CN117387001B - 一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统及控制方法，该充配气控制系统包括：配气控制系统和充气控制系统；配气控制系统包括：通过高压管路依次连接的氮气气源瓶、氮气增压装置、经过抽真空的预混气瓶，通过高压管路依次连接的氦气气源瓶、氦气增压装置、预混气瓶，通过高压管路依次连接的氧气气源瓶、氧气增压装置、预混气瓶，用于称量预混气瓶质量的称重装置。该充配气控制系统可以进行含有氮气、氦气、氧气的多种混合气体配制，配气控制系统可以通过待配制混合气体的浓度配比计算向预混气瓶中充入的各种气体的质量，再通过充气过程中的压力控制和对预混气瓶的质量控制，通过质量配比完成多种气体的混合，并精确控制各配气成分的质量。

Description

一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及深潜呼吸器的充配气领域，尤其涉及一种充配气控制系统及控制方法，用于为深潜潜水呼吸器气瓶的配气和充气过程提供自动控制。

背景技术

深潜呼吸器是深水、大规模、长期水下施工和打捞作业必需配备的潜水装备，作为唯一一种可使潜水员直接暴露于高压环境开展水下作业的个人潜水防护装备，深潜呼吸器已广泛应用于失事潜艇救援、海底施工作业、水下资源勘探、海洋科学考察等军事和民用领域。

众所周知，在深海探索中，潜水员需要面对极大的压力环境，在潜水后若减压处理不当，极易发生减压病，减压病是由于高压环境作业后减压不当，体内原已溶解的气体超过了过饱和界限，在血管内外及组织中形成气泡所致的全身性疾病。为了保障潜水员的安全，减少减压病的发生，混合气开始被广泛应用于深水潜水，例如，2019年，法国潜水员下潜到马里亚纳海沟10928米深处，创造了人类深潜的纪录，这次潜水使用了氦氧混合气，成功避免了减压病的发生，证明了氦氧混合气在深潜水的安全性和有效性。混合气是一种按照一定比例混合的气体，在深水潜水中，由于氦气的分子较小，能够更好地穿过潜水员的身体组织，从而降低减压病的风险，氦气还能减少空气的密度，使潜水员能够更加轻松地在水下活动。同时，根据水下作业的实际环境，用户还会对混合气体中的氧气、氮气含量按要求进行调整，达到适应不同情况下潜水作业的要求。绝大多数的休闲潜水者所背的气瓶内是压缩空气，即氮气、氧气的比例近似79：21，经过一定训练的潜水者可以采用高氧空气，即氧气占32%。随着科技的发展，未来将开发出更加高效的气体混合比例，从而提高潜水员的安全性和舒适度。此外，随着深海探索领域的不断拓展，氮氦氧混合气在海洋资源开发、科学研究等方面也将发挥重要作用。

混合气体的配比精度是保障潜水员安全、顺利完成深潜水工作的关键。作为深潜呼气器核心部件的深潜呼吸器气瓶需要进行配气和充气，在配气时，需要按照使用需求将相应比例的各种气体通入预混气瓶进行混合，然后进行充气，将预混气瓶中配制好的混合气体加压充装到深潜呼吸器气瓶中。早期深潜呼吸器的配气工作是采用眼看、手记再计算的办法进行的，这种方法的最大缺点就是充、配气效率低，配气精度低，需要反复进行充气校正，而且影响设备的安全使用。现有深潜呼吸器气瓶混合气充配气系统，其采用配气计算机的计算与监控，免去了人工计算、手动控制，提高了效率，保证了配气精度以及设备的使用安全，现有混合气充配气系统采用传统的分压力配气方法，由于实际配气过程中气体会被压缩，根据理想气体状态方程PV=nRT，随着气体压力的变化，预混气瓶的温度会呈非线性上升，又会影响预混气瓶中的配气压力，所以采用分压配气方法的配气精度很难保证精确。又由于充配气过程是根据预设混合气瓶压力首先计算出各种气体的压力值，然后用承装某种气体的气瓶作为预混气瓶，这样就需要首先放掉气瓶中超出气体压力计算值的多余气体，导致浪费了大量的气源，例如，配制氦氧混合气体时，以承装氦气的气瓶作为预混气瓶，按比例放掉其中多余的氦气，以便充入相应比例的氧气，这就导致大量氦气的浪费。

为了解决上述问题，可以通过欲配制的混合气体的浓度计算每种气体的配气质量，根据计算结果先将相应质量的惰性气体（氮气和/或氦气）依次充入预混气瓶中，最后将相应质量的氧气充入到预混气瓶中，再将混合气体由预混气瓶充入深潜呼吸器气瓶。通过计算气体的质量配比完成混合气体的配制，使配气过程不受压力和温度的影响，得到更加精确浓度配比的混合气体。

发明内容

针对相关技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，以便通过控制系统实现质量配比的配气方式，获取浓度配比更加精确的混合气体。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，包括：配气控制系统和充气控制系统；

