CN201799249U - 动态配气控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动态配气控制系统，包括：电源、工控机、电磁阀控制电路、至少两个用于盛放原料气体的钢瓶和至少两路气体质量流量控制器；电磁阀控制电路包括至少两个电磁阀；电磁阀的气体输入端口与钢瓶对应连接，电磁阀的气体输出端口与气体质量流量控制器的气体输入端口对应连接；电源，分别与工控机、电磁阀控制电路和气体质量流量控制器连接，用于为工控机、电磁阀控制电路和气体质量流量控制器供电；工控机，分别与电磁阀控制电路和气体质量流量控制器连接，用于根据目标组份标准气体的配气参数，控制电磁阀控制电路和气体质量流量控制器配置目标组份标准气体。本实用新型动态配气控制系统简单且成本低。

Description

动态配气控制系统

技术领域

本实用新型涉及标准气体的配气技术，尤其涉及一种动态配气控制系统，属于自动控制技术领域。

背景技术

标准气体(Standard gases)属于标准物质，是一种具有高度均匀、良好稳定和量值准确的测定标准，可以用于环境监测、有毒有机物测量、汽车排放气测试、天然气BTU测量，液化石油气校正标准，超临界流体工艺等。标准气体配气的方法包括称重法、分压法、静态容量法、流量比混合法、渗透法、扩散法、体积比法等。其中，流量比混合法是一种动态配气法，通过严格控制一定比例的组份气体和稀释气体的流量，并加以混合而制定标准气体。与瓶装标准气相比，使用该方法能够在同一配气装置上，可以配置出满足需要的不同组份浓度的各种标准气。

目前采用流量比混合法配置标准气体的设备中，需用单独采用复杂的、高精确的流量控制设备，配置标准气体的设备复杂且成本高。

实用新型内容

本实用新型提供一种动态配气控制系统，用以解决现有技术中采用流量比混合法配置标准气体的设备复杂且成本高的缺陷，实现简单且成本低的动态配气控制系统。

本实用新型提供一种动态配气控制系统，包括：电源、工控机、电磁阀控制电路、至少两个用于盛放原料气体的钢瓶和至少两路气体质量流量控制器；

所述电磁阀控制电路包括至少两个电磁阀；

所述电磁阀的气体输入端口与所述钢瓶对应连接，所述电磁阀的气体输出端口与所述气体质量流量控制器的气体输入端口对应连接；

所述电源，分别与所述工控机、所述电磁阀控制电路和所述气体质量流量控制器连接，用于为所述工控机、所述电磁阀控制电路和所述气体质量流量控制器供电；

所述工控机，分别与所述电磁阀控制电路和所述气体质量流量控制器连接，用于根据目标组份标准气体的配气参数，控制所述电磁阀控制电路和所述气体质量流量控制器配置所述目标组份标准气体。

其中，电源可以包括第一直流电源、第二直流电源和交流电源；

所述第一直流电源，与所述电磁阀控制电路连接，用于为所述电磁阀控制电路供电；

所述第二直流电源，与所述气体质量流量控制器连接，用于为所述气体质量流量控制器供电；

所述交流电源，与所述工控机连接，用于为所述工控机供电。

优选地，该动态配气控制系统还可以包括：减压阀，与所述钢瓶连接，用于控制所述钢瓶的中原料气体的输出。

优选地，该动态配气控制系统还可以包括：机柜外壳，所述工控机、所述气体质量流量控制器和所述电磁阀控制电路设置在所述机柜外壳中。

优选地，所述工控机通过RS485通信线与所述气体质量流量控制器连接；所述工控机通过RS232串口线与所述电磁阀控制电路连接。

该动态配气控制系统还可以包括：显示器，与所述工控机连接，用于显示所述工控机输出的目标组分标准气体的实际流量值、电磁阀状态、设置流量值、阀控状态和气体质量流量控制器量程。

进一步地，所述工控机包括：参数设置模块、气体系数模块和配气模块；

所述参数设置模块，用于对所述工控机与所述气体质量流量控制器的通讯参数以及所述工控机与所述电磁阀的通讯参数进行设置；

所述气体系数模块，用于获取所述目标组份标准气体所需的每一种原料气体与预设标准气体的质量流量转换系数；

所述配气模块，与所述气体系数模块相连，用于根据所述目标组份标准气体的配气参数和所述质量流量转换系数，获取所述目标组份标准气体所需的每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器的流量配比值，根据所述流量配比值，控制所述电磁阀的开关和所述气体质量流量控制器的气体流量。

