CN111637268A - 多组分动态配气装置及其配气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多组分动态配气装置及其配气方法，包括质量流量控制器(1)，所述质量流量控制器(1)设置有一个输出口和至少两个进气口；质量流量控制器(1)连接有控制电路，所述控制电路包括主控MCU(2)，主控MCU(2)经通信串口(21)与质量流量控制器(1)相连；主控MCU(2)还连接有触摸屏(22)、存储器(23)、时钟模块(24)以及电源模块(25)，主控MCU(2)获取触摸屏(22)的配气参数，控制质量流量控制器(1)配气。本发明提供了一种多组分动态配气装置及其配气方法，用于多种组分的混合气体的连续配制，配制周期短。

Description

多组分动态配气装置及其配气方法
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，特别是涉及一种多组分动态配气装置及其配气方法。
背景技术
在工业生产过程中，特别是化学品的生产以及化学试验过程中，往往需要配制各种各样的混合气体，有的是为了稀释气体，比如N2加入SF6气体中，稀释而成含SF6气体的混合气，或者将SF6气体与N2、CO、SO2、H2S等气体进行混合，得到包含多种组成成分的混合气，用于进行化学试验。或者用于制取气体分析仪、纯度仪、可燃气体检测报警器、气体检漏仪、各种气体传感器的检定、检测和校准及性能评价的标准气体。
由高浓度的原料气通过稀释配制低浓度标准气的方法，主要有静态配气法，其中，静态配气法应用最广的是称重法。
称重法先根据加入原料气和稀释气量及容器容积计算得到标准气体浓度，然后把一定量的原料气加入容器，再充入稀释气体混合。周期较长(1-12小时)，多由人工进行配制。
因此，现有称重法的技术缺陷是，周期长，且多由人工配制，不容易实现混合气体的连续配制。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明的目的是提供一种多组分动态配气装置及其配气方法，用于多种组分的混合气体的连续配制，配制周期短。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多组分动态配气装置，包括质量流量控制器，其关键在于，所述质量流量控制器设置有一个输出口和至少两个进气口；
质量流量控制器连接有控制电路，所述控制电路包括主控MCU，主控MCU经通信串口与质量流量控制器相连；主控MCU还连接有触摸屏、存储器、时钟模块以及电源模块，主控MCU获取触摸屏的配气参数，控制质量流量控制器配气。
其中质量流量控制器采用成熟的产品；其结构不再赘述。
进气口用于连接原料气管，向质量流量控制器内输入原料气；输出口用于输出原料气组成的混合气体。
触摸屏用于设置各种原料气的配气参数，该配气参数包括质量流量或质量流量比；还可以用于显示时间等信息；
主控MCU获取触摸屏的配气参数，经通信串口与质量流量控制器相连；控制质量流量控制器配制混合气体。
触摸屏还用于显示配气参数；
存储器用于存储配气参数；时钟模块用于存储配气过程中的时间；电源模块为主控MCU、触摸屏供电。
通过质量流量控制器严格控制一定比例的组分气体和稀释气体的流量，并加以混合而制得标准气体。使用该方法能够在同一配气装置上，配制出满足需要的不同组分含量的各种标准气。
采用流量比混合法配制标准气，关键的问题是如何精确控制原料气与稀释气体的流量。配气装置使用高精度质量流量控制器，从而精确地控制了标准气的配制浓度。
所述配气装置用于多种组分的混合气体的连续配制，配制周期短。
混合后的气体可用于气体分析仪、纯度仪、可燃气体检测报警器、气体检漏仪、各种气体传感器的检定、检测和校准及性能评价的标准气体。
所述进气口连接有第一气压温度调节装置。
用户有可能需要配制不同温度、不同压力的气体来进行试验。第一气压温度调节装置用于原料气体温度以及气压调节，方便配制设定温度和设定压力的混合气体。比如，需要配制温度50度，压力0.1MPa的混合气体时。
