[发明专利]一种高精度标准气体动态混配系统及配比精度控制方法

说明书

一种高精度标准气体动态混配系统及配比精度控制方法，所述的系统由原料气输送、电气控制、DCS/PLC组态实时控制、抽真空系统四部分构成；所述的原料气输送部分包括：多个与集装汇流排储气装置连接的原料组分气输入端口、平衡气输入端口，原料组分气输入端口和平衡气输入端口分别相接各自的压力表和高纯气体过滤装置；所述电气控制和DCS/PLC组态实时控制部分包括设置在原料组分气输送管路上的组分气质量流量控制器、计量电子天平、DCS/PLC组态控制器以及输送管路上的气动隔膜阀，所述的组分气质量流量控制器反馈组分气流率信息，所述的DCS/PLC组态控制器连接压力传感器和温度传感器并作为信号反馈点，以组分气充装压力和充装质量作为模糊PID反馈控制输入参数；它适用于工业化标准气生产，具有配制精度相对误差小、标准气配制合格率高等特点。

技术领域

本发明涉及的是一种高精度标准气体的动态混配系统及配比精度控制方法，具体来说是通过该配气装置和相应的控制方法来动态实现各种高要求标准气体的配制，即用已知浓度的原料气与稀释气按气体质量和充装压力双向校准原则，依次充入到钢瓶中，实现合格标准气的配制。

背景技术

目前，工业级别标准气配制方法主要有两种：一次配制法和中间气稀释法。一次配制法是把计算所得的组分气量加入规定容积的钢瓶容器中，再充入平衡气体，混匀制得。标准气所加组分气量可根据标准气浓度、压力和温度计算得到。但是由于标准气浓度一般较低，特别是配制ppm级浓度标准气时，由于目前设备多为人工操作、自动化程度不高等原因，常常导致标准气中各组分气配比精度存在较大相对误差。

对于标准气用量较大场合或工业级标准气生产，一次配制法由于配气精度低、设备自动化程度低等原因无法满足生产要求，需要采用中间气稀释法。中间气稀释法通过纯组分气配比稀释成百分比中间稀释气，然后以百分比中间稀释气作为原料气再次配比，得到满足要求的标准气。中间气稀释法能批量生产合格标准气，废品率低，尤其适用于配制ppm级标准气。但是，由于现有中间气稀释标准气配制设备自动化程度不高、且对操作工人的依赖性较强，标准气配制合格率随着生产排班变化有较大起伏，因此限制了中间气稀释法工业化生产标准气。

发明内容

本发明的目的在于针对目前标准气配制技术存在的问题，提供一种适用于工业化标准气生产、配制精度相对误差小、标准气配制合格率高的高精度标准气体动态混配系统及配比精度控制方法。

为实现本发明的目的，本发明所述的一种高精度标准气体动态混配系统，由原料气输送、电气控制、DCS/PLC组态实时控制、抽真空系统四部分构成；

所述的原料气输送部分包括：多个与集装汇流排储气装置短距离连接的原料组分气输入端口、平衡气输入端口，原料组分气输入端口和平衡气输入端口分别相接各自的压力表和高纯气体过滤装置；

电气控制和DCS/PLC组态实时控制部分包括设置在原料组分气输送管路上的组分气质量流量控制器MFC、计量电子天平、DCS/PLC组态控制器以及输送管路上的气动隔膜阀，所述的组分气质量流量控制器MFC反馈组分气流率，所述的DCS/PLC组态控制器连接压力传感器和温度传感器并作为信号反馈点，以组分气质量流率和充装质量作为模糊PID反馈控制输入参数；DCS/PLC组态控制器模糊PID控制策略分别控制质量流量控制器MFC和输送管路上的气动隔膜阀，并通过原料气充装压力和充入钢瓶气体质量两个输入参数控制质量流量控制器MFC和输送管路上的气动隔膜阀动作；

抽真空系统部分包括真空泵、真空电阻规、原料气安全排放口和真空切断阀，在输送管路的前部、中部和充装端部分别设置有真空抽口，并通过真空电阻规测量输送管路的真空度，并由所述真空电阻规输出信号控制真空切断阀动作，进行系统间歇抽真空。

作为优选：所述的原料气输送部分还包括一用于补偿充装管道的应力对配气精度影响的、主要由一毛细螺旋盘管构成的充装管路反应力装置；所述的毛细螺旋盘管连接在原料气输送管路与钢瓶快插接头之间的充装管路上，并通过托架和盘管悬臂固定安装在钢化玻璃盒子内；