CN113491983A - 动态校准仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态校准仪，其特征在于，包括气路混合单元和动态校准单元，气路混合单元包括零气输送管路、标气输送管路、第一混合室、第二混合室、臭氧生成输送管路和臭氧检测组件，动态校准单元包括中央处理器、第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，第一质量流量控制器和第二质量流量控制器均连接至中央处理器。本发明提供一种动态校准仪，其包括气路混合单元和动态校准单元，动态校准单元包括中央处理器以及连接中央处理器的第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，通过中央处理器用于对第一质量流量控制器和第二质量流量控制器的流量进行实时跟踪，从而实现流量的闭环控制，大大提高了响应速度和浓度检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及气体浓度检测技术领域，尤其是指一种动态校准仪。
背景技术
动态校准仪又称为配气仪，一般情况下，采用氮气或者零空气与一定浓度的标准气体进行混合，然后产生期望浓度的气体。由于臭氧很活泼，无法用钢瓶气来实现长期保存，因此，在空气质量监测中，需要用动态校准仪实时产生臭氧，这对动态校准仪内部的气路产生了很高的要求。
动态校准仪作为一种配气设备，其为分析仪器提供一个标准的浓度，用来校准分析仪器的测量值。因此，动态校准仪自身配气的流量误差需要能够很好的被更高一级的仪器校准。动态校准仪的配气精度取决于内部的两个配气用的质量流量控制器，现有技术的动态校准仪无法对质量流量控制器的输出流量实现动态跟随检测，因而无法实现流量的闭环控制，使其响应速度以及浓度检测的准确度均不理想。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中动态校准仪因无法实现流量的闭环控制而导致其响应速度以及浓度检测的准确度均不理想的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种动态校准仪，包括：
气路混合单元，所述气路混合单元包括零气输送管路、标气输送管路、第一混合室、第二混合室、臭氧生成输送管路和臭氧检测组件，所述臭氧生成输送管路连接所述零气输送管路，所述零气输送管路的出气端和所述标气输送管路的出气端均连接至所述第一混合室的进气端构成其中一个通路，所述零气输送管路的出气端和所述臭氧生成输送管路的出气端均连接至所述第一混合室的进气端构成另一个通路，且两个通路二选一，所述第一混合室的出气口连接所述第二混合室的进气端，所述第二混合室的出气口设置有臭氧检测组件；
动态校准单元，所述动态校准单元包括中央处理器、第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，所述第一质量流量控制器设置在第一混合室对应所述零气输送管路的进气端，所述第二质量流量控制器设置在所述第二混合室的另一个进气端，所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器均连接所述中央处理器，通过所述中央处理器用于对所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器的流量进行实时跟踪。
在本发明的一个实施例中，所述动态校准单元还包括第一校准口和第二校准口，所述第一校准口和所述第二校准口分别连接所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器。
在本发明的一个实施例中，所述第一校准口和所述第二校准口均包括特氟龙管。
在本发明的一个实施例中，所述零气输送管路包括第一阀门和过滤器，所述第一阀门连接所述过滤器。
在本发明的一个实施例中，所述零气输送管路包括减压阀，所述减压阀的输入端连接过滤器的输出端。
在本发明的一个实施例中，还包括第一三通阀，所述第一三通阀包括至少两个进气口和至少一个出气口，其中两个进气口分别连接所述标气输送管路和所述臭氧生成输送管路，所述出气口连接所述第二质量流量控制器。
在本发明的一个实施例中，所述标气输送管路包括多个标气输送支路和多个第二阀门，每个标气输送支路上均设置有第二阀门。
