CN113805616A - 一种气体浓度调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种气体浓度调节装置，包括：气体浓度检测模块，检测混合气体的浓度并输出对应的检测电压；控制模块，与气体浓度检测模块连接，对检测电压和预设电压进行比较，根据比较结果控制流量调节模块的开度；流量调节模块，改变自身开度以调节各个气体容器输出的气体的流量；气体容器输出的气体的流量不同，混合气体的浓度不同。采用本申请的装置，减少了对存储标定浓度的气体的气体容器的需求，仅通过少数气体容器便可实现向待测试设备提供标定浓度的气体，降低了成本，简化了标定过程，提高了对待测试设备的标定效率。
Description
技术领域
本发明涉及气体浓度调节技术领域，尤其涉及一种气体浓度调节装置。
背景技术
电子和机械技术水平的不断提高带动医疗设备的发展，其中对呼吸气体的监测变得越来越重要，如呼吸机、监护仪等都需要对呼吸气体进行监测。在呼吸机、监护仪投入使用前均需要使用不同已知浓度的气体对设备进行标定，而标定浓度值越多，测量越准，这就需要多个对应不同标定浓度的标准气体容器，以向上述设备提供标定浓度的气体，然而，气体容器过多，使得标定过程复杂，成本较高。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提出了一种气体浓度调节装置。
一种气体浓度调节装置，包括：
气体浓度检测模块，用于检测混合气体的浓度并输出对应的检测电压；所述混合气体由多个气体容器中的各自气体混合而成；
控制模块，与所述气体浓度检测模块连接，用于对所述检测电压和预设电压进行比较，并根据比较结果控制流量调节模块的开度；和
流量调节模块，用于改变自身开度以调节各个所述气体容器输出的气体的流量；所述气体容器输出的气体的流量不同，所述混合气体的浓度不同。
在一个实施例中，所述流量调节模块为比例阀或电动调节阀；每个所述比例阀或电动调节阀连接一个所述气体容器，以根据所述比例阀或电动调节阀的开度调节所述气体容器输出的气体的流量。
在一个实施例中，所述控制模块包括单片机；所述检测电压输入至所述单片机的ADC接口；所述比较结果由所述单片机的DAC接口或PWM接口输出。
在一个实施例中，所述控制模块还包括与所述单片机相连接的AD转换模块；所述AD转换模块用于将所述检测电压进行模数转换后输入给所述单片机。
在一个实施例中，所述控制模块包括：
预处理模块，与所述气体浓度检测模块和流量调节模块连接，用于根据接入的所述检测电压、所述预设电压及所述预处理模块的内阻计算输出控制所述流量调节模块开度的电流，以调节各个所述气体容器输出的气体的流量。
在一个实施例中，所述控制模块还包括：
单片机，与所述预处理模块连接，用于提供所述预设电压；
所述预处理模块向所述流量调节模块施加的电流值为所述预设电压和所述检测电压的差压与所述预处理模块的内阻的商。
在一个实施例中，所述气体浓度检测模块为气体分析仪；
所述预处理模块包括：
电压输出模块，与所述单片机和所述气体浓度检测模块连接，用于，计算输出所述检测电压和预设电压的差压；
电流输出模块，与所述电压输出模块连接，接入所述差压，根据所述差压和电流输出模块的内阻，施加给所述流量调节模块电流。
在一个实施例中，所述电压输出模块包括：
第一滤波电路，与所述气体浓度检测模块连接，用于对接入的所述气体浓度检测模块施加的检测电压进行滤波；
第二滤波电路，与所述单片机连接，用于对接入的所述单片机块施加的预设电压进行滤波；
差分运算放大电路，与所述第二滤波电路和所述第一滤波电路连接，用于计算滤波后的检测电压和预设电压的差压，并将所述差压放大，并施加给所述电流输出模块。
在一个实施例中，所述第一滤波电路包括：第一电容、第二电容和第一运算放大器；
所述第二滤波电路包括：第三电容、第四电容和第二运算放大器；
所述差分运算放大电路为第三运算放大器；
所述第一电容的第一端接入所述检测电压，第二端接地；
所述第二电容的第一端接入所述检测电压，第二端接地；
所述第一运算放大器的同相输入端接入所述检测电压，反相输入端与输出端连接，输出端与所述第三运算放大器的反相输入端连接；
所述第三电容的第一端接入所述预设电压，第二端接地；
所述第四电容的第一端接入所述预设电压，第二端接地；
