CN203982235U - 一种气体流量配比控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体流量配比控制系统，包括依次连接的气源进口、过滤器、气流控制系统、及气体出口，其中，气流控制系统包括多个并联设置的气路单元，每个气路单元包括依次连接的流量校准阀、二通电磁阀、限流阀，过滤器与气流控制系统之间还连接有气压控制系统。其中，气压控制系统包括步进电机、控制单元、压力传感器、以及连接在过滤器与流量校准阀之间的可调减压阀，压力传感器的一端连接在可调减压阀的出口与流量校准阀之间，压力传感器的另一端连接控制单元，控制单元连接步进电机，步进电机连接可调减压阀。该气体流量配比控制系统稳定性高、成本低且更安全。

Description

一种气体流量配比控制系统

技术领域

本实用新型涉及气体流量输出控制技术领域，尤其涉及一种用于EtCO2浓度测量模块、呼吸机、麻醉机、气体混合器的采用多阀体组合、配比的气体流量配比控制系统。

背景技术

目前，采用电控方式控制气体流量输出的装置一般为流量比例阀，该流量比例阀的原理是利用线圈产生磁力来控制阀门开度大小，从而实现控制输出气流流量的大小。但是，这种流量比例阀存在以下缺陷：

1)理论上，在阀体进气端气源参数一定的情况下，不同时间点提供同样的电流，其应输出同样大小的气流，但由于流量比例阀在其前端输入压力和后端流量变化后，就使得流量比例阀无法达到校准前的流量，导致输出的气流流量大小不尽相同，所以其精度并不稳定，因而一般情况下都需要采用闭环控制来保证流量输出的稳定性；

2)使用闭环控制时，需要保证闭环控制部分的精度在一定范围内，才可能保证整个系统的流量输出的精度，因而在提高精度的同时，将产生较高的成本，如采用正价高精度的传感器作为反馈采样；

3)上述的流量比例阀是呼吸机气体流量输出的唯一出口，若其损坏，将导致整个系统无法继续输出气体，使得系统无法工作，所以使用该流量比例阀存在安全隐患。

因此，亟需一种能够解决上述缺陷的气体流量控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种稳定性高、成本低且更安全的气体流量配比控制系统。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种气体流量配比控制系统，包括依次连接的气源进口、过滤器、气流控制系统、及气体出口，其中，所述气流控制系统包括多个并联设置的气路单元，每个所述气路单元包括依次连接的流量校准阀、二通电磁阀、限流阀，所述过滤器与所述气流控制系统之间还连接有气压控制系统。

其中，所述气压控制系统包括步进电机、控制单元、压力传感器、以及连接在所述过滤器与所述流量校准阀之间的可调减压阀，所述压力传感器的一端连接在所述可调减压阀的出口与所述流量校准阀之间，所述压力传感器的另一端连接所述控制单元，所述控制单元连接所述步进电机，所述步进电机连接所述可调减压阀；

所述压力传感器检测所述可调减压阀的出口处的气体压力，并将该压力数据反馈给所述控制单元，所述控制单元根据接收到的所述压力数据控制所述步进电机，进而控制所述可调减压阀的弹簧压缩量，以实现对所述可调减压阀的输出气体压力调控。

其中，所述步进电机的输出轴连接有齿轮变速系统，所述齿轮变速系统的输出轴连接所述可调减压阀的调节轴，所述调节轴压缩所述可调减压阀的弹簧，以调节所述可调减压阀的输出气体压力。

其中，所述气流控制系统中的所述气路单元的流量从小至大依次排列，且后一个所述气路单元的输出气体流量为前一个所述气路单元的输出气体流量的2倍。

其中，后一个所述气路单元中的所述限流阀的阀孔孔径为前一个所述气路单元中的所述限流阀的阀孔孔径的倍。

其中，所述二通电磁阀设置有电磁阀工作指示灯。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的气体流量配比控制系统，包括依次连接的气源进口、过滤器、气流控制系统、及气体出口，其中，气流控制系统包括多个并联设置的气路单元，每个气路单元包括依次连接的流量校准阀、二通电磁阀、限流阀，过滤器与气流控制系统之间还连接有气压控制系统；该气体流量配比控制系统通过设置过滤器，用以过滤气源进口流入的气体，确保气体中不含有杂质而影响整个系统的稳定运行，提高整个系统的可靠性；并且在过滤器与气流控制系统，也就是过滤器与流量校准阀之间设置气压控制系统，来检测并控制输入到气流控制系统的气体压力，进而确保输入到气流控制系统的气体压力为恒定值；同时，在气流控制系统中的每个气路单元中都设置有单独的流量校准阀，用来实时单独校准所在气路单元的气体流量输出，以及设置有限流阀，用来确定该气路单元中通过的气体流量，利用流量校准阀与限流阀的配合调节作用，保证整个系统的气体流量输出；因此，该气体流量配比控制系统通过气压控制系统与气体流量控制系统的结合，提高系统的输出精度，使用更安全，稳定性更高，且成本低。

