气体混配器

气体混配基础

众多的工业应用必须使用混合气体。用户可购买多种已预先混配好的标准混合气体。但通常来说，在现场混配所需气体是更好的选择。尤其是在用气量大、非常规的混合气体或混合气体比例经常变化时，使用气体混配器是最佳的解决方案。

气体混配器的应用已有数十年的历史，得到了无数实践的验证。气体混配技术已充分成熟并且可靠。根据具体要求的不同，用户可以使用多种技术与设备类别 - 从机械混配阀到质量流量控制器 (MFC)，从小型气体混配器到复杂的大型气体混配设备。

本白皮书总结了气体混配器的优点、概述了用以混配气体的不同技术，并描述了气体混配器的常见应用案例。

气体混配器的优点

均质性/品质

气体混配器能混配出高品质的混合气体，确保用户始终能得到匀质气体。稳定的混合气品质确保最佳的过程工艺安全性。

灵活性

在混合比例、气体流量以及使用地点等方面，气体混配器具有最大的灵活性。在混合气体比例需变动的设备上，也完全可以使用气体混配器。用户随时可以更改混配器的混配比例，也可以在移动应用中使用合适的气体混配器。

经济性

自行生产混合气体能够降低标准产品的生产成本。尤其是在经常需要更换混合气比例的应用中，用户无需储备大量混合气体，避免了高昂的库存费用。使用气体混配器同时也消除了由于备用气瓶带来的诸多麻烦。

气体混配技术 - 气体混配器是如何工作的？

根据不同的气体混配技术，气体混配器的工作原理也不相同。气体混配器主要可分为以下四类：

• 带有机械式混配阀的气体混配器

• 带有电动混配阀的气体混配器

• 带气动流量调节器的气体混配器

  • 带质量流量控制器 (MFC) 的气体混配器
   

1.   带有机械式混配阀的气体混配器

带有机械式混配阀的气体混配器运用传统的气体混配技术，在过去数十年内已经有大量的安装和使用。几乎每一种气体都可以使用该工艺进行可靠地混配，同时确保精准度以及长时间运转稳定性。针对双元气体混配，通常使用比例混配阀。该阀门具有两个气体入口和一个用于混合气体的出口。转动阀门则能够通过隔膜和活塞的相互作用，对各种气体的流速进行比例调节，从而生产出所需的相应混合气体。如果需要由三元或更多气体形成的混合气体，则需要使用单元混配阀替代比例混配阀。各元气体的流量分别使用各自的机械式单元混配阀进行控制。混合气体由单独计量的各种气体组成。为确保气体混配器的最佳性能，最重要之处在于保证各元气体的入口压力稳定。为避免产生压力波动，高端的气体混配器应配有一个入口压力监控装置。根据具体应用而定，带机械式混配阀的气体混配器适合持续用气的场所，在配置气体缓冲罐后也可用于不连续取气的应用。该类气体混配器的特点是极其稳定可靠，非常省维护。生产厂家可以根据客户需要对混配器进行扩展，例如加装气体分析模块或者带有警报功能的入口压力监控装置。

2.   带有电动混配阀的气体混配器

带电气动式比例混配阀的气体混配器适用于几乎所有常见气体和各种应用。与机械式混配过程相似，电气动式混配过程的核心在于比例混配阀或者单元混配阀 – 根据混配两元还是多元气体而定。该混配阀的功能方式非常巧妙简单：一个活动的阀杆与不同的通孔一起来调节气体的流量，从而混配出所需的混合气体。其技术关键在于对相应所需的阀杆和通孔的组合进行准确计算。与使用机械式比例混配阀进行混配相比，其不同之处在于，电气动式混配法并非使用旋钮手动操作，而是通过小型电动机控制，即通过电子控制器对该电动机进行操作。优点首先在于，电动操作混配器比手动式操作更为精确，因此能够提高气体混配的精度。此外，通过电子控制器能更方便地实现混合气比例的重复性。另外，还可以将混配器集成到远程控制系统网络中，以实现在控制中心对设备进行远程操作和监控。根据具体应用而定，该气体混配器可用于连续用气的场合，也可在配置气体缓冲罐后用于不连续的用气。

