CN110441474A - 一种便携式氢氧校准装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种便携式氢氧校准装置及方法，该装置包括相互连通的载气支路和电解气支路；所述电解气支路上设有依次设有电解槽、干燥器、气室、压力传感器、质量流量控制器及两位三通电磁阀，质量流量控制器与所述两位三通电磁阀的一个输入口连接，在质量流量控制器的输入端与两位三通电磁阀的另一输入口之间设置真空泵。本发明可以实现大浓度范围的氢中氧/氧中氢标准气体的配制，且随时调节随时配制随时使用，标准气体的配制浓度准确，配制方法便捷，便于携带。

Description

一种便携式氢氧校准装置及方法
技术领域
本发明涉及一种便携式氢氧校准装置及方法，属于气体检测技术领域。
背景技术
现有的检测仪器校准用的氢中氧或氧中氢的标准气体，都是采用钢瓶标准气的形式，并且由于技术限制只能配制一定浓度范围以下的标准气，给校准工作带来了很大的不便。钢瓶标准气携带不方便，使用繁琐，如果需要多个浓度的标准气体，需要准备多个钢瓶才能配合完成工作，可配制的浓度受限制。这种便携式的氢中氧/氧中氢校准装置的技术领域还有空缺。
现如今，无论是在线式气体分析仪还是色谱分析仪，都需要标准气体对其进行校准，当前广泛应用的是采用钢瓶配制标准气进行校准，但是由于技术限制，只能配制一定浓度范围内的标准气。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种便携式氢氧校准装置及方法，可以实现大浓度范围的氢中氧/氧中氢标准气体的配制，且随时调节随时配制随时使用，标准气体的配制浓度准确，配制方法便捷，便于携带。
实现本发明的技术方案如下：
一种便携式的氢氧校准装置，包括相互连通的载气支路和电解气支路；
所述电解气支路上设有依次设有电解槽、干燥器、气室、压力传感器、质量流量控制器及两位三通电磁阀，质量流量控制器与所述两位三通电磁阀的一个输入口连接，在质量流量控制器的输入端与两位三通电磁阀的另一输入口之间设置真空泵。
一种便携式的氢氧校准方法，具体过程为：
根据所需标准气体的流量和浓度，分别计算出载气流量和电解气流量，并对质量流量控制器进行设定；
令两个质量流量控制器处于关闭状态，预热设定时间；
预热完成后，压力传感器实时检测气室和质量流量控制器的连接气路中的压力值，如果气路中压力值不是真空状态，则立即打开真空气泵进行抽真空处理，直至气路中的压力状态为真空，关闭真空泵；
当电解气支路中的压力不在设定阈值范围内时，电解槽停止工作，真空泵和电磁阀开启，当电解气支路中的压力在设定阈值范围内时，电解槽工作，真空泵和电磁阀关闭，此时开启质量流量控制器按照输出设定的流量值，保持设定时间后，即可获得所需浓度的标准气体。
进一步地，本发明当所需标准气体浓度为零，则只打开载气支路的质量流量控制器。
有益效果
在本发明中，氢气氧气的产生过程环保，配比过程便捷迅速，且浓度可调范围大，产生的标准气体精确度高，过程稳定。
本发明取代了过去生产现场的钢瓶标准气的形式，随时调节随时配制随时使用，可以为校准工作提供多种浓度需求的标准气体，操作简单，方便快捷，可以以解决现有技术中配制气体浓度单一，不能随时配制，不便于携带的问题。
附图说明
此处附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定；
图1为本发明的一种便携式氢氧校准装置的整体结构图；
图2为本发明的一种便携式氢氧校准装置的恒流源电路图；
图3为本发明的一种便携式氢氧校准装置的控制部分示意图；
图4为本发明的一种便携式氢氧校准装置的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明实施例提供一种便携式的氢氧校准装置，如图1所示，包括相互连通的载气支路和电解气支路两部分共同工作来完成标准气体的配制。
载气支路上设有载气存储器及质量流量控制器；
电解气支路上设有依次设有电解槽、干燥器、气室、压力传感器、质量流量控制器及两位三通电磁阀，质量流量控制器与所述两位三通电磁阀的一个输入口连接，在质量流量控制器的输入端与两位三通电磁阀的另一输入口之间设置真空泵。
本实施例中电解气支路采用SPE电解槽产生氢气和氧气的混合气体，气体的产量由电解槽的工作电流决定，因此电解气部分是由可调恒流源的电流大小控制SPE电解槽产生气体的流量。如图2所示，DA芯片MCP4821的输出是可调的模拟量，该输出连接恒流源的输入端，恒流源采用运放LM358D，根据虚短虚断的原理，从而调节恒流源的电流，为了减小运放本身所带来的误差，本发明中在恒流源部分增加了一个运放AD623，将恒流源的电流进行差分放大用来拟合原电路中出现的误差。