所述配气控制系统包括：通过高压管路依次连接的氮气气源瓶、氮气增压装置、经过抽真空的预混气瓶，通过高压管路依次连接的氦气气源瓶、氦气增压装置、所述预混气瓶，通过高压管路依次连接的氧气气源瓶、氧气增压装置、所述预混气瓶，用于称量所述预混气瓶质量的称重装置；

连接在所述氮气气源瓶和所述氮气增压装置之间的氮气供气阀，依次连接在所述氮气增压装置和所述预混气瓶之间的氮气增压阀和氮气充气阀，与所述氮气增压装置连接的第一压力监控装置；连接在所述氦气气源瓶和所述氦气增压装置之间的氦气供气阀，依次连接在所述氦气增压装置和所述预混气瓶之间的氦气增压阀和氦气充气阀，与所述氦气增压装置连接的第二压力监控装置；连接在所述氧气气源瓶和所述氧气增压装置之间的氧气供气阀，依次连接在所述氧气增压装置和所述预混气瓶之间的氧气增压阀和氧气充气阀，与所述氧气增压装置连接的第三压力监控装置；配气触摸控制屏，配气计算机，配气逻辑控制器；

所述配气触摸控制屏用于向所述配气计算机输入待配制混合气体各气体成分配比，配制好混合气体的预混气瓶压力，并且用于向所述配气计算机发出控制配制指令；

所述配气计算机用于计算混合气体中氮气的第一预混质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量并将所述控制配制指令发送给所述配气逻辑控制器；

所述配气逻辑控制器用于控制所述氮气供气阀、所述氮气增压装置、所述氮气充气阀、所述氦气供气阀、所述氦气增压装置、所述氦气充气阀、所述氧气供气阀、所述氧气增压装置、所述氧气充气阀的开启和关闭，并接收第一压力监控装置、第二压力监控装置、第三压力监控装置反馈的压力和所述称重装置反馈的所述预混气瓶质量。

进一步，所述配气控制系统还包括：与所述预混气瓶连接的真空泵，连接在所述真空泵和所述预混气瓶之间的真空阀，所述配气逻辑控制器分别用于控制所述真空泵和所述真空阀的开启和关闭。

进一步，所述氧气增压装置包括氧气气动泵和驱动气泵，所述氧气气动泵用于为待充入所述预混气瓶的氧气升压，所述配气逻辑控制器用于控制所述驱动气泵为所述氧气气动泵提供驱动气体。

进一步，所述驱动气泵和所述氧气气动泵之间还安装氧气驱动阀。

进一步，所述氮气增压装置和所述氦气增压装置均包括电动固体润滑升压泵，所述电动固体润滑升压泵用于将待充入所述预混气瓶的氮气和氦气升压。

进一步，所述配气控制系统还包括：与所述预混气瓶连接的第四压力监控装置，所述配气逻辑控制器用于接收所述第四压力监控装置反馈的压力。

进一步，所述配气控制系统还包括：与所述氮气气源瓶连接的第五压力监控装置，与所述氦气气源瓶连接的第六压力监控装置，与所述氧气气源瓶连接的第七压力监控装置，所述配气逻辑控制器用于分别接收所述第五压力监控装置、所述第六压力监控装置和所述第七压力监控装置反馈的压力。

进一步，所述氮气充气阀包括：与所述预混气瓶连接的充气电磁阀、与所述氮气增压阀连接的精密控制阀；所述氦气充气阀包括：所述充气电磁阀、与所述氦气增压阀连接的所述精密控制阀；所述氧气充气阀包括：所述充气电磁阀，与所述氧气增压阀连接的所述精密控制阀。

进一步，所述配气控制系统还包括与所述预混气瓶连接的温度传感器，所述温度传感器将监测的温度发送给所述配气逻辑控制器。

进一步，所述充气控制系统包括：通过高压管路依次连接的所述预混气瓶、混气增压装置、深潜呼气器气瓶；

连接在所述预混气瓶和所述混气增压装置之间的混合气体供气阀，连接在所述混气增压装置和所述预混气瓶之间的混合气体充气阀，与所述深潜呼吸器气瓶连接的第八压力监控装置；充气触摸控制屏，充气计算机，充气逻辑控制器；

所述充气触摸控制屏用于向所述充气计算机输入充装好混合气体的深潜呼吸器气瓶压力，并且用于向所述充气计算机发出控制充气指令；

所述充气计算机用于将所述控制充气指令发送给所述充气逻辑控制器；

所述充气逻辑控制器用于控制所述混合气体供气阀、所述混合气体充气阀的开启和关闭，并接收所述第八压力监控装置反馈的压力。

进一步，所述混气增压装置包括混气气动泵和混气驱动气泵，所述混气气动泵用于为待充入所述深潜呼吸器气瓶的混合气体升压，所述充气逻辑控制器用于控制所述混气驱动气泵为所述混气气动泵提供驱动气体。

