专利名称：一种可控流量浓度混合系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可控流量浓度混合系统。特别是涉及一种可以实现多通道、大 流量气体的高分辨率闭环控制条件下的混合气配制，且配气气源稳定，重复性好，系统 自动化程度高，操作简单方便，具有很高配气精度的一种可控流量浓度混合系统。
背景技术：
在生产、试验等工作中经常需要配置特定流量和成分浓度的混合气体，例如，在机 动车尾气催化净化器的活性评价测试过程中，需要配置一定流量并要求具有特定成分浓 度的混合气来模拟发动机排出的废气。传统的配气方式是每种气体流经一支流量控制 器，然后各并行气路混合。这种方式的弱点在于大流量和多种气体混合应用场合下控制 精度低。因为常规流量控制器随量程的增大其误差绝对值将随即增大、流量控制的分辨 率绝对值也伴随增大，无法实现大流量条件下的高精度控制；另外，由于没有混合气浓 度成分反馈修正，成分浓度仅依靠各气路的流量控制器精度保证，所以导致伴随混合气 中气体种类的增多，即气路数量的增加，各气路流量控制器正常存在的误差将被累积， 从而直接影响最终混合气成分浓度的控制精度。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以稳定，重复性好，系统自动化程 度高，操作简单方便，具有很高的精度，特别适合多通道和大流量场合应用的一种可调 配气控制系统。
本实用新型所采用的技术方案是 一种可控流量浓度混合系统，包括有气体混合 室；具有数据采集和控制功能的上位机；多通道大流量测量控制器组；多通道小流量测 量控制器组；测量混合气浓度的气体分析仪；其中，上位机的输入端分别与多通道大流 量测量控制器组和多通道小流量测量控制器组连接，采集气体流量；上位机的输出端分 别与多通道大流量测量控制器组和多通道小流量测量控制器组连接，控制气体流量；多 通道大流量测量控制器组和多通道小流量测量控制器组的气体输出端与气体混合室连 接，进行气体混合；气体分析仪的输入端与气体混合室的输出端连接，采集并分析混合 气各成分浓度，气体分析仪的输出端与上位机的输入端连接，采集浓度信号。
所述的大流量是将每条气路中的气体流量设定为每一气源流出量的80 90%;所述 的小流量是将每条气路中的气体流量设定为每一气源流出量的10 20%。
所述的多通道大流量测量控制器组是由数条由大量程流量计与大量程流量控制器串 接构成的气路相并联组成，其中，每条气路中的大量程流量计还连接上位机的输入端；
每条气路中的大量程流量控制器还连接上位机的输出端。
所述的多通道小流量测量控制器组是由数条由小量程流量计与小量程流量控制器串 接构成的气路相并联组成，其中，每条气路中的小量程流量计还连接上位机的输入端； 每条气路中的小量程流量控制器还连接上位机的输出端。
所述的多通道大流量测量控制器组和多通道小流量测量控制器组还可以是数条由-支同时具备流量测量和控制功能的流量测量控制器构成的气路组成，其中，每条气路的 输入端还连接上位机的输入端；每条气路的流量测量控制器还连接上位机的输出端。
所述的多通道大流量测量控制器组的气路数量与多通道小流量测量控制器组的气路 数量由所需配置的混合气体中成分种类确定。
所述的多通道大流量测量控制器组和多通道小流量测量控制器组中具有相同气体的 气路的输入端共同连接同一气源。
所述的气体混合室是由第一气体混合室和第二气体混合室组成，其中，多通道小流 量测量控制器组的气体输出端连接第一气体混合室；多通道大流量测量控制器组的气体 输出端与第一气体混合室的气体输出端共同连接第二气体混合室；第二气体混合室的气 体输出端为所需混合气体的输出端，同时连接气体分析仪的输入端。
本实用新型的一种可控流量浓度混合系统，可以同时控制混合气总流量以及达到目 标成分浓度要求，可以实现多通道、大流量气体的高分辨率闭环控制条件下的混合气配 制，配气过程中气源稳定，重复性好，系统自动化程度高，操作简单方便，具有很高的 配气精度。
图1是本实用新型的整体构成框图2是本实用新型的整体结构示意图,
其中
A:上位机
C:多通道小流量测量控制器组 E:气体分析仪
7 12:大量程流量计 19 24:大量程流量控制器
31:第一气体混合室
B:多通道大流量测量控制器组
D:气体混合室 1 6:气瓶
13 18:小量程流量计 25 30: /
32:第二气体混合室
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型的一种可控流量浓度混合系统做出详细 说明。
如图1所示，本实用新型的一种可控流量浓度混合系统，包括有具有数据采集和
