CN113351120B - 一种气体混合***及混合方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种气体混合***及混合方法涉及一种混合多种单组分气体的装置和方法，目的是为了克服现有化学气体混合装置存在较复杂，设备较庞大，便携性较差的问题，包括集成阀岛、中间腔、第一气泵、气路控制模块、中间腔气压采集模块、中间腔温度采集模块、计算控制模块和反应腔；能够基于理想气体方程和气压传感器技术，通过检测装置内的气压变化，测得气体通过的体积，并控制混合气体的混合比达到要求，可输出不同气量和混合比的气体以及定量排出气体。

Description

一种气体混合***及混合方法

技术领域

本发明涉及一种混合多种单组分气体的装置和方法。

背景技术

以气体燃烧作为驱动方式的机器人的发展对化学气体定量混合装置的提出了更高的要求，亟需稳定可靠的小型化高精度化学气体混合装置。

而现有化学气体混合装置多采用金属箱和大型仪器等，存在较复杂，设备较庞大，便携性较差等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有化学气体混合装置存在较复杂，设备较庞大，便携性较差的问题，提供了一种气体混合***及混合方法。

本发明的一种气体混合***，包括集成阀岛、中间腔、第一气泵、气路控制模块、中间腔气压采集模块、中间腔温度采集模块、计算控制模块和反应腔；

集成阀岛包括集成为一体的多个入口电磁阀和一个出口电磁阀；且入口电磁阀和出口电磁阀均为常闭电磁阀；

中间腔设有与入口电磁阀数量相等的入口以及一个出口，该中间腔的入口一一对应地通过多个入口电磁阀与多个气源连通，出口通过出口电磁阀与第一气泵的入口连通，第一气泵的出口与反应腔的入口连通；气源用于提供单组分气体；

计算控制模块，用于根据中间腔的容积得到出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号，并将第一气泵控制信号发送至气路控制模块；

气路控制模块，同时与计算控制模块、出口电磁阀和第一气泵连接，用于接收出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号，同时开启出口电磁阀和第一气泵，以预设的初始化排气时间步长排出中间腔内空气；

计算控制模块，还用于根据预设的混合气体需求量、预设的混合气体中各单组分气体比例、第i次充气前各单组分气体累计送气量、第i次充气前已输送气体总量和预设的第i次充气的充气时间步长，预测得到第i次充气后各单组分气体的预测比例，根据预测比例选择第i次充气时要充入的单组分气体；并生成与单组分气体对应的入口电磁阀控制信号，发送至气路控制模块；以及在第i次充气前已输送气体总量等于混合气体需求量时，结束生成入口电磁阀控制信号；

气路控制模块，还与入口电磁阀连接，用于接收入口电磁阀控制信号，并根据入口电磁阀控制信号开启对应的入口电磁阀，以第i次充气的送气时间步长向中间腔进行第i次充气；

计算控制模块，还用于生成第i次排气时的出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号，发送至气路控制模块；第i次排气时的出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号包括第i次排气的排气时间步长；

气路控制模块，还用于接收出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号，并根据出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号开启出口电磁阀和第一气泵，以第i次排气的排气时间步长，将第i次充气所充入的单组分气体排出至反应腔，各单组分气体在反应腔内混合；

中间腔气压采集模块位于中间腔内，与计算控制模块连接，用于检测中间腔内每次排气后的气压值和每次充气后的气压值，并发送至计算控制模块；

中间腔温度采集模块位于中间腔内，与计算控制模块连接，用于检测中间腔内每次排气后的温度值和每次充气后的温度值，并发送至计算控制模块；

计算控制模块，还用于接收中间腔内每次排气后的气压值、每次充气后的气压值、每次排气后的温度值和每次充气后的温度值，并计算得到对应的单组分气体第i次充气量，单组分气体第i次充气量为第i次充气时所充入单组分气体的实际气量；并且，第i次充气前各单组分气体累计送气量为各单组分气体第1次～第i-1次的本次充气量的累加；第i次充气前已输送气体总量为第i-1次充气后所有单组分气体累计送气量之和。