进一步，所述充气控制系统还包括：与所述预混气瓶连接的第九压力监控装置，所述充气逻辑控制器用于接收所述第九压力监控装置反馈的压力。

进一步，所述充气控制系统还包括充气防护箱，所述深潜呼吸器气瓶置于所述充气防护箱中。

本发明深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，可以进行含有氮气、氦气、氧气的多种混合气体配制，其配气控制系统可以通过待配制混合气体的浓度配比计算向预混气瓶中充入的各种气体的质量，再通过充气过程中的压力控制和对预混气瓶的质量控制，通过质量配比完成多种气体的混合，采用该配气控制系统配制混合气体能够精确控制各配气成分的质量，使配气过程不受压力、温度等环境因素的影响，从而保证配气精度更加准确。

本发明还提供了一种采用本发明深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统进行深潜呼吸器气瓶的充配气控制方法，以便采用本发明的充配气系统实现质量配比的配气方式，获取浓度配比更加精确的混合气体。

一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制方法，采用上述的充配气控制系统，包括：

通过所述配气触摸控制屏向所述配气计算机输入待配制氦氧混合气体的氦气和氧气成分配比和配制好混合气体的预混气瓶压力；

通过配气计算机计算混合气体中氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量；

通过所述配气触摸控制屏输入启动配制指令，所述计算机接收所述启动配制指令并将所述启动配制指令发送给所述配气逻辑控制器；

所述配气逻辑控制器开启所述氦气供气阀和所述氦气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第二压力监控装置反馈的压力达到第二压力范围时，所述逻辑控制器开启所述氦气增压阀和所述氦气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量和氦气的第二预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氦气供气阀、所述氦气增压装置、所述氦气增压阀和所述氦气充气阀；

所述配气逻辑控制器开启所述氧气供气阀和所述氧气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第三压力监控装置反馈的压力达到第三压力范围时，所述逻辑控制器开启所述氧气增压阀和所述氧气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氧气供气阀、所述氧气增压装置、所述氧气增压阀和所述氧气充气阀。

对本发明深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统进行控制，采用上述控制方法能够通过体积转化成质量配比完成氦氧混合气体的配制。

本发明还提供了另一种采用本发明深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统进行深潜呼吸器气瓶的充配气控制方法，以便采用本发明的充配气系统实现质量配比的配气方式，获取浓度配比更加精确的混合气体。

一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制方法，采用上述的充配气控制系统，包括：

通过所述配气触摸控制屏向所述配气计算机输入待配制氮氦氧混合气体的氮气、氦气和氧气成分配比和配制好混合气体的预混气瓶压力；

通过计算机计算混合气体中氮气的第一预混质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量；

通过所述配气触摸控制屏输入启动配制指令，所述计算机接收所述启动配制指令并将所述启动配制指令发送给所述配气逻辑控制器；

所述配气逻辑控制器开启所述氮气供气阀和所述氮气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第一压力监控装置反馈的压力达到第一压力范围时，所述配气逻辑控制器开启所述氮气增压阀和所述氮气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量和氮气的第一预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氮气供气阀、所述氮气增压装置、所述氮气增压阀和所述氮气充气阀；

所述配气逻辑控制器开启所述氦气供气阀和所述氦气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第二压力监控装置反馈的压力达到第二压力范围时，所述配气逻辑控制器开启所述氦气增压阀和所述氦气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量、氮气的第一预混质量和氦气的第二预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氦气供气阀、所述氦气增压装置、所述氦气增压阀和所述氦气充气阀；

所述配气逻辑控制器开启所述氧气供气阀和所述氧气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第三压力监控装置反馈的压力达到第三压力范围时，所述配气逻辑控制器开启所述氧气增压阀和所述氧气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量、氮气的第一预混质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氧气供气阀、所述氧气增压装置、所述氧气增压阀和所述氧气充气阀。

对本发明深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统进行控制，采用上述控制方法能够通过质量配比完成氮氦氧混合气体的配制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统中的配气控制系统示意图；

图2为本发明实施例提供的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统中的充气控制系统示意图；

图中：

101—氮气气源瓶；102—氦气气源瓶；103—氧气气源瓶；104—氮气气动泵；105—氦气气动泵；106—氧气气动泵；107、108—预混气瓶；109、110—称重装置；111—真空泵；112—驱动气泵；113—配气逻辑控制器；114—配气触摸控制屏；115—氮气供气阀；116—氮气增压阀；117—氦气供气阀；118—氦气增压阀；119—氧气供气阀；120—氧气增压阀；121—精密控制阀；122、123—充气电磁阀；124—氮气驱动阀；125—氦气驱动阀；126—氧气驱动阀；127—第一压力监控装置；128—第二压力监控装置；129—第三压力监控装置；130、131—第四压力监控装置；132—第五压力监控装置；133—第六压力监控装置；134—第七压力监控装置；135—温度传感器；136—真空阀；

201—预混气瓶；202—混气气动泵；203—混气驱动气泵；204—充气逻辑控制器；205—充气触摸控制屏；206—充气防护箱；207—混合气体供气阀；208—混合气体充气阀；209—第八压力监控装置；210—第九压力监控装置。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合本发明示例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例仅仅是本发明的一部分示例，而不是全部的示例。基于本发明中的示例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施方式都应当属于本发明保护的范围。

在本实施方式的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区别类似的对象，而不能理解为特定的顺序或先后次序，应该理解这样的使用在适当情况可以互换。