所述第一气压温度调节装置包括调温装置，调温装置内设置有调温腔，调温腔内设置有调压装置，所述调压装置包括底座、膨胀节组合、盖板、调压机构以及至少三根滑柱；底座固定设置在调温腔的底部；膨胀节组合的上下两端均开口，膨胀节组合的下端与底座的上端面密封连接，膨胀节组合的上端与盖板的下端面密封连接，底座、膨胀节组合、盖板共同形成膨胀空间，膨胀节组合能够上下伸缩调节膨胀空间的大小；滑柱竖直设立在膨胀节组合外围，其下端与底座的上端面相连，其上端经盖板上开设的通孔伸出盖板，盖板能够在滑柱上垂直上下浮动，盖板设置有调压机构；
其中，膨胀空间内竖直设置有上滑筒以及下滑筒；下滑筒的上下两端均开口，下滑筒的下端与底座固连，上滑筒的上端与盖板的下端面相连，上滑筒的下端经下滑筒的上端伸入下滑筒内，并能够在下滑筒内上下滑动；
膨胀节组合的内壁与上滑筒的外壁以及下滑筒的外壁形成原料气通过的流动空间；
底座设置有原料进气口，原料进气口与流动空间相连通，原料进气口连接有原料进气管，原料进气管经调温装置上开设的进孔伸出调温装置，盖板设置有原料出气口，原料出气口与流动空间相连通，原料出气口连接有原料出气管，原料出气管经调温装置上开设的出气孔伸出调温装置与质量流量控制器的进气口相连。
其中，原料出气管的上端经软管连接质量流量控制器的进气口。
其中，调温装置用于调节原料气的温度，当需要配制50度的混合气体时，调温装置的设定温度为50度。
由于原料气的气压可能出现波动，一会变大，一会变小，调压装置能够对原料气的气压波动起平缓作用。
调压装置设定压力与混合气的压力要求相同，比如0.1MPa。
膨胀节组合用于调节原料气的气压，当原料气的气压大于设定压力时，膨胀节组合向上膨胀，膨胀节组合的膨胀空间变大，原料出气管输出的气体压力变小；当原料气的气压小于设定压力时，膨胀节组合向下收缩，膨胀节组合的膨胀空间变小，原料出气管输出的气体压力变大；
调压装置能够对原料气的气压波动起平缓作用，特别是那种脉动的气压。
膨胀节组合的内壁与上滑筒的外壁以及下滑筒的外壁形成原料气通过的流动空间；
膨胀空间经上滑筒的外壁以及下滑筒的外壁分隔形成的流动空间实际为一薄壁流动空间，方便调温装置调温。
其中，膨胀节组合由多个可以上下伸缩的膨胀节3221串联组成。
所述调温装置包括壳体，壳体的上端开口并可拆卸地设置有壳盖，所述壳盖上设置所述出气孔，壳体设置所述进孔，壳体与壳盖围成调温腔，壳体外壁设置有加热装置、制冷装置，流动空间的顶部或壳体的内壁设置有温度传感器，温度传感器、加热装置、制冷装置与温控器相连。
温控器用于设定调温装置的温度，比如50度，当温度传感器检测到调温腔或流动空间的顶部温度小于50度时，控制加热装置通电。
当调温装置的温度设定为-20度时，温度传感器检测到调温腔或流动空间的顶部温度大于-20度时，控制制冷装置通电。
所述温控器可采用微处理器制成的温控器，微处理器获取温度传感器的信号控制加热装置、制冷装置开关。
温控器还可以连接一外界温度传感器，用于检测外界环境的温度。
所述上滑筒的上下两端均封闭。
与下端开口的上滑筒相比，采用上述结构，膨胀空间内的体积变化量变大，可以增加调压装置的压力调节效果。
所述调压机构包括竖直设置在盖板上端面中心的固定柱，固定柱上套有至少一个砝码，所述盖板设置有压力表，压力表与流动空间相连通。
将原料进气管、原料出气管的阀门关闭，可以调节砝码的数量，通过压力表观察，使膨胀空间内的压力与设定压力相同。
所述调压机构包括设置在壳盖上端面的电机，电机通过丝杠螺母机构与盖板相连，所述盖板设置有压力传感器，压力传感器与流动空间相连通检测其压力，还包括单片机，单片机连接有键盘和数码显示器，单片机根据压力传感器的信号控制电机转动，控制盖板升降。
通过上述的结构，通过键盘向单片机输入压力设定值，压力传感器用于检测流动空间内的气压，当气压小于设定压力时，单片机给电机信号，电机通过丝杠螺母机构驱动盖板向下运动，压缩膨胀空间，流动空间内的气压增加；
反之，当气压大于设定压力时，单片机给电机信号，电机通过丝杠螺母机构驱动盖板向上运动，拉伸膨胀空间，流动空间内的气压减小。
所述质量流量控制器的输出口连接有第二气压温度调节装置，第二气压温度调节装置与第一气压温度调节装置的结构相同。
第二气压温度调节装置用于混合气体的温度以及气压调节，方便配制设定温度和设定压力的混合气体。比如，需要配制温度50度，压力0.1MPa的混合气体时。
