本发明提供了一种光电仪器的全自动充氮设备，该设备包括空气供给装置、氮气分离与检测装置、抽真空及充气装置和控制系统。本发明利用空气供给装置从大气中提取所需气源；利用氮气分离与检测装置实现制氮功能，并保证制取高纯度、低露点的氮气，以满足光电仪器的充氮需求；利用抽真空及充气装置实现对各型光电仪器的抽真空与充氮功能；上述三部分在控制系统的统一协调下实现设备的全自动化运行，可制备并输出纯度大于99.99%，露点小于–60℃的高纯度、低露点的氮气，由此解决了精密光电仪器没有充氮保障的技术难题，确保了光电仪器的使用效能。
1.一种光电仪器的全自动充氮设备，其特征是，包括有：
空气供给装置，分别与氮气分离与检测装置、抽真空及充气装置和控制系统相接，用于进行空气压缩，并将过滤和干燥后的洁净压缩空气分别提供给氮气分离与检测装置、抽真空及充气装置；
氮气分离与检测装置，分别与所述空气供给装置、抽真空及充气装置和控制系统相接，用于从输入的压缩空气中进行氮气的分离、提纯和检测，并将检测纯度大于99.99%、露点小于–60℃的氮气进行储存或输出给抽真空及充气装置；
抽真空及充气装置，分别与所述空气供给装置、所述氮气分离与检测装置和控制系统相接，在对光电仪器进行抽真空操作之后，向光电仪器内充入由所述氮气分离与检测装置提供的氮气；以及控制系统，分别与所述空气供给装置、所述氮气分离与检测装置和所述抽真空及充气装置相接，用于控制上述各装置按设定程序进行工作；
所述空气供给装置包括空气压缩机、风冷却器、空气储罐、电子排水器、压力开关、过滤器和干燥器；所述空气压缩机通过所述风冷却器与所述空气储罐相接，所述电子排水器设置在所述空气储罐底部，所述压力开关设置在所述空气储罐出口处，所述空气储罐通过所述过滤器与所述干燥器相接，所述干燥器通过第一调压阀与所述抽真空及充气装置相接、通过第二调压阀与所述氮气分离与检测装置相接；
所述氮气分离与检测装置包括第一吸附塔、第二吸附塔、激光粉尘检测仪、氮气储罐、高分子模式干燥器及粒子过滤器和氮气在线分析仪；
所述第一吸附塔和所述第二吸附塔构成两个分支管路，在与所述第一吸附塔塔底相连的分支管路上接有第二电磁阀，在与所述第二吸附塔塔底相连的分支管路上接有第三电磁阀，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀相接后汇成一主管路，在该主管路上接有第一电磁阀和第一节流阀，所述第一节流阀与所述空气供给装置中的所述第二调压阀相连；
在所述第一吸附塔的塔底接有一与大气相通的管路，在该管路上接有第四电磁阀；在所述第二吸附塔的塔底也接有一与大气相通的管路，在该管路上接有第五电磁阀；
在与所述第一吸附塔塔顶相连的分支管路上接有第六电磁阀，在与所述第二吸附塔塔顶相连的分支管路上接有第七电磁阀，所述第六电磁阀和所述第七电磁阀相接后汇成一主管路，在该主管路上接有第八电磁阀，所述第八电磁阀与所述激光粉尘检测仪相连，所述激光粉尘检测仪、所述氮气储罐、所述高分子模式干燥器及粒子过滤器和所述氮气在线分析仪按顺序设置在该主管路上；
所述第六电磁阀和所述第七电磁阀相接后连接第二节流阀，所述第二节流阀通过第一单向阀与所述第一吸附塔的塔顶相连、通过第二单向阀与所述第二吸附塔的塔顶相连；
所述氮气在线分析仪的出口处接有两连通管路，其中之一管路与大气相通，在该管路上接有第十电磁阀；另一管路与所述抽真空及充气装置相通，在该管路上接有第九电磁阀；
所述抽真空及充气装置包括有两连通管路，其中之一连通管路上按顺序设置有第十一电磁阀、真空发生器和第十二电磁阀，所述第十一电磁阀与所述空气供给装置中的所述第一调压阀相接；另一连通管路上按顺序接有第三调压阀、第四调压阀和第十三电磁阀，所述第三调压阀与所述氮气分离与检测装置中的所述第九电磁阀相接；所述第十二电磁阀和所述第十三电磁阀均连接压力传感器和光电仪器；