实施例

如图1~2所示，本实施例提供了本发明一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，包括：配气控制系统和充气控制系统；

参见图1，配气控制系统包括：通过高压管路依次连接的氮气气源瓶101、氮气增压装置、经过抽真空的预混气瓶107、108；通过高压管路依次连接的氦气气源瓶102、氦气增压装置、预混气瓶107、108；通过高压管路依次连接的氧气气源瓶103、氧气增压装置、预混气瓶107、108；分别用于称量预混气瓶107、108质量的称重装置109、110；

连接在氮气气源瓶101和氮气增压装置之间的氮气供气阀115，依次连接在氮气增压装置和预混气瓶107、108之间的氮气增压阀116和氮气充气阀，与氮气增压装置连接的第一压力监控装置127；连接在氦气气源瓶102和氦气增压装置之间的氦气供气阀117，依次连接在氦气增压装置和预混气瓶107、108之间的氦气增压阀118和氦气充气阀，与氦气增压装置连接的第二压力监控装置128；连接在氧气气源瓶103和氧气增压装置之间的氧气供气阀119，依次连接在氧气增压装置和预混气瓶107、108之间的氧气增压阀120和氧气充气阀，与氧气增压装置连接的第三压力监控装置129；配气触摸控制屏114，配气计算机，配气逻辑控制器113；

配气触摸控制屏114用于向配气计算机输入待配制混合气体各气体成分配比，配制好混合气体的预混气瓶107、108压力，并且用于向配气计算机发出控制配制指令；

配气计算机用于计算混合气体中氮气的第一预混质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量并将控制配制指令发送给配气逻辑控制器113；

配气逻辑控制器113用于控制氮气供气阀115、氮气增压装置、氮气充气阀、氦气供气阀117、氦气增压装置、氦气充气阀、氧气供气阀119、氧气增压装置、氧气充气阀的开启和关闭，并接收第一压力监控装置127、第二压力监控装置128、第三压力监控装置129反馈的压力和称重装置109、110反馈的预混气瓶107、108质量。

本实施例的充配气控制系统还包括：与预混气瓶107、108连接的真空泵111，连接在真空泵111和预混气瓶107、108之间的真空阀136，配气逻辑控制器113分别用于控制真空泵111和真空阀136的开启和关闭。本实施例的真空泵111可采用通用旋片式真空泵，其抽气速率可达4.1m³/h，可在1min内将预混气瓶107、108的压力下降到-0.05MPa ~-0.07MPa。

在本实施例中，氮气增压装置包括氮气气动泵104和驱动气泵112，氮气气动泵104用于为待充入预混气瓶107、108的氮气升压，配气逻辑控制器113用于控制驱动气泵112为氮气气动泵104提供驱动气体；氦气增压装置包括氦气气动泵105和驱动气泵112，氦气气动泵105用于为待充入预混气瓶107、108的氦气升压，配气逻辑控制器113用于控制驱动气泵112为氦气气动泵105提供驱动气体；氧气增压装置包括氧气气动泵106和驱动气泵112，氧气气动泵106用于为待充入预混气瓶107、108的氧气升压，配气逻辑控制器113用于控制驱动气泵112为氧气气动泵106提供驱动气体。

氮气气动泵104、氦气气动泵105和氧气气动泵106的工作动力均为气体驱动，分别采用驱动气泵112供气，氮气气动泵104、氦气气动泵105和氧气气动泵106均为气动增压泵，本身无电弧及火花，适合应用于易燃、易爆的场所，且输出压力稳定，产生的脉冲小，在对氧气进行增压时，具有更高的安全性。本实施例的驱动气泵112采用通用气体压缩机，具有达到0.8MPa压力停机功能。

在本实施例中，驱动气泵112和氮气气动泵104、氦气气动泵105、氧气气动泵106之间还分别安装氮气驱动阀124、氦气驱动阀125和氧气驱动阀126。

在其他实施方式中，氮气增压装置和氦气增压装置均包括电动固体润滑升压泵，电动固体润滑升压泵用于将待充入预混气瓶107、108的氮气和氦气升压。

本实施例充配气控制系统还包括：与预混气瓶107、108连接的第四压力监控装置130、131，配气逻辑控制器113用于接收第四压力监控装置130、131反馈的压力。

本实施例的充配气控制系统还包括：与氮气气源瓶104连接的第五压力监控装置132，与氦气气源瓶连接的第六压力监控装置133，与氧气气源瓶连接的第七压力监控装置134，配气逻辑控制器113用于分别接收第五压力监控装置132、第六压力监控装置133和第七压力监控装置134反馈的压力。

在本实施例中氮气充气阀包括：与预混气瓶107、108连接的充气电磁阀122、123与氮气增压阀116连接的精密控制阀121；氦气充气阀包括：充气电磁阀122、123与氦气增压阀118连接的精密控制阀121；氧气充气阀包括：充气电磁阀122、123，与氧气增压阀120连接的精密控制阀121。通过精密控制阀121分别控制向预混气瓶107、108充入氮气、氦气和氧气的流量，使充气过程更加精密可控。

