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電光源照明混合氣體的正確驗(yàn)收方法
2011-10-28 13:41:55
摘要：采用壓力法驗(yàn)收電光源混合氣體是不科學(xué)的，而采用稱重法進(jìn)行驗(yàn)收，僅需要簡(jiǎn)單的精密稱重設(shè)備和簡(jiǎn)易操作就可以進(jìn)行較為科學(xué)準(zhǔn)確的驗(yàn)收，便于日常生產(chǎn)進(jìn)貨監(jiān)測(cè)。不但可以對(duì)氣體的總量進(jìn)行檢驗(yàn)，而且也能對(duì)簡(jiǎn)單的混合氣體配比是否準(zhǔn)確做出判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體的質(zhì)和量同時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收。
關(guān)鍵詞：電光源，鹵素氣，混合氣體，稱重法，壓力法
1、什么是正確的驗(yàn)收方法
電光源用混配氣體各組分比例的準(zhǔn)確性會(huì)對(duì)燈的各方面性能產(chǎn)生較大影響，而且也會(huì)大幅影響購買氣體的成本（如貴重氣體含量較低，那對(duì)于使用方則是很大損失）。使用稱重法可以簡(jiǎn)單的在精確度不高的情況下大致判斷主要?dú)怏w組分的含量情況。實(shí)現(xiàn)氣體原料的簡(jiǎn)單質(zhì)控。
目前普遍采用的壓力法驗(yàn)收氣體是不科學(xué)、不正確的，會(huì)導(dǎo)致高估氣體貨值，造成經(jīng)濟(jì)損失，增加企業(yè)成本并直接影響產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)今驗(yàn)收氣體含量的一般方法為壓力法測(cè)定，即在裝上減壓器后打開瓶閥觀察進(jìn)氣口壓力表，以判斷氣體的量準(zhǔn)確與否。但是壓力法存在許多影響因素，會(huì)干擾判斷，無法真正判斷氣體組分與真正含量正確與否，原因主要有：
(1)、即使壓力足夠高也不能真正證明有效組分氙氣、氪氣等含量充足，如在氣瓶中含有過多較為廉價(jià)的氮?dú)獾葰怏w就會(huì)使得鋼瓶壓力升高許多，但是氙氣、氪氣等并不一定滿足要求的比例；
(2)、不同氣體壓縮比有明顯差異，重氣體（如氙氣等）較容易壓縮甚至?xí)谑覝剌^低時(shí)液化，壓力與氣體含量不呈正比，使用前期壓力變化并不明顯，呈非線性；
(3)、壓力與溫度關(guān)系密切，會(huì)隨著溫度升高而升高，相反，在溫度較低時(shí)也會(huì)相應(yīng)降低；
(4)、壓力表是彈簧結(jié)構(gòu)，需要在專業(yè)計(jì)量機(jī)構(gòu)定期校準(zhǔn)，否則隨著彈簧出現(xiàn)疲勞，減壓閥內(nèi)部隔膜老化出現(xiàn)泄漏，壓力顯示都會(huì)不準(zhǔn)確。
綜上所述，壓力法判斷氣體的配比與含量是不科學(xué)、不正確的。只有氣體質(zhì)量（重量）才是準(zhǔn)確計(jì)量氣體含量的準(zhǔn)確科學(xué)方法，因?yàn)椴煌臍怏w的標(biāo)準(zhǔn)密度是不一樣的，所以根據(jù)質(zhì)量可以準(zhǔn)確的判斷氣體含量與配比。
采用壓力法等不準(zhǔn)確驗(yàn)收方案對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)成本會(huì)造成大幅不良影響。對(duì)于生產(chǎn)成本的影響我們可舉例如下：一瓶1 m3標(biāo)稱含氙50%、含氪40%、含氮10%的氣體，按照氙氣120元/L，氪氣12元/L，氮?dú)夂雎圆挥?jì)，不計(jì)算混配設(shè)備折舊、人工與混配時(shí)的損耗的情況下，氣體原材料花費(fèi)為(120×0.50+12×0.40) ×1000=64800元/瓶，而如果實(shí)際含氙量?jī)H為30%、含氪60%、含氮10%，那么實(shí)際氣體原材料貨值僅為(120×0.30+12×0.60) ×1000=39600元，氣體價(jià)值減少25200元。如果對(duì)于實(shí)際含氙量?jī)H為30%、含氪60%的氣體，如果用含氙50%、含氪40%的氣體價(jià)格來購買，對(duì)于電光源生產(chǎn)企業(yè)來說，實(shí)際氣體進(jìn)貨成本上升了近25200元/瓶，按照真實(shí)貨值計(jì)算實(shí)際使用者多支付了63.6%的貨款！如果使用稱重法來監(jiān)測(cè)和驗(yàn)收，則能夠比較準(zhǔn)確地保證氣體的質(zhì)量、數(shù)量與成本，減少不必要的損失。
