小型制氧壓氧一體機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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. 天 津 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院 專(zhuān)科畢業(yè)論文 題目：小型制氧壓氧一體機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 完成期限：2016年7月5日 至 2016年11月5日 學(xué)習(xí)中心：杭州 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：機(jī)械制造與自動(dòng)化 學(xué)生姓名：王國(guó)慶 學(xué)生學(xué)號(hào)：142092403011 指導(dǎo)教師：劉艷玲 . . 小型制氧壓氧一體機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 1.1課題背景 氧氣是空氣中的主要成分，是人類(lèi)呼吸中必不可少的氣體，人類(lèi)對(duì)氧氣的需求是一刻不能停止的。當(dāng)氧氣濃度變低后會(huì)對(duì)人的生命活動(dòng)產(chǎn)生影響。比如：缺少氧氣會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，缺氧危害最大的便是神經(jīng)系統(tǒng)，就算是輕度的缺氧也會(huì)造成視覺(jué)和智力的功能性紊亂；同時(shí)缺氧也會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生影響，當(dāng)在低氧環(huán)境中工作學(xué)習(xí)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致過(guò)度換氣，從而使CO2呼出過(guò)多導(dǎo)致呼吸性堿中毒，如果二氧化碳分壓高于6.67Pa，或動(dòng)脈血氧分壓低于8KPa，則會(huì)出現(xiàn)呼吸功能衰竭；對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的影響，缺氧后，身體會(huì)反饋式增加紅細(xì)胞，當(dāng)紅細(xì)胞過(guò)多時(shí)，氧氣供應(yīng)不足便會(huì)引起循環(huán)阻礙；此外缺氧還會(huì)引起肝細(xì)胞水腫、變形和壞死，肝功障礙，肝纖維化等疾病。因此對(duì)于處于缺氧環(huán)境或進(jìn)入缺氧環(huán)境的工作人員，為了保證工作的安全，工作人員需要隨身裝備供氧設(shè)備，于是氧氣的制備與儲(chǔ)存便成為首要解決的問(wèn)題。 自從18世紀(jì)空氣的組成被人類(lèi)發(fā)現(xiàn)以后，已經(jīng)發(fā)明很多方法來(lái)制造和存儲(chǔ)氧氣。其中最具代表性的是變壓吸附制氧技術(shù)，由于其能耗低、方便、投資少、操作簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，目前得到廣泛的運(yùn)用，并處于迅速發(fā)展中。目前，變壓吸附制氧技術(shù)正在向高濃度氧、小型化和大型化的方向發(fā)展。其中設(shè)計(jì)小型化的變壓吸附設(shè)備是目前變壓吸附制氧領(lǐng)域中一個(gè)發(fā)展迅速且具有重要意義的方向。在小型化的過(guò)程中我們面對(duì)一個(gè)問(wèn)題，小型制氧機(jī)在制備氧氣供人員使用的過(guò)程中富裕的產(chǎn)品氣往往白白浪費(fèi)，制氧機(jī)空閑時(shí)間的閑置也造成資源浪費(fèi)。所以，引入壓氧機(jī)來(lái)保存氧氣，將富裕產(chǎn)品氣儲(chǔ)存到氧氣罐中，用于保存制造的氧氣，有利于資源的節(jié)約。 1.2研究意義 目前，有很多對(duì)小型制氧機(jī)的研究，市場(chǎng)上也有一些很好的產(chǎn)品出現(xiàn)。對(duì)于小型壓氧機(jī)而言，雖然對(duì)加工要求比較高，但市面上還是出現(xiàn)了一些相關(guān)成品。但是，將小型制氧機(jī)與小型壓氧機(jī)結(jié)合起來(lái)的研究還比較少，目前國(guó)內(nèi)外很少有壓氧制氧一體機(jī)的設(shè)計(jì)，基本上都是制氧機(jī)與壓縮機(jī)進(jìn)行分體化設(shè)計(jì)。雖然分體設(shè)計(jì)有一定的優(yōu)點(diǎn)，比如，分體設(shè)計(jì)時(shí)，各自的功能獨(dú)立，供電系統(tǒng)，控制系統(tǒng)等互不影響，系統(tǒng)耦合程度低。但同時(shí)又很大的缺點(diǎn)，吸氧與壓氧不能夠在同步進(jìn)行，在氧氣使用量較少時(shí)會(huì)造成產(chǎn)品氣的浪費(fèi)，無(wú)法將多余的氧氣存儲(chǔ)起來(lái)，產(chǎn)生的多余的氧氣將會(huì)被浪費(fèi)掉。