所述第二运算放大器的同相输入端接入所述预设电压，反相输入端与输出端连接，输出端与所述第三运算放大器的同相输入端连接；
所述第三运算放大器的输出端与电流输出模块输入端连接。
在一个实施例中，所述电流输出模块包括：第四运算放大器、第五运算放大器、MOS管和电阻；
所述第四运算放大器的同相输入端接入所述差压，反相输入端与输出端连接，输出端与所述第五运算放大器的同相输入端连接；
所述第五运算放大器的反相输入端与所述MOS管的源极连接，输出端与所述MOS管的漏极连接；
所述MOS管的的栅极接入编程电压；
所述电阻的第一端与所述第五运算放大器的反相输入端连接，第二端接地。
所述流量调节模块的正极接入所述编程电压，负极与所述MOS管的的栅极连接。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本申请采用气体浓度检测模块对当前气体进行浓度检测，并将该浓度对应的电压值反馈给控制模块，控制模块根据该电压值控制流量调节模块输的开度，以使存储不同气体浓度的气体容器输出各自的气体并混合，得到预设气体浓度对应的气体，减少了对存储标定浓度的气体的气体容器的需求，仅通过少数气体容器便可实现向待测试设备提供标定浓度的气体，降低了成本，简化了标定过程，提高了对待测试设备的标定效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一个实施例中气体浓度调节装置的结构框图；
图2为另一个实施例中气体浓度调节装置的结构框图；
图3为一个实施例中气体浓度调节装置的电压输出模块的电路图；
图4为一个实施例中气体浓度调节装置的电流输出模块的电路图。
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作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。
本发明提供一种气体浓度调节装置，应用在如呼吸机、监护仪这里一类需要对呼吸气体进行监测的设备中，在呼吸机、监护仪投入使用前均需要使用各种已知浓度的气体对上述的待测试设备进行标定，那么本申请提供的气体浓度调节装置则可用于调节向上述设备提供气体的气体容器的流量，不必设置分别存放不同浓度气体的气体容器，来依次进行单一浓度气体的输出；仅需少数存有一定浓度气体的气体容器即可实现向待测试设备提供不同标定浓度的气体，这里的标定浓度指的是：以检测人呼出的气体中二氧化碳浓度为例，待测试设备根据检测气体中二氧化碳的浓度，以判断气道的嗜酸性炎症等，不同的二氧化碳浓度体现不同的炎症程度，那么标定浓度则是不同程度炎症对应的不同二氧化碳浓度，检测到人呼出气体中二氧化碳的浓度，即可判断其对应的炎症程度。
图1为一个实施例中一个实施例中气体浓度调节装置的结构框图。参照图1，包括：气体浓度检测模块30，用于检测混合气体的浓度并输出对应的检测电压；所述混合气体由多个气体容器中的各自气体混合而成；
控制模块20，与所述气体浓度检测模块30连接，用于对所述检测电压和预设电压进行比较，并根据比较结果控制流量调节模块10的开度；和
流量调节模块10；用于改变自身开度以调节各个所述气体容器输出的气体的流量；所述气体容器输出的气体的流量不同，所述混合气体的浓度不同。
具体的，以设置两种不同二氧化碳浓度的气体为例，这两种气体分别存储在两个气体容器中，每个气体容器分别由一个气阀控制开关，再由一个流量调节模块控制输出气体的流量，这里的所述流量调节模块为比例阀或电动调节阀；当所述气阀开启后，上位机50向所述控制模块写入需向所述待测试设备提供的预设气体的浓度(预设气体的浓度也就是上面所说到的标定浓度)，所述控制模块根据预设气体浓度对应的预设电压控制所述流量调节模块的开度，实现向所述待测试设备提供预设浓度的气体，所述气体浓度检测模块检测到混合气体中二氧化碳的浓度并将对应的检测电压反馈给所述控制模块，所述控制模块根据所述检测电压与所述预设电压进行比较，若所述检测电压浓度较大，则控制二氧化碳浓度较小的气体容器对应的流量调节模块减小开度，控制二氧化碳浓度较大的气体容器对应的流量调节模块增大开度(此部分的调节过程不是本申请所要保护的内容，因此不再赘述)，以实现向所述待测试设备提供预设的气体浓度。
