CN201644055U - 智能多组分动态配气装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能多组分动态配气装置，包括多个质量流量控制器、气体混合器、及智能控制装置；质量流量控制器的出口分别与气体混合器的进气通道一一连通；智能控制装置包括控制电路板和计算机，控制电路板上集成有微处理器、供电电路、总线转换电路。本实用新型配气时只需在人机界面进行简单的操作，不但可以随时变更配气浓度，还可以很方便地改变组分气体，快速、便捷配制出各种不同种类不同浓度的单组分气体或多组分混合气体，且可随用随配、操作简便。本实用新型的推广可解决现有配气方法操作复杂，劳动强度大，原料气和稀释气体用量大，耗时多，随机误差和累积误差大等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体配气装置领域，具体为一种智能多组分动态配气装置。
背景技术
现有标准气体配制的方法主要有静态配气法和动态配气法。静态配气法是把一定量的气态或蒸气态的原料气，加到已知体积的容器中，然后再加入稀释气体，混合均匀制得标准气。根据加入原料气、稀释气的量及容器的体积计算得到标准气的浓度。静态配气法所用设备简单、操作容易，但有些气体化学性质较活泼，长时间与容器壁接触可能发生化学反应，同时，容器壁也有吸附作用，故会造成配制气体浓度不准确或其浓度随放置时间而变化，特别是配制低浓度标准气，常引起较大的误差，因此，该方法的应用受到一定的限制。动态配气法是将已知浓度的原料气，以一定流量恒定不变地送入气体混合器中，稀释气体以一定流量恒定不变地通过气体混合器，与原料气混合并将其稀释，稀释后的混合气连续不断地从混合器中流出，供给使用。混合气的浓度可从稀释比计算得出，调节原料气和稀释气体的流量比可以得到所需浓度的标准气体。动态配气法虽然在配气设备上要比静态配气法复杂得多，但是只要配气方法和设备一经建立，就可以很方便地获得大量的恒定浓度的标准气体。若几种气体不相互作用，还可以很方便地配制多组分的混合气体。由于连续流动，能达到平衡，避免了在静态配气法中因对微量组分被吸附和发生反应等造成的浓度不稳定的缺点。动态配气法适用于配置低浓度的标准气。另外，使用同一套配气装置，根据需要，不但可以随时变更配气浓度，而且还可以很方便地改变标准气成分，这些都是静态配气法不可比的，因此动态配气在气体分析中应用广泛。
随着气体分析的快速发展，各类精密的气体分析仪器不断地被开发、应用，进行气体定量分析时，往往需要输入各种不同种类不同浓度的组分气体样品。因此，所采用的配气装置需要能够精确控制输入的组分气体的浓度。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种智能多组分动态配气装置，通过计算机、微控制器与质量流量控制器之间的信号通讯，能够精确的控制输入气体混合器的组分气体的浓度，并快速、便捷配制出不同组分不同浓度的各种标准气体。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
智能多组分动态配气装置，包括多个质量流量控制器，其特征在于：还包括有气体混合器，以及智能控制装置；所述气体混合器为带有多个进气通道和出气通道的密封体，所述质量流量控制器的出口分别与气体混合器的进气通道一一连通；所述智能控制装置包括控制电路板和计算机，所述控制电路板上集成有微处理器、供电电路、总线转换电路；所述供电电路包括有相互电连接的滤波电路和DC/DC电路，所述滤波电路的输入端与外部电源电连接引入电压，所述滤波电路上有多个输出端分别与所述质量流量控制器的电源端一一电连接以供电，所述DC/DC电路的输出端与微处理器的电源接口电连接以供电；所述总线转换电路包括彼此电连接的USB转485电路和485转SCI电路，所述485转SCI电路信号端分别与微处理器的总线接口、质量流量控制器的通讯接口电连接，所述USB转485电路的信号端与计算机的USB接口电连接。
