CN116422222A - 一种氟气氮气自动混合的流量控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氟气氮气自动混合的流量控制系统，涉及控制技术领域，包括第一管路、第二管路、比例阀门、第一气态罐、第二气态罐、混合管路、控制模块，所述第一管路和第一气态罐、比例阀门第一输入端连接，第二管路和第二气态罐、比例阀门第二输入端连接，比例阀门输出端和混合管路连接，比例阀门控制端和控制模块连接，控制模块调节比例阀门开度。本发明可以通过比对比例阀的量程和混合浓度的实际情况进行自动补偿。
Description
技术领域
本发明涉控制技术领域，特别涉及一种氟气氮气自动混合的流量控制系统。
背景技术
氟氮混合气应用范围和前景极其广阔，是原子能工业、含氟电子特气、氟化石墨、多种氟化物、医药中间体等的原料，氟氮混合气生产分为氟气提纯和混合充装两个步骤，根据不同用途调节比例阀的开度实现混合比例的调配，但现有技术中设定的调节会因不同的输送环境、设备使用情况、管路的布置等因素使实际混合与预设出现偏差，以此提出一种可消除偏差的氟气氮气自动混合的流量控制系统。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种氟气氮气自动混合的流量控制系统，包括第一管路、第二管路、比例阀门、第一气态罐、第二气态罐、混合管路、控制模块，所述第一管路和第一气态罐、比例阀门第一输入端连接，第二管路和第二气态罐、比例阀门第二输入端连接，比例阀门输出端和混合管路连接，比例阀门控制端和控制模块连接，控制模块调节比例阀门开度；
所述控制模块包括第一电阻R1、第二气敏电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一MOS管Q1、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一电容C1、IN1，所述第一电阻R1一端和电源连接，第一电阻R1另一端和第一运算放大器U1反相端、第二气敏电阻R2一端连接，第二气敏电阻R2另一端和接地端连接，第一运算放大器U1同相端和IN1连接，第一运算放大器U1输出端和第一MOS管Q1栅极连接，第一MOS管Q1漏极和第二运算放大器U2输出端连接，第一MOS管Q1源极和控制模块的芯片连接，第二运算放大器U2输出端还和第三电阻R3一端、第四电阻R4一端连接，第三电阻R3另一端和第五电阻R5一端、第六电阻R6一端、第二运算放大器U2同相端连接，第二运算放大器U2反相端和第四电阻R4另一端、第一电容C1一端连接，第六电阻R6另一端和电源连接，第一电容C1另一端和接地端连接。
进一步的，所述控制模块还包括第七电阻R7、第八电位器R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二三极管Q2、第三运算放大器U3、第一连接端子P1，所述第七电阻R7一端和电源连接，第七电阻R7另一端和第八电位器R8一端连接，第八电位器R8抽头端和第一运算放大器U1同相端连接，第二三极管Q2基极和第一MOS管Q1源极连接，第二三极管Q2集电极和第九电阻R9一端、第十电阻R10一端、第三运算放大器U3同相端连接，第三运算放大器U3反相端和第二运算放大器U2输出端连接，第三运算放大器U3输出端通过第一连接端子P1和第八电位器R8连接，第九电阻R9另一端和电源连接，第二三极管Q2发射极、第八电位器R8另一端、第十电阻R10另一端和接地端连接，第一MOS管Q1漏极和电源连接。
进一步的，所述控制模块还包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三三极管Q3、第四运算放大器U4、第二电容C2，所述第十一电阻R11一端和第八电位器R8抽头端、第十二电阻R12一端连接，第十一电阻R11另一端和第十三电阻R13一端、第二电容C2一端、第四运算放大器U4反相端连接，第十二电阻R12另一端和第四运算放大器U4同相端连接，第四运算放大器U4输出端和第十四电阻R14一端、第三三极管Q3基极连接，第三三极管Q3发射极和第一MOS管Q1源极连接，第三三极管Q3集电极和第二三极管Q2基极连接，第十四电阻R14另一端、第二电容C2另一端、第十三电阻R13另一端和接地端连接。