同時(shí)，分體設(shè)計(jì)不利于設(shè)備的安裝和攜帶，也不利于使用。與現(xiàn)在裝備多功能化、系統(tǒng)功能集成化的趨勢(shì)不符。因此，小型制氧壓氧一體機(jī)具有很高的研究?jī)r(jià)值和實(shí)際運(yùn)用的意義。 1.3 本文主要內(nèi)容 本文主要本文主要研究了小型制氧壓氧控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，對(duì)制氧技術(shù)進(jìn)行整體性介紹，并通過(guò)對(duì)常用制氧技術(shù)的分析比較得出變壓吸附技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明變壓吸附技術(shù)適合小型制氧系統(tǒng)。其次，在詳細(xì)分析變壓技術(shù)之后，針對(duì)本課題，進(jìn)行制氧機(jī)及壓氧機(jī)的零部件設(shè)計(jì)選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：吸附塔的設(shè)計(jì)，壓縮機(jī)的選型，制氧機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一體機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。在進(jìn)行整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于顧及本設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的考慮，所以，在整機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，研究了多種方案設(shè)計(jì)，并在零部件的布局及組合方式過(guò)程中進(jìn)行了多套嘗試，在此研究和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇一中最為合理的結(jié)構(gòu)方案。 在整機(jī)結(jié)構(gòu)方案確定后，在保證整機(jī)強(qiáng)度的前提下盡量減少整機(jī)重然后，對(duì)一體機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件的設(shè)計(jì)和軟件的編寫(xiě)。在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先進(jìn)行主控制器的選型，根據(jù)所選控制器進(jìn)行相關(guān)芯片的選擇，及相關(guān)電路的設(shè)計(jì)。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中分別進(jìn)行了電源電路設(shè)計(jì)、復(fù)位電路設(shè)計(jì)、報(bào)警電路、人機(jī)交互電路、輸出及接口電路、信號(hào)采集處理等電路的設(shè)計(jì)。軟件方面，首先設(shè)計(jì)出軟件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，然后自上而下的設(shè)計(jì)軟件的結(jié)構(gòu)，從整體到局部的編寫(xiě)軟件程序。 第二章 制氧壓氧一體機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 制氧技術(shù) 常用的制氧方法有深冷法、變壓吸附法、膜分離法等等。深冷法常常使用在大規(guī)模生產(chǎn)中或者是大型設(shè)備中，而在小型設(shè)備中使用更多的制氧方法是變壓吸附法。而變壓吸附制氧技術(shù)與其他技術(shù)相比，具有其他技術(shù)不具備的優(yōu)點(diǎn)，比如設(shè)備投資少、單位制氧量能耗低、運(yùn)行過(guò)程安全、操作方便、自動(dòng)化程度高等，適合用于那些對(duì)氧氣純度要求不高且氧氣需求量較小的中小型設(shè)備。變壓吸附（PSA）的基本原理是根據(jù)不同氣體在同一吸附劑上的吸附量會(huì)隨著溫度的變化而變化，在溫度一定的情況下，通過(guò)改變氣體壓強(qiáng)將不同的氣體分離、提純，這樣的循環(huán)過(guò)程。 變壓吸附（PSA）分離法的主要使用沸石分子篩、碳分子篩、活性炭、氧化鋁以及硅膠等材料進(jìn)行氣體分離的原理，一般情況下，常用沸石分子篩和碳分子篩進(jìn)行氧氣和氮?dú)夥蛛x。這是被大規(guī)模使用的制氧技術(shù)。 沸石分子篩（ZMS）是一種天然的或人工合成的結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物，沸石分子篩活化后，隨后將其加熱沸石分子到一定程度后，就可以去除里面的水分子，于是就能形成籠形的結(jié)構(gòu)，表面積大大增加。