气路设计

一、核心心法：“流体不停车” (Flow Continuity)

新手设计的最大误区是：不用它的时候，就堵住它。高手设计的核心原则是：不用它的时候，让它走旁路（Bypass）。

1. 为什么要旁路？（反面教材）

假设你有一根 50 米长的采样管，接在分析仪入口。

错误设计：校准时，三通阀切到标气，把采样管堵死（切断）。
后果：
- 憋压：采样泵还在工作，管路压力飙升。
- 滞后：采样气在管子里停滞了。等你校准完（比如 10 分钟）切回采样时，你测到的是 10 分钟前抽上来的“旧气”。你需要花很久把它排空，响应时间极其漫长。

2. 正确设计：快速回路

动作：校准时，三通阀把标气切进分析仪，同时把采样气切到“旁路排空口”。
效果：采样气一直在流动，一直保持新鲜。切回来的瞬间，你测到的就是当下的实时数据。

二、两位三通阀的“拓扑防乱指南”

当系统里有“零气、标气、反吹、采样”四个功能时，至少需要 3-4 个三通阀。新手很容易把 NO（常开）、NC（常闭）、COM（公共）接乱。这里可以用“倒推法”，不要从气源顺着画，要从分析仪入口倒着画。

可以尝试下面两种设计方式

级联式/主从式设计逻辑

V1（主裁判）：决定大方向，是看“样气”还是看“校准气”。
V2（副裁判）：负责给 V1 输送弹药，决定那个“校准气”到底是“零气”还是“标气”。

这种设计的优点是逻辑层次分明，缺点是如果不加旁路，管路会有死体积。为了符合我们之前讲的“流体不停车”原则，我在图中特意为您加上了采样气的旁路设计。

graph TD %% --- 样式定义 --- classDef sample stroke:#006400,stroke-width:2px; classDef zero stroke:#1E90FF,stroke-width:2px; classDef span stroke:#FF8C00,stroke-width:2px; classDef common stroke:#333,stroke-width:3px; classDef bypass stroke:#999,stroke-dasharray: 5 5; %% --- 气源定义 --- SAMPLE_GAS["取样探头样气"] ZERO_GAS["零气 (Zero)"] SPAN_GAS["标气 (Span)"] %% --- 旁路排空设计 (关键细节) --- %% 为了防止V1切到校准时，样气泵被憋死，必须在V1前加三通排空 T_SAMPLE(("三通")) SAMPLE_GAS --> T_SAMPLE T_SAMPLE --"旁路排空
(保持流动)"--> NV_S["针阀 (阻力模拟)"] NV_S --> VENT_S["排空"]:::bypass %% --- V2：校准气选择级 (副阀) --- %% 逻辑：断电=零气，通电=标气 V2["V2 - 校准选择阀
(两位三通)"] ZERO_GAS --"NO (断电常开)"--> V2 SPAN_GAS --"NC (通电常闭)"--> V2 %% --- V1：主功能切换级 (主阀) --- %% 逻辑：断电=采样，通电=校准 V1["V1 - 测量/校准切换阀
(两位三通)"] %% 采样气进 V1 的 NO T_SAMPLE --"NO (断电常开)
采样模式"--> V1 %% V2 的出口进 V1 的 NC (级联点) V2 --"COM (出口)
输送校准气"--> V1_NC_PORT((("级联点
V1-NC"))) V1_NC_PORT --> V1 %% --- 分析仪 --- V1 --"COM (公共出口)"--> ANALYZER["分析仪"]:::common %% --- 样式应用 --- class SAMPLE_GAS,T_SAMPLE,NV_S,VENT_S sample class ZERO_GAS zero class SPAN_GAS span class V1,V2,ANALYZER common class NV_S,VENT_S bypass

优点：
- 节省阀门接口：只需要 2 个阀门就能搞定 3 路气。
- 故障导向安全：如果断电（V1 OFF），系统自动回到测量状态。这是环保监测非常喜欢的逻辑（断电不断数）。
缺点（需要注意）：
- 标气置换慢：当你从“校零”切到“校标”时，V2 到 V1 之间那一段管子里的“旧零气”必须先被吹走，需要一点置换时间（死体积）。
- 逻辑耦合：必须先开 V1，V2 的动作才有效。如果 V1 坏了（卡在 NO），V2 怎么动都没用。

