气体发生器可以制备色谱、质谱分析检测时的燃料，是实验室常用设备之一，主要有空气发生器、氢气发生器和氮气发生器三种。三种气体发生器的产气原理和注意事项又分别是什么呢?
空气发生器
原理
空气发生器是利用压缩机对气体进行压缩，贮藏在贮气罐内，方便日后使用。空气压缩器主要由压缩机、储气罐、过滤器、干燥器等组成。主要是把空气中的水分、油渍等杂质过滤出去，经过稳压装置，输出稳定、干净的空气。空气发生器用于国内外各种型号气相色谱仪、火焰光度计，它取代钢瓶使您的工作更加方便。
使用注意事项：
1、为了确保气体纯度，空气发生器每工作1000小时，需要更换活性炭一次(活性碳为20-40目，铅笔芯式);
2、空气发生器工作过程中压缩机不启动，热保护继电器启动，说明压缩机温度过高，待冷却后即可自动恢复正常;
3、进气口过滤器需定期清洗(周期视室内粉尘情况而定，可用超声波清洗)以保持进气通畅,否则易引起压缩机工作负载增大并发热,温度过高时会发生过热保护而导致停机;
4、从观察窗观看变色硅胶的情况，用户可根据需要更换新的硅胶，或进行干燥处理;
5、因空气发生器压缩机是感性负载，通断电时的瞬时电流比正常工作时高数倍，较易熔断保险，应选用8A保险管;
6、由于空气发生器压缩机为开路工作方式，故润滑油会随水排出机外，造成消耗，所以在使用一年后适当给压缩机加润滑油，加油口在压缩机出气口旁边(或从进气口亦可)，建议加18号冷冻机油200克;
7、为避免机内存水过多，影响空气纯度，所以，每次关机前需按下排水开关数秒钟即可。(可将排水口接入塑料瓶中避免水外溅)，每日排水不得少于一次。
氮气产生器
原理
压缩空气经压缩后进入冷干机降温脱水，在经过过滤器除油、除尘，然后进入装有碳分子筛的吸附塔，选择性地吸附掉氧气、二氧化碳等杂质气体组分，产生高纯度氮气。
氮气发生器的工作原理大致分为三种：以电化学分离法和物理吸附法相结合的方式;采用中空纤维膜分离和采用气相色谱技术用新型合成分子筛分离。
各种工作原理的注意事项
电化学分离法和物理吸附法：
采用这种原理产生的氮气存在的问题很多。主要的问题有：
1.加KOH水溶液的氮气发生器所产生的氮气中含水量高且带有一定腐蚀性。
2.存在返液现象。
3.氮气纯度偏低，对色谱仪的热导检测器的热敏元件会造成氧化，时间一久热导检测器的灵敏度降低。
鉴于存在以上三点的问题，很多色谱仪厂家、仪器经销商及维修人员均不建议使用该种原理产生氮气的发生器来做气相色谱仪载气。
采用中空纤维膜法：
氮膜系统可将廉价的空气中氮从78%提高到95%以上，高可得到99.9%的纯氮。该氮气发生器可以用于气相色谱仪做载气，仅适用于分析组分成分要求不高的行业。
采用气相色谱技术用新型合成分子筛分离：
这是一种新型的空气分离方法，它以压缩空气为原料，合成分子筛为吸附剂，气相色谱分离吸附流程,在常温低压下,利用空气中的氧和氮在分子筛中的扩散速度不同,把氧和氮加以分离,氮气的纯度和产气量可按客户需要调节。
所产生气体流速稳定，氮气纯化彻底，产出的氮气纯度高，高可得到99.9995%的纯氮，适用于各种气相色谱检测器。该发生器可以生产出高质量和高纯度的氮气，运行稳定可靠，不需要任何化学消耗品。操作方便，可24小时无人值守。且它可以在不需任何监管和低保养的情况下无故障地运行。
综上所述，采用气相色谱分离技术用合成分子筛分离法的氮气发生器优于采用电化学分离法和物理吸附法以及中空纤维膜法的氮气发生器。它可以应用于国内外各种不同类型的气相色谱仪用作载气，是性能优良维护方便的新一代氮气发生器。
氢气发生器
原理
纯水水解，无腐蚀，纯度高(另一种方法是碱液电解，电解液为氢氧化钾或氢氧化钠，腐蚀性高，国产设备常用)。
超纯氢气钯膜纯化原理
电解采用目前膜分离技术，由红外光电反馈装置与开关电源组成的压力控制系统，使氢气的发生量根据输出的需要自动调整，维持输出流量和压力的稳定。
这种原理主要的问题有：