所述控制系统包括触摸屏、可编程控制器、面板第一按钮、面板第二按钮和固态继电器；所述触摸屏与所述可编程控制器采用RS-485 总线进行通讯，所述可编程控制器接收来自所述触摸屏、所述面板第一按钮和所述面板第二按钮的指令控制所述固态继电器的开关，实现所述空气供给装置中的所述空气压缩机的启停及各电磁阀的开关。
光电仪器的全自动充氮设备
技术领域
[0001] 本发明涉及一种气体发生装置，具体地说是一种光电仪器的全自动充氮设备。
背景技术
[0002] 我国地域辽阔，气候差异性大，高温、高湿、高盐雾等恶劣环境下的精密光电仪器防霉防雾一直是长期困扰其维护保养的难题之一。同时，精密光电仪器在检测、修理、维护保养时均需要对其灌充干燥、洁净的氮气，以提升光电仪器的防霉雾能力。对于军用光电仪器而言，其内部更应充以清洁、干燥的氮气后再存放，所充氮气的露点应小于–53℃，纯度应达到99.99%以上。
[0003] 目前在向光电仪器内充氮时，一般都是从专业气体生产厂家购买高纯度瓶装氮气，通过减压阀调节至合适的气体压力，然后再灌充至光电仪器中。这种充氮方法不仅气源受限制，而且充氮过程不具备抽真空功能，无法满足野外环境条件下的使用要求，因此，发明一套高度集成、操作方便、具有自动制氮、充氮、抽真空功能的小型制氮充氮设备，对确保光器使用效能具有重要意义。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是提供一种光电仪器的全自动充氮设备，以解决现有的充氮设备气源受限、不具备抽真空功能，无法在野外环境条件下使用的问题。
[0005] 本发明是这样实现的：一种光电仪器的全自动充氮设备，包括有：
[0006] 空气供给装置，分别与氮气分离与检测装置、抽真空及充气装置和控制系统相接，用于进行空气压缩，并将过滤和干燥后的洁净压缩空气分别提供给氮气分离与检测装置、抽真空及充气装置；
[0007] 氮气分离与检测装置，分别与所述空气供给装置、抽真空及充气装置和控制系统相接，用于从输入的压缩空气中进行氮气的分离、提纯和检测，并将检测纯度大于99.99%、露点小于–60℃的氮气进行储存或输出给抽真空及充气装置；
[0008] 抽真空及充气装置，分别与所述空气供给装置、所述氮气分离与检测装置和控制系统相接，在对光电仪器进行抽真空操作之后，向光电仪器内充入由所述氮气分离与检测装置提供的氮气；以及
[0009] 控制系统，分别与所述空气供给装置、所述氮气分离与检测装置和所述抽真空及充气装置相接，用于控制上述各装置按设定程序进行工作；
[0010] 所述空气供给装置包括空气压缩机、风冷却器、空气储罐、电子排水器、压力开关、过滤器和干燥器；所述空气压缩机通过所述风冷却器与所述空气储罐相接，所述电子排水器设置在所述空气储罐底部，所述压力开关设置在所述空气储罐出口处，所述空气储罐通过所述过滤器与所述干燥器相接，所述干燥器通过第一调压阀与所述抽真空及充气装置相接、通过第二调压阀与所述氮气分离与检测装置相接；
[0011] 所述氮气分离与检测装置包括第一吸附塔、第二吸附塔、激光粉尘检测仪、氮气储罐、高分子模式干燥器及粒子过滤器和氮气在线分析仪；
[0012] 所述第一吸附塔和所述第二吸附塔构成两个分支管路，在与所述第一吸附塔塔底相连的分支管路上接有第二电磁阀，在与所述第二吸附塔塔底相连的分支管路上接有第三电磁阀，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀相接后汇成一主管路，在该主管路上接有第一电磁阀和第一节流阀，所述第一节流阀与所述空气供给装置中的所述第二调压阀相连；
[0013] 在所述第一吸附塔的塔底接有一与大气相通的管路，在该管路上接有第四电磁阀；在所述第二吸附塔的塔底也接有一与大气相通的管路，在该管路上接有第五电磁阀；
[0014] 在与所述第一吸附塔塔顶相连的分支管路上接有第六电磁阀，在与所述第二吸附塔塔顶相连的分支管路上接有第七电磁阀，所述第六电磁阀和所述第七电磁阀相接后汇成一主管路，在该主管路上接有第八电磁阀，所述第八电磁阀与所述激光粉尘检测仪相连，所述激光粉尘检测仪、所述氮气储罐、所述高分子模式干燥器及粒子过滤器和所述氮气在线分析仪按顺序设置在该主管路上；