进一步的，所述控制模块还包括第十五电阻R15、第十六电阻R16，所述第十五电阻R15一端和电源连接，第十五电阻R15另一端和第一MOS管Q1漏极、第十六电阻R16一端连接，第十六电阻R16另一端和接地端连接。
进一步的，所述控制模块还包括第十七电阻R17，所述第十七电阻R17一端和第一MOS管Q1栅极连接，第十七电阻R17另一端和接地端连接。
进一步的，所述控制模块还包括第十八电阻R18，所述第十八电阻R18一端和第三三极管Q3发射极连接，第十八电阻R18另一端和接地端连接。
进一步的，所述控制模块还包括第十九电阻R19，所述第十九电阻R19一端和第十二电阻R12另一端连接，第十九电阻R19另一端和接地端连接。
进一步的，所述第三运算放大器U3输出端通过第一连接端子P1和第八电位器R8的CLK引脚端连接。
进一步的，所述第八电位器R8还和控制模块的MCU芯片连接，用于设定输入。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明可以通过比对比例阀的量程和混合浓度的实际情况进行自动补偿，防止实际与预设的混合比例出现偏差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的整体结构示意图。
图2、图3、图4为控制模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明，应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
参阅附图，本发明是一种氟气氮气自动混合的流量控制系统，包括第一管路、第二管路、比例阀门、第一气态罐、第二气态罐、混合管路、控制模块，所述第一管路和第一气态罐、比例阀门第一输入端连接，第二管路和第二气态罐、比例阀门第二输入端连接，比例阀门输出端和混合管路连接，比例阀门控制端和控制模块连接，控制模块调节比例阀门开度；
所述控制模块包括第一电阻R1、第二气敏电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一MOS管Q1、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一电容C1、IN1，所述第一电阻R1一端和电源连接，第一电阻R1另一端和第一运算放大器U1反相端、第二气敏电阻R2一端连接，第二气敏电阻R2另一端和接地端连接，第一运算放大器U1同相端和IN1连接，第一运算放大器U1输出端和第一MOS管Q1栅极连接，第一MOS管Q1漏极和第二运算放大器U2输出端连接，第一MOS管Q1源极和控制模块的芯片连接，第二运算放大器U2输出端还和第三电阻R3一端、第四电阻R4一端连接，第三电阻R3另一端和第五电阻R5一端、第六电阻R6一端、第二运算放大器U2同相端连接，第二运算放大器U2反相端和第四电阻R4另一端、第一电容C1一端连接，第六电阻R6另一端和电源连接，第一电容C1另一端和接地端连接。
具体地，所述控制模块还包括第七电阻R7、第八电位器R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二三极管Q2、第三运算放大器U3、第一连接端子P1，所述第七电阻R7一端和电源连接，第七电阻R7另一端和第八电位器R8一端连接，第八电位器R8抽头端和第一运算放大器U1同相端连接，第二三极管Q2基极和第一MOS管Q1源极连接，第二三极管Q2集电极和第九电阻R9一端、第十电阻R10一端、第三运算放大器U3同相端连接，第三运算放大器U3反相端和第二运算放大器U2输出端连接，第三运算放大器U3输出端通过第一连接端子P1和第八电位器R8连接，第九电阻R9另一端和电源连接，第二三极管Q2发射极、第八电位器R8另一端、第十电阻R10另一端和接地端连接，第一MOS管Q1漏极和电源连接。
具体地，所述控制模块还包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三三极管Q3、第四运算放大器U4、第二电容C2，所述第十一电阻R11一端和第八电位器R8抽头端、第十二电阻R12一端连接，第十一电阻R11另一端和第十三电阻R13一端、第二电容C2一端、第四运算放大器U4反相端连接，第十二电阻R12另一端和第四运算放大器U4同相端连接，第四运算放大器U4输出端和第十四电阻R14一端、第三三极管Q3基极连接，第三三极管Q3发射极和第一MOS管Q1源极连接，第三三极管Q3集电极和第二三极管Q2基极连接，第十四电阻R14另一端、第二电容C2另一端、第十三电阻R13另一端和接地端连接。