进一步地，入口电磁阀包括电磁阀X_in1和电磁阀X_in2，出口电磁阀包括电磁阀X_out；第一气泵为单向泵。

进一步地，还包括多个气源气压采集模块和气源气压检测模块；

多个气源气压采集模块一对一设于气源处，用于采集各气源的气压并发送至气源气压检测模块；

气源气压检测模块，同时与多个气源气压采集模块连接，用于接收气源的气压并与对应的预设气源气压阈值比较，且当气源的气压小于对应的预设气源气压阈值时，生成用于提示气源压力不足的信号。

进一步地，还包括排气腔13、第二气泵14和排气腔气压采集模块15；

集成阀岛1还包括排气电磁阀12；

排气腔的入口通过排气电磁阀与反应腔的出口连通，排气腔的出口通过第二气泵连通至外部；排气电磁阀为常闭电磁阀；

计算控制模块，还用于生成排气电磁阀第一开启信号和第二气泵第一开启信号，并发送至气路控制模块；

气路控制模块，还同时与排气电磁阀和第二气泵连接，用于接收排气电磁阀第一开启信号和第二气泵第一开启信号，并控制排气电磁阀和第二气泵同时开启；

排气腔气压采集模块位于排气腔内，该排气腔气压采集模块与计算控制模块连接，用于采集排气腔内的气压值并发送至计算控制模块；

计算控制模块，还用于接收排气腔内的气压值，并在排气腔内的气压值低于排气腔气压阈值时，生成排气电磁阀第一关闭信号和第二气泵第一关闭信号发送至气路控制模块；

气路控制模块，还用于接收排气电磁阀第一关闭信号和第二气泵第一关闭信号，并控制排气电磁阀和第二气泵关闭。

进一步地，还包括排气腔温度采集模块；

计算控制模块，还用于生成排气电磁阀第二开启信号；

气路控制模块，还用于接收排气电磁阀第二开启信号，并开启排气电磁阀，使得反应腔中气体排入排气腔，令排气腔内的气压达到p_排1；

计算控制模块，还用于生成排气电磁阀第二关闭信号和第二气泵第二开启信号，并发送至气路控制模块；

气路控制模块，还用于接收排气电磁阀第二关闭信号和第二气泵第二开启信号，关闭排气电磁阀和开启第二气泵，令排气腔中气体排出；

计算控制模块，还用于生成第二气泵第二关闭信号，并关闭第二气泵，令排气腔内的气压达到p_排2；

排气腔气压采集模块，与计算控制模块连接，用于采集气压p_排1和气压p_排2，并发送至计算控制模块；

排气腔温度采集模块，与计算控制模块连接，用于采集排气腔内气压达到p_排1时对应的温度T_排1，以及气压达到p_排2时对应的温度T_排2，并发送至计算控制模块；

计算控制模块，还用于接收气压p_排1、气压p_排2、温度T_排1和温度T_排2，根据理想气体状态方程得到排气腔中排出的气体量。

本发明的一种气体混合方法，方法基于气体混合***实现，具体步骤如下：

步骤一、设定混合气体需求量和混合气体中各单组分气体比例；混合气体中各单组分气体比例包括第一单组分气体的比例R_a和第二单组分气体的比例R_b；

步骤二、将中间腔进行初始排气；

步骤三、根据第i次充气前各单组分气体累计送气量、第i次充气前已输送气体总量和预设的第i次充气的充气时间步长预测得到第i次充气后各单组分气体的预测比例；

并通过第i次充气后各单组分气体的预测比例、预设的第一单组分气体比例R₁和预设第二单组分气体比例R₂构造比较不等式，通过比较不等式选择一个单组分气体作为第i次充气所要充入的单组分气体；

当i等于1时，选择第一单组分气体；且第1次循环充气时各单组分气体累计送气量和第i次循环充气时已输送气体总量均为0；

步骤四、将步骤三所选择的单组分气体以预设的第i次充气的充气时间步长进行第i次充气；以及计算单组分气体第i次充气量、第i次充气后各单组分气体累计送气量和第i次充气后已输送气体总量；