本实施例的充配气控制系统还包括与预混气瓶107、108连接的温度传感器135，温度传感器135将监测的温度发送给配气逻辑控制器113，监测到的温度可以通过逻辑控制器113发送给配气计算机，并在配气触摸控制屏114上显示，配气触摸控制屏114上可以设置报警标识和紧急停止按钮，当温度超过一定值时触发报警标识，操作人员可以按紧急停止按钮，关闭配气系统的所有设备和阀体，停止正在进行的配气过程，以便对配气系统进行维护。

参见图2，本实施例的充气控制系统包括：通过高压管路依次连接的预混气瓶201、混气增压装置、深潜呼气器气瓶；本实施例的充气控制系统还包括充气防护箱206，深潜呼吸器气瓶置于充气防护箱206中。

连接在预混气瓶201和混气增压装置之间的混合气体供气阀207，连接在混气增压装置和深潜呼吸器气瓶之间的混合气体充气阀208，与深潜呼吸器气瓶连接的第八压力监控装置209；充气触摸控制屏205，充气计算机，充气逻辑控制器204；

充气触摸控制屏205用于向充气计算机输入充装好混合气体的深潜呼吸器气瓶压力，并且用于向配气计算机发出控制充气指令；

充气计算机用于将控制充气指令发送给充气逻辑控制器204；

充气逻辑控制器204用于控制混合气体供气阀207、混合气体充气阀208的开启和关闭，并接收第八压力监控装置209反馈的压力。

充气控制系统的混气增压装置包括混气气动泵202和混气驱动气泵203，混气气动泵202用于为待充入深潜呼吸器气瓶的混合气体升压，充气逻辑控制器204用于控制混气驱动气泵203为混气气动泵202提供驱动气体。

混气气动泵202的工作动力为气体，采用混气驱动气泵203供气，混气气动泵202为气动增压泵，本身无电弧及火花，适合应用于易燃、易爆的场所，且输出压力稳定，产生的脉冲小，在对混合气体进行增压时，具有更高的安全性。本实施例的混气驱动气泵203采用通用气体压缩机，具有达到0.8MPa压力停机功能。

本实施例的充气控制系统还包括：与预混气瓶201连接的第九压力监控装置210，充气逻辑控制器204用于接收第九压力监控装置210反馈的压力。

本实施例的充配气控制系统包括氮气充气控制系统、氦气充气控制系统和氧气充气控制系统，可通过配气控制系统的控制进行氦氧混合气体、氮氦氧混合气体的配制，这两种混合气体也是深潜呼吸器常用的混合气体，下文以这两种气体的配制为例，详细介绍本实施例深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统的控制方法和配气流程。如果需要的话，还可以通过本实施例的充配气控制系统的控制进行氮氧混合气体、氮氦混合气体的配制。

示例1：

采用本实施例的充配气控制系统控制配制氦氧混合气体。

1、配气控制过程：

（1）通过配气触摸控制屏114设定氦氧混合气体中氦气和氧气的成分配比、抽真空后预混气瓶的压力、配制完混合气体后预混气瓶的压力、预混气瓶的数量（本实施例设置两个预混气瓶107和108）及编号后，单击配气触摸控制屏114上的“设置参数”按钮，配气计算机自动计算预混气瓶中各个气体成分的质量，具体计算方法可以是：

根据理想气体方程：

式中，P为气体的压力（Pa），V为气体的体积（m³），m是气体质量（g），R是为摩尔气体常数（8.31441Pa﹒m³/mol﹒K），T是气体温度（K），M是摩尔质量（g/mol）；

混合气体各个配气成分的质量为：

式中，为充入预混气瓶某一气体的质量（g），/>为配制好混合气体的预混气瓶的预设压力值（MPa），/>为预混气瓶的容积（m³），/>为混合气体中该气体的百分比，R为摩尔气体常数（8.31441Pa﹒m³/mol﹒K），/>为配制混合气体时该气体温度（K），/>表示该气体的摩尔质量（g/mol）。

从理想气体方程来看，质量与体积成正比，同时气体的质量不受温度、压力的影响。混合气体中各种气体的浓度比，实际上是各种气体的质量比，本申请的配气方法就是直接测量配气过程中各种气体的质量，控制配气后的混合气体的质量比实现浓度比配气，所以此方法为配气最直接的方法。由于使用称量质量的方法配制混合气体，因此，质量测量是唯一影响配气精度的因素，质量测量精度越高，配气精度越高。

（2）单击配气触摸控制屏114上的“启动配制”按钮，配气计算机给配气逻辑控制器113发送配制指令，配气逻辑控制器113开启真空泵111和真空阀136，对预混气瓶107和108抽真空，当配气逻辑控制器113接收的第四压力监控装置130、131监测的压力达到-0.05MPa~-0.07MPa时，配气逻辑控制器113关闭真空泵111和真空阀136，完成预混气瓶107、108抽真空的过程。

