具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一气源装置称为第二气源装置，且类似地，可将第二气源装置称为第一气源装置。第一气源装置和第二气源装置两者都是气源装置，但其不是同一气源装置。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

标准气体的混合配气装置是相关试验和生产中会遇到的一个实验装置。一般情况下，需要配置的混合气体输出浓度都是比较高的，对于这种浓度较高的混气，现有的混合配气装置即可满足要求。但是对于一些需要用到很低浓度且要求能持续稳定输出的混气场合，现有混合配气装置的输出气体稳定性和精确度往往比较差。申请人研究后发现，造成这种问题的原因是：在进行低浓度混合配气时，混合出的气体容易产生紊流，而这种紊流叠加外界大气的影响，容易造成气体波动，进而导致输出气体稳定性和精确度变差。基于此，本申请提出了一种新型的混合配气装置和系统，通过配置单向阀连接后端用气设备，可以降低外界大气对低浓度混合气体的影响，减少气体浓度波动，提高低浓度混气的配气精度，进而扩展混合配气装置的应用场景。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种混合配气装置，包括第一气源装置1、第一减压装置2、第一流量控制装置3、第二气源装置4、第二减压装置5、第二流量控制装置6、气体混合装置7、第一电磁阀8、气体浓度检测装置9、第二电磁阀10和单向阀11。第一气源装置1、第一减压装置2和第一流量控制装置3依次连接；第二气源装置4、第二减压装置5和第二流量控制装置6依次连接；气体混合装置7、第一电磁阀8、第二电磁阀10和单向阀11依次连接；第一电磁阀8还连接气体浓度检测装置9。气体混合装置7连接第一流量控制装置3和第二流量控制装置4。单向阀11连接后端用气设备。第一减压装置2、第一流量控制装置3、第二减压装置5、第二流量控制装置6、第一电磁阀8、气体浓度检测装置9、第二电磁阀10和单向阀11均连接控制装置。

其中，第一气源装置1和第二气源装置4可以是包含储气装置和气路通路的装置，也可以仅为连接气站的气路通路。第一减压装置2和第二减压装置5是包含一个或多个减压阀，可以将高压气体减压至目标气压，以便处理和使用。多个减压阀的连接方式并不唯一，例如可以是并联、串联或混联。减压阀的类型也不唯一，例如可以是薄膜式减压阀、弹簧薄膜式减压阀、活塞式减压阀、杠杆式减压阀或波纹管式减压阀等。在一个实施例中，第一减压装置2和第二减压装置3均为单极减压阀，不仅成本低，且内部配置过滤器，可以保护提动头不受外部污染。进一步的，在一个实施例中，单极减压阀的输入口和输出口均带有压力表，可以便于用户及时读取压力信息，提高工作便利性。此外，在一个实施例中，单极减压阀的输出口连接有内径6mm的软管接头，输出压力最高为0.4MPa，可以避免因输出压力过大而引起安全事故。

第一流量控制装置3和第二流量控制装置6是可以实现气体流量控制的装置。该流量控制装置的类型可以是体积流量控制装置或质量流量控制装置。在一个实施例中，第一流量控制装置3和第二流量控制装置6均为质量流量控制装置，不仅可以直接测量通过流量计的流体的质量流量，还可测量流体的密度和温度，这样，就可以克服体积流量计算时，因温度变化引起流体密度变化带来的测量误差，有利于提高流量控制的准确度。进一步的，该质量流量控制装置的类型并不唯一，例如可以是电磁流量计、超声流量计或科里奥利式流量计等。在一个实施例中，质量流量控制装置为准确度≤±1％F.S.、线性度≤±0.5％F.S.、重复精度≤±0.2％F.S.、响应时间≤1sec、耐压值≥3MPa且漏气率≤1×10^-10Pa·m3/sec的质量流量控制装置，具有高准确度、高线性度、高重复精度、响应时间短、漏气率低和耐压性好的优点，可以满足高精度混合配气要求。

