专利名称：多通道动态配气仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于绝缘电气设备的绝缘状态在线监测技术领域，尤其涉及一种多通道动态配气仪。
背景技术：
对六氟化硫(SF6)气体分解产物的分析是目前国内六氟化硫电气设备监督的热点研究项目，而对上述分解产物进行分析的过程中，准确地对各种分解产物进行定量检测是目前的一项难题。要解决这一难题，首先要解决六氟化硫气体分解产物的相关分析仪器的校准和检测问题。六氟化硫气体的分解产物存在多种浓度比例结构，即具体地，其分解产物包括多种物质，且各种物质会以不同的浓度比例结构构成不同组成比例的六氟化硫气体分解产物。因此，需要多通道动态配气设备能在实验室配制出更复杂、更趋近现场实际情况要求的SF6分解产物气体，来更好地满足六氟化硫气体分解产物的相关分析仪器的校准和检测需要。国内现有的多通道动态配气设备，如申请号为201220086166.6的专利，公开了一种动态配气仪，其主要包括第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道、第四进气通道、第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、第三质量流量控制器、第四质量流量控制器、气体混合管路、样气输出通道端、分流排空通道端。但上述动态配气仪仅有四个气体通道，且其中包括稀释气通道，因而只能实现4路气体的配气，具体在针对六氟化硫分解产物进行配气时，只能完成分解产物中三种气体的混合稀释，无法完成更复杂气体的配气工作，从而无法满足针对六氟化硫分解产物包括多达8种气体的分解产物的配气需求、无法满足六氟化硫气体分解产物的相关分析仪器的校准和检测需要。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多通道动态配气仪，以实现更多路，具体如9路气体的动态配气、能在实验室配制出更复杂、更趋近现场实际情况要求的SF6分解产物气体，从而满足六氟化硫气体分解产物的相关分析仪器的校准和检测需要，为进一步完善评估SF6电气设备绝缘状态提供可靠的实验基础。为此，本实用新型采用如下技术方案:一种多通道动态配气仪，包括:主控模块；与所述主控模块相连的，用于为所述主控模块提供时序脉冲信号的时钟模块；N个进气口，所述N为大于或等于9的自然数；与所述主控模块相连的，用于为配气过程提供气体通道，以及用于在所述主控模块控制下调整配气过程中气体通道内的气体流量，以配制出所需的混合气体的N个质量流量控制器MFC，其中，所述N个MFC分别与所述N个进气口 一对一连接；[0012]与所述N个质量流量控制器MFC同时相连的，用于输出配制的混合气体的气体输出口。优选的，所述多通道动态配气仪，还包括与所述主控模块相连的，用于为所述主控模块提供数据存储功能的数据存储模块，其中:所述主控模块具体通过数据线与所述数据存储模块相连。优选的，所述多通道动态配气仪，还包括与所述主控模块相连的，用于提供人机交互功能的数据输入及显示模块，其中:所述主控模块具体通过RS232串口与所述数据输入及显示模块相连；所述数据输入及显示模块包括液晶显示器IXD。优选的，所述多通道动态配气仪，还包括与所述主控模块相连的串口通信模块，所述主控模块通过所述串口通信模块与所述N个MFC相连，其中:所述串口通信模块具体包括RS485串口。优选的，所述多通道动态配气仪，还包括:与所述主控模块相连的控制系统电源模块及与N个MFC相连的MFC电源模块。优选的，所述多通道动态配气仪，还包括与所述N个进气口中的每一进气口一对一连接的N个气路，所述N个进气口分别通过所述N个气路与所述N个MFC —对一相连；所述N具体为9。优选的，所述多通道动态配气仪，还包括与所述N个MFC同时相连的，用于显示配制的混合气体的流量的流量计。