其中，如图2所示，所述控制模块20包括：单片机及与所述单片机相连接的AD转换模块；通过所述气体浓度检测模块检测到的混合气体中二氧化碳的浓度对应的所述检测电压通过所述AD转换模块进行模数转换后由所述单片机的ADC接口输入至所述单片机；所述比较结果对应的用于控制流量调节模块的电压由所述单片机的DAC接口或PWM接口输出给所述流量调节模块，这里的所述流量调节模块为气体分析仪或其他能够分析气体中特定气体浓度的仪器。
在一个实施例中，所述控制模块20包括：预处理模块22和单片机21；所述预处理模块22与所述气体浓度检测模块30和流量调节模块20连接，用于根据接入的所述检测电压、所述预设电压及所述预处理模块的内阻计算输出控制所述流量调节模块20开度的电流，以调节各个所述气体容器输出的气体的流量。其中，所述预处理模块22向所述流量调节模块20施加的电流值为所述预设电压和所述检测电压的差压与所述预处理模块22的内阻的商。
在上述实施例的基础上，所述预处理模块22包括：
电压输出模块221，与所述单片机21和所述气体浓度检测模块30连接，用于接入所述气体浓度检测模块30施加的检测电压和所述单片机21施加的预设电压，并计算所述检测电压和预设电压的差压；
电流输出模块222，与所述电压输出模块221连接，接入所述差压，根据所述差压和电流输出模块222的内阻确定施加给所述流量调节模块20的电流。
在上述实施例的基础上，所述电压输出模块221包括：
第一滤波电路2211，与所述气体浓度检测模块30连接，用于对接入的所述气体浓度检测模块30施加的检测电压进行滤波；如图3所示，所述第一滤波电路2211包括：第一电容C11、第二电容C10和第一运算放大器U1B；所述第一电容C11的第一端接入所述检测电压，第二端接地；所述第二电容C10的第一端接入所述检测电压，第二端接地；所述第一运算放大器U1B的同相输入端接入所述检测电压，反相输入端与输出端连接，输出端与所述第三运算放大器U4B的反相输入端连接。
第二滤波电路2212，与所述单片机21连接，用于对接入的所述单片机21块施加的预设电压进行滤波；所述第二滤波电路2212包括：第三电容C1、第四电容C2和第二运算放大器U1A；所述第三电容C1的第一端接入所述预设电压，第二端接地；所述第四电容C2的第一端接入所述预设电压，第二端接地；所述第二运算放大器U1A的同相输入端接入所述预设电压，反相输入端与输出端连接，输出端与所述第三运算放大器U4B的同相输入端连接。
差分运算放大电路2213，与所述第二滤波电路2212和所述第一滤波电路2211连接，用于计算滤波后的检测电压和预设电压的差压，并将所述差压放大，并施加给所述电流输出模块222。所述差分运算放大电路2213为第三运算放大器U4B，所述第三运算放大器的输出端与电流输出模块222输入端连接。
其中，所述气体浓度检测模块30发送的检测电压经由所述第一滤波电路2211滤波后，输入至所述差分运算放大电路2213的所述第三运算放大器U4B的反相输入端；所述单片机21发送的预设电压经由所述第二滤波电路2212滤波后，输入至所述差分运算放大电路2213的所述第三运算放大器U4B的同相输入端；所述第三运算放大器U4B对所述检测电压和所述预设电压进行差分运算，并将计算后的差压输出给所述电流输出模块222。
在一个实施例中，所述电流输出模块222为恒流源，如图4所示，包括：第四运算放大器U5B、第五运算放大器U6B、MOS管Q1和电阻R13；所述第四运算放大器U5B为电压跟随器，其同相输入端接入所述差压，反相输入端与输出端连接，输出端与所述第五运算放大器U6B的同相输入端连接；所述第五运算放大器U6B的反相输入端与所述MOS管Q1的源极连接，输出端与所述MOS管Q1的漏极连接；所述MOS管Q1的的栅极接入编程电压；所述电阻R13的第一端与所述第五运算放大器U6B的反相输入端连接，第二端接地；所述流量调节模块的正极接入所述编程电压，负极与所述MOS管Q1的的栅极连接。
其中，所述第四运算放大器U5B为电压跟随器，起到缓冲、隔离、提高带载能力的作用，所述第四运算放大器U5B接入所述差压，所述第五运算放大器U6B的同相输入端和反相输入端的电压均为所述差压，由于所述电流输出模块222的内阻为所述电阻R13的阻值，那么流入所述所述MOS管Q1的电流即为所述差压与所述电阻R13的阻值的商，由于比例阀或电动调节阀接入所述电流输出模块222，该电流施加在所述比例阀或电动调节阀上，所述比例阀或电动调节阀根据该电流大小实现相应的开度，以调节各个所述气体容器输出的气体的流量，以达到所述预设电压对应的气体浓度。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种气体浓度调节装置，其特征在于，包括：