附图说明

图1是本实用新型的气体流量配比控制系统示意图。

图中：1-气源进口；2-过滤器；3-流量校准阀；4-二通电磁阀；5-电磁阀工作指示灯；6-限流阀；7-压力传感器；8-步进电机；9-可调减压阀；10-控制单元。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，一种气体流量配比控制系统，包括依次连接的气源进口1、过滤器2、气流控制系统、及气体出口，其中，气流控制系统包括多个并联设置的气路单元，每个气路单元包括依次连接的流量校准阀3、二通电磁阀4、限流阀6，过滤器2与气流控制系统之间还连接有气压控制系统。也就是说，在本实施例中，过滤器2的出口与气压控制系统的入口连接，气压控制系统的出口与气流控制系统的入口连接，更具体地，气压控制系统的出口与流量校准阀3的入口连接，而多个气路单元中的流量校准阀3的入口共同连接气流控制系统的入口，所以气压控制系统是处于干路上用来实现整体调节气体流量，而限流阀6的出口共同连接气流控制系统的出口，气流控制系统的出口与气体出口连接。

本实用新型的气体流量配比控制系统，通过设置过滤器2，用以过滤气源进口1流入的气体，确保气体中不含有杂质而影响整个系统的稳定运行，提高整个系统的可靠性；并且在过滤器2与气流控制系统，也就是过滤器与流量校准阀3之间设置气压控制系统，来检测并控制输入到气流控制系统的气体压力，进而确保输入到气流控制系统的气体压力为恒定值；同时，在气流控制系统中的每个气路单元中都设置有单独的流量校准阀3，用来实时单独校准所在气路单元的气体流量输出，以及设置限流阀6，用来确定该气路单元中通过的气体流量，利用流量校准阀3与限流阀6的配合调节作用，保证气流控制系统输出的气体压力为恒定值，从而保证整个系统的气体流量输出，最终实现流量控制；因此，该气体流量配比控制系统通过气压控制系统与气流控制系统的结合，实现气流控制系统的输入稳定，进而保证气流控制系统的输出稳定，这不仅保证了整个系统的输出的气体流量，又提高系统的输出精度，使用更安全，稳定性更高，并且，在限流阀6的出口、以及气体出口之间无需使用额外的流量检测与控制装置对输出的气体流量再次检测，大大简化系统结构，降低成本。

优选的，二通电磁阀4为常闭电磁阀，也就说常态是为导通状态，若某个气路单元不需要导通时，可以将二通电磁阀4置于打开状态即可，操作简便。并且，二通电磁阀4设置有电磁阀工作指示灯5。该电磁阀工作指示灯5主要起到指示作用。当二通电磁阀4为打开时，对应的电磁阀工作指示灯5会点亮，反之，则熄灭。这样，将极大地方便维护人员对每个气路单元的工作状态进行监控，如果哪个气路单元出现故障了，通过电磁阀工作指示灯5即可发现，方便对系统进行及时检修，提高系统的安全可靠性。

进一步地，气压控制系统包括步进电机8、控制单元10、压力传感器7、以及连接在过滤器2与流量校准阀3之间的可调减压阀9，压力传感器7的一端连接在可调减压阀9的出口与流量校准阀3之间，压力传感器7的另一端连接控制单元10，控制单元10连接步进电机8，步进电机8连接可调减压阀9；压力传感器7检测可调减压阀9的出口处的气体压力，并将该压力数据反馈给控制单元10，控制单元10根据接收到的压力数据控制步进电机8，进而控制可调减压阀9的弹簧压缩量，以实现对可调减压阀9的输出气体压力调控。进一步地，步进电机8的输出轴连接有齿轮变速系统，齿轮变速系统的输出轴连接可调减压阀9的调节轴，调节轴压缩可调减压阀9的弹簧，以调节可调减压阀9的输出气体压力。具体地，该气压控制系统的工作原理如下：利用压力传感器7对可调减压阀9的输出气体压力进行监测，反馈给控制单元10，如果该输出压力与预先设定值有差异，则控制单元10将控制步进电机8对可调减压阀9进行调整，最终使可调减压阀9的输出压力等于预先设定值，进而保证气流控制系统输入流量保持恒定。在此处，采用步进电机8对可调减压阀9进行调整时，利用步进电机8本身的精度高，反应灵敏等的特点，能够实现很小的步进角，使得调整更精确，更稳定，有利于保证整个系统的稳定性。并且，在步进电机8与可调减压阀9之间连接齿轮变速系统，可以根据需要将步进电机8的输出转速进行适当调整以满足可调减压阀9的输入需要，其更加符合使用需求，齿轮传动稳定性高，传动精度高，有助于提高该气体流量配比控制系统的输出气体流量的精确度。

该齿轮变速系统具体的可以是一级齿轮也可以是多级齿轮传动，具体可以根据实际需要来确定。

优选的，在本实施例中，气流控制系统包含a、b、c……n个气路单元，每个气路单元的气体输入方为同一个气源，即气源进口1，输出方为同一个端口，即气体出口。每个气路单元输出的气体流量为一个定量，气流控制系统中的气路单元的流量从小至大依次排列，且后一个气路单元的输出气体流量为前一个气路单元的输出气体流量的2倍，根据上述关系可知，若a单元输出气体流量为0.1LPM，则b单元为0.2LPM，c单元为0.4LPM，以此类推则n单元的流量为0.1×2^n-1，最大的输出流量为Ftotal＝F(a)+F(b)+F(c)+……+F(n)＝(2ⁿ-1)×F(a)，而最大流量视系统具体需求而定。

