一种配制混合气体的方法及其设备 本发明涉及一种配制混合气体的方法及其设备，属于流量控制和比率控制领域，可实现多种气体混合过程中各种气体浓度和总流量的自动控制。
中国专利CN91227165.5公开了一种混合气体自动控制仪，主要由单片微型计算机系统、微差压传感器、电动调节阀和气体通道构成。通过键盘设置混合气体各成分数值，驱动各气体通道中的电动调节阀，同时各气体通道中的微差压传感器测量出各气体通道中气体的流量，送给单片机控制电路与预置的流量值比较，根据比较结果驱动电动调节阀调整开度，直到传感器检测的各气体通道的流量值均与预置的流量值相等为止。该仪器结构简单、操作方便。所存在的问题在于：该仪器仅对各路气体流量进行控制，当各路气体纯度不高时，各种气体在混合气体中的成分比例也即浓度就无法保证。而各路气体流量误差，会引起各种气体浓度误差和混合气体总流量的更大误差。
本发明的目的是提供一种能够对混合气体中各种气体的浓度和总流量进行自动控制的配制混合气体的方法及其设备，以消除各路气体纯度不高和流量误差的影响，实现对混合气体的精确配制。
本发明的目的是这样实现的。
一种配制混合气体的方法，采用单板计算机系统通过系统程序软件进行控制，主要包括下列具体步骤：
(1)通过单板计算机系统操作键盘设定混合气体中各种气体的浓度和混合气体总流量，
(2)根据设定值调节各路气体流量和混合气体总流量，
(3)对混合气体中各种气体的浓度和混合气体总流量进行检测，将检测值送至单板计算机系统，
(4)单板计算机系统将检测值与设定值相比较，经比例积分微分运算，得出各种气体浓度和混合气体总流量调节控制信号，
(5)根据单板计算机系统输出的控制信号，调节各路气体流量和混合气体总流量，直到各种气体浓度和混合气体总流量地检测值与设定值相等。
各路气体经气体混合器混合成成分均匀的混合气体，以确保浓度检测的准确性。
各种气体浓度和混合气体总流量的设定是采用中断方式，通过单板计算机系统中的操作键盘输入的，可以随时对各种气体的浓度和混合气体总流量进行设定和修改。
一种根据上述方法设计的配制混合气体的设备，包括电动流量调节装置、流量检测装置、单板计算机系统、多个支路气体通道和一个混合气体通道，其中一个支路气体通道上安装有减压阀，其余支路气体通道上安装有流量调节装置，混合气体通道上沿气体流动方向顺序安装有流量调节装置、各种气体浓度检测器和流量检测装置，单板计算机系统的信号输入接口与各种气体浓度检测器和流量检测装置的信号输出端相联接，信号输出接口与各流量调节装置的信号输入端相联接。
安装有流量调节装置的支路气体通道上，气体入口与流量调节装置之间安装有定差减压阀，使流量调节装置两端的压力差保持一定，确保其流量调节装置的调节特性呈直线性。
各支路气体通道经气体混合器与混合气体通道相联接，气体混合器为对冲式，其气流通道由中心以放射状向周围均布，气体从不同方向高速冲向同一聚集点，由于高速冲撞产生激烈的絮流，从而大大减小时间常数，实现均匀混合。
附图说明：
图1为本发明配制混合气体的方法的工艺流程图。
图2为本发明配制混合气体的方法的系统程序框图。
图3为本发明配制混合气体的设备的结构示意图。
图4为本发明配制混合气体的设备中气体混合气的结构图。
图5为本发明配制混合气体的设备的单板计算机系统配制原理图。
下面结合附图对本发明及其实施例进行详述。
本发明配制混合气体的方法，采用单板计算机系统通过系统程序软件进行控制，具体步骤如图1所示，首先，通过单板计算机系统操作键盘设定混合气体中各种气体的浓度和混合气体总流量，并根据设定值调节各路气体流量和混合气体总流量。各路气体经气体混合器混合成成分均匀的混合气体，接着对混合气体中各种气体的浓度和混合气体总流量进行检测，检测值送至单板计算机系统。单板计算机系统将检测值与设定值相比较，经比例积分微分运算，得出各种气体浓度和混合气体总流量调节控制信号。根据单板计算机系统输出的控制信号，调节各路气体流量和混合气体总流量，直到各种气体浓度和混合气体总流量的检测值与设定值相等。
系统程序软件如程序框图2所示。开机，作整机功能检查。接着进行系统初始化，输入输出工作方式设定和中断方式设定。然后，对各种气体浓度和总流量定时数据采集、定时比例积分微分调节控制、定时保存数据和定时将控制结果显示打印。各种气体浓度和混合气体总流量的设定采用中断方式，通过单板计算机系统中的操作键盘输入，随时可以设定和修改。整个系统的工作过程按照系统预定程序自动进行。