气体混合装置7是指能用于两种及以上气体混合的装置，该气体混合装置7可以为动态混合器或静态混合器。在一个实施例中，气体混合装置7为静态混合器，通过内部扰流片破坏进入其内部的混合气体的紊流，避免因紊流造成混合气体的疏密分布，进而影响到后续模块气体浓度的检测结果，同时也有利于提高输出气体浓度的稳定性。

第一电磁阀8和第二电磁阀10是可以调整流体流动方向、流量等参数的装置，该电磁阀，可以是分布直动式电磁阀或先导式电磁阀。单向阀11又称止回阀或逆止阀，是可以防止流体逆向流动的阀体。该单向阀，可以是直通式单向阀或直角式单向阀。在一个实施例中，单向阀11的导通压力为0.05MPa，可以确保混合配气浓度低的情况下(例如低于1ppm)输出稳定，减少外界大气对低浓度混合气体的影响，为后续极端试验或生产创造条件。

具体的，第一气源装置1和第二气源装置4分别用于引入目标气体和背景气体，气体浓度检测装置9用于检测目标气体的浓度。为确保混气精度，目标气体和背景气体均使用浓度为99.999％的标准气体。以第一气源装置1用于引入目标气体，第二气源装置4用于引入背景气体的情况为例。开始配气时，控制装置通过控制第一减压装置2和第二减压装置5，使目标气体和背景气体分别以额定压力进入对应的流量控制装置。在一个实施例中，目标气体和背景气体均以相同的额定压力进入对应的流量控制装置，以简化控制过程。该额定压力的数值并不唯一，例如可以是1.1bar、1.2bar或1.3bar。控制装置再获取目标浓度，并根据目标浓度调整第一流量控制装置3和第二流量控制装置4的工作参数。目标气体和背景气体分别经过对应的流量控制装置后，到达气体混合装置7，充分混合后，通过第一电磁阀8到达气体浓度检测装置9，进行目标气体浓度检测。当目标气体浓度达到目标浓度时，控制装置调整第一电磁阀8、第二电磁阀10和单向阀11的工作模式，使混合气体依次通过第一电磁阀8和第二电磁阀10，再经由单向阀11排出至后端用气设备。可以理解，气体浓度检测装置9的混合气体，可以通过抽气装置排出。

进一步的，在供气过程中，控制装置还可以实时获取气体浓度检测装置9的浓度检测结果，并根据浓度检测结果动态调整第一流量控制装置3和第二流量控制装置4的工作参数，以提高输出混合气体的浓度稳定性。

此外，还可以在混合气体进入气体浓度检测装置9前，由控制装置调整第一减压装置2和第一流量控制装置3的工作参数，提前通入额定浓度的目标气体，使得混合气体的可检测浓度下限得以提升。比如，提前通入浓度为1ppm的目标气体，这时如果混合气体中的目标气体检测浓度达到1.1ppm，扣除掉提前通入的1ppm浓度的目标气体，相当于可检测的浓度下限提升到0.1ppm，以实现混合配气装置的升级。

上述混合配气装置，配置单向阀连接后端用气设备，可以降低外界大气对低浓度混合气体的影响，减少气体浓度波动，提高低浓度混气的配气精度，有利于扩展混合配气装置的应用场景。全过程自动反馈闭环控制，无人为影响干扰；目标气体和背景气体只需一个腔体就完成了气体的混合，而且电磁阀的使用数量也很少，气路也非常简单，结构简单，体积小巧，生产制造成本低，重量轻，便于携带，相关培训和操作都非常方便，可以提高使用便利性。

在一个实施例中，如图2所示，气体浓度检测装置9还连接第二电磁阀10。

具体的，气体浓度检测装置9还连接第二电磁阀10，通过对第一电磁阀8和第二电磁阀10工作模式的控制，可以形成第一电磁阀8-气体浓度检测装置9、第一电磁阀8-气体浓度检测装置9-第二电磁阀10，以及第一电磁阀8-第二电磁阀10这三条不同的气体通路，在配气过程中，可以根据需要进行气体通路的选择。在配气过程中，可以选择第一电磁阀8-气体浓度检测装置9-第二电磁阀10这一气体通路，动态测量混合气体浓度，对应进行第一流量控制装置3和第二流量控制装置4工作参数的调整，有利于提高控制精度。