第二气压温度调节装置可以增加调节效果，第一气压温度调节装置有温度气压可能与设定标准还有些差异，可以通过第二气压温度调节装置再次进行调节。
一种多组分动态配气装置的配气方法，其关键在于：
包括主控MCU的控制方法和流量分配方法，主控MCU的控制方法包括如下步骤：
步骤A1：主控MCU的初始化；
步骤A2：主控MCU获取原料气G的浓度、标准气的浓度；即读设定值；
步骤A3：主控MCU计算原料气G、稀释气或混合气的流量分配；即原料气G与稀释气或混合气的流量比；或原料气G与稀释气或混合气的流量；
步骤A4：主控MCU将流量分配送给质量流量控制器；
步骤A5：主控MCU读质量流量控制器的返回值，
步骤A6：主控MCU将返回值送到触摸屏显示；
步骤A7：主控MCU判断是否有新的设定值，如果没有，结束；如果有，转步骤A2；
所述流量分配方法包括单组分标准气配气方法和多组分混合气配气方法；
其中，单组分标准气配气方法的流量比计算公式为：
fG:fN＝m:(1-m) (1)
其中，fG为原料气G的流量，fN为稀释气的流量；
m为稀释比；
Figure BDA0002536178920000071
s为原料气G的浓度，c为配制的标准气的浓度；
其中，多组分混合气配气方法的流量比计算公式为：
Figure BDA0002536178920000072
其中，fG1为第一种原料气G1的流量，fGi为第i原料气Gi的流量，fGk为第k种原料气Gk的流量；i＝1～k；
原料气Gi的稀释比
Figure BDA0002536178920000073
mi为原料气Gi的稀释比；si为原料气Gi的浓度，ci为需要配制的混合气中原料气Gi的浓度。
通过上述方法，能够配制单组分标准气和多组分混合气。
显著效果:本发明提供了一种多组分动态配气装置及其配气方法，用于多种组分的混合气体的连续配制，配制周期短。
附图说明
图1为本发明的第一种结构图；
图2为本发明的第二种结构图；
图3为第一气压温度调节装置的第一种结构图；
图4为第一气压温度调节装置的第二种结构图；
图5为主控MCU的流程图；
图6为膨胀节的第一种结构图；
图7为图6的俯视图；
图8为膨胀节的第二种结构图；
图9为膨胀节的第三种结构图；
图10为调温装置的电路模块图；
图11为其中一种调压机构的电路图；
图12为主控CPU的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-图12所示，一种多组分动态配气装置，包括质量流量控制器1，其关键在于，所述质量流量控制器1设置有一个输出口和至少两个进气口；
质量流量控制器1连接有控制电路，所述控制电路包括主控MCU2，主控MCU2经通信串口21与质量流量控制器1相连；主控MCU2还连接有触摸屏22、存储器23、时钟模块24以及电源模块25，主控MCU2获取触摸屏22的配气参数，控制质量流量控制器1配气。
主控MCU2使用的单片机是意法半导体公司推出的STM8，STM8内部集成了数据采集所需的A/D和D/A转换功能，STM8通过RS232串口与触摸屏22通信，同时通过RS485串口与质量流量控制器1通信。STM8同时还对时钟模块24进行操作，把时间信息显示在触摸屏22上。
存储器23和时钟模块24：
本装置需采用大容量的存储单元来满足大量的数学运算，采用Atmel公司的FM24CL128B-G实现数据存储功能。同时采用DS1302时钟芯片，实现时间显示功能。
触摸屏22与主控MCU2之间采用RS232串口通讯，质量流量控制器1与主控MCU2之间通过RS485串口通讯。
电源模块25，配气装置使用两个JMD35-5型高频开关电源供电，输出电压/电流5V/2A，可直接为控制系统供电，同时5V电源经过稳压电路输出+5V、+3.3V电源，为其他元件供电。
数据显示模块，8通道动态配气装置采用触摸屏22作为人机接口。人机接口包括系统接收用户输入的硬件设备触摸部分和向用户反馈信息的液晶显示屏。良好的人机接口要有交互性和灵活性。人机接口设计应遵循的原则：尽量减少用户的工作，保持输入、输出布局和外观的一致性，系统要给用户提供反馈，尽量减少对用户的记忆要求。
根据以上原则和要求，8通道动态配气装置选择了电阻式触摸屏进行数据显示。触摸屏22的分辨率800×600，通过RS232串口与主控MCU2通信。