优选的，所述多通道动态配气仪，还包括:与所述N个MFC相连的，用于排空所述N个MFC内的气体的排空口 ；连接于所述N个MFC及所述排空口之间的，用于调节排空气体的流速的调节阀。优选的，所述主控模块包括主控MCU，所述主控MCU具体采用C8051F020单片机。优选的，所述时钟模块采用PCF8563时钟芯片，所述PCF8563时钟芯片通过I2C总线与所述C8051F020单片机的时钟输入端连接。本实用新型实施例提供的多通道动态配气仪包括了主控模块、用于为所述主控模块提供时序脉冲信号的时钟模块、N个进气口，所述N为大于或等于9的自然数、用于为配气过程提供气体通道，且用于在所述主控模块控制下，调整配气过程中气体通道内的气体流量，以配制出所需的混合气体的N个质量流量控制器MFC、以及用于输出配制的混合气体的气体输出口。由于本实用新型包括至少9个MFC，可以实现9路气体的动态配气，从而满足了针对六氟化硫分解产物包括多达8种气体的分解产物的配气需求，满足了六氟化硫气体分解产物的相关分析仪器的校准和检测需要，为进一步完善评估SF6电气设备绝缘状态提供了可罪的实验基础。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0031]图1是本实用新型实施例一提供的多通道动态配气仪的一种结构示意图；图2是本实用新型实施例二提供的多通道动态配气仪的另一种结构示意图；图3是本实用新型实施例三提供的多通道动态配气仪的又一种结构示意图；图4是本实用新型实施例三提供的多通道动态配气仪的局部构造图；图5是本实用新型实施例四提供的利用多通道动态配气仪实现动态配气的过程流程图。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结解释如下:MFC:Mass Flow Controller,即质量流量控制器,其不但具有质量流量计的功能，更重要的是，它能自动控制气体流量，即用户可根据需要进行流量设定，MFC自动地将流量恒定在设定值上，即使系统压力有波动或环境温度有变化，也不会使其偏离设定值。简单地说，质量流量控制器就是一个稳流装置，是一个可以手动设定或与计算机联接自动控制的气体稳流装置。PTFE:Polytetraf Iuoroethene,聚四氟乙烯，一般称作“不粘涂层”或“易洁镬物料”，是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，亦成为了易洁镬和水管内层的理想涂料。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型公开了一种多通道动态配气仪，以下将通过多个实施例对本实用新型的多通道动态配气仪进行详细介绍。实施例一本实用新型实施例一公开了多通道动态配气仪的一种结构，请参见图1，该多通道动态配气仪包括时钟模块100、主控模块200、N个进气口 300、N个质量流量控制器MFC400以及气体输出口 500，其中:时钟模块100,与主控模块200相连,用于为主控模块200提供时序脉冲信号。主控模块200用于在时钟模块100提供的提供时序脉冲信号的基础上提供集中控制功能，通过对多通道动态配气仪的相应组成部分如MFC进行控制，使各组成部分协调完成动态配气过程。主控模块200通过主控MCU实现其功能，本实施例中，主控MCU具体选用C8051R)20单片机，C8051R)20单片机内部集成A/D (Analog/Digital,模拟/数字)和D/A (Digital/Analog，数字/模拟)转换电路，该A/D和D/A转换电路用来完成C8051F020单片机的数据采集所需的转换。时钟模块100具体采用PCF8563时钟芯片，且通过I2C总线与C8051F020单片机的时钟输入端连接相连，用于为C8051F020单片机提供时序脉冲信号，并实现时间显示功能。N个质量流量控制器MFC400，与主控模块200相连，用于为配气过程提供气体通道，并尽量减小吸附等因素对硫化物的影响，以及用于在主控模块200控制下调整配气过程中气体通道内的气体流量，以配制出所需的混合气体，其中，N个MFC400分别与N个进气口 300 —对一连接。