专利名称：可在恶劣环境下工作的气体工作介质转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种气体的转换装置，具体地说是一种能够在强干扰的实验环境中，快速、实时改变实验装置气体工作介质的装置。
背景技术：
以等离子体电弧加热器为核心的防热材料地面模拟实验系统中，为了能够模拟防热材料实际服役环境而采用高压空气为工作介质。而再入防热材料与环境的热化学相互作用是其烧蚀机理研究的重要组成部分，为了揭示材料在超高温等离子体空气环境中发生的复杂化学反应，采用非氧化气体作为加热器工作介质或加热后冷却介质，与空气介质的实验模拟结果相比较是被普遍认同的解决方案。
等离子体电弧加热器是靠电离其气源系统所提供的气体介质产生电弧，同时依靠未被电离的气体工作介质将电弧吹至加热器喷嘴产生实验电弧。所以在实验过程中必须时刻保持气源气体的连续，否则将危及到实验设备及人员的安全。由于实验过程中气源气体的稳定性将直接影响加热器出口流场的稳定性，对实验结果产生显著的影响，所以保证实验过程中气源气体的稳定性也是相当重要的。交流等离子电弧加热器工作电压在3000-10000VAC范围，由于加热器自身要求其三相中性点不能接地保护，而由于物理条件限制(加热器三相电压不平衡)其理论中性点的电压不为零，加热器在启动和停止时空间电磁场会发生较大的变化形成电磁干扰。
如何在强干扰环境中在保证加热器气源连续、稳定的前提下，实现实验过程中的气体工作介质快速、实时的转换是一直困扰研究人员的问题。
发明内容本发明的目的在于提供一种能够在强干扰的实验环境中，快速、实时改变实验装置气体工作介质的可在恶劣环境下工作的气体工作介质转换装置。
本发明的目的是这样实现的在向等离子体电弧加热器提供气体介质的管道上连接有气体流量计、溢流阀、两个并联的电磁阀和定时器，定时器有两个输入端和两个输出端，输入端输入操作人员的控制信号，输出端分别连接两个电磁阀，两个电磁阀的输出端合并后连接溢流阀，溢流阀向等离子体电弧加热器输送气体，溢流阀出口接气体流量计，流量计的流量信号转换成电信号后通过通信线路按RS485异步串行通信准则上传至上位计算机进行处理。
本发明还可以包括1、在外面设置有铝合金金属外壳并接地。
2、所有控制与通信线路上都串联光电隔离装置。
本发明的组成它包括定时器，电磁阀，溢流阀，气体流量计，光电隔离装置。两个电磁阀分别控制两种不同气体工作介质的气路通断。定时器有两个输入端和两个相应的输出端，输入端接受操作人员的控制信号，输出端分别控制两个电磁阀的工作状态。两个电磁阀的输出端合并后流经溢流阀，溢流阀控制最终输送给加热器的气体压力。溢流阀出口接气体流量计，流量计将实时监测气体流量状态并将流量信号转换成电信号通过通信线路按RS485异步串行通信准则上传至上位计算机进行处理方便操作人员对气体流量状态进行实时监控。这个装置外罩铝合金金属外壳并接地，所有控制与通信线路上都串联光电隔离装置。在外面设置有铝合金金属外壳并接地。所有控制与通信线路上都串联光电隔离装置。
本发明具有以下几个主要技术特征1、通过定时器响应操作人员发出的控制信号，控制信号被接受后受选导通的气路电磁阀立即开启，而另外的一路气路则经过由定时器控制的相应延时时间后关闭，可以有效地避免由于电磁阀响应时间的微妙差别导致气源断气现象的发生，保证了加热器气源的连续性。
2、通过溢流阀控制最终输送给加热器的气源气体压力，避免了由于定时器延时造成的两种不同气体工作介质气源回路同时导通时造成提供给加热器的气源气体流量发生变化的现象产生，可以有效的保证加热器气源的稳定性。
3、本发明通过光电隔离装置实现了计算机和控制台与信号回路之间的物理隔断，不但有效地消除了噪声电压干扰，而且也有效地解决了长线驱动和阻抗匹配等问题，同时也可以在被测设备短路时保护系统不受损坏。
本发明主要由两个电磁阀和一个双通道的定时器组成气体介质选通回路。通过定时器输入端响应控制信号，输出端控制相应电磁阀，实现受选开启与关闭的电磁阀动作之间的时间差。整个回路开启响应时间＜10ms，关闭时间通过人为设置可以在10ms到10min范围内连续、精确可控。
