CN2689231Y - 标准气体智能配比仪 - Google Patents

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张国贤
谢云峰
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一种标准气体智能配比仪，包括微控制系统、气体输出装置，该配比仪在微控制系统与气体输出装置之间还设有气源调配装置、气体混合装置，该微控制系统的信号输出端与气源调配装置的信号输入端相连，该气源调配装置的输出端通过连接管与气体混合装置的输入端相连，该气体混合装置的输出端通过连接管与气体输出装置的输入端相连，该气体输出装置的输出端接排气管。该套装置自动化程度高，配比计算、控制和监测均由微控制系统自行完成，消除了人工调节带来的滞后和误差；本套仪器应用范围广泛，降低了操作难度，便于用户使用和维护，并且在该装置中设计了构造独特的混合气室，混合效果好，保障了配比气的均一性，提高配气质量。

Description

标准气体智能配比仪
技术领域
本实用新型涉及一种气体配比仪，尤其是指一种标准气体智能配比仪。
背景技术
标准气体是计量工作中使用最为广泛的标准物质之一，普通应用于钢铁、石油、化工、医疗、半导体、金属加工等行业。其种类由于使用条件和精度的不同，也较为繁杂。随着工业生产和各类自近代仪器仪表的精密化，对标准气体的要求也不断提高，主要体现在精度和浓度的连续性上，目前计量行业中标准气体的定购是根据用户的要求在特定点配制。这样基本可以满足用户对仪器的校验或比对。但对于仪器的多点线性的评定和某一量程范围内的线性对比，单一的标准气体就无能为力了。
目前市场上应用的气体质量流量计或转子流量计异径混合可以基本实现气体的流量控制混合，但其混合比例完全由人工计算来实现，而且控制稀释也是由手动的电位器单路分别调节。因此，劳动强度大，操作复杂，产生气体的精度及稳定性不高。最早的异径混合气装置使用转子流量计控制流量，首先由人工计算气体浓度，确定配比方案，然后通过针阀分别调节每路气体流量，这种方法对实验人员的要求较高，对气体的浓度配比和流量控制都有相当的选择技巧，而且转子流量计阀手动调节过程中引入的误差较大，产生气解的精度和稳定性受到了很大的限制。
自90年代以来，人们就开始研制各种各样的标准气体制备装置，例如在ZL00211457.7中公开了一种标准气体配气装置，包括原料气输入管、空气输入管、配气管、定值减压器等，其特征是原料气输入管通过定值减压器、阀门连接配气导管；设置两条空气输入管，它们分别通过阀门连接配气导管，其中一条连接压力表，优点是配制准确，标准气样稳定性好，结构简单，使用方便，随时可以配置，配置成本低。
在ZL 95222039.3中公开了一种标准气体产生装置的设计，在三通阀的下段设置一质量流量控制器，采用8031/8032单片微机技术，设置微机接口板用以控制恒温室温度和气体流量，从而实现计算机自动控制、测量、显示。本实用新型由于气路部分采用质量流量控制器，电子测控部分采用8031/8032微机技术，使其形成一个完整的智能控制系统，整个装置温度控制精度高，气流量稳定性好，并且该装置具有多种监测、监控和数据记忆功能，可在无人值守的情况下，长时间连续可靠的运行。上述两项专利中公开的标准气体配制装置的气体调节都是手动方式实现的。