其中，所述配气模块可以包括：

计算子模块，用于根据所述目标组份标准气体的配气参数，计算每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器的设定流量值；

修正子模块，与所述计算子模块相连，用于根据每一种原料气体所对应的质量流量转换系数，修正对应的气体质量流量控制器的设定流量值，得到每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器的流量配比值。

再进一步地，所述工控机还包括：

显示模块，用于从所述气体质量流量控制器读取流量测试值，根据所述质量流量转换系数对所述流量测试值进行修正，得到用于显示的实际流量值。

再进一步地，所述工控机还包括：

退出模块，用于退出所述动态配气控制系统。

本实用新型提供的动态配气控制系统，其中的工控机可以控制电磁阀控制电路和气体质量流量控制器配置目标组份标准气体，实现多组分动态配气，动态配气控制系统简单且成本低；采用气体质量流量控制器控制气体流量，使用方便、灵敏度高、精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型动态配气控制系统第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型动态配气控制系统第二实施例的结构示意图；

图3为本实用新型动态配气控制系统第二实施例中显示状态的示意图；

图4为本实用新型动态配气控制系统第二实施例的安装结构示意图；

图5为本实用新型动态配气控制系统第三实施例的结构示意图；

图6为本实用新型动态配气控制系统第三实施例中通讯参数的示意图；

图7为本实用新型动态配气控制系统第三实施例中配气过程的状态示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型动态配气控制系统第一实施例的结构示意图，如图1所示，该动态配气控制系统包括：

电源11、工控机13、电磁阀控制电路15、至少两个用于盛放原料气体的钢瓶17和至少两路气体质量流量控制器19；

电磁阀控制电路15包括至少两个电磁阀151；

电磁阀151的气体输入端口与钢瓶17对应连接，电磁阀151的气体输出端口与气体质量流量控制器19的气体输入端口对应连接；

电源11，分别与工控机13、电磁阀控制电路15和气体质量流量控制器19连接，用于为工控机13、电磁阀控制电路15和气体质量流量控制器19供电；

工控机13，分别与电磁阀控制电路15和气体质量流量控制器19连接，用于根据目标组份标准气体的配气参数，控制电磁阀控制电路15和气体质量流量控制器19配置所述目标组份标准气体。

具体地，动态配气控制系统中，用户输入需要配置的目标组份标准气体的配气参数例如：目标组分标准气体中各组分原料气体的浓度等，工控机13可以确定配置目标组分标准气体所需的原料气体对应的哪一路或几路气体质量流量控制器19，以及气体质量流量控制器19所需的流量配比值；从而根据目标组分标准气体总流量的具体需求，确定所需的气体质量流量控制器19所需的气体流量；工控机13可以控制所需的气体质量流量控制器19的气体流量及其连接的电磁阀的开、关，以控制钢瓶中输出的、配置目标组分标准气体所需的原料气体的流量，配置得到该目标组份标准气体。

本实施例动态配气控制系统的工控机可以控制电磁阀控制电路和气体质量流量控制器配置目标组份标准气体，实现多组分动态配气，动态配气控制系统简单且成本低；采用气体质量流量控制器控制气体流量使用方便、灵敏度高、精度高。

图2为本实用新型动态配气控制系统第二实施例的结构示意图，如图2所示，在本实用新型动态配气控制系统第一实施例的基础上，该动态配气控制系统的电源11可以包括：第一直流电源111、第二直流电源112和交流电源113；

其中，第一直流电源111，与电磁阀控制电路15连接，用于为电磁阀控制电路15供电；例如：第一直流电源的电压为24V。

第二直流电源112，与气体质量流量控制器19连接，用于为气体质量流量控制器19供电；例如：第二直流电源的电压为15V。其中，第一直流电源和第二直流电源可以分开设置，也可以设置在一起，例如：直流电源VCC与两个电阻R1和R2串联，VCC为24V，R1两端的电压为15V。

