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標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀的制作方法

文檔序號:5894594閱讀:483來源:國知局
專利名稱:標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種氣體配比儀,尤其是指一種標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀。
背景技術(shù)
標(biāo)準(zhǔn)氣體是計量工作中使用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)之一,普通應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、醫(yī)療、半導(dǎo)體、金屬加工等行業(yè)。其種類由于使用條件和精度的不同,也較為繁雜。隨著工業(yè)生產(chǎn)和各類自近代儀器儀表的精密化,對標(biāo)準(zhǔn)氣體的要求也不斷提高,主要體現(xiàn)在精度和濃度的連續(xù)性上,目前計量行業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)氣體的定購是根據(jù)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(nèi)的線性對比,單一的標(biāo)準(zhǔn)氣體就無能為力了。
目前市場上應(yīng)用的氣體質(zhì)量流量計或轉(zhuǎn)子流量計異徑混合可以基本實現(xiàn)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(xiàn),而且控制稀釋也是由手動的電位器單路分別調(diào)節(jié)。因此,勞動強度大,操作復(fù)雜,產(chǎn)生氣體的精度及穩(wěn)定性不高。最早的異徑混合氣裝置使用轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)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(dāng)?shù)倪x擇技巧,而且轉(zhuǎn)子流量計閥手動調(diào)節(jié)過程中引入的誤差較大,產(chǎn)生氣解的精度和穩(wěn)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(biāo)準(zhǔn)氣體制備裝置,例如在ZL00211457.7中公開了一種標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)管;設(shè)置兩條空氣輸入管,它們分別通過閥門連接配氣導(dǎo)管,其中一條連接壓力表,優(yōu)點是配制準(zhǔn)確,標(biāo)準(zhǔn)氣樣穩(wěn)定性好,結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)氣體產(chǎn)生裝置的設(shè)計,在三通閥的下段設(shè)置一質(zhì)量流量控制器,采用8031/8032單片微機(jī)技術(shù),設(shè)置微機(jī)接口板用以控制恒溫室溫度和氣體流量,從而實現(xiàn)計算機(jī)自動控制、測量、顯示。本實用新型由于氣路部分采用質(zhì)量流量控制器,電子測控部分采用8031/8032微機(jī)技術(shù),使其形成一個完整的智能控制系統(tǒng),整個裝置溫度控制精度高,氣流量穩(wěn)定性好,并且該裝置具有多種監(jiān)測、監(jiān)控和數(shù)據(jù)記憶功能,可在無人值守的情況下,長時間連續(xù)可靠的運行。上述兩項專利中公開的標(biāo)準(zhǔn)氣體配制裝置的氣體調(diào)節(jié)都是手動方式實現(xiàn)的。
在ZL 95222039.3的中國專利中,雖然也用到質(zhì)量流量控制器和轉(zhuǎn)子流量計,但是在進(jìn)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(xiàn)氣體濃度的連續(xù)性、并且在控制流量計時大多采用電位器調(diào)節(jié),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(jìn)行配比時使用轉(zhuǎn)子流量計對氣流進(jìn)行調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)子流量計的工作性能不是十分穩(wěn)定,代入誤差較大。由于該儀器采用擴(kuò)散管原理,對控溫要求嚴(yán)格,需要附帶一些與制備氣體毫無關(guān)系的電風(fēng)扇、加熱器、制冷器、溫度傳感器、過熱保護(hù)開關(guān)等裝置,以備儀器能正常的工作。這些多余的設(shè)置使得整個儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜許多,該裝置還需要在恒溫室溫度下工作,其微機(jī)的功能是用于控制溫度和氣體的流量大小,至于標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行手動調(diào)節(jié),所以,這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)氣體產(chǎn)生裝置仍需要改進(jìn)。
實用新型內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、具有智能控制雙路氣體自由配比功能的標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀。
本發(fā)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(chǎn)生的混合氣體濃度連續(xù)可調(diào)性的標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀。
為實現(xiàn)上述目的,本實用新型采用的技術(shù)方案如下一種標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀,包括微控制系統(tǒng)A、氣體輸出裝置D,該配比儀在微控制系統(tǒng)A與氣體輸出裝置D之間還設(shè)有氣源調(diào)配裝置B、氣體混合裝置C,該微控制系統(tǒng)A的信號輸出端與氣源調(diào)配裝置B的信號輸入端相連,該氣源調(diào)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(tǒng)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(shè)置在配比儀內(nèi),該顯示器2和鍵盤3設(shè)置在配比儀的面板上。