在ZL 95222039.3的中国专利中，虽然也用到质量流量控制器和转子流量计，但是在进行配比方案的选择和流量大小控制时，仍是人为的控制，不能直观控制，难以实现气体浓度的连续性、并且在控制流量计时大多采用电位器调节，又成了误差引入的一个重要方面，对气体混合均匀性和配比浓度的广泛性，有一定的限制，没有根本解决气体浓度“所见非所得”的问题。并且，该专利中所公开的在对气体混合进行配比时使用转子流量计对气流进行调节，转子流量计的工作性能不是十分稳定，代入误差较大。由于该仪器采用扩散管原理，对控温要求严格，需要附带一些与制备气体毫无关系的电风扇、加热器、制冷器、温度传感器、过热保护开关等装置，以备仪器能正常的工作。这些多余的设置使得整个仪器的结构复杂许多，该装置还需要在恒温室温度下工作，其微机的功能是用于控制温度和气体的流量大小，至于标准气体的配比还是需要人为的计算，气体的排放还是通过三通阀进行手动调节，所以，这种结构复杂的标准气体产生装置仍需要改进。
实用新型内容
本发明的目的在于提供一种设备结构简单、使用方便、具有智能控制双路气体自由配比功能的标准气体智能配比仪。
本发明的另一目的在于提供一种能自动计算控制输入输出气体配比、使产生的混合气体浓度连续可调性的标准气体智能配比仪。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种标准气体智能配比仪，包括微控制系统A、气体输出装置D，该配比仪在微控制系统A与气体输出装置D之间还设有气源调配装置B、气体混合装置C，该微控制系统A的信号输出端与气源调配装置B的信号输入端相连，该气源调配装置B的输出端通过连接管与气体混合装置C的输入端相连，该气体混合装置C的输出端通过连接管与气体输出装置D的输入端相连，该气体输出装置D的输出端接排气管。
该微控制系统A包括微处理器控制板1、显示器2、键盘3，该微处理器控制板1设置在配比仪内，该显示器2和键盘3设置在配比仪的面板上。
该气源调配装置B包括气路分配器4和质量流量控制器5，该气路分配器4包括电磁阀41和质量流量计42，该气源调配装置B的信号输入端为电磁阀41和质量流量控制器5，该质量流量控制器5输出信号控制质量流量计42的流量大小。该质量流量计42与设置在面板上的样品气流量显示61相连。
该电磁阀41设置的个数与质量流量计42设置的个数相对应。该电磁阀41与流量控制器5之间可以是通过管道硬连接，也可以是软连接。
该气体混合装置C可以是一中空的呈方形或圆柱形腔体状的气体混合室，也可以是由蛇型弯管构成的方形或圆柱形腔体状的气体混合室。该气体输出装置D包括流量计6和调节器7，该流量计6与设置在面板上的排气流量显示62相连，该调节器7与设置在面板上的外调零扭71相连。该流量计6可以是转子流量计，也可以是质量流量计。
在设计时，在配比仪的后面板上还设有便于与外接微机相连的通讯接口8、电源开关11、电源插孔12，该通讯接口8可以采用RS 232接口，通过外接微机的通讯实现配比仪数据的打印、发送等其他功能。
此外，为了便于配比仪与气体变送器、传感器等其他部件的连接，还设置了与之相匹配的电源输出接口9和信号采集接口10，同时通过通讯接口8与外接微机的作用，实现气体变送器、传感器的数据采集。
使用本实用新型的有益效果在于：该套装置自动化程度高，配比计算、控制和监测均由微处理器自行完成，消除了人工调节带来的滞后和误差；本套仪器应用范围广泛，降低了操作难度，提高了工作效率，便于用户使用和维护，可以得到两路或多路气体任意比例的混合；在对气体混合进行配比时，采用质量流量计对流量进行控制，所以气体配比不受温度的影响；并且在该装置中设计了构造独特的混合气室，混合效果好，保障了配比气的均一性。对不同气体流量进行修正，提高了配比精度。
附图说明
图1所示为本实用新型的结构原理示意图；
图2所示为本实用新型的前面板图；
图3所示为本实用新型的后面板图；
图4所示为本实用新型中气路分配器一种结构示意图；
图5所示为本实用新型中气路分配器另一种结构示意图；
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图，对本实用新型进行详细说明如下：