[0015] 所述第六电磁阀和所述第七电磁阀相接后连接第二节流阀，所述第二节流阀通过第一单向阀与所述第一吸附塔的塔顶相连、通过第二单向阀与所述第二吸附塔的塔顶相连；
[0016] 所述氮气在线分析仪的出口处接有两连通管路，其中之一管路与大气相通，在该管路上接有第十电磁阀；另一管路与所述抽真空及充气装置相通，在该管路上接有第九电磁阀。
[0017] 所述抽真空及充气装置包括有两连通管路，其中之一连通管路上按顺序设置有第十一电磁阀、真空发生器和第十二电磁阀，所述第十一电磁阀与所述空气供给装置中的所述第一调压阀相接；另一连通管路上按顺序接有第三调压阀、第四调压阀和第十三电磁阀，所述第三调压阀与所述氮气分离与检测装置中的所述第九电磁阀相接；所述第十二电磁阀和所述第十三电磁阀均连接压力传感器和光电仪器。
[0018] 所述控制系统包括触摸屏、可编程控制器、面板第一按钮、面板第二按钮和固态继电器；所述触摸屏与所述可编程控制器采用RS-485总线进行通讯，所述可编程控制器接收来自所述触摸屏、所述面板第一按钮和所述面板第二按钮的指令控制所述固态继电器的开关，实现所述空气供给装置中的所述空气压缩机的启停及各电磁阀的开关。
[0019] 本发明利用空气供给装置从大气中提取所需气源；利用氮气分离与检测装置实现制氮功能，并保证制取高纯度、低露点的氮气，以满足光电仪器的充氮需求；利用抽真空及充气装置实现对各型光电仪器的抽真空与充氮功能；上述三部分在控制系统的统一协调下实现设备的全自动化运行，可制备并输出纯度大于99.99%，露点小于–60℃的高纯度、低露点的氮气，由此解决了精密光电仪器没有充氮保障的技术难题，确保了光电仪器的使用效能。
附图说明
[0020] 图1是本发明的系统构成示意图。
[0021] 图中：1、空气压缩机，2、风冷却器，3、空气储罐，4、压力开关，5、干燥器，6、过滤器，7、氮气储罐，8、第一吸附塔，9、第二吸附塔，10、真空发生器，11、电子排水器，12、激光粉尘检测仪，13、高分子模式干燥器及粒子过滤器，14、氮气在线分析仪，15、压力传感器，16、触摸屏，17、可编程控制器，18、固态继电器，100、空气供给装置，200、氮气分离与检测装置，
300、抽真空及充气装置，400、控制系统。
具体实施方式
[0022] 如图1所示，本发明包括彼此间相互连接的空气供给装置100、氮气分离与检测装置200、抽真空及充气装置300和控制系统400。
[0023] 空气供给装置100包括依序连接的空气压缩机1、风冷却器2、空气储罐3、压力开关4、过滤器6和干燥器5，在空气储罐3底部连接有电子排水器11，干燥器5通过第一调压阀PV-1与抽真空及充气装置300中的第十一电磁阀V-11相接、通过第二调压阀PV-2与氮气分离与检测装置200中的第一节流阀NV-1相接。
[0024] 空气压缩机1靠电力驱动，空气经过空气压缩机1压缩后温度变高，之后经风冷却器2降温后进入空气储罐3，空气中的水分会在空气储罐3的底部凝结，凝结的水在控制系统的控制下定时由电子排水器11排出。空气储罐3出口处装有压力开关4，当空气储罐3内气体压力超出上限（例如0.8MPa）时压力开关4闭合，此时空气压缩机1电源断开，空气压缩机1停止工作；当空气储罐3内气体压力低于下限（例如0.65MPa）时压力开关4打开，此时空气压缩机1电源接通，空气压缩机1开始工作。当空气压缩机1内部超压或超温时控制系统400强制其暂停工作。压缩空气经过压力开关4进入过滤器6，滤除空气中的杂质，再经过干燥器5滤除空气中的水分，最后，滤除杂质和水分的空气通过第一调压阀PV-1向真空发生器10供气，通过第二调压阀PV-2提供给氮气分离与检测装置200用于分离氮气。
