專利名稱：標準氣體智能配比儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體配比儀，尤其是指一種標準氣體智能配比儀。
背景技術：
標準氣體是計量工作中使用最為廣泛的標準物質之一，普通應用于鋼鐵、石油、化工、醫療、半導體、金屬加工等行業。其種類由于使用條件和精度的不同，也較為繁雜。隨著工業生產和各類自近代儀器儀表的精密化，對標準氣體的要求也不斷提高，主要體現在精度和濃度的連續性上，目前計量行業中標準氣體的定購是根據用戶的要求在特定點配制。這樣基本可以滿足用戶對儀器的校驗或比對。但對于儀器的多點線性的評定和某一量程范圍內的線性對比，單一的標準氣體就無能為力了。
目前市場上應用的氣體質量流量計或轉子流量計異徑混合可以基本實現氣體的流量控制混合，但其混合比例完全由人工計算來實現，而且控制稀釋也是由手動的電位器單路分別調節。因此，勞動強度大，操作復雜，產生氣體的精度及穩定性不高。最早的異徑混合氣裝置使用轉子流量計控制流量，首先由人工計算氣體濃度，確定配比方案，然后通過針閥分別調節每路氣體流量，這種方法對實驗人員的要求較高，對氣體的濃度配比和流量控制都有相當的選擇技巧，而且轉子流量計閥手動調節過程中引入的誤差較大，產生氣解的精度和穩定性受到了很大的限制。
自90年代以來，人們就開始研制各種各樣的標準氣體制備裝置，例如在ZL00211457.7中公開了一種標準氣體配氣裝置，包括原料氣輸入管、空氣輸入管、配氣管、定值減壓器等，其特征是原料氣輸入管通過定值減壓器、閥門連接配氣導管；設置兩條空氣輸入管，它們分別通過閥門連接配氣導管，其中一條連接壓力表，優點是配制準確，標準氣樣穩定性好，結構簡單，使用方便，隨時可以配置，配置成本低。
在ZL 95222039.3中公開了一種標準氣體產生裝置的設計，在三通閥的下段設置一質量流量控制器，采用8031/8032單片微機技術，設置微機接口板用以控制恒溫室溫度和氣體流量，從而實現計算機自動控制、測量、顯示。本實用新型由于氣路部分采用質量流量控制器，電子測控部分采用8031/8032微機技術，使其形成一個完整的智能控制系統，整個裝置溫度控制精度高，氣流量穩定性好，并且該裝置具有多種監測、監控和數據記憶功能，可在無人值守的情況下，長時間連續可靠的運行。上述兩項專利中公開的標準氣體配制裝置的氣體調節都是手動方式實現的。
在ZL 95222039.3的中國專利中，雖然也用到質量流量控制器和轉子流量計，但是在進行配比方案的選擇和流量大小控制時，仍是人為的控制，不能直觀控制，難以實現氣體濃度的連續性、并且在控制流量計時大多采用電位器調節，又成了誤差引入的一個重要方面，對氣體混合均勻性和配比濃度的廣泛性，有一定的限制，沒有根本解決氣體濃度“所見非所得”的問題。并且，該專利中所公開的在對氣體混合進行配比時使用轉子流量計對氣流進行調節，轉子流量計的工作性能不是十分穩定，代入誤差較大。由于該儀器采用擴散管原理，對控溫要求嚴格，需要附帶一些與制備氣體毫無關系的電風扇、加熱器、制冷器、溫度傳感器、過熱保護開關等裝置，以備儀器能正常的工作。這些多余的設置使得整個儀器的結構復雜許多，該裝置還需要在恒溫室溫度下工作，其微機的功能是用于控制溫度和氣體的流量大小，至于標準氣體的配比還是需要人為的計算，氣體的排放還是通過三通閥進行手動調節，所以，這種結構復雜的標準氣體產生裝置仍需要改進。
實用新型內容本發明的目的在于提供一種設備結構簡單、使用方便、具有智能控制雙路氣體自由配比功能的標準氣體智能配比儀。
本發明的另一目的在于提供一種能自動計算控制輸入輸出氣體配比、使產生的混合氣體濃度連續可調性的標準氣體智能配比儀。