如图1，为本实用新型的结构原理示意图，一种标准气体智能配比仪，该配比仪包括微控制系统A、气源调配装置B、气体混合装置C以及气体输出装置D，该微控制系统A的信号输出端与气源调配装置B的信号输入端相连，该气源调配装置B的输入端接进气管，该气源调配装置B输出端通过连接管与气体混合装置C的输入端相连，该气体混合装置C的输出端通过连接管与气体输出装置D的输入端相连，该气体输出装置D的输出端接排气管，该微控制系统A包括微处理器控制板1、显示器2、键盘3，该微处理器控制板1设置在配比仪内，该显示器2和键盘3设置在配比仪的面板上，该微处理器控制板1可以采用型号为89C51的芯片；该气源调配装置B包括气路分配器4和质量流量控制器5；该气体输出装置D包括依次连接的流量计6和调节器7，如图所示，设置了5个进气管a1-a5，2个排气管b1、b2。
如图2，为本实用新型的前面板图，在其前面板上设有显示信息的显示屏2、输入信息的键盘3，还设有与流量计6相连的样品气流量显示器61和排气流量显示器62，该显示屏2可以采用液晶显示屏。此外，输入的样品气流量在面板上的样品气流量显示器61显示，最后排放的标准气体在也在面板上的排气流量显示器62上显示。
如图3，为本实用新型的后面板图，在后面板上设置有便于进气管a通过的样品气入口a1、便于排气管b通过的标准气出口b1和排空气出口b2，一般根据需要混合的气路数来设置样品气入口，为了与设置的进气管数相配，在面板上设置了5个样品气入口a1-a5，也可以设置3个样品气入口a1-a3。在后面板上还设有便于与外接微机相连的通信接口8、电源开关11、220伏交流电源插孔12，该通信接口8可以采用RS 232接口；为了便于输配比仪与气体变送器、传感器等其他部件的连接，还设置了与之相匹配的电源输出接口9和信号采集接口10，同时通过通讯接口8与外接微机的作用，实现变送器、传感器的数据采集，图中电源输出接口9可以输出24伏直流电。
如图4，该气路分配器4包括电磁阀41和质量流量计42，该气源调配装置B的信号输入端为电磁阀41和质量流量控制器5，该电磁阀41和流量控制器5输出信号控制质量流量计42。
该电磁阀41设置的个数与质量流量计42设置的个数相对应。如图4中设置了3个电磁阀41，同时设置了3个质量流量计42与之匹配，电磁阀41与质量流量计42之间是通过管道硬连接，每个电磁阀41均可以控制每个质量流量计42的气体流量大小，也就是说，采用3套电磁阀和质量流量计可以形成9条气体流动通路。
如图5中设置了5个电磁阀41和5个质量流量计42，由于气路分配数过多，所以电磁阀41与质量流量计42之间不用管道连接，而是软连接，也就是说，采用5套电磁阀和质量流量计可以形成25条气体流动通路，电磁阀41和流量控制器5接受微处理器控制板1的指令，控制流过质量流量计42的气体流量大小。
如果有多路气体进行混合，只需将多只电磁阀41配合使用，便可以加大稀释比、增加气体配比精度。
该气体混合装置C可以是一呈方形或圆柱形腔体状，也可以是由蛇型弯管构成的方形或圆柱形腔体状的腔体，其中，方形或圆柱形的腔体由连续几个混合气室组成，气室之间由孔洞连接，增加了气程，增强了气体的混合效果。
本实用新型通过微控制系统A使用专用的标准气体智能配比方法，对原料气浓度和所要求标气浓度作出分析，作出最佳配比方案，经过气路分配器，气体混合装置执行完成标准气体的配比，可产生0.5％-100％之间的任意稀释比。具体的工作过程结合附图描述如下：