进一步优选的，输出气体流量的2倍的关系具体是通过每个气路单元中的限流阀6来实现的，也就是说，限流阀6用于限定每个气路单元的输出气体流量大小，每个气路单元的限流阀6的阀孔的孔径不同，后一个气路单元中的限流阀6的阀孔孔径为前一个气路单元中的限流阀6的阀孔孔径的倍，同样地，后一个气路单元中的的限流阀6的阀孔的半径是前一个气路单元中的限流阀6的阀孔的半径的倍，即a单元的限流阀6的半径为R，则b单元的限流阀6的半径为R，即b单元的限流阀孔径截面积是a的2倍。

综上所述，如果本实用新型的气体流量配比控制系统中的a单元的输出流量为1LPM，系统需要输出3LPM，则a、b单元打开即可；需要输出25LPM，则a(1LPM)、d(8LPM)、e(16LPM)打开即可。由此可见，任何一个精度不高于a单元的流量，系统都可以实现。而如果需要精度更高的、流量更大的，只需降低a单元输出流量，并增加单元数即可。例如系统可以同时存在a，b，c，……，n单元和a’，b’，c’，……，n’，其中a单元的流量为0.1L/min，a’单元的流量为1L/min，如需要实现3.6L/min的流量，则F＝F(b)+F(c)+F(a’)+F(b’)。

由于一般的减压阀，即便是可调压力的减压阀，在其前端输入压力和后端输出流量变化后，其压力就很难继续保持为恒定值。因而，在本实用新型的气体流量配比控制系统中，利用气压控制系统与流量校准阀3的双重调节校准，使得其在一定输入压力下，较容易保证输出流量。因此，当可调减压阀9的输出压力由于前段输入压力和后端输出流量的变化而产生变化时，其也能保证原先已校准的气流控制系统的输出流量，使得每个气路单元输出的流量一直是预校准的流量，其很好地规避了现有技术中的流量比例阀存在的流量不准的问题。

所以，本实用新型的气体流量配比控制系统，在限流阀6上限定了每个气路单元的输出流量，并通过气压控制系统调整输入到气流控制系统中的总体流量，同时又通过每个气路单元中的单独设置的流量校准阀3进行配合校准，就起到了校准每个气路单元输出流量的作用，从而保证“后一个单元的流量是前一个单元的流量的2倍”这个限定。

本实用新型的气体流量配比控制系统，其结构简单，实现容易，并且能够较为准确地实现流量的控制，安全可靠，稳定性高。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种气体流量配比控制系统，其特征在于，包括依次连接的气源进口(1)、过滤器(2)、气流控制系统、及气体出口，其中，所述气流控制系统包括多个并联设置的气路单元，每个所述气路单元包括依次连接的流量校准阀(3)、二通电磁阀(4)、限流阀(6)，所述过滤器(2)与所述气流控制系统之间还连接有气压控制系统。

2.根据权利要求1所述的气体流量配比控制系统，其特征在于，所述气压控制系统包括步进电机(8)、控制单元(10)、压力传感器(7)、以及连接在所述过滤器(2)与所述流量校准阀(3)之间的可调减压阀(9)，所述压力传感器(7)的一端连接在所述可调减压阀(9)的出口与所述流量校准阀(3)之间，所述压力传感器(7)的另一端连接所述控制单元(10)，所述控制单元(10)连接所述步进电机(8)，所述步进电机(8)连接所述可调减压阀(9)；

所述压力传感器(7)检测所述可调减压阀(9)的出口处的气体压力，并将该压力数据反馈给所述控制单元(10)，所述控制单元(10)根据接收到的所述压力数据控制所述步进电机(8)，进而控制所述可调减压阀(9)的弹簧压缩量，以实现对所述可调减压阀(9)的输出气体压力调控。

3.根据权利要求2所述的气体流量配比控制系统，其特征在于，所述步进电机(8)的输出轴连接有齿轮变速系统，所述齿轮变速系统的输出轴连接所述可调减压阀(9)的调节轴，所述调节轴压缩所述可调减压阀(9)的弹簧，以调节所述可调减压阀(9)的输出气体压力。

4.根据权利要求1所述的气体流量配比控制系统，其特征在于，所述气流控制系统中的所述气路单元的流量从小至大依次排列，且后一个所述气路单元的输出气体流量为前一个所述气路单元的输出气体流量的2倍。

5.根据权利要求4所述的气体流量配比控制系统，其特征在于，后一个所述气路单元中的所述限流阀(6)的阀孔孔径为前一个所述气路单元中的所述限流阀(6)的阀孔孔径的倍。

6.根据权利要求1所述的气体流量配比控制系统，其特征在于，所述二通电磁阀(4)设置有电磁阀工作指示灯(5)。