步骤五、根据步骤四得到的单组分气体第i次充气量计算第i次排气的排气时间步长，且以第i次排气的排气时间步长将中间腔中的单组分气体排出；

且当第i次循环充气后已输送气体总量小于混合气体需求量时，令i＝i+1，返回步骤三；

当第i次循环充气后已输送气体总量等于混合气体需求量时，结束充气。

进一步地，步骤三中，第i次充气后各单组分气体的预测比例为：

其中，R′_a为第i次充气后第一单组分气体的预测比例，R′_b为第i次充气后第二单组分气体的预测比例，

为第i次充气前已输送气体总量，n_ai为第i次充气前第一单组分气体累计送气量，n_bi为第i次充气前第二单组分气体累计送气量，Δn′_i为对应的单组分气体第i次充气量的预测值，该Δn′_i通过预设的第i次充气的充气时间步长得到；

并且，当第i次充气时充入的单组分气体为第一单组分气体时，m＝1，否则m＝0；当第i次充气时充入的单组分气体为第二单组分气体时，k＝1，否则k＝0。

进一步地，步骤四中，比较不等式为：

R′_a-R_a＜R′_b-R_b

且当比较不等式成立时，选择第一单组分气体；当比较不等式不成立时，选择第二单组分气体。

进一步地，单组分气体第i次充气量为：

其中，V是中间腔容积，p_i′_-1是第i-1次排气后中间腔内的稳定压力值，T_i′_-1是第i-1次排气后中间腔内的稳定温度值，p_i是第i次充气后中间腔内的稳定压力值；T_i是第i次充气后中间腔内的稳定温度值，i＝1,2,3……；R＝8.314J/(mol·K)是理想气体常数；

且p′₀和T₀′分别为初始排气后中间腔内的稳定压力值和稳定温度值。

进一步地，预设充气时间步长包括长延时和短延时；

并且在已输送气体总量与混合气体需求量的差小于预设充气差值时采用长延时，否则采用短延时。

本发明的有益效果是：

气体混合***，小型化且高精度，基于集成阀岛装置，减小了装置体积，简化了装置结构，具有极好的便携性。其中，气体混合方法能够基于理想气体方程和气压传感器技术，通过检测装置内的气压变化，测得气体通过的体积，并控制混合气体的混合比达到要求，可输出不同气量和混合比的气体；可定量排出气体；用于化学气体的高精度输入和混合，便携性和易用性很高。

附图说明

图1为本发明的一种气体混合***的模块结构示意图；

图2为本发明的一种气体混合方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一，本实施方式的一种气体混合***，基于集成阀岛的小型化高精度化学气体混合***，包括：气体通路模块、气压检测模块和电路模块；

气体通路模块包括集成阀岛1、中间腔2、反应腔11、电磁阀(入口电磁阀1-1、出口电磁阀1-2和排气电磁阀12)、第一气泵3(单向泵)、第二气泵14和与集成阀岛1连通的多个气源8(通过气袋提供)；中间腔2的一端通过出口电磁阀1-2与提供动气的第一气泵3连接，另外两端分别通过入口电磁阀1-1和装有需混合气体的气源8连接；第一气泵3的出口与反应腔11连接，反应腔11内各单组分气体混合并发生相关反应；中间腔气压采集模块5，用于测量中间腔的气压，包含气压传感芯片以及通讯部分；中间腔温度采集模块6，用于测量中间腔的温度，包含温度传感芯片以及通讯部分；第一气泵3、中间腔气压采集模块5、中间腔温度采集模块6和集成阀岛1上的电磁阀均和电路模块(气路控制模块4和计算控制模块7)连接；电路模块用于控制第一气泵3、中间腔气压采集模块5、集成阀岛1上电磁阀的开启或者关闭以及用于数据采集和相关计算。

其中，集成阀岛包括第一电磁阀(入口电磁阀1-1)、第二电磁阀(入口电磁阀1-1)、第三电磁阀(出口电磁阀1-2)和第四电磁阀(排气电磁阀12)四个两位三通电磁阀；第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀均是两位两通电磁阀。

装有需混合气体气袋分别与第一电磁阀和第二电磁阀连接，第一电磁阀和第二电磁阀均与中间腔连接，第三电磁阀一端与中间腔2连接，另一端与第一气泵3(单向泵)连接。

其中，集成阀岛1主体采用透明光敏树脂经过3D打印技术而成，四个电磁阀置于其上，并用螺钉螺钉结构固定。

其中，设备原理如图1所示，各气源8与第一气泵3均通过电磁阀与中间腔2相连(记为电磁阀X_in1、电磁阀X_in2和电磁阀X_out)，这三个电磁阀在关闭时将中间腔2与环境分隔，使其成为体积恒定的密封腔(体积记为V)，其内部的高精度传感器用来测量压力变化。