具体地，所述控制模块还包括第十五电阻R15、第十六电阻R16，所述第十五电阻R15一端和电源连接，第十五电阻R15另一端和第一MOS管Q1漏极、第十六电阻R16一端连接，第十六电阻R16另一端和接地端连接。
具体地，所述控制模块还包括第十七电阻R17，所述第十七电阻R17一端和第一MOS管Q1栅极连接，第十七电阻R17另一端和接地端连接。
具体地，所述控制模块还包括第十八电阻R18，所述第十八电阻R18一端和第三三极管Q3发射极连接，第十八电阻R18另一端和接地端连接。
具体地，所述控制模块还包括第十九电阻R19，所述第十九电阻R19一端和第十二电阻R12另一端连接，第十九电阻R19另一端和接地端连接。
具体地，所述第三运算放大器U3输出端通过第一连接端子P1和第八电位器R8的CLK引脚端连接。
具体地，所述第八电位器R8还和控制模块的MCU芯片连接，用于设定输入。
具体地，第一气态罐和第二气态罐用于输出氟气和氮气，经过第一管路和第二管路输送到比例阀门的两个输入端，比例阀门的输出端输出到混合管路，其中IN1作为控制模块输入到比例阀门的开度信号，由MCU进行设定输入，通过第一电阻R1和第二气敏电阻R2采样混合管路中的流量浓度信号反馈到第一运算放大器U1，其中第一电阻R1和第二气敏电阻R2的分压系数与IN1输入的量程对应，通过比对量程和流量浓度作为补偿信号反馈到第一MOS管Q1，第一MOS管Q1作为补偿开关和第二运算放大器U2输出端连接，若采样的混合浓度信号低于采样时，第一运算放大器U1输出使第一MOS管Q1作用，而第二运算放大器U2用于输出补偿信号，其中第六电阻R6和第五电阻R5提供第二运算放大器U2同相偏置输入，第三电阻R3对第二运算放大器U2进行同相反馈，第四电阻R4和第一电容C1用于积分反馈到第二运算放大器U2反相端，第二运算放大器U2输出信号经第一MOS管Q1反馈到控制模块的MCU芯片对IN1进行调节。
考虑到MCU输入IN1调节信号时的量程区分设定输入和补偿输入，先通过第七电阻R7、第八电位器R8一端（H引脚端）、抽头端（W引脚端）将设定信号反馈到IN1和第一运算放大器U1同相端，第八电位器R8的另一端（L引脚端）和接地端连接，调节第八电位器R8抽头端距两端阻值改变IN1调节阀门信号，而原第一MOS管Q1漏极输入的第二运算放大器U2信号替换为第三运算放大器U3进行输出到第一连接端子P1，第一MOS管Q1仅作为补偿开关，将漏极与电源连接，其源极和第二三极管Q2连接，第九电阻R9和第十电阻R10用于第三电阻R3同相输入，让第一运算放大器U1无补偿信号输出时对第二运算放大器U2输出进行钳制，第三运算放大器U3也不进行输出，反之当第一运算放大器U1输出时，第二三极管Q2因第一MOS管Q1导通进行放大， 第三运算放大器U3同相端电位下降，当第二运算放大器U2反相端处于第四电阻R4和第一电容C1积分谷峰时，第二运算放大器U2输出使第三运算放大器U3输出信号，反之第三运算放大器U3无输出，完成第八电位器R8的CLK调节信号，对IN1进行补偿，第八电位器R8的CLK、DIN引脚端分别和MCU的I/O口连接，DIN根据初始使能上拉或下拉电阻调节IN1的补偿状态，CLK用于输入调节信号，以此完成设定输入和补偿输入。
考虑到气体混合的时滞性问题会让实际采样高出设定输入的设定值过多，通过第四运算放大器U4输出滞后信号让比例阀门开度在上调截断滞后补偿，而比例阀门下调时进行信号跟随，其中第四运算放大器U4的同相输入通过第十二电阻R12进行反馈，反相通过第十一电阻R11和第二电容C2进行反馈，若比例阀门开度上调时，第四运算放大器U4输出信号反馈到第三三极管Q3，使第三三极管Q3截止，随第二电容C2端电位上升后第四运算放大器U4截止，第三三极管Q3复位，完成滞后，下调时第二电容C2经第十三电阻R13泄放反相滞后，第三三极管Q3无变化。
第十五电阻R15和第十六电阻R16用于第一MOS管Q1供电，第十七电阻R17用于第一MOS管Q1栅极回路，第十八电阻R18用于第一MOS管Q1漏电流回路，防止第三三极管Q3放大后降低第九电阻R9和第十电阻R10连接端的钳制电位。第十九电阻R19用于第四运算放大器U4初始和响应过程中的下拉，增加第四运算放大器U4输出灵敏度。第一发光二极管D1用于串接在第二三极管Q2发射极和接地端之间，用于指示或反馈当前状态或信号。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种氟气氮气自动混合的流量控制系统，其特征在于，包括第一管路、第二管路、比例阀门、第一气态罐、第二气态罐、混合管路、控制模块，所述第一管路和第一气态罐、比例阀门第一输入端连接，第二管路和第二气态罐、比例阀门第二输入端连接，比例阀门输出端和混合管路连接，比例阀门控制端和控制模块连接，控制模块调节比例阀门开度；
