[发明专利]标准气体自动配比系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体配比系统，尤其是一种在常压室温条件下能进行闭环控制的标准气体自动配比系统。

背景技术

随着我国经济及科学技术的快速发展, 标准气体作为气体成分量值的计量标准，被广泛应用在石油、化工、冶金、电子、环保、煤矿及计量等行业，发挥着独特的规范和保证质量的作用，能够产生巨大的经济效益和社会效益。标准气体具有稳定性、均匀性和准确性三大特征，在仪器仪表检定与校准、分析测试方法评价、大气环境污染监测、医疗卫生及临床化验、以及气体产品质量控制等方面起着不可缺少的重要作用，标准气体需求日益增加，质量要求显著提高。

标准气体的制备方法分为静态配气法和动态配气法：静态配气法是把一定量原气加到已知体积的容器中，然后再加入净化处理过的稀释气，混合搅匀，根据加入原气、稀释气的量以及容器的体积，即可计算出气体的浓度。动态配气法是将已知浓度的原气以较小的流量、恒定不变地送入气体混合器中，净化处理过的稀释气以较大的流量、恒定不变地送入气体混合器中，与原气体进行混合将其稀释，准确测量原气、稀释气的流量之比（稀释倍数），计算得到标准气体的浓度，精确调节气体流量之比可以得到所需浓度的标准气体。

目前，国内大多采用重量法配制标准气体，由于受生产工艺、生产设备的限制，得到的标准气体不确定度大、稳定性差、浓度不够精确或不能实现连续自动配气，无法满足实际生产的需要。国外配气的水平领先于国内，其质检部门、生产企业等均备有标准气自动配气装置，但价格昂贵、构造复杂，国内大多企业、部门无法接受，不能进行较广泛应用。传统的气相色谱技术测试气体浓度所需要的时间较长，很难达到实时检测的要求。因此，实时、动态连续的配气系统的研制显得极为重要。

发明内容

本发明要解决的技术方案：解决标准气体配比过程中，无法连续、自动配气，配置的标准气体混合不均匀、浓度不够精确等问题。

本发明所采用的技术方案是：标准气体自动配比系统，该系统中实行闭环控制。上位机（PC机）选择配气种类（如甲烷、一氧化碳），设定需要配制的气体浓度值，然后把命令发送到下位机（单片机）；经过单片机分析处理，输出标准电压信号到质量流量控制器（MFC），控制输出电磁阀的开度（包括原气和稀释气），达到控制气体流量的目的；单片机采样质量流量控制器的反馈电压信号，使气体流量稳定输出，进入混气罐混合，实现内闭环控制。

均匀混合后，将混气罐中气体送入红外气体检测模块，进行浓度检测，将检测到的数据即浓度对应的电压信号反馈给单片机。与设定值比较，严格控制原料气和稀释气的流量，若不合格，进行微调（调整原气或稀释气进气），实现外闭环控制；若合格，则将标准混合气体打入指定气瓶（钢瓶）。

微控制器（单片机）的D/A口输出的电压信号经调理后输出给质量流量控制器控制气路流量的大小，同时流量对应的反馈模拟电压信号，经RC低通滤波、电压跟随和差分比例运算调理，接到微控制器（单片机）的A/D口。

微控制器（单片机）的I/O口输出控制信号，经光耦隔离驱动后，控制继电器的通、断，进而控制电磁阀的开、关；由继电器控制接触器的通、断，进而控制泵的启、停，使得配气过程高度自动化。

管路中配置压力表，对压力进行实时监测；配置止回阀，防止气体倒流，保证配气的精度、过程的安全性。

在混气罐进气口，对原气和稀释气分别采用一路分为二路，对气体进行分流，沿着混气罐壁切线向下成20度方向进气，使气体进入罐后能高速旋转，增加气体的拢动，使得进入罐中的气体快速均匀混合。

本发明的有益效果：由于质量流量控制器控制的是气体实际的质量流量，而不是体积流量，因此，配制的标准气体浓度将不受环境、温度和压力变化的影响，对配制高、低浓度的标准气都适合，具有很好的应用价值。红外气体检测模块对混合气体浓度进行实时检测，将检测到的数据发送给单片机，实现闭环控制，保证、提高了配气精度。此标准气自动配比系统，配气速度快、自动化程度高，减少了人为因素的干扰，实时监控，保证了工业生产的连续性和可靠性，从而提高了生产自动化程度、生产效率；所配标准气体精度高、浓度范围宽、均匀性好、成本低。

附图说明

图1为本发明的简单气路示意图；

图2为本发明的整体流程图；

图3为本发明的电路设计示意图；

图4为本发明的单片机原理图；

图5为本发明的继电器、泵控制图；

图6为本发明的PC界面及配比控制流程；

图7为本发明的混气罐进气图。