在一个实施例中，第一电磁阀8和第二电磁阀10均为二位五通电磁阀；第一电磁阀8的两个工作位置分别连接气体浓度检测装置9和第二电磁阀10；第二电磁阀10的两个工作位置分别连接气体浓度检测装置9和第一电磁阀8。

其中，二位是指电磁阀阀芯工作位置有两个；五通是指电磁阀有五个气管接口。整个电磁阀可分为两部分：阀体部分和控制阀芯部分，阀体部分包括左端盖，阀体壳，阀芯，右端盖；控制阀芯部分包括电磁阀线圈，控制阀芯，端盖螺母。如图1和图2所示，该二位五通电磁阀的阀芯进出口双向导通，即阀内箭头不指代气流方向；P1和P2分别为二位五通阀两侧的电磁铁。

具体的，当目标浓度低于预设值(例如1ppm)时，通过二位五通电磁阀的切换，可以使检测器内气体流速减少至极低，进一步消除了低浓度下气流波动对检测稳定性的影响。其具体操作为：开始配气时，控制装置控制第一电磁阀8左侧电磁铁P1处在开启状态，第二电磁阀10右侧电磁铁P2处在开启状态，此时混合气体经第一电磁阀8进入气体浓度检测装置9，再经第二电磁阀10排出。

当混合气体中目标气体浓度检测值趋于稳定时，控制装置关闭第一电磁阀8左侧电磁铁P1，开启右侧电磁铁P2，同时关闭第二电磁阀10右侧电磁铁P2，开启左侧电磁铁P1。此时，混合气体经第一电磁阀8后不再进入气体浓度检测装置9，直接经第二电磁阀10排出，而气体浓度检测装置9的气室在第一电磁阀8和第二电磁阀10两侧发生闭锁，这样可以减少气流的波动对检测结果的影响。

上述实施例中，第一电磁阀8和第二电磁阀10均为二位五通电磁阀，在目标浓度低的情况下，通过第一电磁阀8和第二电磁阀10的工作模式切换，可以减少气流波动对检测结果的影响，有利于提高检测精度。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种混合配气系统，包括控制装置100和上述的混合配气装置200；控制装置100连接混合配气装置200。

其中，控制装置100可以是包含各类处理芯片及其外围电路，具备逻辑运算功能的硬件模块。该处理芯片，可以是单片机、DSP(Digital Signal Process，数字信号处理)芯片或FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)芯片。

具体的，如上文所述，控制装置100具体连接混合配气装置200中的第一减压装置2、第一流量控制装置3、第二减压装置5、第二流量控制装置6、第一电磁阀8、气体浓度检测装置9、第二电磁阀10和单向阀11。开始配气时，控制装置100通过控制第一减压装置2和第二减压装置5，使目标气体和背景气体分别以额定压力进入对应的流量控制装置。在一个实施例中，目标气体和背景气体均以相同的额定压力进入对应的流量控制装置，以简化控制过程。该额定压力的数值并不唯一，例如可以是1.1bar、1.2bar或1.3bar。控制装置100再获取目标浓度，并根据目标浓度调整第一流量控制装置3和第二流量控制装置4的工作参数。目标气体和背景气体分别经过对应的流量控制装置后，到达气体混合装置7，充分混合后，通过第一电磁阀8到达气体浓度检测装置9，进行目标气体浓度检测。当目标气体浓度达到目标浓度时，控制装置100调整第一电磁阀8、第二电磁阀10和单向阀11的工作模式，使混合气体依次通过第一电磁阀8和第二电磁阀10，再经由单向阀11排出至后端用气设备。可以理解，气体浓度检测装置9的混合气体，可以通过抽气装置排出。

进一步的，在供气过程中，控制装置100还可以实时获取气体浓度检测装置9的浓度检测结果，并根据浓度检测结果动态调整第一流量控制装置3和第二流量控制装置4的工作参数，以提高输出混合气体的浓度稳定性。