本发明实施例载气部分直接通过一个质量流量控制器，通过控制质量流量控制器的流量控制端的电压可以改变输出的流量大小，流量控制器的控制状态分为阀控，关闭，清洗三个状态，通过改变继电器的输出端电压即可改变流量控制器的控制状态。因此，不仅流经质量流量控制器的气体流量可控，而且流通状态可控。
本发明电解槽产生的混合气体通过干燥器进行脱水处理进入气室，电解气支路中安置一个压力传感器用于监测支路中气体的压强，一旦检测到压力超过设定阈值，立即关掉恒流源，打开气泵，抽出气路中气体，直到压力降到阈值以下时，关闭气泵，打开恒流源。质量流量控制器的控制方法和载气部分相同。按照设定的浓度和流量，计算载气部分流量和电解气部分流量，根据计算结果分别控制两个支路的质量流量控制器的流量大小。然后通过质量流量控制器 (MFC2)控制混合气体的输出流量；通过质量流量控制器(MFC1)控制载气的输出流量，载气部分和电解气部分的输出气体最终混合输出即为最终输出标准气体。
如图3所示，该装置控制部分由硬件电路板和上位机共同实现，其中硬件电路板由充电部分、MFC控制部分、主控电路板、按键和屏幕构成，采用 STM32F103R8T6作为核心单片机。充电部分包括电源的电压转换和充电，并为主控板和MFC控制部分提供所需电压。主按键部分通过按键的高低电平状态组合输入所需的控制信息。主控电路板根据按键部分输入的控制信息生成MFC控制信号，并输出AD信号(电池电量、MFC的流量、电磁阀和真空泵的状态)。上位机通过采集主控电路板输出的AD信号，完成数据信号的处理，并设计相应的界面由屏幕显示出来。
基于便携式的氢氧校准装置的氢氧校准过程为：
如图4所示，开始上电，两个质量流量控制器(MFC)处于关闭状态，预热15min，预热完成后，压力传感器实时检测气室和质量流量控制器的连接气路中的压力值，判断是否气路中有残留气体，如果气路中压力值不是真空状态，则立即打开真空气泵进行抽真空处理，直至气路中的压力状态为真空，关闭真空泵。根据所需标准气体的流量和浓度，分别计算出载气流量和电解气流量，并对质量流量控制器进行设定。如果浓度设定为零，则只打开载气支路的MFC1就可以获得所需的零点气体，如果浓度设定不为零，则检查气路中的压力是否在阈值范围之内，超出阈值时管路内的压力过大，可能会对支路造成损害，此时打开真空泵和电磁阀进行泄压，电解槽停止工作，直至压力恢复至阈值范围内，电解槽继续工作，关闭真空泵和电磁阀。处于阈值范围之内则真空泵和电磁阀关闭，电解槽正常工作，质量流量控制器按照上位机的设定处于阀控状态，输出设定的流量值，保持该工作状态2min后，即可得到所需浓度的标准气体，用于设备的标定。
如果需要不同浓度或不同种类的标准气体，可以通过按键操作，在界面中设定标准气体的浓度和流量，也可以在界面中选择所需的标准气体，例如：氢中氧、氧中氢、空气中氧、空气中氢。重新设定后，如果需要更改标准气体的种类，则对应的载气种类也需要进行相应的更改，例如：氢中氧的载气是氢气，氧中氢的载气是氧气。如果不需要更换标准气体的种类，则在重新设定之后等待2min，即可得到设定浓度的标准气体。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种便携式的氢氧校准装置，其特征在于，包括相互连通的载气支路和电解气支路；
所述电解气支路上设有依次设有电解槽、干燥器、气室、压力传感器、质量流量控制器及两位三通电磁阀，质量流量控制器与所述两位三通电磁阀的一个输入口连接，在质量流量控制器的输入端与两位三通电磁阀的另一输入口之间设置真空泵。
2.一种基于权利要求1所述便携式的氢氧校准装置的校准方法，其特征在于，具体过程为：
根据所需标准气体的流量和浓度，分别计算出载气流量和电解气流量，并对质量流量控制器进行设定；
令两个质量流量控制器处于关闭状态，预热设定时间；
预热完成后，压力传感器实时检测气室和质量流量控制器的连接气路中的压力值，如果气路中压力值不是真空状态，则立即打开真空气泵进行抽真空处理，直至气路中的压力状态为真空，关闭真空泵；
当电解气支路中的压力不在设定阈值范围内时，电解槽停止工作，真空泵和电磁阀开启，当电解气支路中的压力在设定阈值范围内时，电解槽工作，真空泵和电磁阀关闭，此时开启质量流量控制器按照输出设定的流量值，保持设定时间后，即可获得所需浓度的标准气体。
3.一种根据权利要求2所述基于便携式的氢氧校准装置的校准方法，其特征在于，当所需标准气体浓度为零，则只打开载气支路的质量流量控制器。
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