3.   带气动流量调节器的气体混配器

在气体混配器中除传统的混配阀之外，还使用多种新颖的气体混配工艺。此工艺的功能原理是，通过多孔体进行纯气动式持续混配。根据所需的混合比例而定，为各种气体的流通提供大小不同的烧结体表面。该工艺过程与气体压力和取气量的波动基本无关。用户无需使用任何电源或压力容器即可得到所需混合气体，而且混配工艺过程极其稳定，同时所得的混合气体成本低。此创新型的混配原理能提供性能稳定、结构紧凑且省维护的混配系统，并且适用于二种或三元指定气体的混配。

4.   带质量流量控制器 (MFC) 的气体混配器

MFC 用于调节各参与的单元气体的体积流量而混配成混合气体。对每一元气体均单独使用一个质量流量控制器。而在每一个质量流量控制器中，则通过热导率测定气体的体积流量并进行控制。在这之后会将每一元气体的体积流量汇聚成混合气体。

纯电子控制器能够优化质量流量、补偿压力波动或温度影响等干扰因素，并保持生产周期的稳定。无需额外使用压力调节装置或温度测量装置。与产品相关的流量参数设置方便且重复性好，从而能够最大程度地缩短产品更换时的准备时间。对各元气体流量的精确记录确保了高效的质量控制和成本控制。通过数字化控制单元，可实现对MFC 气体混配器的远程控制，并且可通过现场总线接口，方便地将混配器集成到用户的中央控制系统中。使用 MFC 技术能够确保进行精确的气体混配与气体计量。带 MFC 技术的气体混配器适用于混配二元或更多元气体。根据具体要求而定，可以将多个 MFC 快速简单地连接成高度集成的系统单元，并且与其它必要的组件一起装配成一套可安装即用的混配系统。

气体混配器的典型应用

金属加工

在工业金属加工中，例如汽车、铁路、造船、钢铁工业，对于精确的焊接、切割或者熔炼过程而言，气体供应的品质至关重要。气体混配器的突出特点在于操作简单、混配设置可进行无级调节以及流速大。精确匹配的调节技术和恒定压力控制可以对压力波动进行补偿，确保提供精确恒定的混合比例。

医疗技术

用于混配“人工合成空气”的气体混配器，即对纯氧气和氮气进行混配的气体混配器，近年来在全球范围内的医疗行业得到了广泛安装使用。这类混配器的特点在于气体供应安全性高、投资成本和维护成本低、易于集成以及能耗低。

氦气泄漏测试

在许多领域中，可以通过氦气泄漏测试对需要具有绝对密封性的敏感产品进行测试。通过气体混配设备对这一昂贵气体进行混合，比如与氮气，可确保氦气的使用更加经济。完成测试后，可以对所使用的混合气体进行收集和分析，并根据需要进行矫正 - 全部过程均自动完成。

食品技术

MAP气体混配器确保在气调包装 (Modified Atmosphere Packaging) 过程中具有可控的气体品质与安全性。针对食品行业内的每一种包装机类型 - 无论是真空包装机、拉深膜包装机、落袋式包装机还是手动式包装机，均有合适的气体混配和计量系统可供选择。

潜水技术

在专业潜水领域，需要使用氧气和氦气（Heliox）的混合气体或氧气、氮气、氦气（Trimix）的混合气体。集成有氧气分析仪的专用气体混配器可用于潜水艇，也可用于填充潜水瓶或为潜水球供应氧气，可以根据需要安全灵活地生产出不同的混合气体。

激光技术

对于焊接和切割金属的激光设备而言，所使用气体的组合情况对其性能和品质具有举足轻重的影响。气体混配器不仅能可靠地制备体积恰当、混配比例精确的气体，还可专用于将气体优化至最佳纯度。

其它应用

除传统应用外，气体混配器现如今还可用于例如成型技术、气体增香、双层玻璃制造、气囊生产和香蕉催熟室等领域。

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