CN111650972B - 具有混合器的多组分动态配气试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有混合器的多组分动态配气试验系统，包括质量流量控制器，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；所述输出口连接有混合器，所述混合器设置有抽气装置以及球状的混合罐，混合罐的左端设置有进气嘴，进气嘴通过进气管与输出口连接，所述混合罐的右端设置有出气嘴；所述混合罐的底端设置有抽气嘴，所述混合罐的顶端设置有喷气嘴，抽气嘴经抽气管连接抽气装置的进口，抽气装置的出口经排气管连接喷气嘴。本发明用于多种组分的混合气体的连续配制，且带有混合器，通过混合器将密度差异较大的气体进行充分混合，用于科学试验。

Description

具有混合器的多组分动态配气试验系统
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，特别是涉及一种具有混合器的多组分动态配气试验系统。
背景技术
在工业生产过程中，特别是化学品的生产、化学试验或物理试验过程中，往往需要配制各种各样的混合气体，有的是为了稀释气体，比如将N2加入SF6气体中，稀释而成含N2的SF6气体，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物理试验。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。
由于SF6气体性能稳定，其分子量为146，相比其它N2、CO、SO2、H2S等气体，密度很大，很容易沉积在混合罐底部，从而使混合气体出现分层或密度不均的情况，使试验出现较大误差。
SF6气体电绝缘性能好，广泛运用在高电压成套设备中，用作绝缘介质，和变压器油作绝缘介质的高电压设备相比，可使电站实现无油化，是SF6气体的优点之一；但是在生产、使用过程中，SF6气体也容易出现泄漏，当SF6气体泄漏到地面时，会因为密度较大沉积于地面；SF6气体中如果因为泄漏或其它原因混入N2等混合气体，会导致电绝缘性能下降。
当然，SF6气体只是分子量比较大的气体之一，现实中不乏分量大的气体，有时需要将分子量大的气体与分子量小的气体进行混合进行化学或物理试验。
因此，现有技术缺陷是，缺少一种具有混合器的多组分动态配气试验系统，能够用于混合气体的连续配制，且带有混合器，通过混合器将密度差异较大的气体进行充分混合，用于科学试验。
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具有混合器的多组分动态配气试验系统，用于多种组分的混合气体的连续配制，且带有混合器，通过混合器将密度差异较大的气体进行充分混合，用于科学试验。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有混合器的多组分动态配气试验系统，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，控制电路控制质量流量控制器配气；
所述输出口连接有混合器，所述混合器设置有抽气装置以及球状的混合罐，混合罐的左端设置有进气嘴，进气嘴通过进气管与输出口连接，所述混合罐的右端设置有出气嘴；
所述混合罐的底端设置有抽气嘴，所述混合罐的顶端设置有喷气嘴，抽气嘴经抽气管连接抽气装置的进口，抽气装置的出口经排气管连接喷气嘴。
进气嘴和出气嘴可以设置电磁阀。
对于一些分子量相差较大的混合气体，比如SF6气体、H2、N2等，由于分子量相差较大，且不容易发生化学反应，相互之间化学性能稳定，H2、N2很容易上浮，SF6气体容易下沉，容易出现密度不均，影响试验结果，通过上述的结构设置，混合气体从进气嘴喷入混合罐中，在混合罐内进行充分混合，抽气装置通过抽气嘴抽取混合罐底部密度较大的气体从混合罐的顶端的喷气嘴喷出，在混合罐内实现充分混合，由出气嘴排出。
优选地，在混合罐内可设置搅拌装置，对混合气体进行充分的搅拌。
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。质量流量控制器能够获得准确的气体配比，且能够实现气体的连续配制。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。使用该装置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。本配气试验系统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。
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信息；电源模块为主控MCU、触摸屏供电。
混合后的气体可用作气体分析仪、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。
所述抽气装置或者是抽气泵或者是抽气风扇。
上述两种设备用于抽取混合罐底部的气体通过混合罐的顶部喷出，避免密度较大的气体在混合罐内腔底部沉积。
所述进气嘴为球状，嵌装在混合罐上，位于混合罐内的部分沿着其径向设置有至少两个出气流孔，位于混合罐外的部分设置有进气流孔，进气流孔连接进气管；
所述出气嘴、抽气嘴、喷气嘴与进气嘴结构相同。
通过上述的结构设置，将进气嘴设置为球状，位于混合罐内的部分沿着其径向设置有至少两个出气流孔，能够将混合气体向混合罐内的不同方向射出，有利于混合气体的充分混合。