目前，市购的MFC可以在0.5 3MPa的输入压力、5°C 45°C的环境下工作，实施本实用新型时，为保证各路气体通道流量的准确性，进而保证动态配气过程的精确性，宜选用在2 5000mL/min的范围内误差不超过2%的MFC。本实施例中，具体采用选择9个MFC以及对应采用9个进气口，即本实用新型包括Γ9号MFC及1、号进气口，其中，8个MFC提供标准气体通道，即8个MFC针对六氟化硫分解产物中的8种物质分别为该8种物质的标准气体提供8路动态配气通道；1个MFC提供稀释气通道，即为配气时，需要被稀释的六氟化硫分解产物气体提供通道。上述各MFC通过依次连接的经过内壁处理的不锈钢管路、三通接口以及PTFE管路连接至气体输出口 500。气体输出口 500，与N个质量流量控制器400同时相连，用于输出配制的混合气体。本实用新型实施例提供的多通道动态配气仪包括了主控模块200、用于为主控模块200提供时序脉冲信号的时钟模块100、N个进气口，所述N为大于或等于9的自然数、用于为配气过程提供多路气体通道，且用于在主控模块200控制下，调整配气过程中气体通道内的气体流量，以配制出所需的混合气体的N个质量流量控制器MFC400、以及用于输出配制的混合气体的气体输出口 400。在需要配制某一浓度比例结构的混合气体时，启动本实用新型的多通道动态配气仪，主控模块200在时钟模块100提供的时序脉冲信号下对本实用新型进行集中控制，当通过N个 进气口 300对N个MFC400输入标准气体或需要被稀释的气体时，主控模块200控制N个MFC400分别对其内的标准气体或需被稀释的气体进行流量控制，从而配置出所需浓度比例结构的混合气体，最后通过气体输出口 500将配制的混合气体输出。可见，由于本实用新型包括至少9个MFC，其可以实现9路气体的动态配气，从而满足了针对六氟化硫分解产物包括多达8种气体的分解产物的配气需求，满足了六氟化硫气体分解产物的相关分析仪器的校准和检测需要，为进一步完善评估SF6电气设备绝缘状态提供了可罪的实验基础。实施例二本实用新型实施例二公开了多通道动态配气仪的另一种结构，请参见图2，其在实施例一公开的多通道动态配气仪的结构基础之上，还包括数据输入及显示模块600、数据存储模块700、串口通信模块800、控制系统电源模块900及MFC电源模块1000，其中:数据输入及显示模块600，与主控模块200相连，用于提供人机交互功能。具体地，数据输入及显示模块600通过RS232串口与主控模块200相连接，该数据输入及显示模块600具有数据输入及显示功能，用来显示本实用新型的相应参数及输入设置值，如输入及显示配气参数、显示时间、MFC调零设置数据等。用户可在数据输入及显示模块600输入配气参数，进而主控模块200获取用户输入的配气参数后，依据该配气参数指示各MFC对其内的标准气体进行流量控制，从而配制出符合配气参数的混合气体。数据输入及显示模块600还可对主控模块200从时钟模块100获取的时间进行显示，即具体地，C8051F020单片机对时钟模块100进行操作，并把时间信息显示在数据输入及显示模块600上。[0057]本实施例中，输入及显示模块600具体采用800x600LCD (Liquid CrystalDisplay,液晶显示器)进行显示。数据存储模块700，与主控模块200相连，用于为主控模块200提供数据存储功能。数据存储模块700具体通过数据线与主控模块200相连，用于存储主控模块200的相应数据，如配气参数数据、时间数据等，为主控模块200调用或多次调用这些数据提供便利。数据存储模块700包括存储器，存储器的种类和大小可依实际存储需求而定。串口通信模块800，与主控模块200相连。 串口通信模块具体包括RS485串口，主控模块200通过RS485串口与N个MFC相连。