該氣源調(diào)配裝置B包括氣路分配器4和質(zhì)量流量控制器5,該氣路分配器4包括電磁閥41和質(zhì)量流量計42,該氣源調(diào)配裝置B的信號輸入端為電磁閥41和質(zhì)量流量控制器5,該質(zhì)量流量控制器5輸出信號控制質(zhì)量流量計42的流量大小。該質(zhì)量流量計42與設(shè)置在面板上的樣品氣流量顯示61相連。
該電磁閥41設(shè)置的個數(shù)與質(zhì)量流量計42設(shè)置的個數(shù)相對應(yīng)。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(gòu)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(diào)節(jié)器7,該流量計6與設(shè)置在面板上的排氣流量顯示62相連,該調(diào)節(jié)器7與設(shè)置在面板上的外調(diào)零扭71相連。該流量計6可以是轉(zhuǎn)子流量計,也可以是質(zhì)量流量計。
在設(shè)計時,在配比儀的后面板上還設(shè)有便于與外接微機(jī)相連的通訊接口8、電源開關(guān)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(jī)的通訊實現(xiàn)配比儀數(shù)據(jù)的打印、發(fā)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(shè)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(jī)的作用,實現(xiàn)氣體變送器、傳感器的數(shù)據(jù)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(jiān)測均由微處理器自行完成,消除了人工調(diào)節(jié)帶來的滯后和誤差;本套儀器應(yīng)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(hù),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(jìn)行配比時,采用質(zhì)量流量計對流量進(jìn)行控制,所以氣體配比不受溫度的影響;并且在該裝置中設(shè)計了構(gòu)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(jìn)行修正,提高了配比精度。


圖1所示為本實用新型的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖;圖5所示為本實用新型中氣路分配器另一種結(jié)構(gòu)示意圖;具體實施方式
下面通過具體實施方式
結(jié)合附圖,對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明如下如圖1,為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖,一種標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀,該配比儀包括微控制系統(tǒng)A、氣源調(diào)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(tǒng)A的信號輸出端與氣源調(diào)配裝置B的信號輸入端相連,該氣源調(diào)配裝置B的輸入端接進(jìn)氣管,該氣源調(diào)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(tǒng)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(shè)置在配比儀內(nèi),該顯示器2和鍵盤3設(shè)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(diào)配裝置B包括氣路分配器4和質(zhì)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(diào)節(jié)器7,如圖所示,設(shè)置了5個進(jìn)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(shè)有顯示信息的顯示屏2、輸入信息的鍵盤3,還設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)置有便于進(jìn)氣管a通過的樣品氣入口a1、便于排氣管b通過的標(biāo)準(zhǔn)氣出口b1和排空氣出口b2,一般根據(jù)需要混合的氣路數(shù)來設(shè)置樣品氣入口,為了與設(shè)置的進(jìn)氣管數(shù)相配,在面板上設(shè)置了5個樣品氣入口a1-a5,也可以設(shè)置3個樣品氣入口a1-a3。在后面板上還設(shè)有便于與外接微機(jī)相連的通信接口8、電源開關(guān)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(shè)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(jī)的作用,實現(xiàn)變送器、傳感器的數(shù)據(jù)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(zhì)量流量計42,該氣源調(diào)配裝置B的信號輸入端為電磁閥41和質(zhì)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(zhì)量流量計42。
該電磁閥41設(shè)置的個數(shù)與質(zhì)量流量計42設(shè)置的個數(shù)相對應(yīng)。如圖4中設(shè)置了3個電磁閥41,同時設(shè)置了3個質(zhì)量流量計42與之匹配,電磁閥41與質(zhì)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(zhì)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(zhì)量流量計可以形成9條氣體流動通路。
如圖5中設(shè)置了5個電磁閥41和5個質(zhì)量流量計42,由于氣路分配數(shù)過多,所以電磁閥41與質(zhì)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(zhì)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(zhì)量流量計42的氣體流量大小。