[0025] 氮气分离与检测装置200包括第一节流阀（空气节流阀）NV-1、第一吸附塔8、第二吸附塔9、第一电磁阀V-1、第二电磁阀V-2、第三电磁阀V-3、第四电磁阀V-4、第五电磁阀V-5、第六电磁阀V-6、第七电磁阀V-7、第八电磁阀V-8、第九电磁阀V-9、第十电磁阀V-10、第二节流阀NV-2、第一单向阀CV-1、第二单向阀CV-2、激光粉尘检测仪12、氮气储罐7、高分子膜式干燥器及粒子过滤器13和氮气在线分析仪14。
[0026] 由空气压缩机1产生的压缩空气经第一节流阀NV-1后调节进气速度，以保证对空气的充分分离，之后经第一电磁阀V-1、第二电磁阀V-2后由塔底进入第一吸附塔8内，由下向上流经整个第一吸附塔体，第一吸附塔8内装填碳分子筛（CMS），当压缩空气通过碳分子筛时，由于氮气、氧气分子直径不同，氧气分子绝大部分吸附在碳分子筛表面，而氮分子处于游离状态，由第一吸附塔8上端流出，经第六电磁阀V-6、第八电磁阀V-8、激光粉尘检测仪12后流向氮气储罐7；与此同时，第二吸附塔9减压，由第一吸附塔8流出的氮气中的一小部分经过第六电磁阀V-6、第二节流阀NV-2和第二单向阀CV-2后进入第二吸附塔9中冲洗吸附饱和的碳分子筛，而富氧气体经第五电磁阀V-5排入大气中，第二吸附塔9碳分子筛解吸再生完成。该过程中第三电磁阀V-3、第四电磁阀V-4和第七电磁阀V-7关闭。
当第一吸附塔8内碳分子筛吸附饱和且第二吸附塔9解吸完成后，由控制系统改变第二、第三、第四、第五、第六、第七电磁阀的开关状态，此时压缩空气由第一电磁阀V-1、第三电磁阀V-3进入第二吸附塔9内，由第二吸附塔9内碳分子筛吸附氧气，氮气经第七电磁阀V-7、第八电磁阀V-8、激光粉尘检测仪12后进入氮气储罐7；与此同时，第一吸附塔8减压，并由第二吸附塔9流出的氮气中的一小部分经过第七电磁阀V-7、第二节流阀NV-2和第一单向阀CV-1进入第一吸附塔8中冲洗吸附饱和的碳分子筛，而富氧气体经第四电磁阀V-4排入大气中，该过程中第二电磁阀V-2、第五电磁阀V-5和第六电磁阀V-6关闭。当第二吸附塔9吸附饱和后，第一吸附塔8解吸完成，两塔交互工作，重复以上过程，持续产出氮气。激光粉尘检测仪12监测氮气内的粉尘含量，当碳分子筛粉化到一定程度时进行报警提示。氮气经过高分子膜式干燥器及粒子过滤器13处理后纯度可达99.99%，露点可达–69℃。氮气在线分析仪14实时监测氮气的露点和纯度，若氮气纯度或露点不符合充氮要求，则打开第十电磁阀V-10进行排空，合格则关闭第十电磁阀V-10，打开第九电磁阀V-9向抽真空及充气装置300供气。
[0027] 抽真空及充气装置300包括第三调压阀PV-3、第四调压阀PV-4、真空发生器10、压力传感器15、第十一电磁阀V-11、第十二电磁阀V-12和第十三电磁阀V-13。
[0028] 抽真空及充气装置300的工作过程为：首先关闭第十三电磁阀V-13，打开真空发生器10、第十一电磁阀V-11和第十二电磁阀（真空口电磁阀）V-12，对光电仪器进行抽真空，压力传感器15测量光电仪器内的真空压力，当所测真空压力符合设定要求时，关闭真空发生器10、第十一电磁阀V-11和第十二电磁阀V-12。之后打开第三调压阀PV-3、第四调压阀PV-4和第十三电磁阀V-13，氮气经过第三调压阀PV-3后得到压力为200KPa的氮气，再经过第四调压阀PV-4后得到10KPa的氮气，之后通过第十三电磁阀V-13充入光电仪器中。压力传感器15测量光电仪器内的充氮压力，当所测充氮压力符合设定要求时，由控制系统400控制各设备停止工作，从而完成对光电仪器的充氮工作。
[0029] 控制系统400包括触摸屏16、可编程控制器17、面板第一按钮B-1、面板第二按钮B-2和固态继电器18。触摸屏16与可编程控制器17采用RS-485总线进行通讯，操作人员通过触摸屏16启停空气压缩机1、控制抽真空及充氮压力和循环次数、监控设备工作状态；可编程控制器17接收来自触摸屏16、面板第一按钮B-1和面板第二按钮B-2的控制指令，控制固态继电器18开关，实现空气压缩机1的启停及各电磁阀的开关。