控制系统电源模块900，与主控模块200相连，用于为主控模块200提供电源。MFC电源模块1000，与N个MFC相连，用于为N个MFC提供电源。具体地，控制系统电源模块900及MFC电源模块1000可以是一次性电池供电电路、可连续使用的充电电池电路或外部电源电路中的任意一种或几种。本实施例二中多通道动态配气仪的其他组成部分与实施例一提供的多通道动态配气仪完全相同，具体请参照实施例一的相关部分介绍，此处不再赘述。实施例三本使用新型实施例三在上述两个实施例的基础上，公开了多通道动态配气仪的又一种结构，请参见图3，其包括了实施例二中多通道动态配气仪的各个组成部分，在此基础上，还包括N个气路1100、流量计1200、排空口 1300及调节阀1400，其中:N个气路1100中的每一气路分别连接于相应的进气口和MFC之间，即N个气路1100中的每一气路与N个进气口 300中的每一进气口一对一连接，N个进气口 300分别通过N个气路1100与N个MFC400 —对一相连，组成N个独立的气体通路，本实施例中，N具体为9，从而可以实现9路气体的动态配气。流量计1200,与N个MFC同时相连,用于显示配制的混合气体的流量。排空口 1300，与N个MFC相连，用于排空N个MFC内的气体。调节阀1400，连接于N个MFC及排空口 1300之间，用于调节排空气体的流速。具体地，请参见图4，图4示出了多通道动态配气仪的局部构造，其中，标号1、2、3、
4、5分别表示1、号进气口、气体输出口、流量计、调节阀和排空口。N个MFC的一端分别通过经过内壁处理的不锈钢管路6、三通接口 7、以及特殊材料的PTFE管路8接至流量计3及调节阀4，N个MFC的另一端分别通过相应气路连接至相应的进气口 I。通过本实施例提供的流量计可在输出配制的混合气体时，方便地了解到混合气体的流量；在配气结束时，通过调节阀以及排空口可方便地按照需要的流速将N个MFC内的气体排空。本实施例三中的多通道动态配气仪以实施例二为基础，其包括的其他组成部分与实施例二提供的多通道动态配气仪完全相同，具体请参见实施例二的相关部分介绍，此处不再祥述。实施例四本实用实施例四在以上三个实施例的基础上，公开了利用多通道动态配气仪实现动态配气的过程，请参见图5，该过程具体包括以下步骤:[0077]S1:开机并调零。首先开启多通道动态配气仪，开机以后多通道动态配气仪开始自动预热，之后自动调整各个MFC的零点，当用户对自动调零的调整结果不满意时，可手动在数据输入及显示模块的“预热调零”页面重复调零，直至满意为止。S2:向进气口接入配气所需的标准气体、被稀释气体。打开气瓶的阀门，将配气所需的SF6分解产物中相应物质对应的标准气体及被稀释气体连接至多通道动态配气仪的N个进气口的某几个，并将气瓶减压阀出口调整为
0.5 3MPa。具体地，根据配气所需的标准气体的种类数确定需要接入的进气口数，如具体可依据实际需求将相应的标准气体及被稀释气体接入2个进气口、9个进气口、4个进气口等。S3:设置配气参数。具体地，在多通道动态配气仪的数据输入及显示模块中进入其“动态配气”页面，输入配制所需混合气体需要的各标准气体以及被稀释气体的名称和浓度，并确认。S4:进行动态配气。设置好配气参数并确认后，数据输入及显示模块将配气参数传输至主控MCU，主控MCU首先控制实现对多通道动态配气仪的从进气口到气体输出口的气路进行吹扫，以尽量减少气路内残余水分，从而降低水分对配气过程中硫酰氟类气体的影响，且可以在尽量短的时间内达到平衡状态，完成吹扫过程。之后，主控MCU根据配气参数通过串口通信模块向对应的MFC发出相应控制指令，控制MFC调整其内气体的流量，从而通过控制各MFC对各路气体流量的比值调整实现气体的稀释、混合过程，实现多路动态配气。S5:输出配制的混合气体。在进行配气约10分钟后，所需浓度的混合气体开始从气体输出口输出。综上，本实用新型通过包括至少9个MFC，可实现9路气体的动态配气，从而满足了针对六氟化硫分解产物包括多达8种气体的分解产物的配气需求，满足了六氟化硫气体分解产物的相关分析仪器的校准和检测需要。