其中，通过集成阀岛控制气体通路，在混合化学气体时，首先，打开第一气泵3与电磁阀X_out，延时时间t₁后，关闭电磁阀X_out，中间腔2在第一气泵3的作用下被抽成负压，即中间腔2内气压低于外界大气压。待压力稳定后，记录数据p_i-1。打开阀电磁阀X_in1，延时t₂后关闭。由于气源8压力高于中间腔压力，气源8中的化学气体会自动进入到中间腔2内填补压力差，待压力稳定后，记录该压力值为p_i。根据理想气体状态方程可以计算得到这一次输送化学气体的物质的量为Δn_i，见下公式。每循环充气一次，便将Δn_i-1进行累加，直至得到需要的气量，另一个气体的充气方法与之相同。

式中Δn_i是本次循环输送的气体量；V是中间腔容积；p_i-1是中间腔负压时的稳定压力值；T_i-1是中间腔负压时的气体温度；p_i是中间腔得到气源补充后的稳定压力值；T_i是中间腔得到气源补充后的气体温度；R是理想气体常数为8.314J/(mol·K)。

其中，速度和精度是气体输送装置的两个相互矛盾的重要参数，他们与中间腔2体积V和延时时间t₁密切相关。增大体积V和延时时间t₁可以提高单次循环的输送气量，进而加快气体输送速度，但这加大了装置送气步长，减小了送气精度，而减小V和t₁产生的影响则相反。由于延时时间可以很容易的通过编程改变，所以为了提高送气精度，且不严重影响送气速度，故将中间腔容积V适当增大，并设置多级延时时间t₁来改变送气步长。在充气量远小于需求量的时候使用长延时来提高速度，在充气即将结束时使用短延时来保证精度。另外，为了保证输送气体混合比的准确，解决了循环充气中的顺序问题，流程图如图2所示。根据各成分比例R、当前各气体输送量、当前已输送气体总量

和当前送气步长，预测本次循环后各气体所占的比例，对最接近于理想比例的成分进行送气，这样可以保证最终混合比的准确。

其中，气体混合***及混合方法还包括：

1、排气部分

快速排气模式：打开排气腔13两侧排气电磁阀12和第二气泵14(排气单向泵)，将需排气气体快速排出，期间通过排气腔气压采集模块15反馈气压，排气腔温度采集模块16反馈温度，气压将从101kPa逐渐下降，当气压下降并稳定在60kPa时，便可认为排气过程完成。这是快速排气，不计算所排气体的气体的量。

定量排气模式：原理类似充气模型，每次循环中打开排气腔单侧排气电磁阀12，记录此时气压数据p_排1，打开第二气泵14抽走气体，待气压稳定至p_排2，关闭排气电磁阀12和第二气泵14，此时可得这个小循环输送的气体的量。反复循环，即可测得排出的气体的量。

2、步长

长延时定义：较长的开阀时间，使充气过程中的中间腔/排气过程中的排气腔的气压下降的更多，极限是60kPa。将提高一次循环的输送的气体的气量，能提高每次送气的速度，但会略微降低输气精度。

短延时定义：较短的开阀时间，使充气过程中的中间腔/排气过程中的排气腔的气压下降的更少。将降低一次循环的输送的气体的气量，能提高每次送气的精度，但会略微降低输气速度。

不同的延时将影响输气/排气过程的精度和速度。采用策略：在充气量远小于需求量的时候使用长延时来提高速度，在充气即将结束时使用短延时来保证精度。这样既保证了较快的输气速度，也保证了较高的输气精度。

本装置现在设定的气体装置精度为输送50ml气体的误差在0.1ml内。

3、实时检测输入气体是否充足，是否出现故障

在氧气气源(第一单组分气体)和氢气气源(第二单组分气体)的输入处同时也安装了气源气压采集模块9和气源气压检测模块10实时监测压力，能实时得到两处气源的压力变化。当气源充足时，充气过程和排气过程不会影响气源处的变化，此时一切正常。当气源出现供气不足的情况时，实时监测的气压传感器能显示气源处气体压力的下降，此时在上位机监控的人员便可以知道气源不足的情况，避免了因气源气体不足导致充气过程失败的情况发生。