独立旁路设计

所谓的“双两位三通阀组”（独立旁路设计）接法，其实是工业气路设计中用来彻底解决“死体积”和“流体滞后”的标准架构。

它的核心逻辑不再是“一个阀门切两个气”，而是“每个气配一个专属的看门阀”

graph TD %% 定义样式 classDef sample stroke:#2E8B57,stroke-width:2px; classDef cal stroke:#1E90FF,stroke-width:2px; classDef bypass stroke:#A9A9A9,stroke-dasharray: 5 5; classDef analyzer fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:2px; %% --- 气源部分 --- S_GAS["取样探头样气"] --> PUMP["取样泵"] CAL_GAS["标准气体钢瓶"] --> REG["减压阀"] %% --- 阀门组 (核心逻辑) --- %% 阀门1：控制采样 PUMP --"COM (进气)"--> V1["V1-采样切换阀
两位三通"] %% 阀门2：控制标气 REG --"COM (进气)"--> V2["V2-标气切换阀
两位三通"] %% --- 旁路设计 (Bypass) --- %% 没通电时走这里 (NO口) V1 --"NO (断电常开)
保持流动/不停车"--> NV1["针阀/毛细管
(模拟阻力)"] V2 --"NO (断电常开)
放空/预吹扫"--> NV2["针阀/毛细管
(模拟阻力)"] NV1 --> VENT1["排空/回流总管"]:::bypass NV2 --> VENT2["排空"]:::bypass %% --- 测量主路 (Main Line) --- %% 通电时走这里 (NC口) V1 --"NC (通电常闭)
采样模式"--> T1(("汇流三通/歧管")) V2 --"NC (通电常闭)
校准模式"--> T1 %% --- 分析仪部分 --- T1 --> FL1["流量计"] FL1 --> ANALYZER["分析仪/传感器"]:::analyzer ANALYZER --> EXHAUST["废气排出"] %% 应用样式 class S_GAS,PUMP,V1 sample class CAL_GAS,REG,V2 cal class NV1,NV2,VENT1,VENT2 bypass

为什么要这么接？（对比传统接法）

1、传统接法（单个三通阀切换）

接口 A 接采样，接口 B 接标气，公共口接分析仪。
致命缺陷：当你测采样时，标气那条管子是死胡同。当你测标气时，采样那条管子是死胡同（泵会被憋死，或者你得在前面再加三通，很麻烦）。

2、双阀组接法（推荐接法）

优势 1：无死体积。每一路气体在进入分析仪之前，都在自己的旁路里流动，没有“死水”。
优势 2：无交叉污染。两个阀门的 NC 口平时都是关死的，物理隔离非常好。
优势 3：压力平衡。你可以通过调节各自旁路上的针阀，让排空的阻力和进分析仪的阻力接近，切换时没有压力跳变。

三、避坑经验：防止“压力台阶”

阀门一多，最怕的就是压力不平衡。

现象：采样时压力是 -20 kPa，一切换到标气，压力变成了 +50 kPa。
后果：这种瞬间的压力跳变会让分析仪读数剧烈震荡，甚至冲坏传感器。

解决办法：所有进入同一个“选通阀”的气路，压力必须预先调节到一致。

采样路：如果是负压，无法改变。
校准路：必须加装旁路溢流口。
- 让标气在进入阀门前，先对大气敞开排空一部分。
- 目的：强行把标气压力拉低到常压，尽量接近采样压力，减小切换时的冲击。

四、终极方案：使用“歧管/汇流板”

如果你的阀门超过 3 个，别再用管子把一个个阀门拧在一起了。那是一团乱麻，而且漏点极多。

工程经验：直接上集成汇流板 (Manifold Block)。

结构：一块金属铝块，内部钻好了孔道。你只需要把阀门像插积木一样插上去。
优点：
- 无死体积：内部流道极短，换气极快。
- 逻辑清晰：通常是“公共出气口”和“独立进气口”。
- 排查简单：不用去撸管子，看阀门上的灯就行。

总结

气路走到底的“单线思维”是电路思维（导线没电流也没事），但不是流体思维。流体设计三定律：

死水必臭：不要让气体在管子里停滞，不用它时就把它放空。
压力要平：切换阀两端的压力差越小越好。
倒着思考：从分析仪入口往回推，先决定“进谁”，再决定“谁备选”。

一、 核心心法：“流体不停车” (Flow Continuity)