此外，还可以在混合气体进入气体浓度检测装置9前，由控制装置100调整第一减压装置2和第一流量控制装置3的工作参数，提前通入额定浓度的目标气体，使得混合气体的可检测浓度下限得以提升。比如，提前通入浓度为1ppm的目标气体，这时如果混合气体中的目标气体检测浓度达到1.1ppm，扣除掉提前通入的1ppm浓度的目标气体，相当于可检测的浓度下限提升到0.1ppm，以实现混合配气装置200的升级。

上述混合配气系统，配置单向阀连接后端用气设备，可以降低外界大气对低浓度混合气体的影响，减少气体浓度波动，提高低浓度混气的配气精度，有利于扩展混合配气系统的应用场景。全过程自动反馈闭环控制，无人为影响干扰；目标气体和背景气体只需一个腔体就完成了气体的混合，而且电磁阀的使用数量也很少，气路也非常简单，结构简单，体积小巧，生产制造成本低，重量轻，便于携带，相关培训和操作都非常方便，可以提高使用便利性。

在一个实施例中，如图4所示，混合配气系统还包括显示装置300，该显示装置300连接控制装置100。其中，显示装置300可以是各类显示屏或触控屏，可以对混合配气系统的运行状态及各部件的工作参数进行显示。例如，混合配气装置200的气路通路，第一流量控制装置3和第二流量控制装置6的流量值，以及气体浓度检测装置9检测得到的目标气体浓度等。

上述实施例中，配置显示装置300对混合配气系统的运行状态及各部件的工作参数进行显示，可以便于工作人员及时获取混合配气系统的运行状态，提高使用便利性。

为便于理解，下面结合图2和图4，对混合配气系统进行详细说明。

在一个实施例中，如图4所示，混合配气系统包括控制装置100，以及连接控制装置100的混合配气装置200和显示装置。如图2所示，混合配气装置200包括第一气源装置1、第一减压装置2、第一流量控制装置3、第二气源装置4、第二减压装置5、第二流量控制装置6、气体混合装置7、第一电磁阀8、气体浓度检测装置9、第二电磁阀10和单向阀11。第一气源装置1、第一减压装置2和第一流量控制装置3依次连接；第二气源装置4、第二减压装置5和第二流量控制装置6依次连接；气体混合装置7、第一电磁阀8、第二电磁阀10和单向阀11依次连接；第一电磁阀8还连接气体浓度检测装置9。气体混合装置7的入气口连接第一流量控制装置3和第二流量控制装置4的出气口；气体混合装置7的出气口连接第一电磁阀8；气体浓度检测装置9还连接第二电磁阀10。单向阀11连接后端用气设备。第一减压装置2、第一流量控制装置3、第二减压装置5、第二流量控制装置6、第一电磁阀8、气体浓度检测装置9、第二电磁阀10和单向阀11均连接控制装置100。

进一步的，第一减压装置2和第二减压装置3均为单极减压阀。单极减压阀的输入口和输出口均带有压力表，且输出口连接有内径6mm的软管接头，输出压力最高为0.4MPa。第一流量控制装置3和第二流量控制装置6均为质量流量控制装置。质量流量控制装置的参数为：准确度≤±1％F.S.、线性度≤±0.5％F.S.、重复精度≤±0.2％F.S.、响应时间≤1sec、耐压值≥3MPa且漏气率≤1×10-10Pa·m3/sec。气体混合装置7为静态混合器。第一电磁阀8和第二电磁阀10均为二位五通电磁阀；第一电磁阀8的两个工作位置分别连接气体浓度检测装置9和第二电磁阀10；第二电磁阀10的两个工作位置分别连接气体浓度检测装置9和第一电磁阀8。单向阀11的导通压力为0.05MPa。