4、气压的过压保护和装置漏气监测

为了保证气体装置的气体压力的健康运行，以及装置的气密性监测，总共安装了四个气压传感器，分别安装在排气腔13，中间腔2，两处气源8的气体进气处。在装置进行充气/排气过程中，在单向泵和电磁阀打开的情况下，若发现气压并未按常速下降的异常状态。则可怀疑装置的气密性问题。

气压并未按常速下降的异常状态：即显示气压并未下降，或者比正常下降速度慢，或者比正常下降值少，以上情况均可称为异常状态。

精确定位装置的漏气地点：在通过调节气路的各通路的电磁阀、单向泵的开关，以及气压传感器在各处的值，可以依据气体通路的过程，判断漏气地点。优先判断未漏气的各气路路段，通过排除法定位漏气的气路路段。例如，打开充气的单向泵，将充气腔的气压降低至60kPa，关闭充气腔端的三个电磁阀，观察气压传感器变化，若气压保持在60kPa，则可确认中间腔没有漏气，漏气部分发生在别的气路路段。

5、装置精度高，可调节精度装置

装置精度高，本装置精度现在设定在输送50ml气体的误差在0.1ml内。

装置精度可调，通过调节设定的充气/排气步长，可灵活改变装置的精度，最多可提高到0.0001ml。可灵活满足各实验情况对输送气体精度的要求。

预设充气时间步长包括长延时和短延时；

并且在已输送气体总量与混合气体需求量的差小于预设充气差值时采用短延时，否则采用长延时。其中长延时和短延时并不是一个固定的值，而是大于等于延时界限的为长延时，小于延时界限的为短延时。具体的延时设置可以结合入口电磁阀1-1的流量流速来设置。同理，排气时间步长也包括长延时和短延时，由于是为了排除中间腔内的气体，所以也需根据充气时间步长的长延时和短延时以及出口电磁阀1-2的流量流速来设置。

Claims (10)

1.一种气体混合***，其特征在于，包括集成阀岛(1)、中间腔(2)、第一气泵(3)、气路控制模块(4)、中间腔气压采集模块(5)、中间腔温度采集模块(6)、计算控制模块(7)和反应腔(11)；

所述集成阀岛(1)包括集成为一体的多个入口电磁阀(1-1)和一个出口电磁阀(1-2)；且入口电磁阀(1-1)和出口电磁阀(1-2)均为常闭电磁阀；

所述中间腔(2)设有与入口电磁阀(1-1)数量相等的入口以及一个出口，该中间腔(2)的入口一一对应地通过多个入口电磁阀与多个气源(8)连通，出口通过出口电磁阀与第一气泵(3)的入口连通，第一气泵(3)的出口与反应腔(11)的入口连通；所述气源用于提供单组分气体；

所述计算控制模块(7)，用于根据中间腔(2)的容积得到出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号，并将所述第一气泵控制信号发送至气路控制模块(4)；

所述气路控制模块(4)，同时与所述计算控制模块(7)、出口电磁阀(1-2)和第一气泵(3)连接，用于接收出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号，同时开启出口电磁阀(1-2)和第一气泵(3)，以预设的初始化排气时间步长排出中间腔(2)内空气；

所述计算控制模块(7)，还用于根据预设的混合气体需求量、预设的混合气体中各单组分气体比例、第i次充气前各单组分气体累计送气量、第i次充气前已输送气体总量和预设的第i次充气的充气时间步长，预测得到第i次充气后各单组分气体的预测比例，根据所述预测比例选择第i次充气时要充入的单组分气体；并生成与所述单组分气体对应的入口电磁阀控制信号，发送至气路控制模块(4)；以及在第i次充气前已输送气体总量等于所述混合气体需求量时，结束生成入口电磁阀控制信号；

所述气路控制模块(4)，还与入口电磁阀(1-1)连接，用于接收所述入口电磁阀控制信号，并根据所述入口电磁阀控制信号开启对应的入口电磁阀(1-1)，以所述第i次充气的送气时间步长向中间腔(2)进行第i次充气；

所述计算控制模块(7)，还用于生成第i次排气时的出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号，发送至气路控制模块(4)；所述第i次排气时的出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号包括第i次排气的排气时间步长；