如图1、图2、图3、图4，首先，接通电源，打开电源开关，然后将样品气的浓度和所需要标准气的浓度从键盘3输入，通过微处理器控制板1的分析处理，同时在显示屏2上显示各种数据的变化，经过微处理器控制板1对电磁阀41和流量控制器5的控制，具体是：被稀释气体(即样品气体)和稀释气体(即纯净的空气)通过进气管a从5个样品气入口a1的进入气源调配装置B的气路分配器4内，由电磁阀41接受微处理器控制板1的指令，打开阀门，分别选择指定量程(20ml-10000ml)的质量流量控制器5使气体流过，微处理器控制板1发出的浓度配比方案信号给每路的质量流量控制器5，同时对各气路的气体进行控制，使被稀释气体与稀释气体形成所需要的配合比，经过配比后的气体进入气体混合装置C中充分混合，混合后的标准气体经流量计6对流量的调节，及调节器7对压力的调节，将制备好的标准气体通过排气管b从标准气出口b1排出，为保证气路的畅通，将多余的空气通过排气管b从排空气出口b2排出。
同时设置在面板上的样品气流量显示器61、排气流量显示器62上显示流量的多少，该调节器7与设置在面板上的外调零扭71相连。
其中，流量计42的量程在20ML-10000ML之间，流量计42量程的选择还应综合考虑标准气精度、流量、样气混合效果，以及对稀释比范围的满足。流量计6可以是转子流量计、质量流量计等。通常情况下，当样品气浓度较高时，应考虑对气体进行流量修正，以确保稀释气的精度。最终获得的所需的气体浓度在显示屏2上显示出来，如果需要打印数据，只需将带有打印机的微机通过通讯接口8与配比仪相连，便可打印出所需的数据。

Claims (8)

1.一种标准气体智能配比仪，包括微控制系统(A)、气体输出装置(D)，其特征在于：该配比仪在微控制系统(A)与气体输出装置(D)之间还设有气源调配装置(B)、气体混合装置(C)，该微控制系统(A)的信号输出端与气源调配装置(B)的信号输入端相连，该气源调配装置(B)的输出端通过连接管与气体混合装置(C)的输入端相连，该气体混合装置(C)的输出端通过连接管与气体输出装置(D)的输入端相连，该气体输出装置(D)的输出端接排气管。
2.根据权利要求1所述的标准气体智能配比仪，其特征在于：该微控制系统(A)包括微处理器控制板(1)、显示器(2)、键盘(3)，该微处理器控制板(1)设置在配比仪内，该显示器(2)和键盘(3)设置在配比仪的面板上。
3.根据权利要求1所述的标准气体智能配比仪，其特征在于：该气源调配装置(B)包括气路分配器(4)和质量流量控制器(5)，该气路分配器(4)包括电磁阀(41)和质量流量计(42)，该气源调配装置(B)的信号输入端为电磁阀(41)和质量流量控制器(5)，该质量流量控制器(5)输出信号控制质量流量计(42)的流量大小，该质量流量计(42)与设置在面板上的样品气流量显示(61)相连。
4.根据权利要求3所述的标准气体智能配比仪，其特征在于：该电磁阀(41)设置的个数与质量流量计(42)设置的个数相对应。
5.根据权利要求3或4所述的标准气体智能配比仪，其特征在于：该电磁阀(41)与质量流量计(42)之间可以是通过管道硬连接，也可以是软连接。
6.根据权利要求1所述的标准气体智能配比仪，其特征在于：该气体混合装置(C)呈方形或圆柱形状腔体，在所述的腔体内设有彼此由孔洞连接的连续混合气室；也可以是由蛇型弯管构成的方形或圆柱形腔体状的混合气室。
7.根据权利要求1所述的标准气体智能配比仪，其特征在于：该气体输出装置(D)包括流量计(6)和调节器(7)，该流量计(6)与设置在面板上的排气流量显示(62)相连，该调节器(7)与设置在面板上的外调零扭(71)相连。
8.根据权利要求1所述的标准气体智能配比仪，其特征在于：在配比仪的后面板上设有便于与外接微机相连的通信接口(8)、电源开关(11)、电源插孔(12)，该通信接口(8)可以采用RS232接口。
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