為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下一種標準氣體智能配比儀，包括微控制系統A、氣體輸出裝置D，該配比儀在微控制系統A與氣體輸出裝置D之間還設有氣源調配裝置B、氣體混合裝置C，該微控制系統A的信號輸出端與氣源調配裝置B的信號輸入端相連，該氣源調配裝置B的輸出端通過連接管與氣體混合裝置C的輸入端相連，該氣體混合裝置C的輸出端通過連接管與氣體輸出裝置D的輸入端相連，該氣體輸出裝置D的輸出端接排氣管。
該微控制系統A包括微處理器控制板1、顯示器2、鍵盤3，該微處理器控制板1設置在配比儀內，該顯示器2和鍵盤3設置在配比儀的面板上。
該氣源調配裝置B包括氣路分配器4和質量流量控制器5，該氣路分配器4包括電磁閥41和質量流量計42，該氣源調配裝置B的信號輸入端為電磁閥41和質量流量控制器5，該質量流量控制器5輸出信號控制質量流量計42的流量大小。該質量流量計42與設置在面板上的樣品氣流量顯示61相連。
該電磁閥41設置的個數與質量流量計42設置的個數相對應。該電磁閥41與流量控制器5之間可以是通過管道硬連接，也可以是軟連接。
該氣體混合裝置C可以是一中空的呈方形或圓柱形腔體狀的氣體混合室，也可以是由蛇型彎管構成的方形或圓柱形腔體狀的氣體混合室。該氣體輸出裝置D包括流量計6和調節器7，該流量計6與設置在面板上的排氣流量顯示62相連，該調節器7與設置在面板上的外調零扭71相連。該流量計6可以是轉子流量計，也可以是質量流量計。
在設計時，在配比儀的后面板上還設有便于與外接微機相連的通訊接口8、電源開關11、電源插孔12，該通訊接口8可以采用RS 232接口，通過外接微機的通訊實現配比儀數據的打印、發送等其他功能。
此外，為了便于配比儀與氣體變送器、傳感器等其他部件的連接，還設置了與之相匹配的電源輸出接口9和信號采集接口10，同時通過通訊接口8與外接微機的作用，實現氣體變送器、傳感器的數據采集。
使用本實用新型的有益效果在于該套裝置自動化程度高，配比計算、控制和監測均由微處理器自行完成，消除了人工調節帶來的滯后和誤差；本套儀器應用范圍廣泛，降低了操作難度，提高了工作效率，便于用戶使用和維護，可以得到兩路或多路氣體任意比例的混合；在對氣體混合進行配比時，采用質量流量計對流量進行控制，所以氣體配比不受溫度的影響；并且在該裝置中設計了構造獨特的混合氣室，混合效果好，保障了配比氣的均一性。對不同氣體流量進行修正，提高了配比精度。


圖1所示為本實用新型的結構原理示意圖；圖2所示為本實用新型的前面板圖；圖3所示為本實用新型的后面板圖；圖4所示為本實用新型中氣路分配器一種結構示意圖；圖5所示為本實用新型中氣路分配器另一種結構示意圖；具體實施方式
下面通過具體實施方式
結合附圖，對本實用新型進行詳細說明如下如圖1，為本實用新型的結構原理示意圖，一種標準氣體智能配比儀，該配比儀包括微控制系統A、氣源調配裝置B、氣體混合裝置C以及氣體輸出裝置D，該微控制系統A的信號輸出端與氣源調配裝置B的信號輸入端相連，該氣源調配裝置B的輸入端接進氣管，該氣源調配裝置B輸出端通過連接管與氣體混合裝置C的輸入端相連，該氣體混合裝置C的輸出端通過連接管與氣體輸出裝置D的輸入端相連，該氣體輸出裝置D的輸出端接排氣管，該微控制系統A包括微處理器控制板1、顯示器2、鍵盤3，該微處理器控制板1設置在配比儀內，該顯示器2和鍵盤3設置在配比儀的面板上，該微處理器控制板1可以采用型號為89C51的芯片；該氣源調配裝置B包括氣路分配器4和質量流量控制器5；該氣體輸出裝置D包括依次連接的流量計6和調節器7，如圖所示，設置了5個進氣管a1-a5，2個排氣管b1、b2。