所述气路控制模块(4)，还用于接收所述出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号，并根据所述出口电磁阀控制信号和第一气泵控制信号开启出口电磁阀(1-2)和第一气泵(3)，以第i次排气的排气时间步长，将第i次充气所充入的单组分气体排出至所述反应腔(11)，各单组分气体在反应腔(11)内混合；

所述中间腔气压采集模块(5)位于所述中间腔(2)内，与所述计算控制模块(7)连接，用于检测所述中间腔(2)内每次排气后的气压值和每次充气后的气压值，并发送至所述计算控制模块(7)；

所述中间腔温度采集模块(6)位于所述中间腔(2)内，与所述计算控制模块(7)连接，用于检测所述中间腔(2)内每次排气后的温度值和每次充气后的温度值，并发送至所述计算控制模块(7)；

所述计算控制模块(7)，还用于接收所述中间腔(2)内每次排气后的气压值、每次充气后的气压值、每次排气后的温度值和每次充气后的温度值，并计算得到对应的单组分气体第i次充气量，所述单组分气体第i次充气量为第i次充气时所充入单组分气体的实际气量；并且，第i次充气前各单组分气体累计送气量为各单组分气体第1次～第i-1次的本次充气量的累加；第i次充气前已输送气体总量为第i-1次充气后所有单组分气体累计送气量之和。

2.根据权利要求1所述的气体混合***，其特征在于，入口电磁阀(1-1)包括电磁阀X_in1和电磁阀X_in2，出口电磁阀(1-2)包括电磁阀X_out；第一气泵(3)为单向泵。

3.根据权利要求2所述的气体混合***，其特征在于，还包括多个气源气压采集模块(9)和气源气压检测模块(10)；

所述多个气源气压采集模块(9)一对一设于气源处，用于采集各气源的气压并发送至气源气压检测模块(10)；

所述气源气压检测模块(10)，同时与所述多个气源气压采集模块(9)连接，用于接收气源的气压并与对应的预设气源气压阈值比较，且当气源的气压小于对应的预设气源气压阈值时，生成用于提示气源压力不足的信号。

4.根据权利要求2所述的气体混合***，其特征在于，还包括排气腔(13)、第二气泵(14)和排气腔气压采集模块(15)；

集成阀岛(1)还包括排气电磁阀(12)；

所述排气腔(13)的入口通过所述排气电磁阀(12)与反应腔(11)的出口连通，排气腔(13)的出口通过第二气泵(14)连通至外部；所述排气电磁阀(12)为常闭电磁阀；

计算控制模块(7)，还用于生成排气电磁阀第一开启信号和第二气泵第一开启信号，并发送至气路控制模块(4)；

气路控制模块(4)，还同时与排气电磁阀(12)和第二气泵(14)连接，用于接收排气电磁阀第一开启信号和第二气泵第一开启信号，并控制排气电磁阀(12)和第二气泵(14)同时开启；

所述排气腔气压采集模块(15)位于所述排气腔(13)内，该排气腔气压采集模块(15)与所述计算控制模块(7)连接，用于采集排气腔(13)内的气压值并发送至所述计算控制模块(7)；

所述计算控制模块(7)，还用于接收排气腔(13)内的气压值，并在排气腔(13)内的气压值低于排气腔气压阈值时，生成排气电磁阀第一关闭信号和第二气泵第一关闭信号发送至气路控制模块(4)；

气路控制模块(4)，还用于接收排气电磁阀第一关闭信号和第二气泵第一关闭信号，并控制排气电磁阀(12)和第二气泵(14)关闭。

5.根据权利要求4所述的气体混合***，其特征在于，还包括排气腔温度采集模块(16)；

所述计算控制模块(7)，还用于生成排气电磁阀第二开启信号；

所述气路控制模块(4)，还用于接收所述排气电磁阀第二开启信号，并开启排气电磁阀(12)，使得反应腔(11)中气体排入排气腔(13)，令排气腔(13)内的气压达到p_排1；