其中质量流量控制器1采用成熟的产品；质量流量控制器即Mass FlowController，缩写为MFC，质量流量控制器1设置有8个进气口和一个出气口；
进气口用于连接原料气管，向质量流量控制器1内输入原料气；输出口用于输出原料气组成的混合气体。
触摸屏22用于设置各种原料气的配气参数，该配气参数包括质量流量或质量流量比；
主控MCU2获取触摸屏22的配气参数，经通信串口21与质量流量控制器1相连；控制质量流量控制器1配制混合气体。
触摸屏22还用于显示配气参数；
存储器23用于存储配气参数；时钟模块24用于存储配气过程中的时间；电源模块25为主控MCU2、触摸屏22供电。
通过质量流量控制器1严格控制一定比例的组分气体和稀释气体的流量，并加以混合而制得标准气体。使用该方法能够在同一配气装置上，配制出满足需要的不同组分含量的各种标准气。
采用流量比混合法配制标准气，关键的问题是如何精确控制原料气与稀释气体的流量。配气装置使用高精度质量流量控制器，从而精确地控制了标准气的配制浓度。
所述配气装置用于多种组分的混合气体的连续配制，配制周期短。
混合后的气体可用于气体分析仪、纯度仪、可燃气体检测报警器、气体检漏仪、各种气体传感器的检定、检测和校准及性能评价的标准气体。
所述进气口连接有第一气压温度调节装置3。
第一气压温度调节装置3用于原料气体温度以及气压调节，方便配制设定温度和设定压力的混合气体。比如，需要配制温度50度，压力0.1MPa的混合气体时。
所述第一气压温度调节装置3包括调温装置31，调温装置31内设置有调温腔，调温腔内设置有调压装置32，所述调压装置32包括底座321、膨胀节组合322、盖板323、调压机构325以及至少三根滑柱324；底座321固定设置在调温腔的底部；膨胀节组合322的上下两端均开口，膨胀节组合322的下端与底座321的上端面密封连接，膨胀节组合322的上端与盖板323的下端面密封连接，底座321、膨胀节组合322、盖板323共同形成膨胀空间，膨胀节组合322能够上下伸缩调节膨胀空间的大小；滑柱324竖直设立在膨胀节组合322外围，其下端与底座321的上端面相连，其上端经盖板323上开设的通孔伸出盖板323，盖板323能够在滑柱324上垂直上下浮动，盖板323设置有调压机构325；
其中，膨胀空间内竖直设置有上滑筒326以及下滑筒327；下滑筒327的上下两端均开口，下滑筒327的下端与底座321固连，上滑筒326的上端与盖板323的下端面相连，上滑筒326的下端经下滑筒327的上端伸入下滑筒327内，并能够在下滑筒327内上下滑动；
膨胀节组合322的内壁与上滑筒326的外壁以及下滑筒327的外壁形成原料气通过的流动空间；
底座321设置有原料进气口，原料进气口与流动空间相连通，原料进气口连接有原料进气管328，原料进气管328经调温装置31上开设的进孔伸出调温装置31，盖板323设置有原料出气口，原料出气口与流动空间相连通，原料出气口连接有原料出气管329，原料出气管329经调温装置31上开设的出气孔310伸出调温装置31与质量流量控制器1的进气口相连。
上滑筒326的外壁和下滑筒327的内壁之间设置有间隙，或下滑筒327的侧壁底部设置有气孔，可以方便下滑筒327的内腔排气。
其中，调温装置31用于调节原料气的温度，当需要配制50度的混合气体时，调温装置31的设定温度为50度。
由于原料气的气压可能出现波动，一会变大，一会变小，调压装置32能够对原料气的气压波动起平缓作用。
调压装置32设定压力与混合气的压力要求相同，比如0.1MPa。
膨胀节组合322用于调节原料气的气压，当原料气的气压大于设定压力时，膨胀节组合322的膨胀空间变大，原料出气管329输出的气体压力变小；当原料气的气压小于设定压力时，膨胀节组合322的膨胀空间变小，原料出气管329输出的气体压力变大；
调压装置32能够对原料气的气压波动起平缓作用。
膨胀节组合322的内壁与上滑筒326的外壁以及下滑筒327的外壁形成原料气通过的流动空间；
膨胀空间经上滑筒326的外壁以及下滑筒327的外壁分隔形成的流动空间实际为一薄壁流动空间，方便调温装置31调温。
其中，膨胀节组合322由多个可以上下伸缩的膨胀节3221串联组成；