2、稱重驗(yàn)收方法的原理
根據(jù)阿伏伽德羅定律，同溫同壓同體積的氣體含有相同的分子數(shù)。因此，對(duì)于不同分子量的氣體，在同溫同壓時(shí)的密度也不相同。因此在知道某一溫度下一種混配氣體的組成比例與在該溫度時(shí)各種組分氣體的標(biāo)準(zhǔn)密度，忽略偏摩爾體積等因素的影響后，就可以粗略的計(jì)算出該種氣體的量。反過來，我們也可以根據(jù)氣體的質(zhì)量和體積來計(jì)算2種主要成分的混配氣體比例，或3種及以上主要組分混合氣體的大致組成比例范圍，精確度能夠達(dá)到3%以內(nèi)。
3、設(shè)備
德國(guó)賽多利斯Sartorius IW2P1-30ED-B 工業(yè)用電子平臺(tái)秤，量程30kg ，計(jì)量認(rèn)證精度10g ；
或 瑞士梅特勒-托利多 Mettler-Toledo WS-30R或 WS-30RS(不銹鋼)電子平臺(tái)秤，量程30kg ，計(jì)量認(rèn)證精度10g ；
對(duì)于40L 大鋼瓶，Sartorius IW2P1-150ED-B，或Mettler-Toledo WS-150L 或 WS-150LS(不銹鋼)電子平臺(tái)秤，計(jì)量認(rèn)證精度50g 。
注：對(duì)新購買的計(jì)量器具，使用單位須請(qǐng)國(guó)家相關(guān)計(jì)量部門檢定后方可合法使用，在使用中須按照計(jì)量部門要求定期檢定。
4、操作步驟：
(1)、電子臺(tái)秤安置于無風(fēng)無強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中，放置在平坦地面上，調(diào)整秤盤達(dá)到水平后，通電打開開關(guān)預(yù)熱，電子秤自檢通過顯示平穩(wěn)后，按去皮鍵將顯示數(shù)字清零。
(2)、將裝滿氣體未使用的鋼瓶去除瓶帽，輕輕直立置于臺(tái)秤臺(tái)面正中央，待顯示數(shù)字穩(wěn)定后，將數(shù)字記錄，即為m滿，單位為kg。切忌大力將氣瓶置于秤盤之上，以免損壞秤盤與傳感器。
(3)、在該瓶氣使用完畢后，對(duì)鋼瓶進(jìn)行抽真空處理，壓力表顯示負(fù)壓，瓶?jī)?nèi)氣體基本抽空后，關(guān)緊閥門，卸下氣瓶。
(4)、將氣瓶卸下后，按照步驟1-2稱量抽空的氣瓶，記錄數(shù)據(jù)即為m空，單位為kg。
5、數(shù)據(jù)處理：
(1) Kr+N2混合氣
1000ppm以下的鹵素對(duì)質(zhì)量影響小于千分之三，故忽略。
Kr氣所占的比例XKr=[(m滿-m空) ÷V氣-1.153] ÷2.316
公式中：m滿=滿瓶質(zhì)量（單位為kg），m空=抽空瓶質(zhì)量（單位為kg），V氣=購買的氣體的總體積（單位為立方米，即瓶中所裝氣體在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積）
1.153kg/m3為N2在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度，3.4688 kg/m3為Kr在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度，兩者密度差為2.316kg/m3。
計(jì)算即得Kr在該瓶氣體中的大概含量。