1.加KOH水溶液的氢发生器所产生的氢气中含水量高且带有一定腐蚀性，容易造成色谱仪调试不稳定，一旦长时间使用该氢气做载气必然造成色谱柱柱效降低。
2.利用该原理产生的氢气如果长时间使用，会造成严重的返液现象。为了防止返液，厂家设计了各种装置来尝试解决这个问题，但是均不能解决根本性的问题。毕竟它还是要加液的，一旦防返液的装置出现故障就会造成气路及色谱柱报废，严重的甚至可能导致气相色谱仪全部报废。
3.气体的纯度大多没有经过检测，虽然可以通过基线和柱子使用寿命判断其纯度，结果却是给色谱柱造成不必要的损失。所以，氢气作为辅助气还行，做载气纯度不够。在选择氢发生器时优先考虑质量有保证的厂家，也可以加装在线纯度检测装置保证气体纯度。
气体发生器与钢瓶、液氮罐的比较
音频信号发生器是测量声音信号及处理设备性能指标必不可少的仪器。目前常用的音频信号发生器普遍由单片机及外围电路组成，频率稳定。下面小编为大家介绍音频信号发生器的设计步骤与过程。
音频信号发生器设计实例分享： 针对传统音频信号发生器的缺点，本文采用一款性价比高、功耗低的ARM Cortex-M4控制芯片，制作了一台智能音频信号发生器。该发生器的频率、幅度连续可调，按步进1 Hz、1 mV线性变化，兼具频率、幅度稳定的优点；通过PC端控制面板，直接输入幅度、频率值，就能快速地得到所需要的音频信号，精度高；一改信号发生器必须近距离调试的缺点，可通过以太网直接远距离操控。 1、总体设计 该音频信号发生器采用模块化设计，通过调用各个功能模块，实现主控计算机可远距离快速控制音频信号发生器输出信号的幅度、频率值。该系统以ARM Cortex-M4为核心。 2、硬件设计 该音频信号发生器通过主控计算机的控制面板输入控制幅度、频率值的指令，通过以太网快速远距离传输到信号发生器，控制数字合成音频信号的幅度、频率值，最终通过音频输出端口输出所需音频信号。 2.1控制芯片 控制系统的核心STM32F429是以ARM Cortex-M4为内核的新型微控制器芯片，它的停止模式电流降至100μA（典型值），降低了停止模式的电流消耗，可延长便携应用电池的寿命，频率高达180 MHz，拥有市场比较好的性能和图形处理功能。该芯片包含3个12 bit A/D转换器，多达24个通道，转换速率为2.4 MSPS，在扫描模式下，自动转换在选定的一组模拟输入中进行；还包括2个12 bit D/A转换器，可独立或同时转换。同时集成了大部分存储器控制器，可外接一个高速SDRAM作为内存扩充，有很高的性价比。 2.2远距离控制电路 以太网远距离控制是整个控制系统中的一个重要部分。该发生器通过以太网与PC连接，操控PC控制面板，按照要求输入所需的幅度、频率值，通过以太网把控制命令远距离地传输给音频信号发生器，达到远程控制的目的。 该以太网接口芯片DP83848CVV是一个全功能自适应网络连接速度10/100 Mb/s的单端口物理器件，允许设备使用所需操作电源的绝对最小值，提供低功耗性能。该芯片包括一个25 MHz的时钟输出，使应用程序含有最少的外部器件，进而降低成本；同时支持10BASE-T和100BASE-TX的以太网协议，以确保与其他基于以太网标准解决方案的兼容性和互操作性。 2.3 SDRAM 同步动态随机存储器SDRAM与系统总线同步，无等待周期，而且是双存储体结构，读取效率得到成倍提高。SDRAM体积小、速度快、容量大、价格低，是比较理想的内存扩展器件。 该系统采用的SDRAM为MT48LC32M16A2P-7E，它的内存高达256 MB，在时钟频率66 MHz、100 MHz、133 MHz之间兼容，所有信号寄存在系统时钟的上升沿，自动预载，时钟使能CKE中的停用时钟提供预充电掉电和自刷新操作，在断电和自刷新模式下，包括CLK的输入缓冲区被禁用，提供低待机功耗。对每一行自动刷新的循环周期为64 ms，刷新命令一次对一行有效，发送间隔为7.812 5μs，从而提供无缝、高速、随机访问操作。