在本发明的一个实施例中，所述臭氧生成输送管路包括臭氧发生器和第一流量计，所述臭氧发生器连接所述第一流量计。
在本发明的一个实施例中，还包括第二三通阀，所述第二三通阀包括至少两个进气口和至少一个出气口，其中两个进气口分别连接所述第二混合室和所述零气输送管路，所述出气口连接所述臭氧检测组件。
在本发明的一个实施例中，所述臭氧检测组件包括臭氧检测池、第二流量计、臭氧剔除器和内置泵，所述臭氧检测池、第二流量计、臭氧剔除器和内置泵依次连接。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明提供一种动态校准仪，其包括气路混合单元和动态校准单元，动态校准单元包括中央处理器以及连接中央处理器的第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，通过中央处理器用于对第一质量流量控制器和第二质量流量控制器的流量进行实时跟踪，从而实现流量的闭环控制，大大提高了响应速度和浓度检测的准确性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明动态校准仪的结构示意图。
图2是本发明内部气路结构原理框图。
图3是本发明中央处理器及其调试接口电路。
图4是本发明质量流量控制器的流量控制电路的原理图。
图5是本发明质量流量控制器的闭环反馈的电路原理图。
说明书附图标记说明：101、第一阀门；102、过滤器；103、减压阀；201、标气输送支路；202、第二阀门；3、第一混合室；4、第二混合室；501、臭氧发生器；502、第一流量计；601、臭氧检测池；602、第二流量计；603、臭氧剔除器；604、内置泵；7、第一质量流量控制器；8、第二质量流量控制器；9、第一三通阀；10、第二三通阀。
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说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1至图5所示，本发明实施例提供一种动态校准仪，其具体结构包括气路混合单元和动态校准单元。
气路混合单元包括零气输送管路、标气输送管路、第一混合室3、第二混合室4、臭氧生成输送管路和臭氧检测组件，臭氧生成输送管路连接零气输送管路，零气输送管路的出气端和标气输送管路的出气端均连接至第一混合室3的进气端构成其中一个通路，零气输送管路的出气端和臭氧生成输送管路的出气端均连接至第一混合室3的进气端构成另一个通路，且两个通路二选一，第一混合室3的出气口连接第二混合室4的进气端，第二混合室4的出气口设置有臭氧检测组件。
动态校准单元包括中央处理器、第一质量流量控制器7和第二质量流量控制器8，第一质量流量控制器7设置在第一混合室3对应零气输送管路的进气端，第二质量流量控制器8设置在第二混合室4的另一个进气端，第一质量流量控制器7和第二质量流量控制器8均连接中央处理器，通过中央处理器用于对第一质量流量控制器7和第二质量流量控制器8的流量进行实时跟踪。
其中，动态校准单元还包括第一校准口和第二校准口，第一校准口和第二校准口分别连接第一质量流量控制器7和第二质量流量控制器8。具体的，第一校准口和第二校准口均包括特氟龙管，通过特氟龙管将质量流量控制器串联在校准口上。
其中，零气输送管路包括第一阀门101和过滤器102，第一阀门101连接过滤器102。这里第一阀门101的作用是控制零气的进入，过滤器102的作用是用于过滤零气中可能存在的颗粒物。
进一步地，零气输送管路包括减压阀103，减压阀103的输入端连接过滤器102的输出端。优选的，减压阀103可以是自动机械减压阀103，其无需电气控制，这里减压阀103的作用是为了保护内部气路，因为外部输入的零空气是带有一定的压力的，当压力过高时，该减压阀103能够自动释放部分压力，实现了对内部气路的保护。
还包括第一三通阀9，第一三通阀9包括至少两个进气口和至少一个出气口，其中两个进气口分别连接标气输送管路和臭氧生成输送管路，出气口连接第二质量流量控制器8。这里第一三通阀9的作用是用于在标准浓度气体和臭氧之间进行选择。
其中，标气输送管路包括多个标气输送支路201和多个第二阀门202，每个标气输送支路201上均设置有第二阀门202。优选的，标气输送支路201和第二阀门202的数量均为4个，4个第二阀门202的作用是用于在四种不同的标准气体之间进行选择，某一时刻只能选择一种气体进入动态校准仪。