交流电源113，与工控机13连接，用于为工控机13供电。例如：交流电源为220V。

此外，该动态配气控制系统还包括：

减压阀(图中未示)，与钢瓶17连接，用于控制钢瓶17的中原料气体的输出。

机柜外壳(图中未示)，其中，工控机13、气体质量流量控制器19和电磁阀控制电路15设置在机柜外壳中。

进一步地，该动态配气控制系统的工控机13可以通过RS485通信线与气体质量流量控制器19连接；工控机13可以通过RS232串口线与所述电磁阀控制电路15连接。

该动态配气控制系统还可以包括：显示器23，与工控机13连接，用于显示工控机13输出的目标组分标准气体的实际流量值、电磁阀状态、设置流量值、阀控状态、气体质量流量控制器量程；如图3所示，为本实用新型动态配气控制系统第二实施例中显示状态的示意图，显示器的主控制界面31可以配气过程中的各种参数例如：目标组分标准气体的实际流量值、电磁阀状态、设置流量值、阀控状态、气体质量流量控制器量程即满量程、显示实际流量的游标刻度等，不同的配气过程中还可以显示其他的界面例如：参数设置状态、配气参数设置状态、质量流量转换系数等的界面。

根据上述的实施例可知，该动态配气控制系统的硬件部分主要由机柜外壳、工控机13、显示器23、电源11、钢瓶17、减压阀、气体质量流量控制器19、电磁阀控制电路15等组成，机柜外壳提供了该动态配气控制系统的整体支撑作用。图4为本实用新型动态配气控制系统第二实施例的安装结构示意图，如图4所示，具体安装时，显示器23例如：液晶显示器可以安装在动态配气控制系统机柜外壳的前面板的正上方，通过显示器开关锁231控制显示器的开关，显示器23连接工控机13，键盘盒232中的键盘可以控制工控机的运行。显示器23的下方可以安装电源例如：第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第二直流电源分别通过导线连接气体质量流量控制器19和电磁阀控制电路15，分别为气体质量流量控制器19和电磁阀控制电路15供电，第一直流电源和第二直流电源可以内置在系统中，从系统两侧面板上排风扇由导线引到系统的前面板的中下方处设置电源开关，方便控制电源的导通和断开。电源的下方可以为工控机13，连接显示器23，工控机13可以安装气体质量流量控制器19的控制软件提供操作平台。工控机13的下方可以安装多路气体质量流量控制器19，控制原料气体的输出流量，这多路气体质量流量控制器19之间可以采用通讯线相互连接，并通过主通讯线连接至工控机13。气体质量流量控制器19可以通过导线连接至电源的输出端，气气体质量流量控制器19的气体输入端口通过气管连接电磁阀控制电路15上电磁阀的输出口，一般来说，每一路气体质量流量控制器19对应一个电磁阀。气体质量流量控制器19的气体输出端口可以由气管从动态配气控制系统后面板的下方引出，以输出配置的目标组分标准气体。气体质量流量控制器19的下方为电磁阀控制电路15，电磁阀控制电路15上的各个电磁阀可以手工也可以通过工控机13设置开或关，一般在非配气状态时电磁阀为关闭状态，防止钢瓶中的原料气体漏气，例如：防止在钢瓶减压阀关闭不牢时漏气。电磁阀的气体输入端口由气管连接至钢瓶的气体输出端口，电磁阀打开时，钢瓶中的原料气体输出。

本实施例工控机通过RS485接口与气体质量流量控制器通信，可以准确控制各组分原料气体的流量，实现多组分动态配气，本实用新型配制的目标组分标准气体浓度可达10-9级且连续可调；可稀释范围宽，可以达到1/2000；系统不受环境温度与压力变化影响，可以适用于配制高、低浓度的多种目标组分标准气体，甚至包括爆炸性气体和毒性气体，具有很好的应用价值；采用气体质量流量控制器控制每一路所需的原料气体的流量，可以控制配制目标组分标准气体的总流量，实现连续配制并供给目标组分标准气体，使用方便、灵敏度高、精度高。

图5为本实用新型动态配气控制系统第三实施例的结构示意图，如图5所示，在本实用新型动态配气控制系统第一、第二实施例的基础上，该动态配气控制系统的工控机13可以包括：参数设置模块131、气体系数模块132和配气模块133；

其中，参数设置模块131，用于对所述工控机与所述气体质量流量控制器的通讯参数以及所述工控机与所述电磁阀的通讯参数进行设置；如图6所示，为本实用新型动态配气控制系统第三实施例中通讯参数的示意图，其中，在参数设置界面61可以设置工控机与气体质量流量控制器的通讯参数包括：串口号、波特率、各气体质量流量控制器的路数即地址信息等；还可以设置工控机与电磁阀的通讯参数包括：串口号和波特率等。

气体系数模块132，用于获取所述目标组份标准气体所需的每一种原料气体与预设标准气体的质量流量转换系数；其中，如果钢瓶中的原料气体为单气体，可以直接从保存的数据中查找到该单气体的质量流量转换系数；如果钢瓶中的原料气体为混合气体，则可以获取混合气体中各个气体的参数信息如比热、密度等，在根据保存的数据中质量流量转换系数进行计算，得到该混合气体的质量流量转换系数；

