[发明专利]一种高精度标准气体动态混配系统及配比精度控制方法

权利要求书

1.一种高精度标准气体动态混配系统，由原料气输送、电气控制、DCS/PLC组态实时控制、抽真空系统四部分构成；其特征在于：

所述的原料气输送部分包括：多个与集装汇流排储气装置连接的原料组分气输入端口、平衡气输入端口，原料组分气输入端口和平衡气输入端口分别相接各自的压力表和高纯气体过滤装置； 电气控制和DCS/PLC组态实时控制部分包括设置在原料组分气输送管路上的组分气质量流量控制器MFC、计量电子天平、DCS/PLC组态控制器以及输送管路上的气动隔膜阀，所述的组分气质量流量控制器MFC反馈组分气流率信息，所述的DCS/PLC组态控制器连接压力传感器和温度传感器并作为信号反馈点，以组分气充装压力和充装质量作为模糊PID反馈控制输入参数； DCS/PLC组态控制器模糊PID控制策略分别连接质量流量控制器MFC和输送管路上的气动隔膜阀，并通过原料气充装压力和充入钢瓶气体质量两个输入参数控制质量流量控制器MFC和输送管路上的气动隔膜阀动作；抽真空系统部分包括真空泵、真空电阻规、原料气安全排放口和真空切断阀，在输送管路的前部、中部和充装端部分别设置有真空抽口，并通过真空电阻规测量输送管路的真空度，并由所述真空电阻规输出信号控制真空切断阀动作，进行系统间歇抽真空,所述的原料气输送部分还包括一用于补偿充装管道的应力对配气精度影响的、主要由一毛细螺旋盘管构成的充装管路反应力装置；所述的毛细螺旋盘管连接在原料气输送管路与钢瓶快插接头之间的充装管路上，并通过托架和盘管悬臂固定安装在钢化玻璃盒子内；所述的计量电子天平也设置在钢化玻璃盒子内，所述钢化玻璃盒子的底部加装有保证电子天平称量精度的防震地基；所述计量电子天平称量钢瓶内充装气体质量并与钢瓶充装压力传感器同时接入模糊PID控制策略，并由模糊PID控制策略以原料气充装压力和充入钢瓶气体质量作为两个模糊PID运算输入参数，模糊PID输出参数控制相连在气体输送管路上的质量流量控制器MFC和输送管路上的气动隔膜阀动作；所述原料气安全排放口包括单向止回阀、安全阀和气动隔膜阀；所述真空电阻规通过继电器干触点控制真空切断阀动作,所述的防震地基包括侧边通过密封边套固定在钢化玻璃盒子内的吸震液体阻尼层，在该吸震液体阻尼层下部通过支承隔板用垂直刚性支撑安置在钢化玻璃盒子底部，在所述垂直刚性支撑上面配置有抗震弹簧，并在垂直刚性支撑之间还横向相接有水平支承；

所述的毛细螺旋盘管通过VCR接头插接在钢瓶的快插接头上；

所述的DCS/PLC组态控制器至少通过RS485现场通讯连接所述的质量流量控制器MFC和气动隔膜阀。

2.一种利用权利要求1所述高精度标准气体动态混配系统进行配比精度控制方法，所述高精度标准气体的配制过程依次是：系统管道内空气置换、输送管道抽真空、组分气充装、输送管路抽真空、平衡气调整钢瓶压力；其特征在于所述的配比精度控制方法是：

首先根据气源性质、组分浓度要求和钢瓶处理情况设置配气系统的工作参数；

当原料气为高纯气体时，DCS/PLC组态控制器实时控制界面中只需要输入配置组分目标浓度即可；通过模糊PID控制策略生成基于充装压力和钢瓶质量的无量纲输入参数；经过模糊控制策略输出质量流量控制器MFC控制参数，当原料气为中间稀释气时，DCS/PLC组态控制器实时控制界面中需要同时输入原料气组分浓度和配制组分目标浓度；每一组分气体充装前，系统管道抽真空至真空度不大于1Pa，真空度由真空电阻规触点信号控制，DCS/PLC组态控制器实时监控真空度，当达到要求真空度后抽真空切断阀关闭；

设置好配气系统的工作参数后，系统根据编制的模糊PID控制策略代码自动生产控制参数，然后按步骤进入标准气配制流程。

3.根据权利要求2所述的利用高精度标准气体动态混配系统进行配比精度控制方法，其特征在于系统启动时，用平衡气置换系统管道内空气3～5次，每次置换时间2分钟左右，每次置换后需抽真空，由DCS/PLC组态控制器控制系统的真空度；每种组分气体充装完成后，均需要系统管道抽真空，质量流量控制器MFC根据DCS/PLC组态控制器的模糊PID控制策略输出参数动作，通过充装压力和钢瓶质量调整组分气体充装速率，保证配制标准气组分浓度满足使用要求。

4.根据权利要求3所述的利用高精度标准气体动态混配系统进行配比精度控制方法，其特征在于所述气体充装顺序为分压小的组分气优先充装，饱和蒸汽压小的组分气优先充装，钢瓶总压由饱和蒸气压小的组分气分压决定；

系统管道气体排空管路，当某一组分气充装完成后，由单向阀和排空阀将管道内多余的气体排放到大气中；当用平衡气置换系统管道内空气时，排放阀可作为废气排放口。