具体的，第一气源装置1用于引入目标气体，第二气源装置4用于引入背景气体，气体浓度检测装置9用于检测目标气体的浓度。为确保混气精度，目标气体和背景气体均使用浓度为99.999％的标准气体。开始配气时，控制装置100通过控制第一减压装置2和第二减压装置5，使目标气体和背景气体分别以额定压力进入对应的流量控制装置。在一个实施例中，目标气体和背景气体均以相同的额定压力进入对应的流量控制装置，以简化控制过程。该额定压力的数值并不唯一，例如可以是1.1bar、1.2bar或1.3bar。控制装置100再获取目标浓度，并根据目标浓度调整第一流量控制装置3和第二流量控制装置4的工作参数。目标气体和背景气体分别经过对应的流量控制装置后，到达气体混合装置7，充分混合后，通过第一电磁阀8到达气体浓度检测装置9，进行目标气体浓度检测。当目标气体浓度达到目标浓度时，控制装置100调整第一电磁阀8、第二电磁阀10和单向阀11的工作模式，使混合气体依次通过第一电磁阀8和第二电磁阀10，再经由单向阀11排出至后端用气设备。可以理解，气体浓度检测装置9的混合气体，可以通过抽气装置排出。

进一步的，在供气过程中，控制装置100还可以实时获取气体浓度检测装置9的浓度检测结果，并根据浓度检测结果动态调整第一流量控制装置3和第二流量控制装置4的工作参数，以提高输出混合气体的浓度稳定性。

此外，还可以在混合气体进入气体浓度检测装置9前，由控制装置100调整第一减压装置2和第一流量控制装置3的工作参数，提前通入额定浓度的目标气体，使得混合气体的可检测浓度下限得以提升。比如，提前通入浓度为1ppm的目标气体，这时如果混合气体中的目标气体检测浓度达到1.1ppm，扣除掉提前通入的1ppm浓度的目标气体，相当于可检测的浓度下限提升到0.1ppm，以实现混合配气装置200的升级。

上述实施例中提供的混合配气系统，通过高精度质量流量控制器、静态混合器，单向阀和电磁阀的相互配合，可以实现目标气体在低浓度下的持续稳定输出，为一些特定的试验场合提供了设施支撑。例如油浸式变压器。对于油浸式变压器，变压器油中溶解的各种气体的种类和浓度是反映变压器运行状态的一个很重要的参数，目前已被广泛应用于变压器在线监测领域。那么在对这类检测设备进行开发时，需要对其仪器性能进行验证和评判，目前往往采用的是配置不同浓度梯度的标准油样的方式进行。但是在标准油样的制作过程中，由于不同气体在油中溶解度能力不同(有一些气体是极难溶于油的)以及外界环境的影响，想要配制出一系列在极低浓度含量范围内成梯度变化且稳定的油样是很费时费力的，效果往往也非常不理想。在这个情况下，使用本申请中提出的混合配气系统，不但可以配置出低浓度范围内不同的混气浓度，还可以通过单向阀和电磁阀的作用，有效减少了外界大气的影响，使混合气体稳定持续输出，为油中溶解气体在线监测检测器的开发提供了一套高效的解决方案。

以乙炔为目标气体，氮气为背景气体的情况为例，气体浓度检测装置9用于检测乙炔的浓度。不同流量下，混合气体中目标气体(乙炔)浓度的理论计算公式为：

式中，P为混合气体中目标气体(乙炔)的浓度，A为目标气体(乙炔)的流量，B为背景气体(氮气)的流量。为简化表述，后文中均以混合气体浓度值指代混合气体中的目标气体浓度值。

根据上述公式，目标气体和背景气体流量配比值和计算得到的混合气体浓度值如下表1所示。

表1：目标气体和背景气体流量配比值及混合气体浓度值的对应关系

通过实际测量得到的混合气体实测浓度如下表2所示。

表2：混合气体计算浓度和实测浓度对比

将混合气体中目标气体的实测浓度与计算浓度进行比较，就可以验证混合配气系统的性能。如表2和图5所示，实测浓度与计算浓度相比，波动度较小，约为0.1ppm，混合配气系统的测试下限可达0.5ppm，分辨率0.01ppm，0-10ppm范围内线性度优于1％，测量响应时间T90约为15s。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。