（3）配气逻辑控制器113开启氦气供气阀117、氦气气动泵105和驱动气泵112，当配气逻辑控制器113接收的第二压力监控装置128反馈的压力达到第二压力范围（大于或等于2.5MPa）时，配气逻辑控制器113开启氦气增压阀118、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，当配气逻辑控制器113接收的称重装置109、110反馈的质量达到抽真空后的预混气瓶107、108质量和第二预混氦气质量之和时，配气逻辑控制器113控制关闭氦气供气阀117、氦气气动泵105和驱动气泵112、氦气增压阀118、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，完成预混气瓶107、108中氦气的充入。

（4）配气逻辑控制器113开启氧气供气阀119、氧气气动泵106和驱动气泵112，当配气逻辑控制器113接收的第三压力监控装置129反馈的压力达到第三压力范围（大于或等于2.5MPa）时，配气逻辑控制器113开启氧气增压阀120、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，当配气逻辑控制器113接收的称重装置109、110反馈的质量达到抽真空后的预混气瓶107、108质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量之和时，配气逻辑控制器113控制关闭氧气供气阀119、氧气气动泵106、驱动气泵112、氧气增压阀120、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，完成预混气瓶107、108中氧气的充入。

配制过程中如遇紧急状况，操作人员可立即单击配气触摸控制屏114上的红色“紧急停止”按钮，可以立即停止所有设备。配制混合气体完成后，单击配气触摸控制屏114上“配制整理”按钮，进行配气系统排气工作，排出管道内剩余气体，防止影响下次的配气精度。当排气工作结束后，可以单击配气触摸控制屏114上“数据保存”按钮，将该次配制数据保存在数据库内。如继续配气，单击配气触摸控制屏114上“刷新数据”按钮，配气系统和配气触摸控制屏114上的操作界面均回复到初始状态，可以进行下一次的配气。

在完成配气后，将预混气瓶安装到充气系统中，将预混气瓶中的混合气体充入深潜呼吸器气瓶中。通过充气触摸控制屏205设定充气防护箱的压力，然后单击充气触摸控制屏205上的“设置参数”按钮，再单击“启动充装”按钮，进行充装，充气计算机给充气逻辑控制器204发送充装指令，充气逻辑控制器204开启混合气体供气阀207、混气气动泵202和混气驱动气泵203，待混合气体的压力满足充装要求时，充气逻辑控制器204开启混合气体充气阀208向充气防护箱206中的深潜呼吸器气瓶进行充气。在充气过程中，第八压力监控装置209和第九压力监控装置210分别用于监测深潜呼吸器气瓶的压力和预混气瓶的压力，并将监测的压力反馈给充气逻辑控制器204。

充装过程中如遇紧急状况，立即单击充气触摸控制屏205上“紧急停止”按钮，可以立即停止所有设备。单击充气触摸控制屏205上“数据保存”按钮，将该次充装数据保存在数据库内。如继续充装，单击充气触摸控制屏205上“刷新数据”按钮，充气系统和充气触摸控制屏205上的操作界面均回复到初始状态，可以进行下一次的充装。

示例2：

采用本实施例的充配气控制系统控制配制氮氦氧混合气体。

1、配气控制过程：

（1）通过配气触摸控制屏114设定氮氦氧混合气体中氮气、氦气和氧气的成分配比、抽真空后预混气瓶的压力、配制完混合气体后预混气瓶的压力、预混气瓶的数量（本实施例设置两个预混气瓶107和108）及编号后，单击配气触摸控制屏114上的“设置参数”按钮，配气计算机自动计算预混气瓶中各个气体成分的质量，具体计算方法可以参照示例1中的计算方法。

（2）单击配气触摸控制屏114上的“启动配制”按钮，配气计算机给配气逻辑控制器113发送配制指令，配气逻辑控制器113开启真空泵111和真空阀136，对预混气瓶107和108抽真空，当配气逻辑控制器113接收的第四压力监控装置130、131监测的压力达到-0.05MPa~-0.07MPa时，配气逻辑控制器113关闭真空泵111和真空阀136，完成预混气瓶107、108抽真空的过程。

（3）配气逻辑控制器113开启氮气供气阀115、氮气气动泵104和驱动气泵112，当配气逻辑控制器113接收的第一压力监控装置127反馈的压力达到第二压力范围（大于或等于2.5MPa）时，配气逻辑控制器113开启氮气增压阀116、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，当配气逻辑控制器113接收的称重装置109、110反馈的质量达到抽真空后的预混气瓶107、108质量和氮气的第一预混质量之和时，配气逻辑控制器113控制关闭氮气供气阀115、氮气气动泵104和驱动气泵112、氮气增压阀116、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，完成预混气瓶107、108中氮气的充入。

（4）配气逻辑控制器113开启氦气供气阀117、氦气气动泵105和驱动气泵112，当配气逻辑控制器113接收的第二压力监控装置128反馈的压力达到第二压力范围（大于或等于2.5MPa）时，配气逻辑控制器113开启氦气增压阀118、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，当配气逻辑控制器113接收的称重装置109、110反馈的质量达到抽真空后的预混气瓶107、108质量、氮气的第一预混质量和氦气的第二预混质量之和时，配气逻辑控制器113控制关闭氦气供气阀117、氦气气动泵105和驱动气泵112、氦气增压阀118、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，完成预混气瓶107、108中氦气的充入。