控制功能的上位机A;多通道大流量测量控制器组B;多通道小流量测量控制器组C;气 体混合室D;测量混合气浓度的气体分析仪E;其中，上位机A的输入端分别与多通道大 流量测量控制器组B和多通道小流量测量控制器组C连接，采集气体流量；上位机A的 输出端分别与多通道大流量测量控制器组B和多通道小流量测量控制器组C连接，控制
气体流量；将各通道流量测量值与设定值相比较，实现各通道流量的闭环控制；多通道 大流量测量控制器组B和多通道小流量测量控制器组C的气体输出端与气体混合室D连 接，进行气体混合；气体分析仪E的输入端与气体混合室D的输出端连接，采集并分析 混合气各成分浓度，气体分析仪E的输出端与上位机A的输入端连接，采集浓度信号， 使上位机A获取混合气各成分浓度，并将其与设定的混合气浓度相比较，修正相应气体 通道的流量设定值，实现混合气浓度的闭环控制。
如图2所示，以六种储存于气瓶l、 2、 3、 4、 5、 6中的标准气源置混合气为例。 所述的多通道大流量测量控制器组B是由数条由大量程流量计7、 8、 9、 10、 11、 12与大量程流量控制器19、 20、 21、 22、 23、 24对应串接构成的气路相并联组成，即每 条气路包括串联的一支流量计和流量控制器组成。其中，每条气路中的大量程流量计还 连接上位机A的输入端，即所有流量计7、 8、 9、 10、 11和12均连接上位机A的输入端， 每条气路中的大量程流量控制器还连接上位机A的输出端，即，所有流量控制器19、 20、 21、 22、 23和24均连接上位机A的输出端。上位机A获取各通道流量测量值，与各通道 流量设定值比较并不断修正各通道流量控制器给定，实现各通道气体流量的闭环控制。
所述的多通導小流量测量控制器组C是由数条由小量程流量计13、 14、 15、 16、 17、 18与小量程流量控制器25、 26、 27、 28、 29、 30对应串接构成的气路相并联组成，即每 条气路包括串联的一支流量计和流量控制器组成。其中，每条气路中的小量程流量计还 连接上位机A的输入端，即所有流量计13、 14、 15、 16、 17和18均连接上位机A的输 入端，每条气路中的小量程流量控制器还连接上位机A的输出端即，所有流量控制器25、 26、 27、 28、 29和30均连接上位机A的输出端。上位机A获取各通道流量测量值，与各 通道流量设定值比较并不断修正各通道流量控制器给定，实现各通道气体流量的闭环控 制。
所述的多通道大流量测量控制器组B和多通道小流量测量控制器组C还可以是由数 条由一支同时具备流量测量和控制功能的流量测量控制器构成的气路组成，其中，每条 气路的输入端还连接上位机A的输入端；每条气路的流量测量控制器还连接上位机A的 输出端，获取各通道流量，与各通道流量设定值比较并不断修正各通道流量控制器给定， 实现各通道气体流量的闭环控制。
所述的多通道大流量测量控制器组B的气路数量与多通道小流量测量控制器组C的 气路数量由所需配置的混合气体中成分种类确定，本实施例中两组各有6条气路。
所述的多通道大流量测量控制器组B和多通道小流量测量控制器组C中具有相同气 体的气路的输入端共同连接同一气源。即，气瓶1中的气体被分成两条气路， 一路气体
流经大流量测量控制器组B中的流量计7和流量控制器19，另一路流经小流量测量控制 器组C中的流量计13和流量控制器25;流量计7和流量控制器19的量程与流量计13 和流量控制器25的量程之和应适当大于最终混合气对气瓶1所对应的气体总流量要求， 且大流量的一路的量程应负担该气体总流量的大部分。其他各气瓶气体2、 3、 4、 5和6 的气路以此类推。
所述的大流量是将每条气路中的气体流量设定为每一气源流出量的80 90%;所述 的小流量是将每条气路中的气体流量设定为每一气源流出量的10 20%。
大流量测量控制器组B中与气瓶1相连的流量计7和流量控制器19设定方法具体是-根据混合气总流量和混合气中对应气瓶1中气体的浓度来计算气瓶1应向混合气中提供 的总气体流量。以气瓶l总气体流量的较大比例，如80 90%计算并确定大流量測量控 制器组B中大流量通道流量计7和流量控制器19的设定值，余下的流量为小流量測量控 制器组C中的流量计13和流量控制器25的设定值。由于流量测量与控制器的精度与分 辨率与量程直接相关，所述气瓶1的总气体流量由大流量通道(流量计7和流量控制器 19)和小流量通道(流量计13和流量控制器25)并行承担，该方式既具有达到两通道量 程之和的总量程，即实现大流量，同时又具备小量程通道的高精度。
所述的气体混合室D是由第一气体混合室31和第二气体混合室32组成，其中，多 通道小流量测量控制器组C的气体输出端连接第一气体混合室31;多通道大流量测量控 制器组B的气体输出端与第一气体混合室31的气体输出端共同连接第二气体混合室32; 第二气体混合室32的气体输出端为所需混合气体的输出端，同时连接气体分析仪E的输 入端。该结构将流量相近的通道汇聚到一个混合室中可以避免因各通道气体流量相差悬 殊而导致的相互干扰，从而提高精度。
