专利名称：一种标准气体的动态配制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种标准气体的动态配制系统，具体来说是通过该配气装置来动态实现各种标准气体的配制，即用已知浓度的原料气与稀释气按恒定比例连续不断地通过混合器混合，从而可以连续不断地配制并供给一定浓度的标准气，或将已配制好的瓶气以一定的流量释放出来。
背景技术：
目前，国内外存在两种用原料气配制低浓度标准气的方法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入已知容积的容器中，再充入稀释气体，混匀制得。标准气的浓度根据加入原料气和稀释气量及容器容积计算得知。但是由于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，容器壁也具有吸附作用，故而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时，常常导致标准气中各组分配比存在较大的误差。
对于标准气用量较大或通标准气时间较长的试验工作，静态配气法不能满足要求，需要采用动态配气法。动态配气法是将已知浓度的原料气与稀释气按恒定比例连续不断地送入混合器混合，从而可以连续不断地配制并供给一定浓度的标准气。动态配气法不但能提供大量标准气，而且可通过调节原料气和稀释气的流量比获得所需浓度的标准气，尤其适用于配制低浓度的标准气。但是，由于现有动态配气法所用仪器设备比较复杂，且用途单一，并且其动态配气量值存在一定的不稳定性，因此限制了动态配气法的广泛应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种标准气配制准确度高、工作状态稳定的动态配制系统。
为实现本发明的目的，本发明一种标准气体的动态配制系统由气路部分和电气控制部分构成；其中，气路部分包括混气室、恒温水槽、原料稀释气输入端口、原料标准气输入端口、配制后标准气输出口，恒温水槽上设置有制冷源、加热源、循环水泵，其内设置有渗透型原料标准气或扩散型原料标准气储气装置，恒温水槽上还设置有供与其内安装的储气装置上的相应端口相连的稀释气输入口和一级混合气输出口，在一级混合气输出口与储气装置相连的管道中设置有气体温度传感器，原料稀释气输入端口通过管道一路经质量流量器与混气室上的原料稀释气输入口相连，另一路经控制阀、质量流量器与恒温水槽上的稀释气输入口相连，原料标准气输入端口经管道、控制阀、质量流量器与混气室上的原料标准气输入口相连，恒温水槽上的一级混合气输出口经管道与混合室上的一级混合气输入口相连，混合室上的标准混合气输出口经管道与配制后标准气输出口相连；电气控制部分包括质量流量控制器、PID自整定仪表、中心计算机，其中质量流量控制器对所述质量流量器的工作进行控制，PID自整定仪表根据所述恒温水槽上气体温度传感器的检测信号对制冷源及加热源的工作进行控制，以通过调节恒温水槽的水温来保证所输出一级混合气气温的恒定，中心计算机控制质量流量控制器、PID自整定仪表及循环水泵的工作。
进一步，所述恒温水槽中还设置有水温传感器和上、下水位传感器，该两种传感器均与所述PID自整定仪表相接，PID自整定仪表通过水温及水位传感器分别对恒温水槽内的水温和水位进行控制。
进一步，所述恒温水槽上的制冷源为半导体制冷片，该半导体制冷片上设置有散热片和冷却风扇。
进一步，所述渗透型原料标准气储气装置为渗透管。
进一步，所述扩散型原料标准气储气装置为扩散管。
进一步，所述原料稀释气输入端口与恒温水槽上的稀释气输入口之间的连接气路同所述原料标准气输入端口与混气室上的原料标准气输入口之间的连接气路共用一阀控单元，该阀控单元由两个三通换向阀和一个质量流量器构成，第一三通换向阀具有两个输入口和一个输出口，第二三通换向阀具有一个输入口和两个输出口，质量流量器通过管道接在第一三通换向阀输出口与第二三通换向阀输入口之间，第一三通换向阀的两个输入口通过管道分别与原料稀释气输入端口和原料标准气输入端口相连，第二三通换向阀的两个输出口通过管道分别与恒温水槽上的稀释气输入口和混气室上的原料标准气输入口相连。
进一步，所述原料稀释气输入端口处的管道上还依次设置有过滤器和调压阀，上述与原料稀释气输入端口相连的两路管道均从调压阀的输出端引出；所述原料标准气输入端口处的管道上也设置有调压阀，与原料标准气输入端口相连的下游管道同样由调压阀的输出端引出。
进一步，所述混气室上标准混合气输出口经管道与配制后标准气输出口相连的管路上还设置有放空口。
本发明配气系统不仅能用原料气配制所需浓度和流量的标准气，而且能将标准瓶气按照设定的流量释放，实现了一种仪器多种用途的目的；针对要求恒温槽温度精度高的特点，采用了成型的快速PID温度控制技术，可以使恒温槽内温度控制在系统要求的±0.1℃；采用计算机控制，具有良好的人机界面，在使用过程中进行即时计算，对系统误差进行自动补偿，从而提高了设定值的准确度。
