CN110327798A - 一种气体浓度控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体浓度控制***及方法，包括机架、安装于机架的CO2吸附剂罐组以及安装于机架前方的控制器，CO2吸附剂罐组包括CO2吸附剂罐A、CO2吸附剂罐B、CO2吸附剂罐C以及CO2吸附剂罐D，CO2吸附剂罐A和CO2吸附剂罐B安装于机架的顶端，CO2吸附剂罐A和CO2吸附剂罐B的正面通过连接管A连接，CO2吸附剂罐A和CO2吸附剂罐B的背面通过连接管B连接，CO2吸附剂罐C和CO2吸附剂罐D的正面通过连接管C连接，CO2吸附剂罐C和CO2吸附剂罐D的背面通过连接管D连接；连接管A上安装手动球阀A，连接管B上安装手动球阀C，连接管D上安装手动球阀D。本发明可以实现极低浓度的气体控制，以植物生长箱CO2浓度控制为例，可以最低实现接近0ppm。

Description

一种气体浓度控制***及方法
技术领域
本发明涉及一种气体浓度控制***，特别涉及一种气体浓度控制***及方法。
背景技术
当前植物科研领域需要对植物在高、低CO2浓度环境下的生长发育进行研究。国际上现有的植物生长箱均使用红外CO2传感器采集信号，一般为4-20mA或者0-5v信号，使用智能PID控制器来设置所需浓度值，并控制除CO2通路（低CO2浓度）或补充CO2通路（高CO2浓度）的工作。补充CO2的方式基本一样，均为CO2钢瓶气减压后，使用电磁阀控制流量。在除CO2方面，一直无有效的解决办法，国际上众多厂家均使用离心风机将密闭容器内的空气导入CO2吸附剂箱（一般为钠石灰、氢氧化钙等）来实现，缺点比较多，有以下几点：
1.由于CO2吸附剂容器本身密闭性差，无法长时间稳定实验箱内CO2浓度。
2. CO2吸附剂是消耗品，当吸附的CO2饱和后，需要取出后再换上新的吸附剂，这样就造成实验箱内CO2浓度的波动，影响实验结果，且需要经常开箱查看CO2吸附剂的颜色变化（通过颜色变化可判断是否已饱和）。
3.离心风机风量都比较大，容易造成实验箱内风向紊乱。
4. CO2吸附剂均为颗粒或粉末，在更换时容易造成实验环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体浓度控制***及方法，可以实现极低浓度的气体控制，以植物生长箱CO2浓度控制为例，可以最低实现接近0ppm，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种气体浓度控制***，包括机架、安装于机架的CO2吸附剂罐组以及安装于机架前方的控制器，所述CO2吸附剂罐组包括CO2吸附剂罐A、CO2吸附剂罐B、CO2吸附剂罐C以及CO2吸附剂罐D，CO2吸附剂罐A和CO2吸附剂罐B安装于机架的顶端，CO2吸附剂罐A和CO2吸附剂罐B的正面通过连接管A连接，CO2吸附剂罐A和CO2吸附剂罐B的背面通过连接管B连接，CO2吸附剂罐C和CO2吸附剂罐D安装于机架的中间隔板上，CO2吸附剂罐C和CO2吸附剂罐D的正面通过连接管C连接，CO2吸附剂罐C和CO2吸附剂罐D的背面通过连接管D连接；
所述连接管A上安装手动球阀A，连接管C上安装手动球阀B，连接管B上安装手动球阀C，连接管D上安装手动球阀D，用于连接连接管A和连接管C的三通还与导管A连接，导管A上安装风机，用于连接连接管B和连接管D的三通还与导管B连接。
进一步地，所述导管A与目标容器连接，在风机与目标容器之间的管道还连接CO2补充气源，CO2补充气源上安装电磁阀，电磁阀通过信号线和控制器连接。
进一步地，所述导管B与目标容器连接。
进一步地，所述控制器和风机均接入220V电源，控制器和风机通过信号线连接。
进一步地，所述220V电源通过变压器将220V交流电转变成24V直流电给目标容器内置的CO2传感器以及电磁阀供电。
进一步地，所述CO2传感器通过信号线与控制器连接。
