[发明专利]一种基于质量流量的气体浓度配比装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于质量流量的气体浓度配比装置，具体的是采用质量流量来控制混合气体的浓度比。

背景技术

在工业生产过程中，常常需要相互不反应的两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，一般的做法是控制两种物料的流量。传统的气体配比采用针孔调节和电位器调节等方法来产生标准气体，即控制气体的体积流量，一般的做法只是使用两个浮子式流量计来人为的调节流量，这样不能在生产过程中实现自动控制的目的，而且随着气源气压的改变，气体的流量随之而改变。在一些对气体浓度要求较严格的限制场合，需要使用精确的浓度配比，这就需要采用一种更加精确的手段来控制物料的浓度，因此必须采用更加精确的检测手段和控制手段。

传统的容积式流量计测量流体时，由于流体容积大小受其温度、压力等参数的影响，当被测流体的温度、压力变化时，需要把所测量的容积流量换算成标准状态或某一约定状态下的相应值，但事实上当温度、压力频繁变动时，进行及时的换算是很困难的，有时几乎是不可能的。因此要提高配比的精度最好直接将流量换算成最终需要表示的质量，这样就需要用采用质量流量计来测量流体的质量流量。质量流量计分为间接式和直接式两种，间接式由于和流体的体积有一定的函数关系，所以也受到温度和压力的影响。直接式质量流量计的优点在于最后代表质量流量的输出信号与被测介质的压力、温度等参数无关，解决了当介质参数变化范围很大，其密度和温度、压力之间的关系不能看成线性，而采用温度、压力自动补偿方式又很困难和繁琐的问题。所以采用直接式质量流量计配比气体能获得比使用容积式流量计更高的精度。

发明内容

为了克服体积式流量计及间接式流量计易受温度和压力等影响的不足，本发明提出了一种基于质量流量的气体浓度配比装置，该气体浓度配比装置不受温度和压力等参数的影响，可以获得比实用容积式流量计更高的精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于质量流量的气体浓度配比装置包括控制单元、A/D转换器、D/A转换器、质量流量控制器、人机界面、触摸屏接口、气源，人机界面通过触摸屏接口与控制单元相连接，控制单元通过A/D转换器采集质量流量控制器输出的模拟量信号，控制单元将设定好的数值指令通过D/A转换器发送到质量流量控制器，气源经管路连接质量流量控制器，形成混合气体；

上述质量流量控制器包括减压阀，质量流量计，混气室。气源通过气路经减压阀与质量流量计相连通，并在混气室内予以混合。

控制单元通过A/D转换器采集质量流量计输出的模拟量信号，将采集的模拟量信号和D/A转换器输出的信号进行比较，形成一个闭环控制。

上述控制单元使用MCS51单片机作为控制器。

上述A/D转换器采用MCP3204 A/D芯片来计量输入的模拟量。

上述D/A转换器采用TLC5638 D/A芯片将要输出的气体流量值变换成标准电压信号。

上述人机界面使用触摸屏作为显示和输入。

    上述气源采用两种不相互反应的N2和CO2气体作为配比气体。

本发明的工作原理及操作程序：

本设计使用热法直接式质量流量计来测量流量。利用质量流量计来配比气体的浓度就是利用了质量流量计的毛细管温差量热原理。即使热敏电阻阻值产生不同改变，测量电桥输出一个差值信号，此信号的大小与流过传感器的质量流量成正比。来控制质量流量计的开度进而控制流过质量流量计的气体的流量，从而达到控制混合混合气体的浓度的目的。