膨胀节由薄的弹性钢板制成，并电镀防腐，防腐的同时，方便调节原料气的温度。由至少两个膨胀节上下叠合并焊接而成。
膨胀节由两个上下开口的薄壁锥形筒组合而成；
膨胀节3221的上下面可以设置多个环形的波浪凸起，以提高伸缩效果。
所述调温装置31包括壳体311，壳体311的上端开口并可拆卸地设置有壳盖312，所述壳盖312上设置所述出气孔310，壳体311设置所述进孔，壳体311与壳盖312围成调温腔，壳体311外壁设置有加热装置314、制冷装置315，流动空间的顶部或壳体311的内壁设置有温度传感器313，温度传感器313、加热装置314、制冷装置315与温控器316相连。
其中，加热装置314、制冷装置315均采用现有的成熟技术，其结构不再详述。
温控器316用于设定调温装置31的温度，比如50度，当温度传感器313检测到调温腔或流动空间的顶部温度小于50度时，控制加热装置314通电。
当调温装置31的温度设定为-20度时，温度传感器313检测到调温腔或流动空间的顶部温度大于-20度时，控制制冷装置315通电。
所述上滑筒326的上下两端均封闭。
与下端开口的上滑筒326相比，采用上述结构，膨胀空间内的体积变化量变大，可以增加调压装置32的压力调节效果。
所述调压机构325包括竖直设置在盖板323上端面中心的固定柱3251，固定柱3251上套有至少一个砝码3252，所述盖板323设置有压力表3253，压力表3253与流动空间相连通。
所述调压机构325也可以是弹簧，弹簧一端与盖板323上端面中心固连，另一端通过连接有螺杆，螺杆与壳盖312顶部中心设置的螺孔螺纹连接旋转螺杆可以使弹簧远离或靠近壳体311的底部。
将原料进气管328、原料出气管329的阀门关闭，可以调节砝码3252的数量，通过压力表3253观察，使膨胀空间内的压力与设定压力相同。
所述调压机构325包括设置在壳盖312上端面的电机3254，电机3254通过丝杠螺母机构3255与盖板323相连，所述盖板323设置有压力传感器3256，压力传感器3256与流动空间相连通检测其压力，还包括单片机，单片机连接有键盘和数码显示器，单片机根据压力传感器3256的信号控制电机3254转动，控制盖板323升降。
所述质量流量控制器1的输出口连接有第二气压温度调节装置4，第二气压温度调节装置4与第一气压温度调节装置3的结构相同。
第二气压温度调节装置4用于混合气体的温度以及气压调节，方便配制设定温度和设定压力的混合气体。比如，需要配制温度50度，压力0.1MPa的混合气体时。
第二气压温度调节装置4可以增加调节效果，第一气压温度调节装置3有温度气压可能与设定标准还有些差异，可以通过第二气压温度调节装置4再次进行调节。
一种多组分动态配气装置的配气方法，其关键在于：
包括主控MCU2的控制方法和流量分配方法，主控MCU2的控制方法包括如下步骤：
步骤A1：主控MCU2的初始化；
步骤A2：主控MCU2获取原料气G的浓度、标准气的浓度；即读设定值；
步骤A3：主控MCU2计算原料气G、稀释气或混合气的流量分配；即原料气G与稀释气或混合气的流量比；或原料气G与稀释气或混合气的流量；
步骤A4：主控MCU2将流量分配送给质量流量控制器1；
步骤A5：主控MCU2读质量流量控制器1的返回值，
步骤A6：主控MCU2将返回值送到触摸屏22显示；
步骤A7：主控MCU2判断是否有新的设定值，如果没有，结束；如果有，转步骤A2；
一种多组分动态配气装置的配气方法，所述配气方法包括单组分标准气配气方法和多组分混合气配气方法；
其中，单组分标准气配气方法的流量比计算公式为：
fG:fN＝m:(1-m) (1)
其中，fG为原料气G的流量，fN为稀释气的流量；
m为稀释比；
Figure BDA0002536178920000141
s为原料气G的浓度，c为配制的标准气的浓度；
其中，多组分混合气配气方法的流量比计算公式为：
Figure BDA0002536178920000142
其中，fG1为第一种原料气G1的流量，fGi为第i原料气Gi的流量，fGk为第k种原料气Gk的流量；i＝1～k；
原料气Gi的稀释比
Figure BDA0002536178920000151