A0～A11作为SDRAM的行地址线，同时A0～A7又复用为列地址线，BA0和BA1作为bank选择线，应用读、写或预充电命令。 信号采样频率为48 kHz，每个样点采用16 bit量化，如果最小频率分辨率为1 Hz，所需查表的大小为48 k×16 bit，共需48 k×16 bit的RAM空间。显然SDRAM的存储空间足够使用，也便于以后该发生器对方波、三角波等波形的扩展。 3、软件设计 整个系统采用模块化设计，除主程序外，各功能子程序分别执行PC端输入控制命令、以太网传输、SDRAM内存扩展、正弦查询表映射、数模转换等相应功能。 3.1 PC端控制 信号发生器可产生正弦波、方波、三角波等规则波形信号，本信号发生器仅以正弦波为例。 音频信号发生器的PC控制端采用Java技术，因为它可跨平台操作，具有卓越的通用性、高效性，所以设计的PC控制端具有界面友好、操作简单、成本低、容易实现等优点。 JPanel jp0，jp1； JPanel jp2，jp3； JLabel j0，j1，j2； JTextField txt1，txt2； JButton Bopen，Bclose； public TianComm（）{ jp0=new JPanel（）； jp1=new JPanel（）； jp2=new JPanel（）； jp3=new JPanel（）； j1=new JLabel（"频率（Hz）："）； //输入频率值，单位为Hz j2=new JLabel（"幅度（mV）："）； //输入幅度值，单位为mV txt1=new JTextField（10）； txt2=new JTextField（10）； Bopen=new JButton（"打开"）；//打开控制面板 Bclose=new JButton（"关闭"）；//关闭控制面板 …} 对控制界面进行操作时应注意以下事项： （1）“打开”和“关闭”按钮分别代表打开和关闭控制端； （2）频率以Hz为单位，分辨率为1 Hz，假如频率为2 000 Hz，就在频率栏填写2 000；幅度以mV为单位，分辨率为1 mV，假如需要1 V，则在幅度行输入1 000，然后按回车键即可。 3.2数字合成音频信号 直接采用数字技术合成正弦音频信号，不仅在转换速度上要优于一般电路，在合成精度上也要优于一般振荡电路，而且具有与标准频率源相同的频率准确度和稳定度。输出信号频率通常可按十进制数字选择，最高能达11位数字的极高分辨力。 信号发生部分由主机产生数字音频流，通过STM32F429自带的数模转换功能获得所需的模拟信号。在数字音频处理中，声音和数据的转换有多种方式，本设计采用脉冲编码调制（PCM），不进行压缩数据便可完成此功能，数据以常见的波形（WAVE）格式保存。关于频率设置的部分程序如下： int FreSwitch（uint16_t fre） { switch（fre）{ case 20： FreIndex=0； VS1003_SineTest（2，SIN_SAMPLE_RATE_25600，1）； //20 Hz break； case 21： FreIndex=1； VS1003_SineTest（2，SIN_SAMPLE_RATE_16000，2）； //21 Hz break； case 22： FreIndex=2； VS1003_SineTest（2，SIN_SAMPLE_RATE_40320，1）； //22 Hz break； …} 4、实物调试 整个研究过程通过了模拟试验及系统软硬件设计，最终实现预期目标。 该信号发生器的截止频率设定为20 kHz，大于20 kHz的信号都是干扰信号，通过较大幅度的衰减进行滤除，从而保证较小的信号谐波失真。 接通电源后，通过计算机控制信号发生器的信号频率、幅值等参数，通过以太网把控制命令字传输给发生器，发生器对控制字进行周期性扫描，频率、幅度控制字需要转换成二进制，传送到单片机STM32F429，接到命令后通过正弦查询表映射成数字量信号，通过单片机本身的数模转换功能即可得到所需的音频信号。