本发明配制混合气体的设备如图3所示，主要由定差减压阀1、流量调节装置2、减压阀3、气体混合器4、支路气体通道5、混合气体通道6、各种气体浓度检测器7、流量检测装置8、单板计算机系统9组成。其中一个支路气体通道5上安装有减压阀3，其余支路气体通道5上沿气体流动方向顺序安装有定差减压阀1和流量调节装置2。各支路气体通道5经气体混合器4与混合气体通道6相连接。气体混合器4为对冲式，其气流通道由中心以放射状向周围均布，图4为对三种气体进行混合的设备中的十字形气体混合器的具体结构。混合气体通道6上，沿气体流动方向顺序安装有流量调节装置2、各种气体浓度检测器7、流量检测装置8。气体浓度检测器7为红外线气体浓度检测器，是不分光式带薄膜微音器型检测器，通过把特定辐射波谱中心的能量转换成电信号，实现对特定气体浓度的测定。流量检测装置8为带有转子流量计和光电转换机构的流量变送装置。单板计算机系统9的信号输入接口与红外线气体浓度检测器7和流量变送装置8的信号输出端相联接，信号输出接口与各流量调节装置2的信号输入端相联接。
单板计算机系统9的配制如图5所示，由操作键盘10、键盘输入接口11、多路电子开关12、A/D转换器13、存贮电路14、CPU15、控制信号输出接口16、显示打印输出接口17、显示输出18和打印输出19组成。操作键盘10经键盘输入接口11与CPU15相联接。CPU接受来自于操作键盘10的对混合气体中各种气体浓度和混合气体总流量的设定信号。多路电子开关12也即单板计算机系统的信号输入接口，经A/D转换器13与CPU15相联接。多路电子开关12接受来自红外线气体浓度检测器7和流量变送装置8输出的各种气体浓度和混合气体总流量检测信号，由A/D转换器13转换成数字信号，供CPU15采集。显示输出18和打印输出19通过显示打印输出接口17与CPU15相联接。CPU15通过显示打印输出接口17送显示打印信号到显示输出18与打印输出19进行显示打印。存贮电路14、控制信号输出接口16分别与CPU相联。CPU将所接受的来自操作键盘10的设定信号与所采集的检测信号相比较，作一系列比例积分微分运算得到对各种气体浓度和混合气体总流量的调节控制信号，控制信号贮存于存贮电路14中，同时，通过控制信号输出接口16送至流量调节装置2的信号输入端，调节各流量调节装置2的开度、从而实现对混合气体中各种气体浓度和总流量自动控制的目的。单板计算机系统9的完善功能，使气体混合装置具有智能化。另外，由于存贮电路14中含有EEPROM，使单板计算机系统9具有数据信号存放和掉电保护功能。
下面以配制由三种气体构成的混合气体为例介绍本发明配制混合气体的工作过程。
配制一种由CO、CO2和N2构成的还原气体，具体要求为：混合气体中CO体积百分比浓度20％、CO2体积百分比浓度20％、其余为N2及受各种气体纯度影响而不可避免的夹杂气体，混合气体总流量为40升/分。
首先开机，接通电源，单板计算机系统9自动进行系统初始化、整机功能检查，I/D工作方式设定和中断方式设定。接着通过单板计算机系统9中的操作键盘10设定气体浓度和总流量：CO＝20％、CO2＝20％、混合气体总流量＝40，并根据设定预调整各流量调节装置2中电动调节阀的开度。然后，从各支路气体通道5的进气口A、B、C分别加入CO、CO2和N2。CO和CO2由支路气体通道5上的定差减压阀1和流量调节装置2调节控制其流量。N2经支路气体通道5上的减压阀3，由混合气体通道6上对混合气体总流量进行调节控制的流量调节装置2和另两路气体的流量间接控制调节其流量。三种气体汇聚于十字型气体混合器4中进行充分混合，形成均匀的混合气体。混合气体由混合气体通道6上的流量调节装置2进行总流量调节控制。最后，经过总流量调节控制的混合气体输入到红外线气体浓度检测器7和流量变送装置8，对CO、CO2浓度和混合气体总流量进行检测，检测到的各种气体浓度和混合气体总流量信号输入到单板计算机系统9中的多路电子开关12，供CPU15采集。CPU一方面经显示打印输出接口17将采集到的信号送显示输出18和打印输出19进行显示打印。另一方面将各种气体浓度和混合气体总流量检测值与设定值相比较，进行一系列比例积分微分运算处理，将得到的各种气体浓度和混合气体总流量调节控制信号贮存于存贮电路14中，同时，从控制信号输出接口16送至各流量调节装置2的信号输入端，调整其电动调节阀的开度，完成对各种气体浓度和混合气体总流量的再次调节控制，直到各种气体浓度和混合气体总流量的检测值与设定值相等，实现对混合气体中各种气体浓度和混合气体总流量的实时调节控制。对所配制出的混合气体的检测结果表明：采用本发明配制出的混合气体流量误差≤±0.1升/分，各种气体(CO、CO2)体积百分比浓度误差≤0.1％，系统五分钟内达到稳定控制，抗干扰能力强，流量、成分显示稳定。
本发明与现有技术相比所具有的优点是：本发明以混合气体中各种气体浓度和混合气体总流量为控制对象，控制过程与各路气体纯度、各路气体流量误差无关，保证了混合气体中各种气体浓度和混合气体总流量的精确控制。系统达到稳定时间短，抗干扰能力强。