图1为本发明构成示意图；图2为图1中恒温水槽结构示意图；图3为图1中混气室结构示意图；图4为本发明电气控制部分结构示意图；图5为本发明工作流程图。
具体实施例方式
图1所示为本发明一种标准气体的动态配制系统构成示意图，图中各序号所示组成部分的明晰如下1、原料标准气输入端口；2、原料稀释气输入端口；3、过滤器；4、调压阀；5、调压阀；6、第一三通换向球阀；7、质量流量器；8、质量流量器；9、第二三通换向球阀；10、制冷源；11、制冷源；12、加热源；13、水温传感器；14、下水位传感器；15、恒温水槽；16、扩散管；17、上水位传感器；18、混气室；19、一级混合气温度传感器；20、排空口；21、配制后标准气输出口；22、质量流量控制器；23、PID自整定仪表；24、质量流量控制器；25、中心计算机。
如图1所示，本发明一种标准气体的动态配制系统包括气路部分和电气控制部分；其中，气路部分包括混气室18、恒温水槽15、原料稀释气输入端口2、原料标准气输入端口1、配制后标准气输出口21。恒温水槽15上设置有制冷源10、11和加热源12，还设置有水温传感器13、上水位传感器17、下水位传感器14，其内安装有扩散型原料标准气储气装置(未单独画出)及扩散管16，装配在一起的储气装置和扩散管上设置有稀释气输入口和一级混合气输出口，靠近一级混合气输出口的扩散管中设置有气体温度传感器19。原料稀释气输入端口2处的管路上设置有过滤器3和调压阀4，调压阀4输出端通过管道一路经质量流量器8与混气室18上的原料稀释气输入口相连，另一路与第一三通换向球阀6的一个输入口相连。原料标准气输入端口1处的管路上同样设置有调压阀5，调压阀5的输出口通过管道与第一三通换向球阀6的另一输入口相连。第一三通换向球阀6的输出口经质量流量器7与第二三通换向球阀9的输入口相连，第二三通换向球阀9的两个输出口通过管道分别与恒温水槽15上的稀释气输入口和混气室18上的原料标准气输入口相连。恒温水槽15上的一级混合气输出口经管道与混合室18上的一级混合气输入口相连，混合室18上的标准混合气输出口经管道与配制后标准气输出口21相连。
如图2所示，恒温水槽15上的制冷源10、11为两组半导体制冷片，每组半导体制冷片上均带有散热片和冷却风扇，加热源12为电热管加热器，恒温水槽内还设置有循环水泵。
如图3所示，混气室18为隔板式结构，其内被隔板隔成4个依次相接的分混气室，混气室18上的原料标准气输入口、原料稀释气输入口及一级混合气输入口均设置在混气室的一端(未单独分别示出)，进入混气室中的各组分气体在混气室18中由隔板隔开的各分混气室中可形成蜗旋，从而达到充分均匀的混合。
参见图4，本发明电气控制部分包括质量流量控制器22、24、PID自整定仪表23、中心计算机25，质量流量控制器22、24分别对质量流量器7、8的工作进行控制，PID自整定仪表23根据水温传感器13和气体温度传感器19检测的温度数据来控制恒温水槽15上的制冷源和加热源的工作，中心计算机25控制质量流量控制器22、24、PID自整定仪表23及恒温水槽中循环水泵的工作，中心计算机25同时根据上、下水位传感器17、14的检测信号来控制恒温水槽15中的水位，当恒温水槽15中的水过多或过少时均发出相应的报警信号。
如图5所示，工作时，首先根据标准气源的性质选择本发明配气系统的工作方式。
当原料标准气源为气态的瓶装气源时，将原料稀释气源及原料标准气源分别与相应的输入端口相接，操作第一、第二换向球阀，将原料稀释气经质量流量器8送入混气室18，将原料标准气经第一、第二球阀及质量流量器7送入混气室18，这时，恒温水槽15处于不工作状态。
当原料标准气源为扩散型气源时，将该扩散型标准气源的储气装置装入恒温水槽15中，并将储气装置上的相应端口与恒温水槽15上的稀释气输入口及扩散管16相连，操作第一、第二换向球阀，将一路原料稀释气经两换向球阀及质量流量器送入恒温水槽中的储气装置中，这时原料标准气输入端口处于关闭状态。
当原料标准气源为渗透型气源时，将该渗透型标准气源的储气装置装入恒温水槽15中，并将储气装置上的相应端口与恒温水槽15上的稀释气输入口及一级混合气输出口相连，操作第一、第二换向球阀，将一路原料稀释气经两换向球阀及质量流量器送入恒温水槽中的储气装置中，这时原料标准气输入端口处于关闭状态。
选择好配气系统的工作方式后，根据所需标准气的配比要求在中心计算机上设定相应的控制参数，控制系统根据需要自动地进行标准气的配制工作。
当原料标准气源为扩散型或渗透型气源时，PID自整定仪表23根据中心计算机25的指令对恒温水槽15的工作进行控制，并在工作过程中根据气体温度传感器19采集的温度数据及水温传感器13反馈的温度数据时时调整恒温水槽制冷源和加热源的工作，以保证恒温水槽中稀释气与渗透型原料标准气或扩散型原料标准气混合后的一级混合气的恒温输出。