配气模块133，与气体系数模块132相连，用于根据所述目标组份标准气体的配气参数和所述质量流量转换系数，获取所述目标组份标准气体所需的每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器19的流量配比值，根据所述流量配比值，控制电磁阀151的开关和气体质量流量控制器19的气体流量。

进一步地，配气模块133可以包括：计算子模块和修正子模块。

其中，计算子模块，用于根据所述目标组份标准气体的配气参数，计算每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器19的设定流量值；

修正子模块，与所述计算子模块相连，用于根据每一种原料气体所对应的质量流量转换系数，修正对应的气体质量流量控制器19的设定流量值，得到每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器19的流量配比值。

如图7所示，为本实用新型动态配气控制系统第三实施例中配气过程的状态示意图，在配气界面71中，根据用户选择或输入的目标组份标准气体的配气参数例如：所需的原料气体的名称、浓度等，再根据对应的质量流量转换系数，计算得到每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器的流量配比值，得到如图7中各个设置点值，然后可以开始配气。其中，原料气体可以为单气体或混合气体，原料气体的种类和浓度可以不同，原料气体的种类具体由目标组份标准气体决定，原料气体的浓度则为钢瓶中实际气体的浓度。

再进一步地，工控机13还可以包括：

显示模块134，用于从所述气体质量流量控制器19读取流量测试值，根据所述质量流量转换系数对所述流量测试值进行修正，得到用于显示的实际流量值。

此外，工控机13还可以包括：退出模块135，用于退出所述动态配气控制系统。

具体地，工控机13主要包括参数设置模块131、气体系数模块132、配气模块133、显示模块134和退出模块135，各个模块可以采用硬件实现，也可以采用软件或软硬件结合的形式实现。其中，参数设置模块131主要用于与用户操作进行交互，例如：根据用户选择或输入的配气通讯参数，设置工控机与气体质量流量控制器的通讯参数以及工控机与电磁阀的通讯参数。气体系数模块132主要用于管理各种气体矫正所需的质量流量转换系数，可以根据配比需求，增加保存的不同气体的质量流量转换系数的信息。配气模块133主要包括单组份配气计算和多组分气体配气计算，如果已知目标浓度、配比所需组份钢瓶标准气体参数、气体质量流量控制器量程、目标流量等，可以计算出目标组份标准气体的流量配比值，配比出不同浓度的目标组份标准气体。串口打开即能读出各路气体质量流量控制器的满量程值、瞬时流量、电磁阀状态、阀控模式、设置流量等信息。设置流量栏显示当前气体质量流量控制器19设置流量值。电磁阀可以设置开或关，电磁阀处于开状态时，多路的气体质量流量控制器19才可以输出不同浓度的目标组分标准气体。气体质量流量控制器19的路数可以根据用户需要配置的目标组分标准气体中的具体组分进行选择。气体质量流量控制器19的最多路数可以根据用户要求定制，在此不做限定。

具体地，系统中可以预置各种气体在标准状态下的密度与定压比热等参数值，并根据这些参数实时的自动计算出各种组份气体的相对于预设标准气体例如：氮气的质量流量转换系数，保存在气体系数模块132中，在每次配置目标组份标准气体时，直接从保存的所有质量流量转换系数中查找所需的原料气体对应的质量流量转换系数。用户只需输入原料气体浓度、目标组分标准气体浓度、目标气体总流量等已知的配气参数，参数设置模块131获取配气参数后，配气模块133的计算子模块可以自动计算每一种原料气体对应的一路气体质量流量控制器19的设定流量值，修正子模块根据该原料气体对应的质量流量转换系数对该设定流量值进行自动修正，计算出配制目标浓度的目标组分标准气体所需的各种原料气体的设定点值，即流量配比值。然后配气模块133根据目标气体总流量或所需的原料气体对应的气体质量流量控制器19的量程，可以确定并控制所需的各路气体质量流量控制器19的气体流量，并且控制所需的各路气体质量流量控制器19连接的电磁阀打开。

在配气过程中，工控机13通过RS232串口线可以获取电磁阀的状态，通过RS485通信线定时的从工作的各路气体质量流量控制器19中读取实时的流量测试值包括：满量程值、瞬时流量、电磁阀状态、阀控模式或设置流量等信息，然后根据每一路原料气体对应的质量流量转换系数，计算修正后的实际流量值，显示模块134可以将该实际流量值发送至显示器23实时显示。此外，瞬时流量和设置流量实时用游标直尺对应位置，在满量程时游标指向最高处。