气体分析仪E与大流量混合室32混合气流出通道连接，采集、分析最终混合气中各 成分浓度，将浓度信号反馈上位机A。
本实用新型的一种可控流量浓度混合系统，其中包括大、小流量配合的方式实现大 流量和高精度流量控制、各气体通道以流量计和流量控制器构成的流量闭环控制以及以 气体分析仪为反馈的混合气各成分浓度闭环控制。整体可配置出符合设定浓度和流量的 混合气并在使用过程中保持稳定。
权利要求1.一种可控流量浓度混合系统，其特征在于，包括有具有数据采集和控制功能的上位机(A)；多通道大流量测量控制器组(B)；多通道小流量测量控制器组(C)；气体混合室(D)；测量混合气浓度的气体分析仪(E)；其中，上位机(A)的输入端分别与多通道大流量测量控制器组(B)和多通道小流量测量控制器组(C)连接，采集气体流量；上位机(A)的输出端分别与多通道大流量测量控制器组(B)和多通道小流量测量控制器组(C)连接，控制气体流量；多通道大流量测量控制器组(B)和多通道小流量测量控制器组(C)的气体输出端与气体混合室(D)连接，进行气体混合；气体分析仪(E)的输入端与气体混合室(D)的输出端连接，采集并分析混合气各成分浓度，气体分析仪(E)的输出端与上位机(A)的输入端连接，采集浓度信号。
2. 根据权利要求1所述的一种可控流量浓度混合系统，其特征在于，所述的大流量 是将每条气路中的气体流量设定为每一气源流出量的80 90%;所述的小流量是将每条 气路中的气体流量设定为每一气源流出量的10 20%。
3. 根据权利要求1所述的一种可控流量浓度混合系统，其特征在于，所述的多通道 大流量测量控制器组(B)是由数条由大量程流量计与大量程流量控制器串接构成的气路 相并联组成，其中，每条气路中的大量程流量计还连接上位机(A)的输入端；每条气路 中的大量程流量控制器还连接上位机(A)的输出端。
4. 根据权利要求1所述的一种可控流量浓度混合系统，其特征在于，所述的多通道 小流量测量控制器组(C)是由数条由小量程流量计与小量程流量控制器串接构成的气路 相并联组成，其中，每条气路中的小量程流量计还连接上位机(A)的输入端；每条气路 中的小量程流量控制器还连接上位机(A)的输出端。
5. 根据权利要求1所述的一种可控流量浓度混合系统，其特征在于，所述的多通道 大流量测量控制器组(B)和多通道小流量测量控制器组(C)还可以是由数条由一支同 时具备流量测量和控制功能的流量测量控制器构成的气路组成，其中，每条气路的输入 端还连接上位机(A)的输入端；每条气路的流量测量控制器还连接上位机(A)的输出端o
6. 根据权利要求3或4或5所述的一种可控流量浓度混合系统，其特征在于，所述 的多通道大流量测量控制器组(B)的气路数量与多通道小流量测量控制器组(C)的气 路数量由所需配置的混合气体中成分种类确定。
7. 根据权利要求3或4或5所述的一种可控流量浓度混合系统，其特征在于，所述 的多通道大流量测量控制器组(B)和多通道小流量测量控制器组(C)中具有相同气体 的气路的输入端共同连接同一气源。
8. 根据权利要求1所述的一种可控流量浓度混合系统，其特征在于，所述的气体混 合室(D)是由第一气体混合室(31)和第二气体混合室(32)组成，其中，多通道小流 量测量控制器组(C)的气体输出端连接第一气体混合室(31);多通道大流量测量控制器组(B)的气体输出端与第一气体混合室(31)的气体输出端共同连接第二气体混合室 (32);第二气体混合室(32)的气体输出端为所需混合气体的输出端，同时连接气体 分析仪(E)的输入端。
专利摘要一种可控流量浓度混合系统，其构成是上位机的输入端分别与多通道大流量测量控制器组和多通道小流量测量控制器组连接，采集气体流量；上位机的输出端分别与多通道大流量测量控制器组和多通道小流量测量控制器组连接，控制气体流量；多通道大流量测量控制器组和多通道小流量测量控制器组的气体输出端与气体混合室连接，进行气体混合；气体分析仪的输入端与气体混合室的输出端连接，气体分析仪的输出端与上位机的输入端连接，采集浓度信号。本实用新型可以同时控制混合气总流量以及达到目标成分浓度要求，可以实现多通道、大流量气体的高分辨率闭环控制条件下的混合气配制，配气过程中气源稳定，重复性好，系统自动化程度高，操作简单方便，具有很高的配气精度。
文档编号G05D11/00GK201060418SQ200720096508
公开日2008年5月14日 申请日期2007年6月25日 优先权日2007年6月25日
发明者孙亚琴, 崔启星, 顺 张, 景亚兵, 曲鸿达, 林漫群, 滨 贾 申请人:天津内燃机研究所