电磁阀出口与加热器之间气路上串联溢流阀与气体流量计。溢流阀出口压力在0-4MPa范围内连续可调，通过调节气体工作介质压力和溢流阀出口压力，可以保证实验过程当中加热器的气源稳定。流量计误差小于0.2级，支持RS-485异步串行通信，通信速率1-10次/秒范围内可调，通过异步串行通信操作人员可对实验过程中的气体工作介质流量参数进行远程的实时监控。
定时器控制端和流量计通信回路上都串联高达10000VAC以上绝缘的光电隔离装置，在实验过程中，如果发生设备漏电现象，隔离装置能有效保护中央计算机及操作人员不至于接触到测试环境中的10000V高压电。同时，整个装置外罩铝合金外壳并接地，有效地屏蔽了外界磁场的干扰，保证装置的正常工作。
本发明可以在强干扰的实验环境中实现快速、实时改变实验装置气体工作介质的目的。
经实验表明，本发明在10000VAC产生的强电磁干扰环境中，实现气源压力为4MPa的空气和氮气介质的平稳转换。转换响应时间＜10ms，介质稳定时间1ms到10min连续可调。最快可以以10次/S的速度对气体流量状态进行监控，误差小于0.2级。
附图1是本发明的工作原理示意图。
附图2是本发明的结构示意图具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作更详细的描述结合附图，可在恶劣环境下工作的气体工作介质转换装置的组成为在向等离子体电弧加热器14提供气体介质的管道9上连接有气体流量计13、溢流阀12、两个并联的电磁阀2、7和定时器5。定时器有两个输入端4和两个输出端6，输入端输入操作人员的控制信号3，输出端分别连接两个电磁阀，两个电磁阀的输出端合并后连接溢流阀，溢流阀向等离子体电弧加热器输送气体，溢流阀出口接气体流量计，流量计的流量信号转换成电信号后通过通信线路按RS485异步串行通信准则上传至上位计算机11进行处理。
假定实验过程中需要将流经电磁阀2的气体工作介质1转换为流经电磁阀7的气体工作介质8。
(1)根据实验需求设定溢流阀12出口压力为0-4MPa范围内的某一数值；(2)根据需要设定定时器5延时时间；(3)定时器输入端4接收操作人员发出的控制信号3并发生响应；(4)定时器输出端6控制电磁阀7立即开启，气体工作介质8进入气体管道9，此时由于电磁阀2尚未关闭，气体管道9内同时存在气体工作介质1和气体工作介质8，管道压力上升；(5)随着气体管道9内压力上升，溢流阀12开始工作通过排出多于气体保证其输出端的压力恒定在用户指定的数值；(6)溢流阀12输出端的气流，经过气体流量计13后流入电弧加热器14；(7)数字式气体流量计(YF104-AAUS4J)13将测得的气体流量信号转化为数字电压信号，数字电压信号经过光电隔离装置10后输入计算机11进行统一处理后供操作人员参考；(8)整个装置外罩铝合金外壳(15)并接地，屏蔽外界磁场的干扰。
权利要求
1.一种可在恶劣环境下工作的气体工作介质转换装置，在向等离子体电弧加热器提供气体介质的管道上连接有气体流量计、溢流阀、两个并联的电磁阀和定时器，其特征是定时器有两个输入端和两个输出端，输入端输入操作人员的控制信号，输出端分别连接两个电磁阀，两个电磁阀的输出端合并后连接溢流阀，溢流阀向等离子体电弧加热器输送气体，溢流阀出口接气体流量计，流量计的流量信号转换成电信号后通过通信线路按RS485异步串行通信准则上传至上位计算机进行处理。
2.根据权利要求1所述的可在恶劣环境下工作的气体工作介质转换装置，其特征是在外面设置有铝合金金属外壳并接地。
3.根据权利要求1或2所述的可在恶劣环境下工作的气体工作介质转换装置，其特征是所有控制与通信线路上都串联光电隔离装置。
全文摘要
本发明提供的是一种可在恶劣环境下工作的气体工作介质转换装置。在向等离子体电弧加热器提供气体介质的管道上连接有气体流量计、溢流阀、两个并联的电磁阀和定时器，定时器有两个输入端和两个输出端，输入端输入操作人员的控制信号，输出端分别连接两个电磁阀，两个电磁阀的输出端合并后连接溢流阀，溢流阀向等离子体电弧加热器输送气体，溢流阀出口接气体流量计，流量计的流量信号转换成电信号后通过通信线路按RS485异步串行通信准则上传至上位计算机进行处理。本发明可以在强干扰的实验环境中实现快速、实时改变实验装置气体工作介质的目的。
文档编号H05H1/24GK1849019SQ20061000979
公开日2006年10月18日 申请日期2006年3月10日 优先权日2006年3月10日
发明者韩杰才, 孟松鹤, 张博明 申请人:哈尔滨工业大学