mi为原料气Gi的稀释比；si为原料气Gi的浓度，ci为需要配制的混合气中原料气Gi的浓度。
在配制单组分标准气时，以高纯氮气N2或SF6作为稀释气，使用浓度为s的原料气G，配制浓度为c的标准气体，则稀释比
Figure BDA0002536178920000152
计算可得到原料气G和稀释气N2的流量比
Figure BDA0002536178920000153
应为：
Figure BDA0002536178920000154
在配制多组分标准气时，原料气G1…Gk的浓度分别为s1…s1，需要配制各组分浓度分别为c1…ck。的混合标准气时，则组分气体Gi的稀释比
Figure BDA0002536178920000155
(其中)。由式(1)导出计算，可求得各组分原料气的流量
Figure BDA0002536178920000156
和稀释气N2流量
Figure BDA0002536178920000157
的流量比为：
Figure BDA0002536178920000158
当配气时不使用稀释气N2(流量
Figure BDA0002536178920000159
)，即只由k种原料气按一定比例混合而制得混合标准气，此时各组分气体的稀释比m1…mk必定满足
Figure BDA00025361789200001510
的关系(其中)。同样地，各组分原料气之问的流量比应为：
Figure BDA00025361789200001511
根据以上流量比，通过质量流量控制器设定各组分原料气和稀释气的流量，即可精确地动态配制得到满足要求的多组分混合标准气。
动态配气过程中，定时地从流量控制器读取当前的流量测量值，可实时地监测配制得到的混合标准气中各组分气体的实际浓度值。当从流量控制器测量得到原料气Gi(浓度为si)的实际流量为
Figure BDA00025361789200001512
所有组分气体和N2通道的总流量为F。则混合标准气中该组分气体的实际浓度值Ci的计算公式为(其中i:1…k)：
Figure BDA0002536178920000161
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多组分动态配气装置，包括质量流量控制器(1)，其特征在于，所述质量流量控制器(1)设置有一个输出口和至少两个进气口；
质量流量控制器(1)连接有控制电路，所述控制电路包括主控MCU(2)，主控MCU(2)经通信串口(21)与质量流量控制器(1)相连；主控MCU(2)还连接有触摸屏(22)、存储器(23)、时钟模块(24)以及电源模块(25)，主控MCU(2)获取触摸屏(22)的配气参数，控制质量流量控制器(1)配气。
2.根据权利要求1所述的多组分动态配气装置，其特征在于：所述进气口连接有第一气压温度调节装置(3)。
3.根据权利要求2所述的多组分动态配气装置，其特征在于：所述第一气压温度调节装置(3)包括调温装置(31)，调温装置(31)内设置有调温腔，调温腔内设置有调压装置(32)，所述调压装置(32)包括底座(321)、膨胀节组合(322)、盖板(323)、调压机构(325)以及至少三根滑柱(324)；底座(321)固定设置在调温腔的底部；膨胀节组合(322)的上下两端均开口，膨胀节组合(322)的下端与底座(321)的上端面密封连接，膨胀节组合(322)的上端与盖板(323)的下端面密封连接，底座(321)、膨胀节组合(322)、盖板(323)共同形成膨胀空间，膨胀节组合(322)能够上下伸缩调节膨胀空间的大小；滑柱(324)竖直设立在膨胀节组合(322)外围，其下端与底座(321)的上端面相连，其上端经盖板(323)上开设的通孔伸出盖板(323)，盖板(323)能够在滑柱(324)上垂直上下浮动，盖板(323)设置有调压机构(325)；
其中，膨胀空间内竖直设置有上滑筒(326)以及下滑筒(327)；下滑筒(327)的上下两端均开口，下滑筒(327)的下端与底座(321)固连，上滑筒(326)的上端与盖板(323)的下端面相连，上滑筒(326)的下端经下滑筒(327)的上端伸入下滑筒(327)内，并能够在下滑筒(327)内上下滑动；
膨胀节组合(322)的内壁与上滑筒(326)的外壁以及下滑筒(327)的外壁形成原料气通过的流动空间；
