难点之一。随着气体工业和仪器工业技术的不断进步，国内外分析仪器厂家已生产出不同原理的微量氧分析仪
标准气体比对方法
为了保证所制备的标准气体量值的准确性和可比性，应经常进行量值比对。比对的形式有方法比对、实验室之间的比对、国际比对等。
方法比对，最常见的是用制备的标准气体。为了防止称量时的流失，通常采用进行分析比对，以保证制备的标准气体的在合理的范围内。一般说来，重量法制备标准气体的不确定度优于1%，如果用气相色谱法分析，比对结果偏差优于2%，应逐级查找原因，以保证量值的准确性。实验室之间的比对、国际比对应由牵头实验室与二、三个提名比对实验室与二、三个提名比对实验室拟定详细的比对技术方案。　　比对的技术方案应包括：　　1、样品的详细描述；　　2、运输过程的注意事项；　　3、比对实验室在接收样品时应采取的措施；　　4、比对开始前应进行的检验，如压力等；　　5、比对分析时使用标准的条件；　　6、比对结果的说明；　　7、如何估处；　　8、参加比对的每个标准对单的；　　9、比对结果与牵头实验室沟通的时间表；　　10、比对经费；　　11、比对结果的报告格式。
标准气体比对结果
参加比对的实验室必须尽可能快地向牵头实验室报告比对结果，最迟在比对测量完成后六个星期将测量结果、以及所需信息，以技术方案中给出的比对结果的报告格式交给牵头单位。
标准气体注意事项
1、可燃气体的爆炸限
从安全的角度出发，在制备标准气体之前，必须对标准气体混合的可行性进行研究。特别要考虑各组分气体的，在制备由可燃气体和氢气（或）组成的标准气体时，要注意组分是否超过爆炸限的问题。否则在制备过程中，可能发生爆炸事故。
爆炸限是的重要技术数据。在配制含有可燃气体组分的标准气体前，必须了解该组分的爆炸限，以确保安全
2、气体的及其他性能
要了解各组分的饱和蒸气压及其他性能，考虎是否会产生冷凝作用、标准气体中组分与同僻壁材质之间的作用、各组分间的反应等。
3、标准气体中组分之间的反应
标准气体在制备之前，应考虑标准气体中各组分间是否发生化学反应（即化学稳定性问题），实际上必须搞清楚哪些气体组分不能化学匹配，否则，制备出的标准气体量值不准确，甚至可能会发生爆炸事故。
4、标准气体中组分与钢瓶（容器）材料的反应
在制备标准气体之前，还应考虑组分气体与及阀门所用材质是否发生化学反应（如氧化、腐蚀、吸附等）问题，以便保证标准气体的稳定性。依据组分气体与包装容器材质的相容性，选用不同材质的钢瓶和瓶阀来储装标准气体。
另外，在往气瓶中充入每一个组分之前，配气系统各管路应抽成真空，或者用待充的组分气体反复进行增压—减压来置换清洗阀门和管路，直到符合要求为止。为了避免先稳量的组分气体的损失，在往气瓶中充入第二个组分时，该组分气体的压力应远高于气瓶中的压力。为了防止组分气体的反扩散，在充完每一个组分后，在的整个期间应关闭气瓶阀门，然后进行称量。
标准气体种类
　　仪器仪表校准气　　可燃气体报警标准气　　杀菌气　　电力工业标准气　　检漏示踪标准气　　环境监测标准气体　　电子标准气体　　车辆尾气检测标准气　　检验检疫标准气体　　燃气具测试标准气体　　VOC测定标准气体　　低浓度活性组分标准气　　医疗医用标准气体　　激光标准气 电光源标准气
标准气体标准气体的标准状态
标准气体是引有气体工业名词，标准气体属于标准物质。标准物质是高度均匀的，良好稳定和量值准确的测定标准，它们具有复现，保存和传递量值的基本作用，在物理，化学，生物与工程测量领域中用于校准测量仪器和测量过程，评价测量方法的准确度和检测实验室的检测能力，确定材料或产品的特性量值，进行量值仲裁等。