由于输出后的正弦信号会出现失真现象，需通过滤波器进行滤波，从而得到正确的正弦信号。 通过示波器对设计的音频信号发生器发出的音频信号进行采集。 通过测试，本设计实现的音频信号发生器的基本功能达到了预期效果，其频率响应为±0.4 dB，失真度控制在0.5%，而传统音频信号发生器的失真度在20 Hz～100 Hz时≤0.8%，在100 Hz～20 kHz时≤0.5%。 5、结论 本文设计的音频信号发生器具有操作简单、信号稳定、精度高、体积小、便于携带等特点，可应用于电声器件的听音测试、扬声器的老化试验等各种音频电子测量和控制场合。通过PC控制端直接输入所需音频信号的幅度、频率值，借助以太网远距离控制，而不必每次亲临现场，也不必每次通过粗调、细调即可达到要求。通过集线器可同时输出多路相同音频信号，对多台相同仪器进行测量。利用数字合成技术合成音频信号，简化电路，具有与标准频率源相同的频率准确度和稳定度；也可合成方波、三角波等规则波形，只需在PC控制面板上添加信号类型选择项即可实现硬件的单一化、软件的多元化，节约成本。
氮气发生器是一套能提取氮气的设备，它主要应用领域为：航空航天、核电核能、食品医药、石油化工、电子工业、材料工业、国防军工和科学实验等领域。下面介绍几种氮气发生器的工作原理。
1、电化学法制氮。
在氢气电解池的阴极（产氢气一侧）通入高压空气，在催化剂作用下，氢气和氧气形成微观燃料电池，完成氧化还原反应生产水，宏观上表现即为空气中的氧气被除去，剩余氮气。这种方法可以产出最高99.995%的氮气，但有几个明显的缺陷：一需用到高浓度氢氧化钾溶液做电解液，这种强碱溶液与气体直接接触，对气体质量有潜在影响，并有随气路输出的可能性；二单位成本高，比如我公司生产的XYN-300型，标称产氮300ml/min，实际稳定使用150ml/min，不适合做大流量氮气发生器；三反应过程只去除了空气中的氧气，其它杂质气体并没有涉及，并且反应过程对电解池制作技术要求很高，不合适的电解池制作技术会造成氮气纯度数量级的降低。这类氮气发生器作为一种小流量氮气来源，总费用不过几千元，常被用于色谱载气和小容量保护，是一种低成本的解决方案。
2、膜分离制氮。
高压空气通过中空纤维膜组件，氮气分子和氧气分子的扩散速度差别积累，在膜组件输出端形成高纯度的氮气，最终形成的产品气纯度最高可达99%，气体流量>5000ml/min，并且可以累加使用，不影响产品质量，在不考虑其它限制条件的情况下，气体装置可以无限扩充。这种制氮方法膜分离制氮在工业上有不少的应用，在实验室主要用于对气体纯度要求不特别高的吹扫、保护、对氧气的置换等。这类发生器的主要优点是流量大，实验室级别产品一般在50L/min上下，并可随意扩充，同时寿命长，膜组件作为核心部件，在空气源稳定的情况下，寿命可达10年，且维护成本极低；缺点是氮气纯度不能达到高纯级，膜组件目前均为进口，国内不能提供，成本较高，仪器价格也相对高。我公司生产的氮气发生器中，型号末端带M的即为膜分离制氮产品，如XYN-5LM可供对氮气使用量在几升、几十升到几百升每分钟的用户选用；膜分离氮气发生器可以很好的适用液质联用仪的用氮要求。
3、PSA变压吸附制氮。
利用氮气与其它气体分子在分子筛中的吸附能力差异，形成浓度差异的积累，在分子筛柱末端产出高纯度氮气。同时利用两根分子筛柱，一根吸附的同时引出一部分产品气为另一根解析，实现分子筛在线再生，整体表现即为仪器持续输出高纯氮气。这类发生器可根据需要，调节氮气的纯度和流量，最高可生产99.999%的氮气产品，流量可从几百毫升到几十升到几立方每分钟，纯度大小配置灵活，可根据每个需求具体定制。
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