进一步地，CO2吸附剂罐A和CO2吸附剂罐B为A组吸附***，CO2吸附剂罐C以及CO2吸附剂罐D为B组吸附***，两组互相备份。
本发明提供的另一种技术方案是：一种气体浓度控制方法，包括获得低二氧化碳环境和获得高二氧化碳环境两个步骤，两个步骤具体如下：
A、实验目的为需要获得低二氧化碳环境时
A1：当A组吸附***运作的时候，手动打开手动球阀C和手动球阀A，关闭手动球阀B和手动球阀D，B组吸附***停止工作；
A2：当A组吸附***的吸附剂饱和需要更换吸附剂的时候，手动关闭手动球阀C和手动球阀A，停止A组吸附***的工作，同时手动开启手动球阀B和手动球阀D，B组的吸附***就开始运作；
B、实验目的为需要获得高二氧化碳环境时
B1：控制器显示目标容器箱体内二氧化碳当前浓度PV值和需要设定的二氧化碳的浓度SV值；
B2：当设定的SV浓度高于当前浓度PV，控制器会给电磁阀供电使电磁阀打开，使CO2补充气源中的二氧化碳气体直接进入目标容器箱体，使目标容器箱体的二氧化碳浓度增加，当达到设定浓度的时候，控制器会停止给电磁阀供电，使其关闭，这样能精确的实现高二氧化碳浓度的控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明气体浓度控制***及方法，通过气体浓度传感器监测目标容器内的气体浓度，把测得的0-10v或4-20ma的数字信号反馈给PID控制器，当设置低浓度时，由控制器给电控制风机，进行负压抽吸，空气经过CO2吸附剂罐后可以得到低浓度气体，重新送回目标容器内；当设置高浓度时，由控制器给步进电磁阀供电，注入高浓度气体，使用本***，可以精确控制目标容器内气体浓度，控制范围0-100%，浓度控制精度±5ppm，可以实现极低浓度的气体控制，以植物生长箱CO2浓度控制为例，可以最低实现接近0ppm。
附图说明
图1为本发明气体浓度控制***的正面结构示意图；
图2为本发明气体浓度控制***的背面结构示意图；
图3为本发明图1的局部放大图；
图4为本发明图2的局部放大图；
图5为本发明气体浓度控制***原理图。
图中：1、CO2吸附剂罐A；2、CO2吸附剂罐B；3、CO2吸附剂罐C；4、CO2吸附剂罐D；5、手动球阀C；6、手动球阀A；7、手动球阀B；8、手动球阀D；9、风机；10、控制器；11、变压器；12、电磁阀；13、CO2传感器；14、CO2补充气源；15、220V电源；16、目标容器；17、机架；18、连接管A；19、连接管B；20、连接管C；21、连接管D；22、导管A；23、导管B。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1-2，一种气体浓度控制***，包括机架17、安装于机架17的CO2吸附剂罐组以及安装于机架17前方的控制器10，CO2吸附剂罐组包括CO2吸附剂罐A1、CO2吸附剂罐B2、CO2吸附剂罐C3以及CO2吸附剂罐D4，CO2吸附剂罐A1和CO2吸附剂罐B2安装于机架17的顶端，CO2吸附剂罐A1和CO2吸附剂罐B2的正面通过连接管A18连接，CO2吸附剂罐A1和CO2吸附剂罐B2的背面通过连接管B19连接，CO2吸附剂罐A1和CO2吸附剂罐B2为A组吸附***，CO2吸附剂罐C3和CO2吸附剂罐D4安装于机架17的中间隔板上，CO2吸附剂罐C3和CO2吸附剂罐D4的正面通过连接管C20连接，CO2吸附剂罐C3和CO2吸附剂罐D4的背面通过连接管D21连接，CO2吸附剂罐C3和CO2吸附剂罐D4为B组吸附***，其与A组吸附***呈互相备份的关系，这样的一备一的方案能保证整个实验正常使用，不会因为吸附剂的更换导致实验出现断档。