（5）配气逻辑控制器113开启氧气供气阀119、氧气气动泵106和驱动气泵112，当配气逻辑控制器113接收的第三压力监控装置129反馈的压力达到第三压力范围（大于或等于2.5MPa）时，配气逻辑控制器113开启氧气增压阀120、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，当配气逻辑控制器113接收的称重装置109、110反馈的质量达到抽真空后的预混气瓶107、108质量、氮气的第一预混质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量之和时，配气逻辑控制器113控制关闭氧气供气阀119、氧气气动泵106、驱动气泵112、氧气增压阀120、精密控制阀121和充气电磁阀122、123，完成预混气瓶107、108中氧气的充入。

需要说明的是，在本实施例的充配气系统中，配气触摸控制屏114和充气触摸控制屏205为同一触摸控制屏，配气计算机和充气计算机为同一计算机，只是在配气和充气的过程中通过软件控制显示的界面不同；配气逻辑控制器113和充气逻辑控制器204为同一逻辑控制器，只是通过不同的软件控制，在充气和配气的过程中，其执行的逻辑不一致。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，包括：配气控制系统和充气控制系统；

所述配气控制系统包括：通过高压管路依次连接的氮气气源瓶、氮气增压装置、经过抽真空的预混气瓶，通过高压管路依次连接的氦气气源瓶、氦气增压装置、所述预混气瓶，通过高压管路依次连接的氧气气源瓶、氧气增压装置、所述预混气瓶，用于称量所述预混气瓶质量的称重装置；

连接在所述氮气气源瓶和所述氮气增压装置之间的氮气供气阀，依次连接在所述氮气增压装置和所述预混气瓶之间的氮气增压阀和氮气充气阀，与所述氮气增压装置连接的第一压力监控装置；连接在所述氦气气源瓶和所述氦气增压装置之间的氦气供气阀，依次连接在所述氦气增压装置和所述预混气瓶之间的氦气增压阀和氦气充气阀，与所述氦气增压装置连接的第二压力监控装置；连接在所述氧气气源瓶和所述氧气增压装置之间的氧气供气阀，依次连接在所述氧气增压装置和所述预混气瓶之间的氧气增压阀和氧气充气阀，与所述氧气增压装置连接的第三压力监控装置；配气触摸控制屏，配气计算机，配气逻辑控制器；

所述配气触摸控制屏用于向所述配气计算机输入待配制混合气体各气体成分配比，配制好混合气体的预混气瓶压力，并且用于向所述配气计算机发出控制配制指令；

所述配气计算机用于计算混合气体中氮气的第一预混质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量并将所述控制配制指令发送给所述配气逻辑控制器；所述配气计算机自动计算所述预混气瓶中各个气体成分的质量，混合气体各个配气成分的质量为：

，

式中，为充入预混气瓶某一气体的质量（g），/>为配制好混合气体的预混气瓶的预设压力值（MPa），/>为预混气瓶的容积（m³），/>为混合气体中该气体的百分比，R为摩尔气体常数（8.31441Pa﹒m³/mol﹒K），/>为配制混合气体时该气体温度（K），/>表示该气体的摩尔质量（g/mol）；

所述配气逻辑控制器用于控制所述氮气供气阀、所述氮气增压装置、所述氮气充气阀、所述氦气供气阀、所述氦气增压装置、所述氦气充气阀、所述氧气供气阀、所述氧气增压装置、所述氧气充气阀的开启和关闭，并接收第一压力监控装置、第二压力监控装置、第三压力监控装置反馈的压力和所述称重装置反馈的所述预混气瓶质量；

所述氧气增压装置包括氧气气动泵和驱动气泵，所述氧气气动泵用于为待充入所述预混气瓶的氧气升压，所述配气逻辑控制器用于控制所述驱动气泵为所述氧气气动泵提供驱动气体；所述驱动气泵和所述氧气气动泵之间还安装氧气驱动阀。

2.根据权利要求1所述的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，所述配气控制系统还包括：与所述预混气瓶连接的真空泵，连接在所述真空泵和所述预混气瓶之间的真空阀，所述配气逻辑控制器分别用于控制所述真空泵和所述真空阀的开启和关闭。

3.根据权利要求1所述的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，所述氮气增压装置和所述氦气增压装置均包括电动固体润滑升压泵，所述电动固体润滑升压泵用于将待充入所述预混气瓶的氮气和氦气升压。

4.根据权利要求1所述的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，所述配气控制系统还包括：与所述预混气瓶连接的第四压力监控装置，所述配气逻辑控制器用于接收所述第四压力监控装置反馈的压力。

5.根据权利要求1所述的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，所述配气控制系统还包括：与所述氮气气源瓶连接的第五压力监控装置，与所述氦气气源瓶连接的第六压力监控装置，与所述氧气气源瓶连接的第七压力监控装置，所述配气逻辑控制器用于分别接收所述第五压力监控装置、所述第六压力监控装置和所述第七压力监控装置反馈的压力。