例一、 某燈廠新購買一瓶1立方米（21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下計(jì)量）的標(biāo)稱為90%Kr+10%N2的鹵素氣體（用10L 鋼瓶裝），入庫前稱得鋼瓶質(zhì)量為17.06kg ，去掉壓力表，抽真空，關(guān)好鋼瓶稱重得重量為14.12kg ，假設(shè)氣體的體積準(zhǔn)確為1 m3，試判斷氣體組分是否合格。
解：X氪= [(m滿-m空) ÷V氣-1.153]÷2.316= [(17.06-14.12) ÷1 -1.153]÷2.316=77.16%
則可知，如果該瓶氣1m3體積準(zhǔn)確，那么其Kr氣含量?jī)H為77.16%，低于90%超過5%，不合格。
(2) Xe+N2混合氣
1000ppm以下的鹵素對(duì)質(zhì)量影響小于千分之三，故忽略。
Xe氣所占的比例X氙=[(m滿-m空) ÷V氣-1.153] ÷4.319
公式中m滿=滿瓶質(zhì)量（單位為kg），m空=抽空瓶質(zhì)量（單位為kg）, V氣=購買的氣體的總體積（單位為立方米，即瓶中所裝氣體在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積）
1.153 kg/m3為N2在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度，5.472 kg/m3為Xe在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度，兩者密度差為4.319 kg/m3。
計(jì)算即得Xe在該瓶氣體中的大概含量。
例二、 某燈廠新購買一瓶1 m3（21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下計(jì)量）的標(biāo)稱為90%Xe+10%N2的氣體（用10L 鋼瓶裝），入庫前稱得鋼瓶質(zhì)量為19.08kg，使用完畢后抽真空關(guān)好鋼瓶閥門后稱重得重量為14.02kg ，假設(shè)氣體的體積準(zhǔn)確為1 m3，試判斷氣體組分是否合格。
解：XXe=[(m滿-m空) ÷V氣-1.153]÷4.319= [(19.08-14.02) ÷ 1-1.153]÷4.319=90.46%
則可知，如果該瓶氣1 m3體積準(zhǔn)確，那么其Xe氣含量為90.46%，接近于90%，相差不超過5%，合格。
(3) Xe+Kr+N2混合氣
三種主要?dú)怏w，僅靠簡(jiǎn)單稱重法無法確定每一種氣體的含量，但可以初步估計(jì)Xe，Kr等稀有氣體是否偏少，1000ppm以下的鹵素對(duì)質(zhì)量影響小于千分之三，故忽略。
簡(jiǎn)化計(jì)算式得使用的氣體應(yīng)有質(zhì)量：
m應(yīng)=[5.472×X氙+3.4688×X氪 +1.153 (1-X氙-X氪)] ×V氣
公式中m滿為滿瓶質(zhì)量（單位為kg），m空為抽空瓶質(zhì)量（單位為kg），V氣=購買的氣體的總體積（單位為立方米，即瓶中所裝氣體在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積），X氙為該混合氣中氙氣所占百分比，X氪為該混合氣中氙氣所占百分比。
1.153 kg/m3為N2在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度，3.4688 kg/m3為Kr在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度，5.472 kg/m3為Xe在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度。
上式左側(cè)計(jì)算得到的結(jié)果為嚴(yán)格按照配方配置的氣體的被用掉的大致質(zhì)量，如果您使用前和使用并抽空后的鋼瓶質(zhì)量差（m滿-m空）明顯小于計(jì)算得到的量m應(yīng)，可認(rèn)為Xe或Kr等重稀有氣體的含量較配方偏低。
例三、 某燈廠新購買一瓶1 m3（21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下計(jì)量）的標(biāo)稱為50%Xe+40%Kr+10%N2的氣體（用10L 鋼瓶裝），入庫前稱得鋼瓶質(zhì)量為17.90kg ，使用完畢后抽真空，關(guān)好鋼瓶后稱重得重量為14.20kg ，假設(shè)氣體的體積準(zhǔn)確為1 m3，試判斷氣體組分是否合格。