由于沸石分子篩對(duì)極性分子和不飽和鍵分子有很高的選擇性。因?yàn)闃O性分子影響了無(wú)極性的氧分子和氮分子，從而使它們產(chǎn)生了偶極，而吸附劑本身固有的極性偶極與氧分子和氮分子的誘導(dǎo)偶極具有吸附作用，所以導(dǎo)致氧氣和氫氣的分離。在等溫條件下，氮分子的誘導(dǎo)偶極的誘導(dǎo)力大于氧分子誘導(dǎo)偶極的誘導(dǎo)力，因而沸石分子篩吸附劑對(duì)氧分子和氮分子的吸附量是不同的。氣體行業(yè)常用的分子篩主要有：方鈉型，如Ａ型，鉀Ａ（3A），鈉Ａ（4A），鈣Ａ（5A）；八面型，如Ｘ型，鈣X(10X)，鈉Ｘ（13X）和Ｙ型，鈉Ｙ，鈣Ｙ；絲光型，（-M型），高硅型沸石，如ZMS-５等。其中，5A小型富氧分子篩是一種特制的5A分子篩，是專(zhuān)門(mén)為醫(yī)療保健制氧機(jī)而生產(chǎn)的，該分子篩具有制氧純度高、產(chǎn)氧速度快、制氧壽命長(zhǎng)的特 點(diǎn)，是5A分子篩在醫(yī)療保健制氧領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用。 碳分子篩CMS是上世紀(jì)七十年代出現(xiàn)的一種新型吸附劑。它以煤為原料，在流化床中氧化，經(jīng)粘合劑粘結(jié)成型，并進(jìn)行炭化后，使原來(lái)的大孔變?yōu)檫m合空分的有效孔徑而制成的。碳分子篩主要是利用篩分的特性來(lái)分離氧氣和氮?dú)獾?。在分子篩吸附過(guò)程中，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運(yùn)送到微 孔和亞微孔中，微孔和亞微孔是吸附的主要場(chǎng)所。碳分子篩內(nèi)部包含有大量的微孔，這 些微孔允許動(dòng)力學(xué)尺寸小的分子快速擴(kuò)散到孔內(nèi)，同時(shí)限制大直徑分子的進(jìn)入。它的有效孔徑在0.4nm～0.9nm之間，利用氮分子和氧分子的動(dòng)力學(xué)直徑的差異（氮分子和氧分子的動(dòng)力學(xué)直徑分別0.364nm、0.364nm），通過(guò)氮分子和氧分子在碳分子篩微孔中擴(kuò)散速率的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)氮?dú)夂脱鯕獾姆蛛x 2.2氣體壓縮技術(shù) 在工業(yè)及民用領(lǐng)域，有時(shí)需要使用壓力較大的壓縮氣體，特別是在石油、采礦、制冷、冶金、化工和動(dòng)力等部門(mén)。他們通常采用氣體壓縮機(jī)來(lái)提高氣體壓力或輸送氣體。在氣體壓縮機(jī)的選型過(guò)程中雖然最終實(shí)現(xiàn)的用途可能一樣，但氣體壓縮機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)形式卻大不相同。如我們所知，氣體的壓力取決于單位時(shí)間內(nèi)氣體分子撞擊單位面積的強(qiáng)烈程度與次數(shù)，而提高氣體壓力的辦法主要有兩種：提高密閉空間內(nèi)氣體的溫度：縮小氣體所占據(jù)的封閉空間的體積。增加密閉空間內(nèi)氣體的溫度，提高氣體分子運(yùn)動(dòng)的速度可以使密閉空間內(nèi)氣體的壓力提高，但是，當(dāng)溫度降低之后，氣體壓力有隨之降低，而通常情況下要求壓縮氣體溫度不宜過(guò)高，所以在大多數(shù)情況下，通過(guò)提高氣體溫度 來(lái)增加氣體壓力的方法是不可取的。那么，我們通常采用的辦法就是通過(guò)縮小氣體所使用的封閉空間的容積，縮短氣體分子間距離，也就是增加單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)目來(lái)提高封閉空間內(nèi)氣體的壓力。而壓縮氣體的體積，給氣體加壓的機(jī)器即為氣體壓縮機(jī)。氣 體壓縮機(jī)按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi)，可以分為：容積式氣體壓縮機(jī)；速度式氣體壓縮機(jī)。 （1）容積式氣體壓縮機(jī)，包括：往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式。其中往復(fù)式又可分為活塞式和隔膜式等，回轉(zhuǎn)式又可分為螺桿式、滑片式和羅茨式等。 （2）速度式氣體壓縮機(jī)，包括：離心式、軸流式、噴射式、混流式等。 第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 在控制領(lǐng)域常用的控制器是工控機(jī)、單片機(jī)、PLC等等。其中，在大中型制氧設(shè)備中多采用PLC作為控制系統(tǒng)的核心。對(duì)于小型制氧機(jī)，由于設(shè)備體積小、靈活性高、便于攜帶等特點(diǎn)一般采用單片機(jī)作為其控制系統(tǒng)的CPU。 