同理，所述出气嘴、抽气嘴、喷气嘴与进气嘴可采用相同的结构，对于出气嘴混合后的气体从位于混合罐内的部分的出气流孔流进，从位于混合罐外的部分的进气流孔流出，其结构是相同的。
所述混合器两个或两个以上，依次串联。
多级串联，可提高混合效果。
所述出气嘴连接有电试验装置，所述电试验装置包括第一盘式绝缘子、第二盘式绝缘子、外套管、导电柱；
第一盘式绝缘子、第二盘式绝缘子均由绝缘材料制成；
外套管由金属材料制成，中空并两端开口，外套管的左端与第一盘式绝缘子的外缘密封连接，外套管的右端与第二盘式绝缘子的外缘密封连接；
所述导电柱由金属材料制成，呈“L”形，其竖直端嵌设在第一盘式绝缘子内并沿着第一盘式绝缘子的径向穿出第一盘式绝缘子，其水平端沿着第一盘式绝缘子的轴向穿出第一盘式绝缘子，再沿着外套管的轴心穿过外套管后，经第二盘式绝缘子的轴向通孔穿出第二盘式绝缘子；
第一盘式绝缘子左端经混合进气管连接出气嘴，第一盘式绝缘子沿着轴向设置有进混合气孔，进混合气孔连通混合进气管与外套管；
第二盘式绝缘子沿着轴向设置有出混合气孔。
出混合气孔连通外套管的内腔，并将混合气引出。
对于SF6等用于高压电气设备的绝缘气体，需要检测其电绝缘性能，通过上述的结构设置，将外套管接地，给导电柱施加试验高电压，可以用于对不同配比的混合气体作绝缘试验，验证不同配比的混合气体的击穿电压；也可验证在相同电压下，经导电柱、外套管流过的泄漏电流。
第一盘式绝缘子、第二盘式绝缘子起绝缘和支撑作用，其端面外缘与外套管的两端之间设置有密封圈，防止混合气体泄漏。
所述外套管由鹅颈管制成，导电柱位于外套管内的部分也由鹅颈管制成，外套管的内壁还设置有弹性的密封橡胶管，导电柱从密封橡胶管穿过，导电柱上固套有至少两个由绝缘材料制成的隔环，隔环的轴心设置有导电柱穿过的隔环中心孔，隔环相互平行间隔设置，隔环设置有隔环气孔，隔环的外圆与密封橡胶管的内壁抵接。混合气能够经过隔环气孔从隔环的一侧进入到另一侧。
由于SF6高电压成套设备很多部位设置有弯道，该部位外套管和导电柱通常是弯曲的，通过上述的结构设置，可以用于试验SF6混合气体在弯曲部位的电绝缘性能。将导电柱、外套管设置为鹅颈管，鹅颈管可以弯曲，形成一个弯头，密封橡胶管不仅对外套管起密封作用，还可以在外套管弯曲时起变形补偿作用。隔环在密封橡胶管与导电柱之间起分隔作用，隔环气孔便于SF6混合气体通过隔环，隔环如果由弹性绝缘材料制成，在弯曲时也可以起变形补偿作用。
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。
显著效果:本发明提供了一种具有混合器的多组分动态配气试验系统，用于多种组分的混合气体的连续配制，且带有混合器，通过混合器将密度差异较大的气体进行充分混合，用于科学试验。
附图说明
图1为本发明的模块结构图；
图2为混合器的结构图；
图3为进气嘴的结构图；
图4为第一种电试验装置的结构图；
图5为第一盘式绝缘子的结构图；
图6为第二盘式绝缘子的结构图；
图7为第二种电试验装置的结构图；
图8为隔环的结构图；
图9为图8的左视图；
图10为第二种电试验装置的外形图；
图11为第二种电试验装置的一种使用状态图；
图12为第一气压温度调节装置的第一种结构图；
图13为第一气压温度调节装置的第二种结构图；
图14为主控MCU的流程图；
图15为膨胀节的第一种结构图；
图16为图15的俯视图；
图17为膨胀节的第二种结构图；
图18为膨胀节的第三种结构图；
图19为调温装置的电路模块图；
图20为其中一种调压机构的电路图；
图21为主控MCU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21所示，一种具有混合器的多组分动态配气试验系统，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，控制电路控制质量流量控制器1配气；
所述输出口连接有混合器4，所述混合器4设置有抽气装置46以及球状的混合罐41，混合罐41的左端设置有进气嘴42，进气嘴42通过进气管421与输出口连接，所述混合罐41的右端设置有出气嘴43；
所述混合罐41的底端设置有抽气嘴44，所述混合罐41的顶端设置有喷气嘴45，抽气嘴44经抽气管461连接抽气装置46的进口，抽气装置46的出口经排气管462连接喷气嘴45。
对于一些分子量相差较大的混合气体，比如SF6气体、H2、N2等，由于分子量相差较大，且不容易发生化学反应，相互之间化学性能稳定，H2、N2很容易上浮，SF6气体容易下沉，容易出现密度不均，通过上述的结构设置，混合气体从进气嘴42喷入混合罐41中，在混合罐41内进行充分混合，抽气装置46通过抽气嘴44抽取混合罐41底部密度较大的气体从混合罐41的顶端的喷气嘴45喷出，在混合罐41内实现充分混合，由出气嘴43排出。
优选地，在混合罐41内可设置搅拌装置，对混合气体进行充分的搅拌。
其中质量流量控制器1采用成熟的产品；
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。质量流量控制器1能够获得准确的气体配比，且能够实现气体的连续配制。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。配气试验系统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。