底座(321)设置有原料进气口，原料进气口与流动空间相连通，原料进气口连接有原料进气管(328)，原料进气管(328)经调温装置(31)上开设的进孔伸出调温装置(31)，盖板(323)设置有原料出气口，原料出气口与流动空间相连通，原料出气口连接有原料出气管(329)，原料出气管(329)经调温装置(31)上开设的出气孔(310)伸出调温装置(31)与质量流量控制器(1)的进气口相连。
4.根据权利要求3所述的多组分动态配气装置，其特征在于：所述调温装置(31)包括壳体(311)，壳体(311)的上端开口并可拆卸地设置有壳盖(312)，所述壳盖(312)上设置所述出气孔(310)，壳体(311)设置所述进孔，壳体(311)与壳盖(312)围成调温腔，壳体(311)外壁设置有加热装置(314)、制冷装置(315)，流动空间的顶部或壳体(311)的内壁设置有温度传感器(313)，温度传感器(313)、加热装置(314)、制冷装置(315)与温控器(316)相连。
5.根据权利要求3所述的多组分动态配气装置，其特征在于：所述上滑筒(326)的上下两端均封闭。
6.根据权利要求3所述的多组分动态配气装置，其特征在于：所述调压机构(325)包括竖直设置在盖板(323)上端面中心的固定柱(3251)，固定柱(3251)上套有至少一个砝码(3252)，所述盖板(323)设置有压力表(3253)，压力表(3253)与流动空间相连通。
7.根据权利要求4所述的多组分动态配气装置，其特征在于：所述调压机构(325)包括设置在壳盖(312)上端面的电机(3254)，电机(3254)通过丝杠螺母机构(3255)与盖板(323)相连，所述盖板(323)设置有压力传感器(3256)，压力传感器(3256)与流动空间相连通检测其压力，还包括单片机，单片机连接有键盘和数码显示器，单片机根据压力传感器(3256)的信号控制电机(3254)转动，控制盖板(323)升降。
8.根据权利要求2-7任一项所述的多组分动态配气装置，其特征在于：所述质量流量控制器(1)的输出口连接有第二气压温度调节装置(4)，第二气压温度调节装置(4)与第一气压温度调节装置(3)的结构相同。
9.根据权利要求1所述的多组分动态配气装置的配气方法，其特征在于：
包括主控MCU(2)的控制方法和流量分配方法，主控MCU(2)的控制方法包括如下步骤：
步骤A1：主控MCU(2)的初始化；
步骤A2：主控MCU(2)获取原料气G的浓度、标准气的浓度；即读设定值；
步骤A3：主控MCU(2)计算原料气G、稀释气或混合气的流量分配；即原料气G与稀释气或混合气的流量比；或原料气G与稀释气或混合气的流量；
步骤A4：主控MCU(2)将流量分配送给质量流量控制器(1)；
步骤A5：主控MCU(2)读质量流量控制器(1)的返回值，
步骤A6：主控MCU(2)将返回值送到触摸屏(22)显示；
步骤A7：主控MCU(2)判断是否有新的设定值，如果没有，结束；如果有，转步骤A2；
所述流量分配方法包括单组分标准气配气方法和多组分混合气配气方法；
其中，单组分标准气配气方法的流量比计算公式为：
fG:fN＝m:(1-m) (1)
其中，fG为原料气G的流量，fN为稀释气的流量；
m为稀释比；
Figure FDA0002536178910000041
s为原料气G的浓度，c为配制的标准气的浓度；
其中，多组分混合气配气方法的流量比计算公式为：
Figure FDA0002536178910000042
其中，fG1为第一种原料气G1的流量，fGi为第i原料气Gi的流量，fGk为第k种原料气Gk的流量；i＝1～k；
原料气Gi的稀释比
Figure FDA0002536178910000043
mi为原料气Gi的稀释比；si为原料气Gi的浓度，ci为需要配制的混合气中原料气Gi的浓度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113984960A (zh) * 2021-09-24 2022-01-28 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 一种动态混合方式研究多组分气体气味特性的方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201065977Y (zh) * 2007-05-30 2008-05-28 博益(天津)气动技术研究所有限公司 低温气体压力调节器