参阅图3-4，连接管A18上安装手动球阀A6，连接管C20上安装手动球阀B7，连接管B19上安装手动球阀C5，连接管D21上安装手动球阀D8，各个球阀配合作用用于调节各自管道的流通，用于连接连接管A18和连接管C20的三通还与导管A22连接，导管A22上安装风机9，用于连接连接管B19和连接管D21的三通还与导管B23连接，导管B23与目标容器16连接。导管A22与目标容器16连接，在风机9与目标容器16之间的管道还连接CO2补充气源14，CO2补充气源14上安装电磁阀12，电磁阀12通过信号线和控制器10连接。
控制器10和风机9均接入220V电源15，控制器10和风机9通过信号线连接。220V电源15通过变压器11将220V交流电转变成24V直流电给目标容器16内置的CO2传感器13以及电磁阀12供电。CO2传感器13通过信号线与控制器10连接。
基于上述的气体浓度控制***，现提出一种气体浓度控制方法，包括获得低二氧化碳环境和获得高二氧化碳环境两个步骤，如图5，两个步骤具体如下：
A、实验目的为需要获得低二氧化碳环境时
A1：当A组吸附***运作的时候，手动打开手动球阀C5和手动球阀A6，关闭手动球阀B7和手动球阀D8，B组吸附***停止工作；
A2：当A组吸附***的吸附剂饱和需要更换吸附剂的时候，手动关闭手动球阀C5和手动球阀A6，停止A组吸附***的工作，同时手动开启手动球阀B7和手动球阀D8，B组的吸附***就开始运作，实现完美的连接。这样的一备一的方案能保证整个实验正常使用，不会因为吸附剂的更换导致实验出现断档。
B、实验目的为需要获得高二氧化碳环境时
B1：控制器10显示目标容器16箱体内二氧化碳当前浓度PV值和需要设定的二氧化碳的浓度SV值；
B2：当设定的SV浓度高于当前浓度PV，控制器10会给电磁阀12供电使电磁阀12打开，使CO2补充气源14中的二氧化碳气体直接进入目标容器16箱体，使目标容器16箱体的二氧化碳浓度增加，当达到设定浓度的时候，控制器10会停止给电磁阀12供电，使其关闭，这样能精确的实现高二氧化碳浓度的控制。
本发明的功能原理：
二氧化碳控制***连接220V直流电源，由控制器10来控制整个二氧化碳控制***的运作。***内置变压器11，外部电源接入***变压器11，然后分为两路，一路给电磁阀12供电，一路给CO2传感器13供电。
控制器10显示箱体内二氧化碳的当前浓度PV值和需要设定的二氧化碳浓度SV值。当PV浓度高于设定的SV浓度，控制器10就会给风机9供电，风机9开始工作，把箱体内的空气吸出，通过进气管进入A组吸附***进行过滤吸附，再由导管B23重新进入箱体内，进行循环，直至箱体内的二氧化碳浓度达到设定值，控制器10就会停止给风机9供电，使风机9停止工作。能实验精确的低二氧化碳控制。
本发明使用2组或2组以上密闭型CO2吸附剂罐并联安装，一组使用，另外一组或多组备用，亦可任意开关多个CO2吸附剂罐，以增加过滤能力；使用全透明的密闭型CO2吸附剂罐，可直接观察吸附剂是否饱和。当一组（通常为2个）CO2吸附剂罐内吸附剂已饱和后，可手动关闭通路阀门，切换至另外的1组CO2吸附剂罐工作，实现无缝衔接；密闭型CO2吸附剂罐有5L，10L，20L等型号，吸附剂装填密度大，吸附效果好；密闭式CO2吸附剂罐不需现场更换吸附剂，实验环境无污染；使用直流变频的风机9作为空气循环动力，空气流量从0-数百L/分钟，由PID控制器线性调节风速，确保控制精度。
综上所述：本发明气体浓度控制***及方法，通过气体浓度传感器监测目标容器内的气体浓度，把测得的0-10v或4-20ma的数字信号反馈给PID控制器，当设置低浓度时，由控制器10给电控制风机9，进行负压抽吸，空气经过CO2吸附剂罐后可以得到低浓度气体，重新送回目标容器16内；当设置高浓度时，由控制器10给步进电磁阀12供电，注入高浓度气体，使用本***，可以精确控制目标容器16内气体浓度，控制范围0-100%，浓度控制精度±5ppm，可以实现极低浓度的气体控制，以植物生长箱CO2浓度控制为例，目前最低的控制浓度为100ppm，而使用本发明的***，可以最低实现接近0ppm