标准气体的—— 标准气体是物质的一个态。气体与液体一样是流体：它可以流动，可变形。与液体不同的是气体可以被压缩。假如没有限制（容器或力场）的话，气体可以圹散，其体积不受限制。标准气体气态物质的原子或分子相互之间可以自由运协。气态物质的原子或比较高。标准气体有实际气体和之分。标准气体理想气体被假设为气体分子之间没有，气体分子自身没有体积，当实际气体压力不大，分子之间的平均距离很大，气体分子本身的体积可以忽略不计，温度又不低，导致分子的平均动能较大，分子之间的吸引力相比之下可以忽略不计，实际气体的行为就十分接近理想气体的行为，可当作理想气体来处理。以下内容中讨论的全部为理想气体，但不应忘记，实际气体与之有差别，用理想气体讨论得到的结论只适用于压力不高，温度不低的实际气体。
标准气体理想气体方程标准气体遵从是理想气体的基本特征。理想气体状态方程有四个变量——气体的压力P、气体的体积 V、气体的物质的量N以及温度T和一个常量（气体常为R）,只要其中三个变量确定，就处于一个状态，因而该方程叫做理想气体装态方程。标准气体温度T和物质的量N 的单位是固定不变的，分别为K和，而气体的压力P和体积V的单位却有多种取法，这时，状态方程中的常量R的取值（包括单位）也就跟着改变，在进行运算时，千万要注意正确取用R值：P的单位V的单位R的取值（包括单位）
标准气体标准气体不确定度的定义
标准气体在研制过程中的质量如何，在分析比对方法中分析误差如何．标准气体在有效期内稳定性如何以及瓶内压力降低后的影响如何．均需要用来评价。由于不确定度是评价标准气体研制水平的指标，是判定标准气体质量的依据。
标准气体不确定度的定义[5]
作为定量属性的不确定皮概念在广泛意义上是指测量结果的不肯定． 也可以理解为：测量结果带有的一个参数，用以表征合理赋予被测盘值的。测盐不确定度一般包含若干分盐，其中一些分量可用测量列结果的评定，并以实验标准　　偏差来表征，也被称为A 类分量、A 类评定或A 类；另一些分量也可用标准偏差来表征的成分，是基于经验或其它信息的取定估算出来的，被称为B 类分量、B 类评定或8 类不确定度．而展伸不确定度般最多给出二位，中间计算的不确定度可多取位。在实际工作中理解不确定度的商念、正确运用估计不确定度的方法，往往可以使我们得到个有意义的测量结果。
标准气体在进样中的注意事项[6]
标准气体的特殊性，对采样有着特殊的要求，很多使用者由于采样的不规范，使得数据偏差很大，在这里我提供样品取样应该注意的几个方面：
1、取样管线的选择，由于胶管使用起来很方便，很多传统的进样管线都采用此类，但是众所周知，胶管对大部分有机气体，和含硫类的气体吸附性非常强，而且它的渗透性也很强，所以使用各类胶管来采样是不可取的，对分析数据造成很大偏差。建议根据不同的气体性质采用铜管、不锈钢管、而对于含硫的标准气和样品气最好采用内涂石英的不锈钢管。　　2、样品气的置换，由于标准气都要经过和管线后才能取样，要准确取样必须将减压器和管线进行充分的置换，这种置换不是简单意义上的吹扫。因为减压器的很大，不断将钢瓶阀打开关闭反复3次以上，每次将减压器里的气体排尽，然后再吹扫系统才能正确取样。
3、进样管线的气密性，进样管线的泄漏，对样品的数据的准确性有很大影响，对低浓度氧气的影响更大。所以一定要严格检查取样管线的气密性。　　4、试图从标准气体钢瓶中把标准气取到取样袋或其他容器中，然后再从容器中取样分析，是最不可取的，这样造成了。使得样品气的数据不能真实的表现出来。
．标准气体[引用日期]
．万方数据[引用日期]
．北京标准物质网．[引用日期]
．万方数据[引用日期]
．标准气体[引用日期]
．标准气体[引用日期]