所述计算控制模块(7)，还用于生成排气电磁阀第二关闭信号和第二气泵第二开启信号，并发送至所述气路控制模块(4)；

所述气路控制模块(4)，还用于接收所述排气电磁阀第二关闭信号和第二气泵第二开启信号，关闭排气电磁阀(12)和开启第二气泵(14)，令排气腔(13)中气体排出；

所述计算控制模块(7)，还用于生成第二气泵第二关闭信号，并关闭第二气泵(14)，令排气腔(13)内的气压达到p_排2；

排气腔气压采集模块(15)，与所述计算控制模块(7)连接，用于采集气压p_排1和气压p_排2，并发送至所述计算控制模块(7)；

排气腔温度采集模块(16)，与所述计算控制模块(7)连接，用于采集排气腔(13)内气压达到p_排1时对应的温度T_排1，以及气压达到p_排2时对应的温度T_排2，并发送至所述计算控制模块(7)；

所述计算控制模块(7)，还用于接收气压p_排1、气压p_排2、温度T_排1和温度T_排2，根据理想气体状态方程得到排气腔(13)中排出的气体量。

6.一种气体混合方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1～5其中一项所述的气体混合***实现，具体步骤如下：

步骤一、设定混合气体需求量和混合气体中各单组分气体比例；所述混合气体中各单组分气体比例包括第一单组分气体的比例R_a和第二单组分气体的比例R_b；

步骤二、将中间腔(2)进行初始排气；

步骤三、根据第i次充气前各单组分气体累计送气量、第i次充气前已输送气体总量和预设的第i次充气的充气时间步长预测得到第i次充气后各单组分气体的预测比例；

并通过第i次充气后各单组分气体的预测比例、预设的第一单组分气体比例R₁和预设第二单组分气体比例R₂构造比较不等式，通过比较不等式选择一个单组分气体作为第i次充气所要充入的单组分气体；

当i等于1时，选择第一单组分气体；且第1次循环充气时各单组分气体累计送气量和第i次循环充气时已输送气体总量均为0；

步骤四、将步骤三所选择的单组分气体以预设的第i次充气的充气时间步长进行第i次充气；以及计算单组分气体第i次充气量、第i次充气后各单组分气体累计送气量和第i次充气后已输送气体总量；

步骤五、根据步骤四得到的单组分气体第i次充气量计算第i次排气的排气时间步长，且以第i次排气的排气时间步长将中间腔中的单组分气体排出；

且当第i次循环充气后已输送气体总量小于混合气体需求量时，令i＝i+1，返回步骤三；

当第i次循环充气后已输送气体总量等于混合气体需求量时，结束充气。

7.根据权利要求6所述的一种气体混合方法，其特征在于，步骤三中，第i次充气后各单组分气体的预测比例为：

其中，R′_a为第i次充气后第一单组分气体的预测比例，R′_b为第i次充气后第二单组分气体的预测比例，

为第i次充气前已输送气体总量，n_ai为第i次充气前第一单组分气体累计送气量，n_bi为第i次充气前第二单组分气体累计送气量，Δn′_i为对应的单组分气体第i次充气量的预测值，该Δn′_i通过预设的第i次充气的充气时间步长得到；

并且，当第i次充气时充入的单组分气体为第一单组分气体时，m＝1，否则m＝0；当第i次充气时充入的单组分气体为第二单组分气体时，k＝1，否则k＝0。

8.根据权利要求7所述的一种气体混合方法，其特征在于，步骤四中，比较不等式为：

R′_a-R_a＜R′_b-R_b

且当比较不等式成立时，选择第一单组分气体；当比较不等式不成立时，选择第二单组分气体。

9.根据权利要求8所述的一种气体混合方法，其特征在于，单组分气体第i次充气量为：

其中，V是中间腔容积，p′_i-1是第i-1次排气后中间腔内的稳定压力值，T′_i-1是第i-1次排气后中间腔内的稳定温度值，p_i是第i次充气后中间腔内的稳定压力值；T_i是第i次充气后中间腔内的稳定温度值，i＝1,2,3……；R＝8.314J/(mol·K)是理想气体常数；

且p′₀和T′₀分别为初始排气后中间腔内的稳定压力值和稳定温度值。

10.根据权利要求9所述的一种气体混合方法，其特征在于，预设充气时间步长包括长延时和短延时；大于等于延时界限的为长延时，小于延时界限的为短延时；

并且在已输送气体总量与混合气体需求量的差小于预设充气差值时采用短延时，否则采用长延时。

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