其中，臭氧生成输送管路包括臭氧发生器501和第一流量计502，臭氧发生器501连接第一流量计502。这里臭氧发生器501的作用是用于产生一定浓度的臭氧，第一流量计502用于检测臭氧的流速。
还包括第二三通阀10，第二三通阀10包括至少两个进气口和至少一个出气口，其中两个进气口分别连接第二混合室4和零气输送管路，出气口连接臭氧检测组件。这里第二三通阀10的作用是用于在零空气和产生的稀释气之间进行选择。
其中，臭氧检测组件包括臭氧检测池601、第二流量计602、臭氧剔除器603和内置泵604，臭氧检测池601、第二流量计602、臭氧剔除器603和内置泵604依次连接。这里臭氧检测池601的作用是用于检测经过臭氧检测池601的气体中臭氧的浓度；第二流量计602的作用是用于检测内置泵604在将气体排出动态校准仪时的流量，以确保内部废气能够及时排出动态校准仪；臭氧剔除器603的作用是用于剔除臭氧发生器501产生的臭氧，以免在排出动态校准仪后污染环境；内置泵604的作用是为臭氧的检测提供持续的流量。
还有，第一质量流量控制器7的作用是用于控制进入动态校准仪的零空气的流量，第一质量流量控制器7的流量按照一定的比例与第二质量流量控制器8的流量进行混合，从而达到配气的目的。
第二质量流量控制器8的作用是用于控制进入动态校准仪的标准浓度气体的流量或者是用于控制进入动态校准仪的臭氧的浓度，第二质量流量控制器8的流量按照一定的比例与第一质量流量控制器7的流量进行混合，从而达到配气的目的。
第一混合室3的作用是用于将经过第一质量流量控制器7和第二质量流量控制器8按照一定的流量比例控制的流量进行充分的混合，以保证输出的稀释气昰均匀的、经过充分混合的。
第二混合室4的作用是用于为配置的气体提供四个完全相同的稀释气输出接口，由于有第二混合室4的缓冲作用，四个稀释气输出接口的压力和流量可以保证稳定。
上述第一质量流量控制器7和第二质量流量控制器8的流量控制的原理为：中央处理器U20为STM32F40TZET6，U20的40管脚DAC_MFC0和41管脚DAC_MFC1为模拟电压输出管脚，DAC_MFC0和DAC_MFC1分别连接到图5的电阻R67和电阻R68，电阻R67和电阻R68连接到运算放大器U18和U19的正向输入端，U18经过精密电阻RJ1和精密电阻RJ15实现了两倍的正向信号放大，同时经过U18运算放大器后提高了信号输出的驱动能力；U19经过精密电阻RJ14和精密电阻RJ16实现了两倍的正向信号放大，同时经过U19运算放大器后提高了信号输出的驱动能力；U18的输出信号经过电阻R14和电容C6实现了信号一阶无源信号平滑滤波，U19的输出信号经过电阻R32和电容C15实现了信号一阶无源信号平滑滤波；最后DAC_MFC0和DAC_MFC1模拟信号经过两倍的放大输出后，连接到接线端子J19，J19连接到MFC1和MFC2的模拟信号控制端，从而实现了对零空气和标气流量的控制。
上述第一质量流量控制器7和第二质量流量控制器8的闭环反馈的实现原理为：第一质量流量控制器MFC1和第二质量流量控制器MFC2自带模拟信号输出，该模拟输出信号表示MFC1和MFC2的实际流量，通过检测该信号的大小，实现动态调节DAC_MFC0和DAC_MFC1的大小，从而实现流量的精准控制，达到配气的目的。
具体的，MFC1的模拟输出信号MFCAO0和MFC2的模拟输出信号MFCAO1连接到接线端子J18的1脚和3脚，J18的1脚经过精密电阻RJ7和精密电阻RJ13连接到GND，MFCAO0经过精密电阻RJ7和精密电阻RJ13分压后，信号变为原来的一半经由电阻R19连接到运算放大器U21的正向输入端，电阻R69跨接在运算放大器U21的3脚(负反馈)和4脚(输出)之间，实现了信号的跟随作用，U21的4脚输出再经过电阻R25和电容C7的一阶低通滤波连接到10通道12位AD转换器U27的1脚；J18的2脚经过精密电阻RJ8和精密电阻RJ6连接到GND，MFCAO1经过精密电阻RJ8和精密电阻RJ6分压后，信号变为原来的一半经由电阻R20连接到运算放大器U22的正向输入端，电阻R70跨接在运算放大器U22的3脚(负反馈)和4脚(输出)之间，实现了信号的跟随作用，U22的4脚输出再经过电阻R26和电容C8的一阶低通滤波连接到10通道12位AD转换器U27的2脚，U27与中央处理器U20之间为SPI接口，从而中央处理器U20实现了实时采集MFC1和MFC2的信号，完成了流量的闭环控制。
