[發明專利]標準氣體自動配比系統

有效

• 申請號: 201210173222.4
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102698645A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 田慕琴;王俊恒;郝永兵;鄧生明;賈寶明;李乃忠;袁振平
• 申請（專利權）人: 山西科致成科技有限公司
• 主分類號: B01F15/04
• 分類號: B01F15/04;B01F3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氣體配比系統，尤其是一種在常壓室溫條件下能進行閉環控制的標準氣體自動配比系統。

背景技術

隨著我國經濟及科學技術的快速發展,?標準氣體作為氣體成分量值的計量標準，被廣泛應用在石油、化工、冶金、電子、環保、煤礦及計量等行業，發揮著獨特的規范和保證質量的作用，能夠產生巨大的經濟效益和社會效益。標準氣體具有穩定性、均勻性和準確性三大特征，在儀器儀表檢定與校準、分析測試方法評價、大氣環境污染監測、醫療衛生及臨床化驗、以及氣體產品質量控制等方面起著不可缺少的重要作用，標準氣體需求日益增加，質量要求顯著提高。

標準氣體的制備方法分為靜態配氣法和動態配氣法：靜態配氣法是把一定量原氣加到已知體積的容器中，然后再加入凈化處理過的稀釋氣，混合攪勻，根據加入原氣、稀釋氣的量以及容器的體積，即可計算出氣體的濃度。動態配氣法是將已知濃度的原氣以較小的流量、恒定不變地送入氣體混合器中，凈化處理過的稀釋氣以較大的流量、恒定不變地送入氣體混合器中，與原氣體進行混合將其稀釋，準確測量原氣、稀釋氣的流量之比（稀釋倍數），計算得到標準氣體的濃度，精確調節氣體流量之比可以得到所需濃度的標準氣體。

目前，國內大多采用重量法配制標準氣體，由于受生產工藝、生產設備的限制，得到的標準氣體不確定度大、穩定性差、濃度不夠精確或不能實現連續自動配氣，無法滿足實際生產的需要。國外配氣的水平領先于國內，其質檢部門、生產企業等均備有標準氣自動配氣裝置，但價格昂貴、構造復雜，國內大多企業、部門無法接受，不能進行較廣泛應用。傳統的氣相色譜技術測試氣體濃度所需要的時間較長，很難達到實時檢測的要求。因此，實時、動態連續的配氣系統的研制顯得極為重要。

發明內容

本發明要解決的技術方案：解決標準氣體配比過程中，無法連續、自動配氣，配置的標準氣體混合不均勻、濃度不夠精確等問題。

本發明所采用的技術方案是：標準氣體自動配比系統，該系統中實行閉環控制。上位機（PC機）選擇配氣種類（如甲烷、一氧化碳），設定需要配制的氣體濃度值，然后把命令發送到下位機（單片機）；經過單片機分析處理，輸出標準電壓信號到質量流量控制器（MFC），控制輸出電磁閥的開度（包括原氣和稀釋氣），達到控制氣體流量的目的；單片機采樣質量流量控制器的反饋電壓信號，使氣體流量穩定輸出，進入混氣罐混合，實現內閉環控制。

均勻混合后，將混氣罐中氣體送入紅外氣體檢測模塊，進行濃度檢測，將檢測到的數據即濃度對應的電壓信號反饋給單片機。與設定值比較，嚴格控制原料氣和稀釋氣的流量，若不合格，進行微調（調整原氣或稀釋氣進氣），實現外閉環控制；若合格，則將標準混合氣體打入指定氣瓶（鋼瓶）。

微控制器（單片機）的D/A口輸出的電壓信號經調理后輸出給質量流量控制器控制氣路流量的大小，同時流量對應的反饋模擬電壓信號，經RC低通濾波、電壓跟隨和差分比例運算調理，接到微控制器（單片機）的A/D口。

微控制器（單片機）的I/O口輸出控制信號，經光耦隔離驅動后，控制繼電器的通、斷，進而控制電磁閥的開、關；由繼電器控制接觸器的通、斷，進而控制泵的啟、停，使得配氣過程高度自動化。

管路中配置壓力表，對壓力進行實時監測；配置止回閥，防止氣體倒流，保證配氣的精度、過程的安全性。

在混氣罐進氣口，對原氣和稀釋氣分別采用一路分為二路，對氣體進行分流，沿著混氣罐壁切線向下成20度方向進氣，使氣體進入罐后能高速旋轉，增加氣體的攏動，使得進入罐中的氣體快速均勻混合。

本發明的有益效果：由于質量流量控制器控制的是氣體實際的質量流量，而不是體積流量，因此，配制的標準氣體濃度將不受環境、溫度和壓力變化的影響，對配制高、低濃度的標準氣都適合，具有很好的應用價值。紅外氣體檢測模塊對混合氣體濃度進行實時檢測，將檢測到的數據發送給單片機，實現閉環控制，保證、提高了配氣精度。此標準氣自動配比系統，配氣速度快、自動化程度高，減少了人為因素的干擾，實時監控，保證了工業生產的連續性和可靠性，從而提高了生產自動化程度、生產效率；所配標準氣體精度高、濃度范圍寬、均勻性好、成本低。

附圖說明

圖1為本發明的簡單氣路示意圖；

圖2為本發明的整體流程圖；

圖3為本發明的電路設計示意圖；

圖4為本發明的單片機原理圖；

圖5為本發明的繼電器、泵控制圖；

圖6為本發明的PC界面及配比控制流程；

圖7為本發明的混氣罐進氣圖。