如果有多路氣體進(jìn)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(gòu)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(xù)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(tǒng)A使用專用的標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比方法,對原料氣濃度和所要求標(biāo)氣濃度作出分析,作出最佳配比方案,經(jīng)過氣路分配器,氣體混合裝置執(zhí)行完成標(biāo)準(zhǔn)氣體的配比,可產(chǎn)生0.5%-100%之間的任意稀釋比。具體的工作過程結(jié)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(guān),然后將樣品氣的濃度和所需要標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)的變化,經(jīng)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(jìn)氣管a從5個樣品氣入口a1的進(jìn)入氣源調(diào)配裝置B的氣路分配器4內(nèi),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(zhì)量流量控制器5使氣體流過,微處理器控制板1發(fā)出的濃度配比方案信號給每路的質(zhì)量流量控制器5,同時對各氣路的氣體進(jìn)行控制,使被稀釋氣體與稀釋氣體形成所需要的配合比,經(jīng)過配比后的氣體進(jìn)入氣體混合裝置C中充分混合,混合后的標(biāo)準(zhǔn)氣體經(jīng)流量計6對流量的調(diào)節(jié),及調(diào)節(jié)器7對壓力的調(diào)節(jié),將制備好的標(biāo)準(zhǔn)氣體通過排氣管b從標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(diào)節(jié)器7與設(shè)置在面板上的外調(diào)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(yīng)綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)子流量計、質(zhì)量流量計等。通常情況下,當(dāng)樣品氣濃度較高時,應(yīng)考慮對氣體進(jìn)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(shù)據(jù),只需將帶有打印機(jī)的微機(jī)通過通訊接口8與配比儀相連,便可打印出所需的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀,包括微控制系統(tǒng)(A)、氣體輸出裝置(D),其特征在于該配比儀在微控制系統(tǒng)(A)與氣體輸出裝置(D)之間還設(shè)有氣源調(diào)配裝置(B)、氣體混合裝置(C),該微控制系統(tǒng)(A)的信號輸出端與氣源調(diào)配裝置(B)的信號輸入端相連,該氣源調(diào)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(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀,其特征在于該微控制系統(tǒng)(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(shè)置在配比儀內(nèi),該顯示器(2)和鍵盤(3)設(shè)置在配比儀的面板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀,其特征在于該氣源調(diào)配裝置(B)包括氣路分配器(4)和質(zhì)量流量控制器(5),該氣路分配器(4)包括電磁閥(41)和質(zhì)量流量計(42),該氣源調(diào)配裝置(B)的信號輸入端為電磁閥(41)和質(zhì)量流量控制器(5),該質(zhì)量流量控制器(5)輸出信號控制質(zhì)量流量計(42)的流量大小,該質(zhì)量流量計(42)與設(shè)置在面板上的樣品氣流量顯示(61)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀,其特征在于該電磁閥(41)設(shè)置的個數(shù)與質(zhì)量流量計(42)設(shè)置的個數(shù)相對應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀,其特征在于該電磁閥(41)與質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)設(shè)有彼此由孔洞連接的連續(xù)混合氣室;也可以是由蛇型彎管構(gòu)成的方形或圓柱形腔體狀的混合氣室。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)器(7),該流量計(6)與設(shè)置在面板上的排氣流量顯示(62)相連,該調(diào)節(jié)器(7)與設(shè)置在面板上的外調(diào)零扭(71)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀,其特征在于在配比儀的后面板上設(shè)有便于與外接微機(jī)相連的通信接口(8)、電源開關(guān)(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(biāo)準(zhǔn)氣體智能配比儀,包括微控制系統(tǒng)、氣體輸出裝置,該配比儀在微控制系統(tǒng)與氣體輸出裝置之間還設(shè)有氣源調(diào)配裝置、氣體混合裝置,該微控制系統(tǒng)的信號輸出端與氣源調(diào)配裝置的信號輸入端相連,該氣源調(diào)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(jiān)測均由微控制系統(tǒng)自行完成,消除了人工調(diào)節(jié)帶來的滯后和誤差;本套儀器應(yīng)用范圍廣泛,降低了操作難度,便于用戶使用和維護(hù),并且在該裝置中設(shè)計了構(gòu)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(zhì)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(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者張國賢, 謝云峰, 黎勁 申請人:北京萊森電子技術(shù)有限公司
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