一种定容预混气体实验用全自动配气系统及配气方式的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于实验用配气技术领域，具体涉及一种定容预混气体实验用全自动配气 系统及配气方法。
【背景技术】
[0002] 定容预混气体实验是军事、汽车、电气、化学、医学等科研领域常见的一种实验方 法，即将两种或两种以上的气体按照一定比例和气压预先在实验容器内充分混合，然后对 混合后的气体进行燃烧、爆炸或其他形式的实验。目前的配气方式大致可分为两类。一类为 预先配气法，即先在一个大容器内将所需气体按照预定的比例混合并静置充分长的时间， 然后从该容器中将实验所需的预混气体注入实验腔体至所需气压。这类方法的优点是由于 采用大体积的容器进行配气，气体比例的精度一般可以保证，而且能够保证多次重复实验 的一致性;但缺点是对于混合后可燃的气体(例如甲烷和空气)在一个大容器内进行预先混 合具有相当的危险性，存在安全隐患。此外，当实验需要改变气体比例时，需要将大容器内 的气体全部抽空，再重新配气，一来使得实验非常不便，耗时耗力；二来造成了实验气体的 浪费。另一类配气方式为直接在实验腔体中配气，当实验腔体较小时，与腔体相连的气路固 有体积（以下简称"固有体积"）将导致配气比例的误差。目前主流的配气方式，无论是体积 配气法、压力配气法还是质量配气法，都未对"固有体积"导致的误差予以充分的考虑，这对 配气重复性和精度要求较高的实验是非常不利的。此外，绝大部分配气方式都采用手工配 气，控制精度不高，且耗时耗力，导致实验效率低下。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了解决上述【背景技术】存在的不足，在充分考虑"固有体积"导致 的配气误差的基础上，提出一种定容预混气体实验用全自动配气系统，并改进相应的配气 方法。
[0004] -种定容预混气体实验用全自动配气系统，包括多个进气单元，实验腔体，实验腔 体开关电磁阀，真空栗，真空栗开关电磁阀，主气路，扩展接口和上位机；
[0005] 所述主气路分别与多个进气单元，实验腔体开关电磁阀，真空栗开关电磁阀，扩展 接口和大气接口连接；
[0006] 所述实验腔体开关电磁阀通过气路与实验腔体相连；
[0007] 所述真空栗开关电磁阀通过气路与真空栗相连；
[0008] 所述上位机通过控制线分别与进气单元，实验腔体开关电磁阀，真空栗和真空栗 开关电磁阀相连；
[0009] 每个进气单元包括气源接口、质量流量计、气压表和流量计控制电磁阀，并通过进 气通道依次连接。
[0010]进一步地，所述上位机中设有控制系统。
[0011]进一步地，所述进气单元的个数为2-4个。
[0012] 进一步地，所述的质量流量计具有记录累积流量的功能。
[0013] 进一步地，所述大气接口和环境空气相连通，所述扩展接口保持封闭状态或与其 他设备连接。
[0014] 本发明还公开了采用上述定容预混气体实验用全自动配气系统进行配气的方法， 包括如下步骤：
[0015] 步骤一:将第一气体源与第一进气单元1中的第一气源接口 11连接，将第二气体 源与第二进气单元2中的第二气源接口 21连接；
[0016] 步骤二:对配气系统进行抽真空处理；
[0017] 步骤三:利用第一质量流量计12和第一气压表13标定充入第一气体时实验腔体3 和气路的总体积￥1+￥ 2;
[0018] 步骤四：利用第一质量流量计12和第一气压表13标定"固有体积"V2;
[0019] 步骤五：用第二质量流量计22和第二气压表23标定充入第二气体时实验腔体3和 气路的总体积；
[0020] 步骤六:依次打开大气接口 7，第一流量计控制电磁阀14，使腔体与大气连通，然后 关闭大气接口 7,打开真空栗开关电磁阀6,打开真空栗5,将腔体和管路抽真空;然后关闭真 空栗开关电磁阀6,关闭真空栗5,打开大气接口 7,至此标定过程完成。
[0021] 步骤七:确定配气过程中第一气体的实际充气量W'和第二气体的实际充气量V2' ； 其中，第一气体的实际充气量第二气体的实际充气量
其中，Pl·为第一气体的理论分压，p2为第二气体的理论分压，Vi表示实验腔体3的体积，a为第 一气体通过第一质量流量计12记录的体积累加量和第一气压表13记录的气压变化值的比 值，b为第二气体通过第二质量流量计22记录的累积流量和第二气压表23记录的气压变化 值的比值。
[0022] 步骤八:打开第一流量计控制电磁阀14、第二流量计控制电磁阀24、实验腔体开关 电磁阀4和真空栗开关电磁阀6,开启真空栗5,将实验腔体和与其连通的气路抽真空。
[0023] 步骤九:关闭真空栗开关电磁阀6,关闭真空栗5,通过第一质量流量计12向腔体和 管路充入第一气体，实际充气量的预定值设为。
[0024] 步骤十:关闭第一流量计控制电磁阀14，通过第二质量流量计22向腔体和管路充 入第二气体，实际充气量的预定值设为V2'。
[0025] 步骤十一:关闭实验腔体开关电磁阀4，配气过程完成。
[0026] 进一步地，所述步骤三为气源通过第一质量流量计12向其后的气路和实验腔体3 中通入第一气体，通过第一质量流量计12记录的体积累加量和第一气压表13记录的气压变 化值的比值，从而确定比例系数a，并通过体积和气压变化值计算出充入第一气体时实验腔 体3和气路的总体积￥ 1+乂2。
[0027] 进一步地，所述步骤四为开启真空栗开关电磁阀6,开启真空栗5,将实验腔体3和 气路抽真空，之后关闭真空栗5,关闭真空栗开关电磁阀6,关闭实验腔体开关电磁阀4;气源 通过第一质量流量计12向其后的气路中通入第一气体，通过第一质量流量计12记录的累积 流量和第一气压表13记录的气压变化值之间的比例关系，即可得到单位流量的第一气体使 第一质量流量计12之后的气路产生的气压变化值，由该值可计算出充入第一气体时的"固 有体积" V2，
[0028] 进一步地，所述步骤五为关闭第一流量计控制电磁阀14，执行第二质量流量计22 标定程序，气源通过第二质量流量计22向其后的气路和实验腔体3中通入第二气体，通过第 二质量流量计22记录的累积流量和第二气压表23记录的气压变化值之间的比值，即可得到 单位流量的第二气体使第二质量流量计22后的管路和实验腔体3产生的气压变化值，即为 比例系数b，由该值计算出充入第二气体时实验腔体3和气路的总体积。
[0029] 本发明的有益效果:应用本发明的系统使用户充分摆脱了配气相关的计算过程和 操作过程，极大提高了实验效率。控制程序中充分考虑了 "固有体积"对配气比例精度造成 的影响，通过特定的标定方法确定实际充气量以代替原有的理论充气量，能够有效地消除 了"固有体积"带来的误差，整个系统的误差水平仅由质量流量计和气压表的精度决定，配 气比例精度不超过二者最大误差之和。此外，系统设置了扩展接口，在完成配气功能的同时 具有良好的扩展性，能够满足绝大部分用户的使用需求。
【附图说明】
[0030] 图1为典型的配气系统示意图；
[0031] 图2为实施例1采用的配气系统示意图。
[0032] 图中，1-第一进气单元，11-第一气源接口，12-第一质量流量计，13-