本系采用C8051F單片機(jī)為制氧機(jī)控制系統(tǒng)的主控制器，制氧機(jī)的主控板主要包括電源電路、系統(tǒng)復(fù)位電路、報(bào)警電路、輸出接口及驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)采集電路、外部振蕩電路。其系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。 圖3-1 系統(tǒng)整體框圖 3.2 電源電路 系統(tǒng)控制板上主要使用的兩種電源為5V和3.3V兩種電源。本系統(tǒng)采用兩級(jí)電源變化，首先將220V交流電源轉(zhuǎn)化為5V直流電源，再通過(guò)線性穩(wěn)壓器將5V直流電轉(zhuǎn)化為3.3直流電源。 控制板通過(guò)變壓器將內(nèi)部220V和外部220V隔離，防止電力線電壓的劇烈變化會(huì)損壞控制電路板。再經(jīng)過(guò)熔斷器，熔斷器主要起保護(hù)作用。通過(guò)熔斷器后仍然是交流電，我們需要將其轉(zhuǎn)化為直流電。全橋整流電路就是將220V，50Hz的交流電轉(zhuǎn)化為直流。通過(guò)通過(guò)C1，C2兩個(gè)濾波電容為電源噪聲提供一個(gè)低阻抗的路，將噪聲瀉放到地平面，防止其影響電源變換電路。電源電路通過(guò)LM7825將直流電轉(zhuǎn)化為5V直流電，LM7825是采用DC-DC的開(kāi)關(guān)電源，C3和C4主要起濾波作用。電路圖如3-2所示。 圖3-2 220V轉(zhuǎn)5V電源電路 1117是常用的線性穩(wěn)壓器，采用直流5V輸入，3.3V直流輸出。在輸出端采用不同的數(shù)量級(jí)的電容，以濾掉不同頻率的電源噪聲。5V轉(zhuǎn)3.3V電路圖如3-3所示。 圖3-3 5V轉(zhuǎn)3.3V電源電路 3.3 輸出接口及驅(qū)動(dòng)電路 輸出接口電路如圖3-4所示，單片機(jī)的4個(gè)GPIO口連接4個(gè)光耦，通過(guò)光耦實(shí)現(xiàn)光電隔離，防止電機(jī)側(cè)的強(qiáng)電流損壞控制測(cè)電路。光耦連接到驅(qū)動(dòng)芯片L298N，L298N是專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于H橋集成電路，與L293D的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，可以直接控制步進(jìn)電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。為了避免電機(jī)對(duì)單片機(jī)的干擾，本模塊加入光耦，進(jìn)行光電隔離，從而使系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠的工作。 本驅(qū)動(dòng)電路中電源使用12V電源，同時(shí)連接上保護(hù)的二極管，主要的功能是作為高壓和抵壓保護(hù)。 圖3-4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 3.4信號(hào)采集電路 傳感器輸出的電壓為0～5V的模擬信號(hào)，通過(guò)兩個(gè)10K電阻連接到地，選用大電阻主要是想減小電流，防止傳感器驅(qū)動(dòng)能力不足。將1/2的電壓也就是0～2.5V輸入到運(yùn)算放大器，本運(yùn)算放大器主要是一個(gè)電壓跟隨的作用。由于運(yùn)算放大器高輸入阻抗和低輸出阻抗的特性，這樣可以很好的為AD轉(zhuǎn)化提供良好的信號(hào)源。 圖3-5 信號(hào)采集電路 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 軟件整體架構(gòu) 4.1.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 因?yàn)樵谟布O(shè)計(jì)階段選擇的單片機(jī)為Cygnal公司的C8051f系列，所以在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，選擇的開(kāi)發(fā)軟件也是Cygnal公司所提供的專(zhuān)用開(kāi)發(fā)軟件。 進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí)常用的語(yǔ)言有匯編和C51，C語(yǔ)言是一個(gè)運(yùn)用廣泛，應(yīng)用平臺(tái)多樣，從單片機(jī)搭配大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都可運(yùn)行的一種結(jié)構(gòu)化程序語(yǔ)言。它具有豐富的庫(kù)函數(shù)，編譯效率高運(yùn)行速度快，且具有較好的可移植性。同時(shí)它還支持從上而下的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，有完整的模塊化程序結(jié)構(gòu)，為軟件設(shè)計(jì)過(guò)程的模塊提供了方便，提高了軟件設(shè)計(jì)的速度、效率。相對(duì)而言，匯編語(yǔ)言是較底層的的語(yǔ)言，其直接面對(duì)設(shè)備硬件，程序效率高，結(jié)構(gòu)小巧、緊湊。但由于其不是結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，用其編程可讀性較差，移植性較差。在編寫(xiě)和調(diào)試過(guò)程中對(duì)編程人員的要求更高。所以用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序效率高、開(kāi)發(fā)周期短，以便以后的維護(hù)和擴(kuò)展。 本系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)主要包括以下部分：主程序、制氧程序、壓氧程序、數(shù)據(jù)采集處理程序與人機(jī)交互程序等。所有程序均采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，要求實(shí)現(xiàn)整機(jī)的正常運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示，故障的停機(jī)報(bào)警等功能。其中制氧系統(tǒng)中吸附時(shí)間和均壓時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)產(chǎn)氧質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，是軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。 主程序如圖4-1所示，在接通電源后，系統(tǒng)開(kāi)始上電復(fù)位。在上電期間，器件保持在復(fù)位狀態(tài)，/RST引腳被驅(qū)動(dòng)到低電平，直到VDD上升到超過(guò)VRST電平。系統(tǒng)復(fù)位完成后，程序開(kāi)始初始化設(shè)備然后系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待操作人員進(jìn)行下一步操作。當(dāng)操作人員按下開(kāi)機(jī)按鍵后，系統(tǒng)識(shí)別到按鍵操作，向顯示屏發(fā)出顯示運(yùn)行狀態(tài)的指令。此時(shí)吸附塔A開(kāi)始進(jìn)行首次進(jìn)氣，由于剛開(kāi)機(jī)時(shí)吸附塔內(nèi)壓力為大氣壓力，需要先向吸附塔內(nèi)注入一定量的空氣，從而使吸附塔內(nèi)達(dá)到一定的壓力。在首次進(jìn)氣結(jié)束后，系統(tǒng)開(kāi)始循環(huán)進(jìn)行吸附、均壓的運(yùn)行過(guò)程，并在每次循環(huán)當(dāng)中監(jiān)測(cè)是否有關(guān)機(jī)按鈕按下，以確定是否關(guān)機(jī)。 圖4-1 系統(tǒng)主程序圖 4.1.2 吸附時(shí)間與切換時(shí)間的確定 在變壓吸附制氧工藝中吸附時(shí)間和均壓時(shí)間對(duì)產(chǎn)品氣的氧氣濃度起著至關(guān)重要的作用氧氣的濃度會(huì)隨吸附時(shí)間增加先升高后降低，存在一個(gè)最佳吸附周期。在均壓過(guò)程中，也存在一個(gè)最佳均壓時(shí)間。吸附時(shí)間和均壓時(shí)間的調(diào)整是通過(guò)調(diào)整電磁閥切換時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的，需要在軟件編程中設(shè)定好切換時(shí)間。因此需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最佳的切換時(shí)間和均壓時(shí)間。 4-2 吸附時(shí)間、均壓時(shí)間對(duì)氧氣濃度的影響 采用本控制系統(tǒng)的制氧機(jī)以不同切換時(shí)間運(yùn)行時(shí)氧氣濃度如圖4-2所示。有圖可知在均壓時(shí)間同為0.75s的情況下，吸附時(shí)間為6.05s時(shí)氧氣濃度要高于其他兩組。這是由于吸附周期較短時(shí)，吸附尚未完成以及解吸也不完全，造成產(chǎn)品氣純度下降。隨著吸附周期逐漸變長(zhǎng)，吸附將更加充分，解吸也會(huì)更加完全，產(chǎn)品氣的純度自然會(huì)上升。這并不是表示吸附時(shí)間越長(zhǎng)越好，當(dāng)吸附周期增加到某一數(shù)值，吸附劑達(dá)到飽和狀態(tài)，如果仍然延長(zhǎng)吸附周期，氮?dú)饩蜁?huì)穿透吸附層，因而呈現(xiàn)出一種產(chǎn)品氣濃度隨吸附時(shí)間延長(zhǎng)氧氣濃度先增高后降低的狀態(tài)，同時(shí)在吸附時(shí)間同為6.05s的情況下，均壓時(shí)間為0.70s時(shí)氧氣濃度均要高于其他兩組。