所述的智能多组分动态配气装置，其特征在于：所述气体混合器为不锈钢材料制成，气体混合器的进气通道径向设置，气体混合器上还开有轴向设置的出气通道。
本实用新型主要由多台数字式质量流量控制器、气体混合器、控制电路板和预装控制软件的计算机组成。其中控制电路板主要集成有USB总线转RS485总线电路、RS485总线转SCI总线电路、微控制器、滤波电路、DC/DC电路等电路。主要分为三个部分，第一部分为供电电路部分，外部电源引入后经过滤波电路给质量流量控制器供电，再经过DC/DC电路给微控制器供电；第二部分为总线转换电路，主要用于连接计算机与质量流量控制器和微控制器进行通信；第三部分为微控制器，主要作用为监控指示灯和按钮上的数据信息并与计算机中控制软件进行通信。样机上设有按键和指示灯，监控、显示样机的工作状态。按健主要用于控制质量流量控器内部阀门清洗或关闭状态，清洗状态为使阀门开到最大，使得流经质量流量控制器的气体流量达到最大；关闭状态为关闭阀门，截止通过质量流量控制器的气体。指示灯主要用于显示质量流量控制器的工作状态和显示质量流量控器内部阀门的控制状态。
本实用新型采用预装控制软件的计算机与多台质量流量控制器进行通讯，配气时只需在计算机中控制软件的人机界面上选择原料气和稀释气体，输入原料气浓度和目标浓度，设定输出气体总流量，控制软件自动计算各个通道的设定流量值，再通过USB接口将数据传输给质量流量控制器，由质量流量控制器控制各组分原料气和稀释气的输出流量，控制软件通过USB接口定时地读取各组分气体流量的测量值，由此流量值计算得到各组分气体浓度，并在人机界面上实时显示，以此可以监测到配制的混合标准气中各组分气体的实际浓度值。
本实用新型的气体混合器由不锈钢材质加工制得，结构紧凑、耐腐蚀能力强；各组分气体由径向进入气体混合器，再从轴向输出，使得各组分气体能够均匀混合。
本实用新型气路部分所用器件内表面均具有耐腐蚀能力，且不对任何气体进行吸附，因此本实用新型除却各种常规气体，还可对各种腐蚀性气体和有毒有害气体进行配制，大大提高了本实用新型的适用范围。
本实用新型配气时只需在人机界面进行简单的操作，不但可以随时变更配气浓度，还可以很方便地改变组分气体，快速、便捷配制出各种不同种类不同浓度的单组分气体或多组分混合气体，且可随用随配、操作简便。本实用新型的推广可解决现有配气方法操作复杂，劳动强度大，原料气和稀释气体用量大，耗时多，随机误差和累积误差大等问题。
附图说明
图1为本实用新型装置结构示意图。
图2为本实用新型中气体混合器的径向和轴向剖视图，其中：
图2a为俯视图，图2b为侧视图。
图3为本实用新型中控制电路板的电路原理图。
具体实施方式
如图1、图2及图3所示。智能多组分动态配气装置，包括多个质量流量控制器1，还包括有气体混合器2，以及智能控制装置；气体混合器2为带有多个进气通道5和一个出气通道6的密封体，气体混合器2为不锈钢材料制成，气体混合器2的进气通道5径向设置，气体混合器2上还开有轴向设置的出气通道6。质量流量控制器1的出口分别与气体混合器2的进气通道5一一连通；智能控制装置包括控制电路板3和计算机4，控制电路板3上集成有微处理器、供电电路、总线转换电路；供电电路包括有相互电连接的滤波电路和DC/DC电路，滤波电路的输入端与外部电源电连接引入电压，滤波电路上有多个输出端分别与质量流量控制器1的电源端一一电连接以供电，DC/DC电路的输出端与微处理器的电源接口电连接以供电；总线转换电路包括彼此电连接的USB转485电路和485转SCI电路，485转SCI电路信号端分别与微处理器的总线接口、质量流量控制器1的通讯接口电连接，USB转485电路的信号端与计算机4的USB接口电连接。