上述第一质量流量控制器7的校准：
当要对第一质量流量控制器7的流量进行校准时，将动态校准仪外部的第一校准口的特氟龙管取下来，将标准质量流量控制器通过特氟龙管串联在第一校准口上，这个时候，进入第一质量流量控制器7的气体流量和进入标准质量流量控制器的流量相同，根据第一质量流量控制器7的量程，设置高中低三个不同的流量点，依次进行测试，并记录实测值和标准值，最后将校准结果通过800*600液晶触摸屏输入动态校准仪，完成第一质量流量控制器7的流量校准。
上述第二质量流量控制器8的校准：
当要对第二质量流量控制器8的流量进行校准时，将动态校准仪外部的第二校准口的特氟龙管取下来，将标准质量流量控制器通过特氟龙管串联在第二校准口上，这个时候，进入第二质量流量控制器8的气体流量和进入标准质量流量控制器的流量相同，根据第二质量流量控制器8的量程，设置高中低三个不同的流量点，依次进行测试，并记录实测值和标准值，最后将校准结果通过800*600液晶触摸屏输入动态校准仪，完成第二质量流量控制器8的流量校准。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种动态校准仪，其特征在于，包括：
气路混合单元，所述气路混合单元包括零气输送管路、标气输送管路、第一混合室、第二混合室、臭氧生成输送管路和臭氧检测组件，所述臭氧生成输送管路连接所述零气输送管路，所述零气输送管路的出气端和所述标气输送管路的出气端均连接至所述第一混合室的进气端构成其中一个通路，所述零气输送管路的出气端和所述臭氧生成输送管路的出气端均连接至所述第一混合室的进气端构成另一个通路，且两个通路二选一，所述第一混合室的出气口连接所述第二混合室的进气端，所述第二混合室的出气口设置有臭氧检测组件；
动态校准单元，所述动态校准单元包括中央处理器、第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，所述第一质量流量控制器设置在第一混合室对应所述零气输送管路的进气端，所述第二质量流量控制器设置在所述第二混合室的另一个进气端，所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器均连接所述中央处理器，通过所述中央处理器用于对所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器的流量进行实时跟踪。
2.根据权利要求1所述的动态校准仪，其特征在于：所述动态校准单元还包括第一校准口和第二校准口，所述第一校准口和所述第二校准口分别连接所述第一质量流量控制器和第二质量流量控制器。
3.根据权利要求2所述的动态校准仪，其特征在于：所述第一校准口和所述第二校准口均包括特氟龙管。
4.根据权利要求1所述的动态校准仪，其特征在于：所述零气输送管路包括第一阀门和过滤器，所述第一阀门连接所述过滤器。
5.根据权利要求1或4所述的动态校准仪，其特征在于：所述零气输送管路包括减压阀，所述减压阀的输入端连接过滤器的输出端。
6.根据权利要求1所述的动态校准仪，其特征在于：还包括第一三通阀，所述第一三通阀包括至少两个进气口和至少一个出气口，其中两个进气口分别连接所述标气输送管路和所述臭氧生成输送管路，所述出气口连接所述第二质量流量控制器。
7.根据权利要求1或6所述的动态校准仪，其特征在于：所述标气输送管路包括多个标气输送支路和多个第二阀门，每个标气输送支路上均设置有第二阀门。
8.根据权利要求1或6所述的动态校准仪，其特征在于：所述臭氧生成输送管路包括臭氧发生器和第一流量计，所述臭氧发生器连接所述第一流量计。
9.根据权利要求1所述的动态校准仪，其特征在于：还包括第二三通阀，所述第二三通阀包括至少两个进气口和至少一个出气口，其中两个进气口分别连接所述第二混合室和所述零气输送管路，所述出气口连接所述臭氧检测组件。
10.根据权利要求1或9所述的动态校准仪，其特征在于：所述臭氧检测组件包括臭氧检测池、第二流量计、臭氧剔除器和内置泵，所述臭氧检测池、第二流量计、臭氧剔除器和内置泵依次连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211012 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |