培养箱内气体的控制装置及方法.pdf

本发明提供了培养箱内气体的控制装置及方法，所述培养箱具有至少二路气体来源；所述控制装置包括：压力传感器，所述压力传感器设置在所述培养箱上，输出端连接控制单元；气体传感器，所述气体传感器用于检测培养箱内至少一种气体的含量，并传送到所述控制单元；控制单元，所述控制单元用于根据接收到的压力、气体含量而调整所述至少二路气体的流量，调整指令传送到调整单元；调整单元，所述调整单元分别设置在所述至少二路气体的通道上，根据接收到的调整指令调整气体的流量。本发明具有稳定性好、寿命长等优点。

权利要求书
1.  培养箱内气体的控制装置，所述培养箱具有至少二路气体来源；其特征 在于：所述控制装置包括：
压力传感器，所述压力传感器设置在所述培养箱上，输出端连接控制单元；
气体传感器，所述气体传感器用于检测培养箱内至少一种气体的含量，并 传送到所述控制单元；
控制单元，所述控制单元用于根据接收到的压力、气体含量而调整所述至 少二路气体的流量，调整指令传送到调整单元；
调整单元，所述调整单元分别设置在所述至少二路气体的通道上，根据接 收到的调整指令调整气体的流量。

2.  根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述调整单元包括：
比例阀，所述比例阀分别设置在所述至少二路气体的通道上，输入端连接 流量控制模块；
流量传感器，所述流量传感器分别设置在所述至少二路气体的通道上，并 处于所述比例阀的下游，输出端连接所述流量控制模块；
流量控制模块，所述流量控制模块用于根据接收到的流量值而调整比例阀， 使得接收到的流量值符合控制单元传送来的调整指令。

3.  根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述至少二路气体为氧 气、氮气、二氧化碳。

4.  根据权利要求1所述的控制装置的工作方法，其特征在于：所述工作方 法包括以下步骤：
(A1)气体输入到培养箱内，调整输入气体的流量，使得压力传感器测得 培养箱内的压力符合要求，从而获得符合要求的输入气体的流量范围；
(A2)控制单元所述流量范围以及培养箱内各气体含量的要求，分别设置 所述至少二路气体中各路气体的流量目标值，并传送到调整单元；
(A3)调整单元调整培养箱各气体来源的流量，使得流量值达到目标值， 从而使得培养箱内的压力、气体含量均符合要求。

5.  根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：所述工作方法进一步包 括以下步骤：
(A4)压力传感器、气体传感器分别测得培养箱内压力、气体含量，并传 送到控制单元；
(A5)控制单元判断所述压力、气体含量是否符合要求：
如符合要求，无需调整；
如不符合要求，返回到步骤(A2)。

6.  根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：所述调整单元工作方式 为：
流量控制模块根据接收到的流量目标值，调整比例阀，使得流量传感器传 送来的流量值达到目标值。

说明书培养箱内气体的控制装置及方法
技术领域
本发明涉及流体控制，特别涉及培养箱内气体的控制装置及方法。
背景技术
图1示意性地给出现有技术中培养箱内气体控制的结构简图，如图1所示，三种气体输入到混合单元51内，之后输入培养箱11内。在培养箱11内设置气体传感器21、22，测得的气体含量(如二氧化碳、氧气含量)传输到控制单元81内，控制单元根据接收到的气体含量及设定值，去调整各路气体的流量，具体通过调节电磁阀71的开关去完成。该控制方式具有一些不足，如：
由于是采用电磁阀去控制流量，CO2、O2等流量控制不稳定，培养箱气体浓度波动大、培养箱压力不稳定；
电磁阀频繁开关，有效使用寿命短，相应地提高了成本。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种稳定性好、灵敏度高、寿命长的应用离子源中的控制装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
培养箱内气体的控制装置，所述培养箱具有至少二路气体来源；所述控制装置包括：
压力传感器，所述压力传感器设置在所述培养箱上，输出端连接控制单元；
气体传感器，所述气体传感器用于检测培养箱内至少一种气体的含量，并传送到所述控制单元；
控制单元，所述控制单元用于根据接收到的压力、气体含量而调整所述至少二路气体的流量，调整指令传送到调整单元；
调整单元，所述调整单元分别设置在所述至少二路气体的通道上，根据接收到的调整指令调整气体的流量。
根据上述的控制装置，可选地，所述调整单元包括：
比例阀，所述比例阀分别设置在所述至少二路气体的通道上，输入端连接流量控制模块；
流量传感器，所述流量传感器分别设置在所述至少二路气体的通道上，并处于所述比例阀的下游，输出端连接所述流量控制模块；
流量控制模块，所述流量控制模块用于根据接收到的流量值而调整比例阀，使得接收到的流量值符合控制单元传送来的调整指令。
根据上述的控制装置，可选地，所述至少二路气体为氧气、氮气、二氧化碳。
本发明还提供了应用上述任一控制装置的工作方法，具有稳定性好等优点。该发明目的通过以下技术方案得以实现：
上述的控制装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
(A1)气体输入到箱内，调整输入气体的流量，使得压力传感器测得培养箱内的压力符合要求，从而获得符合要求的输入气体的流量范围；
(A2)控制单元所述流量范围以及培养箱内各气体含量的要求，分别设置所述至少二路气体中各路气体的流量目标值，并传送到调整单元；
(A3)调整单元调整培养箱各气体来源的流量，使得流量值达到目标值，从而使得培养箱内的压力、气体含量均符合要求。
根据上述的工作方法，可选地，所述工作方法进一步包括以下步骤：
(A4)压力传感器、气体传感器分别测得培养箱内压力、气体含量，并传送到控制单元；
(A5)控制单元判断所述压力、气体含量是否符合要求：
如符合要求，无需调整；
如不符合要求，返回到步骤(A2)。
根据上述的工作方法，可选地，所述调整单元工作方式为：
流量控制模块根据接收到的流量目标值，调整比例阀，使得流量传感器传送来的流量值达到目标值。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、培养箱内气体浓度变化平稳，满足培养方式的需求；
2、稳定的流控技术，保证培养箱压力的稳定问题；
3、克服电磁阀频繁开关，导致电磁阀失效问题，延长培养箱的寿命；
4、解决电磁阀动作时浓度突然波动等问题；
5、闭环控制设计，有效地消除了器件的差异问题，控制简单，稳定性好；
6、气体输入的压力范围更宽。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1为现有技术中控制装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
图2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图2示意性地给出了本发明实施例的培养箱内气体的控制装置的结构简图，如图1所示，所述控制装置包括：
至少二路气体来源连接混合单元51，之后在输入到培养箱11内，输入的气体如氮气、二氧化碳、氧气；
压力传感器23，所述压力传感器23设置在所述培养箱11上，输出端连接控制单元61；
气体传感器21、22，所述气体传感器用于检测培养箱11内至少一种气体的含量，用于检测二氧化碳和氧气的含量，并传送到所述控制单元61；
控制单元61，所述控制单元61用于根据接收到的压力、气体含量而调整所述至少二路气体的流量，调整指令传送到调整单元；
调整单元，所述调整单元分别设置在所述至少二路气体的通道41上，根据接收到的调整指令调整气体的流量。所述调整单元包括：
比例阀31，所述比例阀分别设置在所述至少二路气体的通道上，输入端连接流量控制模块；
流量传感器32，所述流量传感器分别设置在所述至少二路气体的通道上，并处于所述比例阀的下游，输出端连接所述流量控制模块；
流量控制模块33，所述流量控制模块用于根据接收到的流量值而调整比例阀，使得接收到的流量值符合控制单元传送来的调整指令。
上述控制装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
(A1)气体输入到箱内，调整输入气体的流量，使得压力传感器测得培养箱内的压力符合要求，如90-130kPa，从而获得符合要求的输入气体的流量范围；
(A2)控制单元根据所述流量范围以及培养箱内各气体含量的要求，分别设置所述至少二路气体中各路气体的流量目标值，并传送到调整单元；
(A3)调整单元调整培养箱各气体来源的流量，使得流量值达到目标值，从而使得培养箱内的压力、气体含量均符合要求；具体为：
流量控制模块根据接收到的各流路的流量目标值，调整各流路的比例阀， 使得流量传感器传送来的流量值达到目标值；
(A4)压力传感器、气体传感器分别测得培养箱内压力、气体含量，并传送到控制单元；
(A5)控制单元判断所述压力、气体含量是否符合要求：
如符合要求，无需调整；
如不符合要求，返回到步骤(A2)。
根据本发明实施例1达到的益处在于：通过校正获得培养箱内压力符合要求是对应的输入气体总流量的范围，进而根据培养箱内各气体含量要求去得到各输入气体的流量。通过比例阀、流量传感器及流量控制模块的组合去稳定地调节输入气体的流量，培养箱内气体压力、含量稳定，无需使用开关电磁阀。
实施例2：
根据本发明实施例1的控制装置及其工作方法的应用例。
在该应用例中，控制目标是：培养箱内的压力以及氧气、二氧化碳含量符合要求。培养箱内的压力范围为80-150kPa，氧气含量范围为1-19％，二氧化碳含量范围为0-20％。
控制装置为：培养箱上设置氧气传感器、二氧化碳传感器及压力传感器，还设置第一管道及第一流量传感器，第二到第四管道分别用于向培养箱内通入氧气、二氧化碳和氮气，第二到第四管道上分别设置第二到第四比例阀、第二到第四流量传感器以及第二到第四流量控制模块。每一管道上的比例阀、流量传感器和流量控制模块组成调整单元。
上述控制装置的工作方法为：
(A1)通过第一管道向培养箱内输入气体，而培养箱的缝隙会泄漏气体，通过调整输入气体的流量，使得培养箱内的压力处于80-150kPa，从而获得输入气体的流量范围S；
(A2)根据所述流量范围及氧气、二氧化碳含量的要求，利用控制单元获得输入培养箱的氧气设定流量S1、二氧化碳设定流量S2、氮气设定流量S3，使 得三种输入气体的流量值之和处于流量范围S内，控制单元将包括设定流量值的指令发送到调整单元；
(A3)流量控制模块接收到指令后，调整比例阀，同时，流量传感器测得的实际流量值传送到流量控制模块，从而进一步地根据实际流量值去调整比例阀，最终使得流量传感器输出的实际流量值为设定流量值，使培养箱内的压力及氧气、二氧化碳含量符合要求；
(A4)压力传感器、氧气及二氧化碳传感器将测得值传送到控制单元；
(A5)控制单元判断所述压力、气体含量是否符合要求：
如符合要求，无需调整；
如不符合要求，返回到步骤(A2)。
根据本发明实施例2达到的益处在于：通过校正获得培养箱内压力符合要求是对应的输入气体总流量的范围，进而根据培养箱内各气体含量要求去得到各输入气体的流量。通过比例阀、流量传感器及流量控制模块的组合去稳定地调节输入气体的流量，培养箱内气体压力、含量稳定。