這是因?yàn)楸痪鶋旱奈剿?nèi)的氣體壓力快速上升從而保證出口氧氣穩(wěn)定在較高的濃度水平。因此均壓時(shí)間越長(zhǎng)會(huì)使的吸附塔內(nèi)壓力快速上升從而保證出口氧氣穩(wěn)定在較高的濃度水平。因此均壓時(shí)間越長(zhǎng)會(huì)使的吸附塔內(nèi)壓力上升越快，產(chǎn)氧量越大，氧氣濃度越高，所以在一定均壓時(shí)間范圍內(nèi)，氧氣濃度會(huì)隨均壓時(shí)間延長(zhǎng)而增加。當(dāng)均壓時(shí)間達(dá)到一定長(zhǎng)度后，分子篩中解析出的氮?dú)饩蜁?huì)均壓到被均壓的吸附塔內(nèi)，從而使得氧氣濃度降低。根據(jù)以上數(shù)據(jù)我們確定了本制氧機(jī)的最佳吸附時(shí)間與均壓時(shí)間分別為6.05s、0.75s。 4.1.3 壓氧控制程序 壓氧機(jī)控制程序主要包括，對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)停止控制、對(duì)壓力信號(hào)檢測(cè)等。由于壓縮機(jī)在壓氧過(guò)程中要經(jīng)歷一個(gè)壓力從0MPa到13MPa以上的變化過(guò)程，此過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的扭矩也要跟隨壓力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。我們將壓氧機(jī)的開(kāi)啟通過(guò)中斷對(duì)電磁閥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)壓氧按鍵按下時(shí)，對(duì)單片機(jī)提出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)判斷當(dāng)前狀態(tài)下是否允許中斷，當(dāng)中斷條件具備時(shí)，單片機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求，發(fā)出壓氧機(jī)運(yùn)行指令，相應(yīng)電磁閥閉合，壓氧機(jī)開(kāi)始工作。電磁閥閉合后，中斷返回，繼續(xù)制氧程序的運(yùn)行。壓氧機(jī)采用對(duì)立的控制系統(tǒng)，對(duì)壓狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，其運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)LED進(jìn)行指示，壓氧和制氧共用一塊LED。當(dāng)壓氧發(fā)生故障，或壓氧過(guò)程結(jié)束，氧氣壓力達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)值時(shí)，壓氧機(jī)控制系統(tǒng)自行控制電磁閥，切斷電源。 圖4-3 中斷流程圖 5 系統(tǒng)性能測(cè)試 5.1 制氧機(jī)性能測(cè)試 我們主要需要測(cè)量的指標(biāo)是以下幾個(gè)：氧氣濃度、產(chǎn)氧量以及可靠性。采用簡(jiǎn)易的氧氣濃度測(cè)試儀和化學(xué)標(biāo)量法對(duì)氧氣濃度進(jìn)行測(cè)量。 表5-1 氧氣濃度測(cè)量表 時(shí)間（min） 測(cè)試結(jié)果1（%） 測(cè)試結(jié)果2（%） 測(cè)試結(jié)果3（%） 5 93.0 92.4 93.5 10 93.9 92.4 93.0 15 93.5 92.8 91.3 20 93.0 92.4 92.9 25 92.8 92.8 93.5 30 93.7 93.4 92.3 35 93.2 93.5 93.5 40 93.4 93.6 93.5 45 93.0 92.9 93.6 50 93.9 93.4 93.6 55 93.9 93.5 93.5 60 93.8 93.7 93.5 將制氧系統(tǒng)運(yùn)行60min后，品均每隔5min測(cè)量一次，共測(cè)量3次。測(cè)量結(jié)果記錄在表5-1中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示制氧機(jī)產(chǎn)氧量均在90%以上，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的水平。 5.2 壓氧機(jī)性能測(cè)試 壓氧機(jī)主要是對(duì)氧氣壓力、時(shí)間以及可靠性進(jìn)行測(cè)試。 對(duì)1L的鋼瓶進(jìn)行了罐裝實(shí)驗(yàn)。最大壓力達(dá)到13.5MPa。罐裝的速度大概為2L/min，罐裝結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)停止工作，啟動(dòng)蜂鳴器提示報(bào)警。 .