本实用新型可广泛用于SF6气体绝缘电气设备在线监测领域，特别适用于SF6气体分解组分标准气体的配制，为科研、教学、研究院所、设备制造厂家及电力系统中对SF6气体绝缘电气设备在线状态检测的理论分析和应用研究提供了一种简单易用的标准物质生成平台。需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种多通道动态配气仪，其特征在于，包括: 主控模块； 与所述主控模块相连的，用于为所述主控模块提供时序脉冲信号的时钟模块； N个进气口，所述N为大于或等于9的自然数； 与所述主控模块相连的，用于为配气过程提供气体通道，以及用于在所述主控模块控制下调整配气过程中气体通道内的气体流量，以配制出所需的混合气体的N个质量流量控制器MFC，其中，所述N个MFC分别与所述N个进气口一对一连接； 与所述N个质量流量控制器MFC同时相连的，用于输出配制的混合气体的气体输出口。
2.根据权利要求1所述的多通道动态配气仪，其特征在于，还包括与所述主控模块相连的，用于为所述主控模块提供数据存储功能的数据存储模块，其中: 所述主控模块具体通过数据线与所述数据存储模块相连。
3.根据权利要求1所述的多通道动态配气仪，其特征在于，还包括与所述主控模块相连的，用于提供人机交互功能的数据输入及显示模块，其中: 所述主控模块具体通过RS232串口与所述数据输入及显示模块相连； 所述数据输入及显示模块包括液晶显示器IXD。
4.根据权利要求1所述的多通道动态配气仪，其特征在于，还包括与所述主控模块相连的串口通信模块，所述主控模块通过所述串口通信模块与所述N个MFC相连，其中: 所述串口通信模块具体包括RS485串口。
5.根据权利要求1所述的多通道动态配气仪，其特征在于，还包括:与所述主控模块相连的控制系统电源模块及与N个MFC相连的MFC电源模块。
6.根据权利要求1所述的多通道动态配气仪，其特征在于，还包括与所述N个进气口中的每一进气口一对一连接的N个气路，所述N个进气口分别通过所述N个气路与所述N个MFC —对一相连； 所述N具体为9。
7.根据权利要求1所述的多通道动态配气仪，其特征在于，还包括与所述N个MFC同时相连的，用于显示配制的混合气体的流量的流量计。
8.根据权利要求1所述的多通道动态配气仪，其特征在于，还包括: 与所述N个MFC相连的，用于排空所述N个MFC内的气体的排空口 ； 连接于所述N个MFC及所述排空口之间的，用于调节排空气体的流速的调节阀。
9.根据权利要求1所述的多通道动态配气仪，其特征在于，所述主控模块包括主控MCU，所述主控MCU具体采用C8051F020单片机。
10.根据权利要求9所述的多通道动态配气仪，其特征在于，所述时钟模块采用PCF8563时钟芯片，所述PCF8563时钟芯片通过I2C总线与所述C8051F020单片机的时钟输入端 连接。
专利摘要本申请公开了一种多通道动态配气仪，包括主控模块；用于为主控模块提供时序脉冲信号的时钟模块；N个进气口，所述N为大于或等于9的自然数；用于为配气过程提供多路气体通道，以及用于在主控模块控制下，调整配气过程中气体流量，以配制出所需的混合气体的N个质量流量控制器MFC；与N个MFC同时相连，用于输出配制的混合气体的气体输出口。由于本申请包括至少9个MFC，可以实现9路气体的动态配气，从而满足了针对六氟化硫分解产物包括多达8种气体的分解产物的配气需求，满足了六氟化硫气体分解产物的相关分析仪器的校准和检测需要，为进一步完善评估SF6电气设备绝缘状态提供了可靠的实验基础。
文档编号B01F3/02GK203075910SQ20132005589
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者苗玉龙, 邱妮, 姚强, 张继菊 申请人:重庆市电力公司电力科学研究院, 国家电网公司