气体浓度检测模块，用于检测混合气体的浓度并输出对应的检测电压；所述混合气体由多个气体容器中的各自气体混合而成；
控制模块，与所述气体浓度检测模块连接，用于对所述检测电压和预设电压进行比较，并根据比较结果控制流量调节模块的开度；和
流量调节模块，用于改变自身开度以调节各个所述气体容器输出的气体的流量；所述气体容器输出的气体的流量不同，所述混合气体的浓度不同。
2.根据权利要求1所述的气体浓度调节装置，其特征在于，所述流量调节模块为比例阀或电动调节阀；每个所述比例阀或电动调节阀连接一个所述气体容器，以根据所述比例阀或电动调节阀的开度调节所述气体容器输出的气体的流量。
3.根据权利要求1所述的气体浓度调节装置，其特征在于，所述控制模块包括单片机；所述检测电压输入至所述单片机的ADC接口；所述比较结果由所述单片机的DAC接口或PWM接口输出。
4.根据权利要求3所述的气体浓度调节装置，其特征在于，所述控制模块还包括与所述单片机相连接的AD转换模块；所述AD转换模块用于将所述检测电压进行模数转换后输入给所述单片机。
5.根据权利要求1所述的气体浓度调节装置，其特征在于，所述控制模块包括：
预处理模块，与所述气体浓度检测模块和流量调节模块连接，用于根据接入的所述检测电压、所述预设电压及所述预处理模块的内阻计算输出控制所述流量调节模块开度的电流，以调节各个所述气体容器输出的气体的流量。
6.根据权利要求5所述的气体浓度调节装置，其特征在于，所述控制模块还包括：
单片机，与所述预处理模块连接，用于提供所述预设电压；
所述预处理模块向所述流量调节模块施加的电流值为所述预设电压和所述检测电压的差压与所述预处理模块的内阻的商。
7.根据权利要求6所述的气体浓度调节装置，其特征在于，所述气体浓度检测模块为气体分析仪；
所述预处理模块包括：
电压输出模块，与所述单片机和所述气体浓度检测模块连接，用于计算输出所述检测电压和预设电压的差压；
电流输出模块，与所述电压输出模块连接，接入所述差压，根据所述差压和电流输出模块的内阻，施加给所述流量调节模块电流。
8.根据权利要求7所述的气体浓度调节装置，其特征在于，
所述电压输出模块包括：
第一滤波电路，与所述气体浓度检测模块连接，用于对接入的所述气体浓度检测模块施加的检测电压进行滤波；
第二滤波电路，与所述单片机连接，用于对接入的所述单片机块施加的预设电压进行滤波；
差分运算放大电路，与所述第二滤波电路和所述第一滤波电路连接，用于计算滤波后的检测电压和预设电压的差压，并将所述差压放大，并施加给所述电流输出模块。
9.根据权利要求8所述的气体浓度调节装置，其特征在于，
所述第一滤波电路包括：第一电容、第二电容和第一运算放大器；
所述第二滤波电路包括：第三电容、第四电容和第二运算放大器；
所述差分运算放大电路为第三运算放大器；
所述第一电容的第一端接入所述检测电压，第二端接地；
所述第二电容的第一端接入所述检测电压，第二端接地；
所述第一运算放大器的同相输入端接入所述检测电压，反相输入端与输出端连接，输出端与所述第三运算放大器的反相输入端连接；
所述第三电容的第一端接入所述预设电压，第二端接地；
所述第四电容的第一端接入所述预设电压，第二端接地；
所述第二运算放大器的同相输入端接入所述预设电压，反相输入端与输出端连接，输出端与所述第三运算放大器的同相输入端连接；
所述第三运算放大器的输出端与电流输出模块输入端连接。
10.根据权利要求7所述的气体浓度调节装置，其特征在于，
所述电流输出模块包括：第四运算放大器、第五运算放大器、MOS管和电阻；
所述第四运算放大器的同相输入端接入所述差压，反相输入端与输出端连接，输出端与所述第五运算放大器的同相输入端连接；
所述第五运算放大器的反相输入端与所述MOS管的源极连接，输出端与所述MOS管的漏极连接；
所述MOS管的的栅极接入编程电压；
所述电阻的第一端与所述第五运算放大器的反相输入端连接，第二端接地；
所述流量调节模块的正极接入所述编程电压，负极与所述MOS管的的栅极连接。
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