小型氧气机开题报告

1 文献综述 1.1 本课题的意义随着中国经济的发展，人们的生活水平已有了明显的提高，但高的经济增长却带来了许多负面的影响，如水污染、大气污染越来越严重，生活节奏的加快使人们的精神压力越来越大，这些导致人们越来越注重自我调节和养生保健。人类的生存离不开大气，而污染导致大气的质量越来越差。为了在空闲的..

小型氧气机开题报告 1 文献综述
1.1 本课题的意义
随着中国经济的发展，人们的生活水平已有了明显的提高，但高的经济增长却带来了许多负面的影响，如水污染、大气污染越来越严重，生活节奏的加快使人们的精神压力越来越大，这些导致人们越来越注重自我调节和养生保健。
人类的生存离不开大气，而污染导致大气的质量越来越差。为了在空闲的时候能得到身心的放松，一种新的养生保健方法——有氧疗法诞生了，而且迅速红遍大江南北，但氧疗并不是普通百姓所能消费的起的，这就要求有一种更廉价的制氧设备，最好是可以应用于工业、医疗、生活、环保等众多领域。
1.2国内外发展现状
我国传统的制氧方式主要是低温精溜法和化学制氧，这些制氧方法不方便，也不安全，而且制氧成本高，很难让普通百姓享受到健康、环保的高品质氧气带来的好处。
30年代美国联合碳化物公司开拓了PSA（变压吸附）法，到了70年代西德埃森矿业研究所开发了碳分子筛，为PSA分离空气制氧拓宽了道路。近年来PSA空气分离法在全世界范围内得到了广泛地研究和开发。吸附剂和工艺技术方面取得了突破性的进展，已使得基于PSA的空气分离方法在工业、医疗、生活、环保中显示了很大的优势。PSA装置具有随时开机随时制氧、设备简单、操作简便投资和管理费用低、单位产品能耗较低、装置启动迅速、产品纯度可在一定范围内随意调节、吸附在常温下进行、不涉及优势问题等优点。很适用于那些氧气需求量不大、纯度要求不是很高的场合，如家庭增氧、封闭式分体空调室内增氧，以及移动式装置用于病人随时吸氧，也可以在家用于氧疗等，在工业上，还可把PSA和低温精馏相结合，原料空气先经过PSA装置，将氧气量浓缩到80%左右，在进入低温分馏系统进行提纯，可使其精溜能力提高四倍，既能保持氧的高纯度，又能提高产量，具有极广阔的应用空间和发展潜力[1]。
以前，家用、医用氧的获得都是采用钢瓶氧供给方式，即制氧厂通过高压深冷工艺方法，把空气中的氧起分离出来之后，预装在能承受1.47Pa (150kg/cm)压力的钢瓶里，若需要在家用氧，就要把这种预先装好氧气的钢瓶运回家去使用，使完氧气后，再把空瓶运回制氧厂去灌装或换取装好的钢瓶。这种方法虽然现在还有人用，但由于钢瓶笨重，加之钢瓶中装有高压氧气，运输既不方便，又危险，且氧气瓶中的氧气使用时间有限，这些都制约着家庭用氧的普及。
随着科技的进步，社会的发展，制氧方法得到了发展。由于PSA技术的出现，使得分离氧气的工作不再是一定要到氧气厂完成，变的可以在使用的地方进行，它是气体分离技术的革命也促使了小型家用、医用氧气机的诞生。
我国采用PSA技术生产的小型医用机其主要结构都是用小型无油压缩机，适时采集并压缩周期的空气，压缩空气的压力一般在19.61Pa (2kg/cm)
以内，采用双床分子筛分别同时进行对压缩的空气氧氮分离和排氮清洗分子筛,两种工作做交替交换进行，交换的时间大约在10S上下。
    目前，我国国内生产PSA小型医用氧气机的厂家已有十多家,产品各有点，根据控制系统的结构特点，主要有以下六种类型[2]：
·二位五通单控滑柱式电磁阀控制系统；
·二位五通双控滑柱式电磁阀控制系统；
·电磁先导阀气动阀控制系统；
·二位四通膜式电磁阀控制系统；
·旋转阀控制系统；
·压力控制气阀控制系统；
其中第五种控制系统结构简单又可靠，在实际的小型医用氧气机的使用中这种控制系统的故障率是很低的，第3、4种控制系统结构也是较为可靠的，第1、2种控制系统结构的可靠性相对要差些。
由于小型PSA氧气机在家用医用中存在一定的风险[3]，如，压缩机失效和控制失效，这就要求小型PSA氧气机必须有可靠的控制系统来尽量的减少事故的出现，还应用联锁和报警的能力[4]。
单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。单片机应用在检测、控制领域中，具有如下特点[5]：
·小巧灵活，成本低，易于产品化，他能方便的组装成各种智能式测试设备及个中智能仪器仪表。
·可靠性高，可适用的温度范围很广，因为单片机本身就是按照工业测控环境而设计的，能适应各种恶劣的工作环境，这些是其他机种无法比拟的。
·易于扩展，可以扩展程序存储器和数据存储器，很容易构成个中规模的应用系统，控制功能强，单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能指令。
·可以很方便的实现多机和分布式控制。
综上所述，相对于其他控制系统由于单片机具有以上4大特点，使它成为本次设计中控制系统设计的不二选择，它可以轻松实现氧气机的控制和报警等功能，可保证小型PSA氧气机的可靠运行，在一定程度上可以降低事故率。单片机的低成本可以降低小型PSA氧气机的制造成本，便于其推广普及[6,7,8]。
单片机实现氧气机的智能控制离不开检测技术，对于氧气几的使用者来说，氧气机的好坏取决于其制氧浓度（量）的是否可控，系统是否稳定。为了达到其浓度（量）的可操作性必要的检测数据必不可少，它是单片机控制系统对氧气机进行操作控制的依据。
时下，氧气机浓度（量）的测量主要由氧气传感器来完成，也有的采用氧气计量计[9]，通过数字显示用氧者吸氧时间，吸氧流量吸氧起始时间等参数来确定吸氧耗用量。氧气传感器以测量氧气浓度为主，相对于氧气用量机来说更适合应用于家用氧气机中（氧气用量计为用氧收费而设计的）。本次设计采用浓度控制，所以只考虑采用氧气传感器来作为测量仪器。
氧气传感器的选择很重要，应满足设计要求[10]。氧气传感器常用的有氧化锆传感器[11]，珈伐尼电池式氧气传感器[12]，CY-16氧传感器[6]等。氧化锆传感器具有耐高温，耐高湿的特性，其输出的电动势大小与电池的工作温度和两     侧的氧浓度呈对数关系。
当电池工作温度稳定在700度时有以下关系：

式中 E-------氧浓度差电池输出电动势（）,   -----高浓度侧的氧分压（%）
------低浓度侧的氧分压（%）
    珈伐尼电池式传感器由阴极（铂、黄金、银等），阳极（铅、镉等离子化倾向大的金属）及特定的酸液组成。氧分子通过不渗水的树脂薄膜进入电化学电池在金电极发生反应。在两电极间的电流同被测混合气中的氧气浓度成正比，输出电压信号由所按电阻两端电压通过温度补偿后获得，输出电压的变化旧表示氧气浓度，其他气体对该传感器无干扰影响，但正负极有消耗，所以应定期进行更换。
综合几种传感器的特点，由于珈伐尼电池传感器有良好的线性特性，便于设计，且不需要外部电源、成本低廉，所以本次设计采用珈伐尼电池氧传感器。

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