解：使用的氣體應(yīng)有的質(zhì)量為
m應(yīng)=5.472 × X氙+3.4688× X氪 +1.153 (1-X氙-X氪) =4.24kg
而m滿-m空= 17.90-14.20=3.70kg
實(shí)際使用的氣體質(zhì)量比應(yīng)有的氣體質(zhì)量少了(4.24-3.70)/4.24=0.127=12.7%
如果氣體的體積準(zhǔn)確為1 m3，則說明Xe氣含量偏少。
(4) Kr+Ar混合氣
用于節(jié)能燈。一般使用40L 大瓶，要求使用量程150kg 的臺(tái)秤。
Kr氣所占的比例X氪=[(m滿-m空)÷V氣-0.606]÷2.863
公式中：m滿=滿瓶質(zhì)量（單位為kg），m空=抽空瓶質(zhì)量（單位為kg）
V氣=購買的氣體的總體積（單位為立方米，即瓶中所裝氣體在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積），
0.606kg/m3為Ar在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度，3.4688 kg/m3為Kr在21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的密度，兩者密度差為2.863 kg/m3。
計(jì)算即得Kr在該瓶氣體中的大概含量。
例四、 某燈廠新購買一瓶5m3（21.1攝氏度 、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下計(jì)量）的標(biāo)稱為30%Kr+70%Ar的鹵素氣體（用10L 鋼瓶裝），入庫前稱得鋼瓶質(zhì)量為55.20kg ，使用完畢后抽真空，去掉壓力表，關(guān)好鋼瓶稱重得重量為48.30kg ，假設(shè)氣體的體積準(zhǔn)確為5 m3，試判斷Kr含量是否合格。
解：Kr氣所占的比例X氪=[(m滿-m空) ÷V氣-0.606]÷2.863= [(55.20-48.30) ÷5-0.606]÷2.863=0.2703= 27.03%
則可知，如果該瓶氣5 m3體積準(zhǔn)確，那么其Kr氣含量為27.03%，接近于30%。
注：所占的比例均表示為小數(shù)，如30%，即0.30。
6、總結(jié)
因?yàn)槟壳捌毡椴捎玫膲毫Ψ?yàn)收氣體是不科學(xué)、不正確的，會(huì)導(dǎo)致高估氣體貨值，增加企業(yè)成本并直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以建議應(yīng)該通過本文所建議的稱重法來驗(yàn)收混合氣體。
通過簡(jiǎn)單稱重法來準(zhǔn)確驗(yàn)收混合氣體的含量與配比，對(duì)生產(chǎn)與原料質(zhì)量控制與生產(chǎn)成本控制具有參考與指導(dǎo)意義，能夠避免高估貨值所造成的經(jīng)濟(jì)損失，保證光源產(chǎn)品質(zhì)量。該方法操作簡(jiǎn)便，快捷，成本低（一臺(tái)梅特勒-托利多或賽多利斯的世界著名品牌電子臺(tái)秤僅需不到5000元）。計(jì)算中將相對(duì)于系統(tǒng)誤差來說對(duì)結(jié)果影響并不是很大的一些因素進(jìn)行了簡(jiǎn)化和省略，使得計(jì)算過程較為簡(jiǎn)單，易于掌握。
如光源生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)⒃摲Q重法作為混合氣的驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)流程，會(huì)大大降低實(shí)際生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
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