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气体浓度控制***，其特征在于，包括机架（17）、安装于机架（17）的CO2吸附剂罐组以及安装于机架（17）前方的控制器（10），所述CO2吸附剂罐组包括CO2吸附剂罐A（1）、CO2吸附剂罐B（2）、CO2吸附剂罐C（3）以及CO2吸附剂罐D（4），CO2吸附剂罐A（1）和CO2吸附剂罐B（2）安装于机架（17）的顶端，CO2吸附剂罐A（1）和CO2吸附剂罐B（2）的正面通过连接管A（18）连接，CO2吸附剂罐A（1）和CO2吸附剂罐B（2）的背面通过连接管B（19）连接，CO2吸附剂罐C（3）和CO2吸附剂罐D（4）安装于机架（17）的中间隔板上，CO2吸附剂罐C（3）和CO2吸附剂罐D（4）的正面通过连接管C（20）连接，CO2吸附剂罐C（3）和CO2吸附剂罐D（4）的背面通过连接管D（21）连接；
所述连接管A（18）上安装手动球阀A（6），连接管C（20）上安装手动球阀B（7），连接管B（19）上安装手动球阀C（5），连接管D（21）上安装手动球阀D（8），用于连接连接管A（18）和连接管C（20）的三通还与导管A（22）连接，导管A（22）上安装风机（9），用于连接连接管B（19）和连接管D（21）的三通还与导管B（23）连接。
2.根据权利要求1所述的一种气体浓度控制***，其特征在于，所述导管A（22）与目标容器（16）连接，在风机（9）与目标容器（16）之间的管道还连接CO2补充气源（14），CO2补充气源（14）上安装电磁阀（12），电磁阀（12）通过信号线和控制器（10）连接。
3.根据权利要求1所述的一种气体浓度控制***，其特征在于，所述导管B（23）与目标容器（16）连接。
4.根据权利要求1所述的一种气体浓度控制***，其特征在于，所述控制器（10）和风机（9）均接入220V电源（15），控制器（10）和风机（9）通过信号线连接。
5.根据权利要求1所述的一种气体浓度控制***，其特征在于，所述220V电源（15）通过变压器（11）将220V交流电转变成24V直流电给目标容器（16）内置的CO2传感器（13）以及电磁阀（12）供电。
6.根据权利要求5所述的一种气体浓度控制***，其特征在于，所述CO2传感器（13）通过信号线与控制器（10）连接。
7.根据权利要求1所述的一种气体浓度控制***，其特征在于，CO2吸附剂罐A（1）和CO2吸附剂罐B（2）为A组吸附***，CO2吸附剂罐C（3）以及CO2吸附剂罐D（4）为B组吸附***，两组互相备份。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的气体浓度控制方法，包括获得低二氧化碳环境和获得高二氧化碳环境两个步骤，其特征在于，两个步骤具体如下：
A、实验目的为需要获得低二氧化碳环境时
A1：当A组吸附***运作的时候，手动打开手动球阀C（5）和手动球阀A（6），关闭手动球阀B（7）和手动球阀D（8），B组吸附***停止工作；
A2：当A组吸附***的吸附剂饱和需要更换吸附剂的时候，手动关闭手动球阀C（5）和手动球阀A（6），停止A组吸附***的工作，同时手动开启7号和8号球阀，B组的吸附***就开始运作；
B、实验目的为需要获得高二氧化碳环境时
B1：控制器（10）显示目标容器（16）箱体内二氧化碳当前浓度PV值和需要设定的二氧化碳的浓度SV值；
B2：当设定的SV浓度高于当前浓度PV，控制器（10）会给电磁阀（12）供电使电磁阀（12）打开，使CO2补充气源（14）中的二氧化碳气体直接进入目标容器（16）箱体，使目标容器（16）箱体的二氧化碳浓度增加，当达到设定浓度的时候，控制器（10）会停止给电磁阀（12）供电，使其关闭，这样能精确的实现高二氧化碳浓度的控制。
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