6.根据权利要求1所述的充配气控制系统，其特征在于，所述氮气充气阀包括：与所述预混气瓶连接的充气电磁阀、与所述氮气增压阀连接的精密控制阀；所述氦气充气阀包括：所述充气电磁阀、与所述氦气增压阀连接的所述精密控制阀；所述氧气充气阀包括：所述充气电磁阀，与所述氧气增压阀连接的所述精密控制阀。

7.根据权利要求1所述的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，所述配气控制系统还包括与所述预混气瓶连接的温度传感器，所述温度传感器将监测的温度发送给所述配气逻辑控制器。

8.根据权利要求1所述的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，所述充气控制系统包括：通过高压管路依次连接的所述预混气瓶、混气增压装置、深潜呼气器气瓶；

连接在所述预混气瓶和所述混气增压装置之间的混合气体供气阀，连接在所述混气增压装置和所述预混气瓶之间的混合气体充气阀，与所述深潜呼吸器气瓶连接的第八压力监控装置；充气触摸控制屏，充气计算机，充气逻辑控制器；

所述充气触摸控制屏用于向所述充气计算机输入充装好混合气体的深潜呼吸器气瓶压力，并且用于向所述充气计算机发出控制充气指令；

所述充气计算机用于将所述控制充气指令发送给所述充气逻辑控制器；

所述充气逻辑控制器用于控制所述混合气体供气阀、所述混合气体充气阀的开启和关闭，并接收所述第八压力监控装置反馈的压力。

9.根据权利要求8所述的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，所述混气增压装置包括混气气动泵和混气驱动气泵，所述混气气动泵用于为待充入所述深潜呼吸器气瓶的混合气体升压，所述充气逻辑控制器用于控制所述混气驱动气泵为所述混气气动泵提供驱动气体。

10.根据权利要求8所述的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，所述充气控制系统还包括：与所述预混气瓶连接的第九压力监控装置，所述充气逻辑控制器用于接收所述第九压力监控装置反馈的压力。

11.根据权利要求8所述的深潜呼吸器气瓶的充配气控制系统，其特征在于，所述充气控制系统还包括充气防护箱，所述深潜呼吸器气瓶置于所述充气防护箱中。

12.一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-11任一所述的充配气控制系统，包括：

通过所述配气触摸控制屏向所述配气计算机输入待配制氦氧混合气体的氦气和氧气成分配比和配制好混合气体的预混气瓶压力；

通过配气计算机计算混合气体中氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量；

通过所述配气触摸控制屏输入启动配制指令，所述计算机接收所述启动配制指令并将所述启动配制指令发送给所述配气逻辑控制器；

所述配气逻辑控制器开启所述氦气供气阀和所述氦气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第二压力监控装置反馈的压力达到第二压力范围时，所述逻辑控制器开启所述氦气增压阀和所述氦气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量和氦气的第二预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氦气供气阀、所述氦气增压装置、所述氦气增压阀和所述氦气充气阀；

所述配气逻辑控制器开启所述氧气供气阀和所述氧气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第三压力监控装置反馈的压力达到第三压力范围时，所述逻辑控制器开启所述氧气增压阀和所述氧气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氧气供气阀、所述氧气增压装置、所述氧气增压阀和所述氧气充气阀。

13.一种深潜呼吸器气瓶的充配气控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-11任一所述的充配气控制系统，包括：

通过所述配气触摸控制屏向所述配气计算机输入待配制氮氦氧混合气体的氮气、氦气和氧气成分配比和配制好混合气体的预混气瓶压力；

通过计算机计算混合气体中氮气的第一预混质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量；

通过所述配气触摸控制屏输入启动配制指令，所述计算机接收所述启动配制指令并将所述启动配制指令发送给所述配气逻辑控制器；

所述配气逻辑控制器开启所述氮气供气阀和所述氮气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第一压力监控装置反馈的压力达到第一压力范围时，所述配气逻辑控制器开启所述氮气增压阀和所述氮气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量和氮气的第一预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氮气供气阀、所述氮气增压装置、所述氮气增压阀和所述氮气充气阀；

所述配气逻辑控制器开启所述氦气供气阀和所述氦气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第二压力监控装置反馈的压力达到第二压力范围时，所述配气逻辑控制器开启所述氦气增压阀和所述氦气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量、氮气的第一预混质量和氦气的第二预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氦气供气阀、所述氦气增压装置、所述氦气增压阀和所述氦气充气阀；

所述配气逻辑控制器开启所述氧气供气阀和所述氧气增压装置，当所述配气逻辑控制器接收的所述第三压力监控装置反馈的压力达到第三压力范围时，所述配气逻辑控制器开启所述氧气增压阀和所述氧气充气阀，当所述配气逻辑控制器接收的所述称重装置反馈的质量达到抽真空的所述预混气瓶质量、氮气的第一预混质量、氦气的第二预混质量和氧气的第三预混质量之和时，所述配气逻辑控制器控制关闭所述氧气供气阀、所述氧气增压装置、所述氧气增压阀和所述氧气充气阀。