如图1所示，本实用新型由三台数字式质量流量控制器1，气体混合器2、控制电路板3和预装控制软件的计算机4组成。其中气路部分主要由多台数字式质量流量控制器1和气体混合器2组成。稀释气体和原料气由多台质量流量控制器1的进口端进入，由质量流量控制器1控制各组分气体的输出流量，然后各组分气体进入气体混合器2，均匀混合后输出。本实用新型可扩展成四通道、五通道…更多通道的动态配气装置，只需将三台质量流量控制器增加至四台、五台…即可。
如图2所示，为气体混合器2径向和轴向剖视图。气体混合器2由不锈钢材料加工制得，结构紧凑、耐腐蚀能力强；各组分气体由径向进入气体混合器2，混合均匀，再从轴向输出。
如图3所示，控制电路板3由USB转485电路、485转SCI电路、微控制器、滤波电路、DC/DC电路等电路构成。主要分为三部分，第一部分为供电电路部分，外部电源引入后经过滤波电路给质量流量控制器1供电，再经过DC/DC电路给微控制器供电；第二部分为USB转485电路，主要用于连接计算机4和质量流量控制器1进行通信；第三部分为微控制器，主要用于监控指示灯和按钮上的数据信息并与计算机4进行通信。样机上设有指示灯和按钮，主要由微控制器监控。配气正常时，指示灯亮。按下按钮时，微控制器接收到控制信号并与计算机进行通信，质量流量控制器1根据信号控制内部阀门的清洗或关闭。
具体实施例1：
以配置100ppm浓度SO2和35％浓度CO2混合标准气为例，以高纯氮气N2作为稀释气体，选用992ppm浓度的SO2和99.99％浓度的CO2作为原料气，将稀释气体N2、原料气SO2、CO2接到一、二、三通道，分别与质量流量控制器1-a、1-b、1-c相连。在控制软件界面上选择稀释气体N2和组分气体SO2、CO2，输入原气浓度与目标浓度，设定输出的总流量为2L/Min，点击开始按钮开始配气。控制软件4自动计算得到N2、SO2、CO2的设定流量值分别为0.9763L/Min、0.1794L/Min、0.8443L/Min。质量流量控制器1-a、1-b、1-c接收到设定值并对其进行修正，然后控制N2、SO2、CO2的输出流量。控制软件4从质量流量控制器1-a、1-b、1-c读取流量测量值并对其修正，得到N2、SO2、CO2的流量分别是0.9763L/Min、0.1794L/Min、0.8444L/Min，计算得到输出的SO2、CO2的浓度分别为100ppm、35.0021％。质量流量控制器1-b、1-c将浓度分别为100ppm、35.0021％的SO2、CO2源源不断送入气体混合器2，均匀混合后输出，这样就可得到我们所需的混合气。
Claims (2)
1.智能多组分动态配气装置，包括多个质量流量控制器，其特征在于：还包括有气体混合器，以及智能控制装置；所述气体混合器为带有多个进气通道和出气通道的密封体，所述质量流量控制器的出口分别与气体混合器的进气通道一一连通；所述智能控制装置包括控制电路板和计算机，所述控制电路板上集成有微处理器、供电电路、总线转换电路；所述供电电路包括有相互电连接的滤波电路和DC/DC电路，所述滤波电路的输入端与外部电源电连接引入电压，所述滤波电路上有多个输出端分别与所述质量流量控制器的电源端一一电连接以供电，所述DC/DC电路的输出端与微处理器的电源接口电连接以供电；所述总线转换电路包括彼此电连接的USB转485电路和485转SCI电路，所述485转SCI电路信号端分别与微处理器的总线接口、质量流量控制器的通讯接口电连接，所述USB转485电路的信号端与计算机的USB接口电连接。
2.根据权利要求1所述的智能多组分动态配气装置，其特征在于：所述气体混合器为不锈钢材料制成，气体混合器的进气通道径向设置，气体混合器上还开有轴向设置的出气通道。
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