如圖2，為本實用新型的前面板圖，在其前面板上設有顯示信息的顯示屏2、輸入信息的鍵盤3，還設有與流量計6相連的樣品氣流量顯示器61和排氣流量顯示器62，該顯示屏2可以采用液晶顯示屏。此外，輸入的樣品氣流量在面板上的樣品氣流量顯示器61顯示，最后排放的標準氣體在也在面板上的排氣流量顯示器62上顯示。
如圖3，為本實用新型的后面板圖，在后面板上設置有便于進氣管a通過的樣品氣入口a1、便于排氣管b通過的標準氣出口b1和排空氣出口b2，一般根據需要混合的氣路數來設置樣品氣入口，為了與設置的進氣管數相配，在面板上設置了5個樣品氣入口a1-a5，也可以設置3個樣品氣入口a1-a3。在后面板上還設有便于與外接微機相連的通信接口8、電源開關11、220伏交流電源插孔12，該通信接口8可以采用RS 232接口；為了便于輸配比儀與氣體變送器、傳感器等其他部件的連接，還設置了與之相匹配的電源輸出接口9和信號采集接口10，同時通過通訊接口8與外接微機的作用，實現變送器、傳感器的數據采集，圖中電源輸出接口9可以輸出24伏直流電。
如圖4，該氣路分配器4包括電磁閥41和質量流量計42，該氣源調配裝置B的信號輸入端為電磁閥41和質量流量控制器5，該電磁閥41和流量控制器5輸出信號控制質量流量計42。
該電磁閥41設置的個數與質量流量計42設置的個數相對應。如圖4中設置了3個電磁閥41，同時設置了3個質量流量計42與之匹配，電磁閥41與質量流量計42之間是通過管道硬連接，每個電磁閥41均可以控制每個質量流量計42的氣體流量大小，也就是說，采用3套電磁閥和質量流量計可以形成9條氣體流動通路。
如圖5中設置了5個電磁閥41和5個質量流量計42，由于氣路分配數過多，所以電磁閥41與質量流量計42之間不用管道連接，而是軟連接，也就是說，采用5套電磁閥和質量流量計可以形成25條氣體流動通路，電磁閥41和流量控制器5接受微處理器控制板1的指令，控制流過質量流量計42的氣體流量大小。
如果有多路氣體進行混合，只需將多只電磁閥41配合使用，便可以加大稀釋比、增加氣體配比精度。
該氣體混合裝置C可以是一呈方形或圓柱形腔體狀，也可以是由蛇型彎管構成的方形或圓柱形腔體狀的腔體，其中，方形或圓柱形的腔體由連續幾個混合氣室組成，氣室之間由孔洞連接，增加了氣程，增強了氣體的混合效果。
本實用新型通過微控制系統A使用專用的標準氣體智能配比方法，對原料氣濃度和所要求標氣濃度作出分析，作出最佳配比方案，經過氣路分配器，氣體混合裝置執行完成標準氣體的配比，可產生0.5％-100％之間的任意稀釋比。具體的工作過程結合附圖描述如下如圖1、圖2、圖3、圖4，首先，接通電源，打開電源開關，然后將樣品氣的濃度和所需要標準氣的濃度從鍵盤3輸入，通過微處理器控制板1的分析處理，同時在顯示屏2上顯示各種數據的變化，經過微處理器控制板1對電磁閥41和流量控制器5的控制，具體是被稀釋氣體(即樣品氣體)和稀釋氣體(即純凈的空氣)通過進氣管a從5個樣品氣入口a1的進入氣源調配裝置B的氣路分配器4內，由電磁閥41接受微處理器控制板1的指令，打開閥門，分別選擇指定量程(20ml-10000ml)的質量流量控制器5使氣體流過，微處理器控制板1發出的濃度配比方案信號給每路的質量流量控制器5，同時對各氣路的氣體進行控制，使被稀釋氣體與稀釋氣體形成所需要的配合比，經過配比后的氣體進入氣體混合裝置C中充分混合，混合后的標準氣體經流量計6對流量的調節，及調節器7對壓力的調節，將制備好的標準氣體通過排氣管b從標準氣出口b1排出，為保證氣路的暢通，將多余的空氣通過排氣管b從排空氣出口b2排出。
同時設置在面板上的樣品氣流量顯示器61、排氣流量顯示器62上顯示流量的多少，該調節器7與設置在面板上的外調零扭71相連。