优选地，出气嘴43与进气嘴42可以设置闸阀，方便混合罐41储气以及设备检修。
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。
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；还可以用于显示时间等信息；
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。
混合后的气体可用作气体分析仪、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。
所述抽气装置46或者是抽气泵或者是抽气风扇。
上述两种设备均采用现有成熟技术，其结构不再赘述。
上述两种设备用于抽取混合罐41底部的气体通过混合罐41的顶部喷出，避免密度较大的气体在混合罐41内腔底部沉积。
所述进气嘴42为球状，嵌装在混合罐41上，位于混合罐41内的部分沿着其径向设置有至少两个出气流孔422，位于混合罐41外的部分设置有进气流孔，进气流孔连接进气管421；
所述出气嘴43、抽气嘴44、喷气嘴45与进气嘴42结构相同。
通过上述的结构设置，将进气嘴42设置为球状，位于混合罐41内的部分沿着其径向设置有至少两个出气流孔422，能够将混合气体向混合罐41内的不同方向射出，有利于混合气体的充分混合。
如图2和图3所示，同理，所述出气嘴43、抽气嘴44、喷气嘴45与进气嘴42可采用相同的结构，对于出气嘴43混合后的气体从位于混合罐41内的部分的出气流孔422流进，从位于混合罐41外的部分的进气流孔流出，其结构是相同的。
所述混合器4两个或两个以上，依次串联。
多级串联，可提高混合效果。
所述出气嘴43连接有电试验装置5，所述电试验装置5包括第一盘式绝缘子51、第二盘式绝缘子52、外套管53、导电柱54；
第一盘式绝缘子51、第二盘式绝缘子52均由绝缘材料制成；
外套管53由金属材料制成，中空并两端开口，外套管53的左端与第一盘式绝缘子51的外缘密封连接，外套管53的右端与第二盘式绝缘子52的外缘密封连接；
所述导电柱54由金属材料制成，呈“L”形，其竖直端嵌设在第一盘式绝缘子51内并沿着第一盘式绝缘子51的径向穿出第一盘式绝缘子51，其水平端沿着第一盘式绝缘子51的轴向穿出第一盘式绝缘子51，再沿着外套管53的轴心穿过外套管53后，经第二盘式绝缘子52的轴向通孔521穿出第二盘式绝缘子52；
第一盘式绝缘子51左端经混合进气管511连接出气嘴43，第一盘式绝缘子51沿着轴向设置有进混合气孔512，进混合气孔512连通混合进气管511与外套管53；
第二盘式绝缘子52沿着轴向设置有出混合气孔522。
对于SF6等用于高压电气设备的绝缘气体，需要检测其电绝缘性能，通过上述的结构设置，将外套管53接地，给导电柱54施加试验高电压，可以用于对不同配比的混合气体作绝缘试验，验证不同配比的混合气体的击穿电压，也可验证在相同电压下，经导电柱54、外套管53通过的泄漏电流。
第一盘式绝缘子51、第二盘式绝缘子52起绝缘和支撑作用，其端面与外套管53的两端设置有密封圈，防止混合气体泄漏。
所述外套管53由鹅颈管制成，导电柱54位于外套管53内的部分也由鹅颈管制成，外套管53的内壁还设置有弹性的密封橡胶管55，导电柱54上固套有至少两个由绝缘材料制成的隔环56，隔环56的轴心设置有导电柱54穿过的隔环中心孔563，隔环56相互平行间隔设置，隔环56设置有隔环气孔561，隔环56的外圆与密封橡胶管55的内壁抵接。
由于SF6高电压成套设备很多部位设置有弯道，该部位外套管53和导电柱54通常是弯曲的，通过上述的结构设置，可以用于试验SF6混合气体在弯曲部位的电绝缘性能。将导电柱54、外套管53设置为鹅颈管，鹅颈管可以弯曲，形成一个弯头，密封橡胶管55不仅对外套管53起密封作用，还可以在外套管53弯曲时起变形补偿作用。隔环56在密封橡胶管55与导电柱54之间起分隔作用，隔环气孔561便于SF6混合气体通过隔环56，隔环56如果由弹性绝缘材料制成，隔环气孔561在弯曲时也可以起变形补偿作用。如图8所示，隔环56的两端设置有环状的凹槽562，凹槽562增加隔环56的表面爬电距离，当隔环56由弹性绝缘材料制成时，在弯曲时也可以起变形补偿作用。
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；
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。
所述温控器316可采用微处理器制成的温控器316，微处理器获取温度传感器313的信号控制加热装置314、制冷装置315开关。微处理器连接有输入设备用于设定调温装置31的温度。
温控器316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。
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；
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 BDA0002536183310000181
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 BDA0002536183310000182
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 BDA0002536183310000183