质量流量控制器22、24根据中心计算机25的指令，分别控制质量流量器7、8的工作，以保证配气系统能够稳定输出符合配比要求的标准气。
图1所示的两个质量流量控制器22和24均通过RS485接口与中心计算机25相连，PID自整定仪表通过RS485接口与中心计算机25相连。图1中在配制后标准气输出口21处还设置有放空口20，当想要停止配气系统的工作而系统中还存有余气时，可通过该放空口20将有害余气排入有害气体处理系统或将无害气体排入大气。
权利要求
1.一种标准气体的动态配制系统，其特征在于，由气路部分和电气控制部分构成；其中，气路部分包括混气室、恒温水槽、原料稀释气输入端口、原料标准气输入端口、配制后标准气输出口，恒温水槽上设置有制冷源、加热源、循环水泵，其内设置有渗透型原料标准气或扩散型原料标准气储气装置，恒温水槽上还设置有供与其内安装的储气装置上的相应端口相连的稀释气输入口和一级混合气输出口，在一级混合气输出口与储气装置相连的管道中设置有气体温度传感器，原料稀释气输入端口通过管道一路经质量流量器与混气室上的原料稀释气输入口相连，另一路经控制阀、质量流量器与恒温水槽上的稀释气输入口相连，原料标准气输入端口经管道、控制阀、质量流量器与混气室上的原料标准气输入口相连，恒温水槽上的一级混合气输出口经管道与混合室上的一级混合气输入口相连，混合室上的标准混合气输出口经管道与配制后标准气输出口相连；电气控制部分包括质量流量控制器、PID自整定仪表、中心计算机，其中质量流量控制器对所述质量流量器的工作进行控制，PID自整定仪表根据所述恒温水槽上气体温度传感器的检测信号对制冷源及加热源的工作进行控制，以通过调节恒温水槽的水温来保证所输出一级混合气气温的恒定，中心计算机控制质量流量控制器、PID自整定仪表及循环水泵的工作。
2.如权利要求1所述的一种标准气体的动态配制系统，其特征在于，所述恒温水槽中还设置有水温传感器和上、下水位传感器，该两种传感器均与所述PID自整定仪表相接，PID自整定仪表通过水温及水位传感器分别对恒温水槽内的水温和水位进行控制。
3.如权利要求1所述的一种标准气体的动态配制系统，其特征在于，所述恒温水槽上的制冷源为半导体制冷片，该半导体制冷片上设置有散热片和冷却风扇。
4.如权利要求1所述的一种标准气体的动态配制系统，其特征在于，所述渗透型原料标准气储气装置为渗透管。
5.如权利要求1所述的一种标准气体的动态配制系统，其特征在于，所述扩散型原料标准气储气装置为扩散管。
6.如权利要求1所述的一种标准气体的动态配制系统，其特征在于，所述原料稀释气输入端口与恒温水槽上的稀释气输入口之间的连接气路同所述原料标准气输入端口与混气室上的原料标准气输入口之间的连接气路共用一阀控单元，该阀控单元由两个三通换向阀和一个质量流量器构成，第一三通换向阀具有两个输入口和一个输出口，第二三通换向阀具有一个输入口和两个输出口，质量流量器通过管道接在第一三通换向阀输出口与第二三通换向阀输入口之间，第一三通换向阀的两个输入口通过管道分别与原料稀释气输入端口和原料标准气输入端口相连，第二三通换向阀的两个输出口通过管道分别与恒温水槽上的稀释气输入口和混气室上的原料标准气输入口相连。
7.如权利要求1所述的一种标准气体的动态配制系统，其特征在于，所述原料稀释气输入端口处的管道上还依次设置有过滤器和调压阀，上述与原料稀释气输入端口相连的两路管道均从调压阀的输出端引出；所述原料标准气输入端口处的管道上也设置有调压阀，与原料标准气输入端口相连的下游管道同样由调压阀的输出端引出。
8.如权利要求1所述的一种标准气体的动态配制系统，其特征在于，所述混气室上标准混合气输出口经管道与配制后标准气输出口相连的管路上还设置有放空口。
全文摘要
本发明公开了一种标准气体的动态配制系统，该系统由气路部分和电气控制部分构成；其中，气路部分包括混气室、恒温水槽，恒温水槽上带有制冷源、加热源、循环水泵，其内设置有渗透型原料标准气或扩散型原料标准气储气装置；电气控制部分包括质量流量控制器、PID自整定仪表、中心计算机，其中质量流量控制器控制质量流量器的工作，PID自整定仪表控制恒温水槽的工作，中心计算机控制质量流量控制器、PID自整定仪表及循环水泵的工作。本发明配气系统不仅能用原料气配制所需浓度和流量的标准气，而且能将标准瓶气按照设定的流量释放，采用PID温度控制技术，可精确控制恒温槽的温度，同时系统还能够对误差进行自动补偿，从而保证设定值的准确度。
文档编号F17D3/12GK1888515SQ200610089000
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月28日 优先权日2006年7月28日
发明者周玉成, 肖天际, 侯晓鹏, 张亚勇, 赵辉, 安源 申请人:周玉成