本实施例工控机通过RS485接口与气体质量流量控制器通信，可以准确控制各组分原料气体的流量，实现多组分动态配气，本实用新型配制的目标组分标准气体浓度可达10-9级且连续可调；可稀释范围宽，可以达到1/2000；系统不受环境温度与压力变化影响，可以适用于配制高、低浓度的多种目标组分标准气体，甚至包括爆炸性气体和毒性气体，具有很好的应用价值；采用气体质量流量控制器控制每一路所需的原料气体的流量，可以控制配制目标组分标准气体的总流量，实现连续配制并供给目标组分标准气体，使用方便、灵敏度高、精度高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种动态配气控制系统，其特征在于，包括：电源、工控机、电磁阀控制电路、至少两个用于盛放原料气体的钢瓶和至少两路气体质量流量控制器；

所述电磁阀控制电路包括至少两个电磁阀；

所述电磁阀的气体输入端口与所述钢瓶对应连接，所述电磁阀的气体输出端口与所述气体质量流量控制器的气体输入端口对应连接；

所述电源，分别与所述工控机、所述电磁阀控制电路和所述气体质量流量控制器连接，用于为所述工控机、所述电磁阀控制电路和所述气体质量流量控制器供电；

所述工控机，分别与所述电磁阀控制电路和所述气体质量流量控制器连接，用于根据目标组份标准气体的配气参数，控制所述电磁阀控制电路和所述气体质量流量控制器配置所述目标组份标准气体。

2.根据权利要求1所述的动态配气控制系统，其特征在于，所述电源包括第一直流电源、第二直流电源和交流电源；

所述第一直流电源，与所述电磁阀控制电路连接，用于为所述电磁阀控制电路供电；

所述第二直流电源，与所述气体质量流量控制器连接，用于为所述气体质量流量控制器供电；

所述交流电源，与所述工控机连接，用于为所述工控机供电。

3.根据权利要求1所述的动态配气控制系统，其特征在于，还包括：减压阀，与所述钢瓶连接，用于控制所述钢瓶的中原料气体的输出。

4.根据权利要求1所述的动态配气控制系统，其特征在于，还包括：机柜外壳，所述工控机、所述气体质量流量控制器和所述电磁阀控制电路设置在所述机柜外壳中。

5.根据权利要求1所述的动态配气控制系统，其特征在于，所述工控机通过RS485通信线与所述气体质量流量控制器连接；所述工控机通过RS232串口线与所述电磁阀控制电路连接。

6.根据权利要求1所述的动态配气控制系统，其特征在于，还包括：显示器，与所述工控机连接，用于显示所述工控机输出的目标组分标准气体的实际流量值、电磁阀状态、设置流量值、阀控状态和气体质量流量控制器量程。

7.根据权利要求1-6任一所述的动态配气控制系统，其特征在于，所述工控机包括：参数设置模块、气体系数模块和配气模块；

所述参数设置模块，用于对所述工控机与所述气体质量流量控制器的通讯参数以及所述工控机与所述电磁阀的通讯参数进行设置；

所述气体系数模块，用于获取所述目标组份标准气体所需的每一种原料气体与预设标准气体的质量流量转换系数；

所述配气模块，所述气体系数模块相连，用于根据所述目标组份标准气体的配气参数和所述质量流量转换系数，获取所述目标组份标准气体所需的每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器的流量配比值，根据所述流量配比值，控制所述电磁阀的开关和所述气体质量流量控制器的气体流量。

8.根据权利要求7所述的动态配气控制系统，其特征在于，所述配气模块包括：

计算子模块，用于根据所述目标组份标准气体的配气参数，计算每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器的设定流量值；

修正子模块，与所述计算子模块相连，用于根据每一种原料气体所对应的质量流量转换系数，修正对应的气体质量流量控制器的设定流量值，得到每一种原料气体所对应的气体质量流量控制器的流量配比值。

9.根据权利要求7所述的动态配气控制系统，其特征在于，所述工控机还包括：

显示模块，用于从所述气体质量流量控制器读取流量测试值，根据所述质量流量转换系数对所述流量测试值进行修正，得到用于显示的实际流量值。

10.根据权利要求6所述的动态配气控制系统，其特征在于，所述工控机还包括：退出模块，用于退出所述动态配气控制系统。

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