所述控制模块包括第一电阻、第二气敏电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一MOS管、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电容、IN1，所述第一电阻一端和电源连接，第一电阻另一端和第一运算放大器反相端、第二气敏电阻一端连接，第二气敏电阻另一端和接地端连接，第一运算放大器同相端和IN1连接，第一运算放大器输出端和第一MOS管栅极连接，第一MOS管漏极和第二运算放大器输出端连接，第一MOS管源极和控制模块的芯片连接，第二运算放大器输出端还和第三电阻一端、第四电阻一端连接，第三电阻另一端和第五电阻一端、第六电阻一端、第二运算放大器同相端连接，第二运算放大器反相端和第四电阻另一端、第一电容一端连接，第六电阻另一端和电源连接，第一电容另一端和接地端连接。
2.根据权利要求1所述的氟气氮气自动混合的流量控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括第七电阻、第八电位器、第九电阻、第十电阻、第二三极管、第三运算放大器、第一连接端子，所述第七电阻一端和电源连接，第七电阻另一端和第八电位器一端连接，第八电位器抽头端和第一运算放大器同相端连接，第二三极管基极和第一MOS管源极连接，第二三极管集电极和第九电阻一端、第十电阻一端、第三运算放大器同相端连接，第三运算放大器反相端和第二运算放大器输出端连接，第三运算放大器输出端通过第一连接端子和第八电位器连接，第九电阻另一端和电源连接，第二三极管发射极、第八电位器另一端、第十电阻另一端和接地端连接，第一MOS管漏极和电源连接。
3.根据权利要求2所述的氟气氮气自动混合的流量控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第三三极管、第四运算放大器、第二电容，所述第十一电阻一端和第八电位器抽头端、第十二电阻一端连接，第十一电阻另一端和第十三电阻一端、第二电容一端、第四运算放大器反相端连接，第十二电阻另一端和第四运算放大器同相端连接，第四运算放大器输出端和第十四电阻一端、第三三极管基极连接，第三三极管发射极和第一MOS管源极连接，第三三极管集电极和第二三极管基极连接，第十四电阻另一端、第二电容另一端、第十三电阻另一端和接地端连接。
4.根据权利要求1所述的氟气氮气自动混合的流量控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括第十五电阻、第十六电阻，所述第十五电阻一端和电源连接，第十五电阻另一端和第一MOS管漏极、第十六电阻一端连接，第十六电阻另一端和接地端连接。
5.根据权利要求1所述的氟气氮气自动混合的流量控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括第十七电阻，所述第十七电阻一端和第一MOS管栅极连接，第十七电阻另一端和接地端连接。
6.根据权利要求3所述的氟气氮气自动混合的流量控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括第十八电阻，所述第十八电阻一端和第三三极管发射极连接，第十八电阻另一端和接地端连接。
7.根据权利要求3所述的氟气氮气自动混合的流量控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括第十九电阻，所述第十九电阻一端和第十二电阻另一端连接，第十九电阻另一端和接地端连接。
8.根据权利要求2所述的氟气氮气自动混合的流量控制系统，其特征在于，所述第三运算放大器输出端通过第一连接端子和第八电位器的CLK引脚端连接。
9.根据权利要求2所述的氟气氮气自动混合的流量控制系统，其特征在于，所述第八电位器还和控制模块的MCU芯片连接，用于设定输入。
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