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 BDA0002536183310000184
计算可得到原料气G和稀释气N2的流量比
Figure BDA0002536183310000189
应为：
Figure BDA0002536183310000185
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 BDA0002536183310000186
(其中)。由式(1)导出计算，可求得各组分原料气的流量
Figure BDA0002536183310000187
和稀释气N2流量
Figure BDA0002536183310000188
的流量比为：
Figure BDA0002536183310000191
当配气时不使用稀释气N2(流量
Figure BDA0002536183310000192
)，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 BDA0002536183310000193
的关系(其中)。同样地，各组分原料气之问的流量比应为：
Figure BDA0002536183310000194
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 BDA0002536183310000195
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 BDA0002536183310000196
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 (7)

1.一种具有混合器的多组分动态配气试验系统，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，控制电路控制质量流量控制器(1)配气；
所述输出口连接有混合器(4)，所述混合器(4)设置有抽气装置(46)以及球状的混合罐(41)，混合罐(41)的左端设置有进气嘴(42)，进气嘴(42)通过进气管(421)与输出口连接，所述混合罐(41)的右端设置有出气嘴(43)；
所述混合罐(41)的底端设置有抽气嘴(44)，所述混合罐(41)的顶端设置有喷气嘴(45)，抽气嘴(44)经抽气管(461)连接抽气装置(46)的进口，抽气装置(46)的出口经排气管(462)连接喷气嘴(45)；
所述出气嘴(43)连接有电试验装置(5)，所述电试验装置(5)包括第一盘式绝缘子(51)、第二盘式绝缘子(52)、外套管(53)、导电柱(54)；
第一盘式绝缘子(51)、第二盘式绝缘子(52)均由绝缘材料制成；
外套管(53)由金属材料制成，中空并两端开口，外套管(53)的左端与第一盘式绝缘子(51)的外缘密封连接，外套管(53)的右端与第二盘式绝缘子(52)的外缘密封连接；
所述导电柱(54)由金属材料制成，呈“L”形，其竖直端嵌设在第一盘式绝缘子(51)内并沿着第一盘式绝缘子(51)的径向穿出第一盘式绝缘子(51)，其水平端沿着第一盘式绝缘子(51)的轴向穿出第一盘式绝缘子(51)，再沿着外套管(53)的轴心穿过外套管(53)后，经第二盘式绝缘子(52)的轴向通孔(521)穿出第二盘式绝缘子(52)；
第一盘式绝缘子(51)左端经混合进气管(511)连接出气嘴(43)，第一盘式绝缘子(51)沿着轴向设置有进混合气孔(512)，进混合气孔(512)连通混合进气管(511)与外套管(53)；
第二盘式绝缘子(52)沿着轴向设置有出混合气孔(522)。
2.根据权利要求1所述的具有混合器的多组分动态配气试验系统，其特征在于：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。
3.根据权利要求1所述的具有混合器的多组分动态配气试验系统，其特征在于：所述抽气装置(46)或者是抽气泵或者是抽气风扇。
4.根据权利要求1所述的具有混合器的多组分动态配气试验系统，其特征在于：所述进气嘴(42)为球状，嵌装在混合罐(41)上，位于混合罐(41)内的部分沿着其径向设置有至少两个出气流孔(422)，位于混合罐(41)外的部分设置有进气流孔，进气流孔连接进气管(421)；
所述出气嘴(43)、抽气嘴(44)、喷气嘴(45)与进气嘴(42)结构相同。
5.根据权利要求1所述的具有混合器的多组分动态配气试验系统，其特征在于：所述混合器(4)两个或两个以上，依次串联。
6.根据权利要求1所述的具有混合器的多组分动态配气试验系统，其特征在于：所述外套管(53)由鹅颈管制成，导电柱(54)位于外套管(53)内的部分也由鹅颈管制成，外套管(53)的内壁还设置有弹性的密封橡胶管(55)，导电柱(54)上固套有至少两个由绝缘材料制成的隔环(56)，隔环(56)的轴心设置有导电柱(54)穿过的隔环中心孔(563)，隔环(56)相互平行间隔设置，隔环(56)设置有隔环气孔(561)，隔环(56)的外圆与密封橡胶管(55)的内壁抵接。
7.根据权利要求1所述的具有混合器的多组分动态配气试验系统，其特征在于：所述进气口设置有第一气压温度调节装置(3)，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。
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