CN201560807U (zh) * 2009-12-04 2010-08-25 沂源县华阳能源设备有限公司 一种用于汽轮机调节级的波纹管差压启闭式调节汽阀
CN105486805A (zh) * 2015-11-24 2016-04-13 西南石油大学 天然气水合物多功能测试系统及方法
CN205787977U (zh) * 2016-05-24 2016-12-07 国家电网公司 一种自动温压控制器
CN107583477A (zh) * 2017-10-13 2018-01-16 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种八通道六氟化硫动态配气方法及系统
CN108594915A (zh) * 2018-06-27 2018-09-28 东莞市升微机电设备科技有限公司 一种可调容积的密闭室及控制方法
CN208123727U (zh) * 2018-04-17 2018-11-20 南安广友五金制品有限公司 一种双向密封套管式管道五金补偿器
CN110056770A (zh) * 2019-04-26 2019-07-26 萍乡北京理工大学高新技术研究院 一种燃气管道增压稳压装置
CN110500503A (zh) * 2019-08-26 2019-11-26 西南石油大学 一种气体高密封快速调压系统及方法
CN210449486U (zh) * 2019-08-21 2020-05-05 重庆科技学院 一种防腐漆车间砂磨机的出料密封系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201065977Y (zh) * 2007-05-30 2008-05-28 博益(天津)气动技术研究所有限公司 低温气体压力调节器
CN201560807U (zh) * 2009-12-04 2010-08-25 沂源县华阳能源设备有限公司 一种用于汽轮机调节级的波纹管差压启闭式调节汽阀
CN105486805A (zh) * 2015-11-24 2016-04-13 西南石油大学 天然气水合物多功能测试系统及方法
CN205787977U (zh) * 2016-05-24 2016-12-07 国家电网公司 一种自动温压控制器
CN107583477A (zh) * 2017-10-13 2018-01-16 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种八通道六氟化硫动态配气方法及系统
CN208123727U (zh) * 2018-04-17 2018-11-20 南安广友五金制品有限公司 一种双向密封套管式管道五金补偿器
CN108594915A (zh) * 2018-06-27 2018-09-28 东莞市升微机电设备科技有限公司 一种可调容积的密闭室及控制方法
CN110056770A (zh) * 2019-04-26 2019-07-26 萍乡北京理工大学高新技术研究院 一种燃气管道增压稳压装置
CN210449486U (zh) * 2019-08-21 2020-05-05 重庆科技学院 一种防腐漆车间砂磨机的出料密封系统
CN110500503A (zh) * 2019-08-26 2019-11-26 西南石油大学 一种气体高密封快速调压系统及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113984960A (zh) * 2021-09-24 2022-01-28 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 一种动态混合方式研究多组分气体气味特性的方法

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