其中，流量計42的量程在20ML-10000ML之間，流量計42量程的選擇還應綜合考慮標準氣精度、流量、樣氣混合效果，以及對稀釋比范圍的滿足。流量計6可以是轉子流量計、質量流量計等。通常情況下，當樣品氣濃度較高時，應考慮對氣體進行流量修正，以確保稀釋氣的精度。最終獲得的所需的氣體濃度在顯示屏2上顯示出來，如果需要打印數據，只需將帶有打印機的微機通過通訊接口8與配比儀相連，便可打印出所需的數據。
權利要求1.一種標準氣體智能配比儀，包括微控制系統(A)、氣體輸出裝置(D)，其特征在于該配比儀在微控制系統(A)與氣體輸出裝置(D)之間還設有氣源調配裝置(B)、氣體混合裝置(C)，該微控制系統(A)的信號輸出端與氣源調配裝置(B)的信號輸入端相連，該氣源調配裝置(B)的輸出端通過連接管與氣體混合裝置(C)的輸入端相連，該氣體混合裝置(C)的輸出端通過連接管與氣體輸出裝置(D)的輸入端相連，該氣體輸出裝置(D)的輸出端接排氣管。
2.根據權利要求1所述的標準氣體智能配比儀，其特征在于該微控制系統(A)包括微處理器控制板(1)、顯示器(2)、鍵盤(3)，該微處理器控制板(1)設置在配比儀內，該顯示器(2)和鍵盤(3)設置在配比儀的面板上。
3.根據權利要求1所述的標準氣體智能配比儀，其特征在于該氣源調配裝置(B)包括氣路分配器(4)和質量流量控制器(5)，該氣路分配器(4)包括電磁閥(41)和質量流量計(42)，該氣源調配裝置(B)的信號輸入端為電磁閥(41)和質量流量控制器(5)，該質量流量控制器(5)輸出信號控制質量流量計(42)的流量大小，該質量流量計(42)與設置在面板上的樣品氣流量顯示(61)相連。
4.根據權利要求3所述的標準氣體智能配比儀，其特征在于該電磁閥(41)設置的個數與質量流量計(42)設置的個數相對應。
5.根據權利要求3或4所述的標準氣體智能配比儀，其特征在于該電磁閥(41)與質量流量計(42)之間可以是通過管道硬連接，也可以是軟連接。
6.根據權利要求1所述的標準氣體智能配比儀，其特征在于該氣體混合裝置(C)呈方形或圓柱形狀腔體，在所述的腔體內設有彼此由孔洞連接的連續混合氣室；也可以是由蛇型彎管構成的方形或圓柱形腔體狀的混合氣室。
7.根據權利要求1所述的標準氣體智能配比儀，其特征在于該氣體輸出裝置(D)包括流量計(6)和調節器(7)，該流量計(6)與設置在面板上的排氣流量顯示(62)相連，該調節器(7)與設置在面板上的外調零扭(71)相連。
8.根據權利要求1所述的標準氣體智能配比儀，其特征在于在配比儀的后面板上設有便于與外接微機相連的通信接口(8)、電源開關(11)、電源插孔(12)，該通信接口(8)可以采用RS232接口。
專利摘要一種標準氣體智能配比儀，包括微控制系統、氣體輸出裝置，該配比儀在微控制系統與氣體輸出裝置之間還設有氣源調配裝置、氣體混合裝置，該微控制系統的信號輸出端與氣源調配裝置的信號輸入端相連，該氣源調配裝置的輸出端通過連接管與氣體混合裝置的輸入端相連，該氣體混合裝置的輸出端通過連接管與氣體輸出裝置的輸入端相連，該氣體輸出裝置的輸出端接排氣管。該套裝置自動化程度高，配比計算、控制和監測均由微控制系統自行完成，消除了人工調節帶來的滯后和誤差；本套儀器應用范圍廣泛，降低了操作難度，便于用戶使用和維護，并且在該裝置中設計了構造獨特的混合氣室，混合效果好，保障了配比氣的均一性，提高配氣質量。
文檔編號G01N37/00GK2689231SQ0320608
公開日2005年3月30日 申請日期2003年7月23日 優先權日2003年7月23日
發明者張國賢, 謝云峰, 黎勁 申請人:北京萊森電子技術有限公司