气体分析仪自动校准装置的设计与研究

气体分析仪自动校准装置的

设计与研究

内容提要1.绪论2.气体流量的控制方案3.系统的工作原理4.系统硬件和软件的设计

5.实验数据分析

6.技术指标与改进

1绪论1.1课题研究意义1.2国内外标准气体发展现状1.3本课题研究主要内容

1.1课题研究意义

各类气体分析仪及气体报警器在各个领域的广泛使用，为了其确保量值的准确性和稳定性，需要使用标准气体对其进行定期的检定和校准。标准气体作为标准物质，它的配制过程与液体标准物质的配制相比，有一定的难度和不确定性。1.2国内外标准气体发展现状发达国家已经有比较成熟的标准量值传递体系国外发展现状国内发展现状起步较晚，近些年发展迅猛，但是仍然存在很多问题1.3主要研究内容

本课题的目的是设计一套气体分析仪自动校准装置，为气体分析仪和气体报警器的检定和校准工作提供低浓度的标准气体，选择合适的气体流量配制方案，设计流量控制算法，通过精确的控制气体质量流量控制器来实现气体比例的调节，从而得到所需浓度的混合气体，实现精度高、响应时间快、浓度值连续可调、操作方便等目的。2气体流量的控制方案2.1控制方案的确定2.2模糊控制的原理2.3模糊控制过程仿真

2.1控制方案的确定

模糊控制作为非线性控制系统建模和实现控制的一种有效的方法，和常规的PID控制相比，具有以下特点：

(1)无须建立精确的数学模型；

(2)采用语言控制规则，依据的是相关专家的知识和操作人员的控制经验，易于被接受和理解；

(3)鲁棒性强，特别适合于非线性、时变和纯滞后系统的控制；2气体流量的控制方案图1模糊控制器的结构图2.2模糊控制的原理

当流量误差为负大时，若当流量误差变化为负，这时流量误差有增大的趋势，为尽快消除已有的负大误差并抑制变大，所以控制量变化取正大。当流量误差为负而流量误差变化为正时，系统本身已有减少误差的趋势，所以为尽快消除误差且又不超调，应取较小的控制量。当误差为负大且变化量为小时，控制量的变化取为正中，若误差变化为正大或正中时，为了避免超调产生偏差，控制量变化取为0等级。表1模糊控制规则表

表2模糊控制查询表2.3模糊控制仿真图2模糊推理规则观察器图2隶属度函数曲线图4模糊控制的响应曲线3系统的工作原理

该装置通过控制各个气路的流量达到控制气体浓度的目的，气体流量的调节由数字式质量流量控制器(简称MFC)控制，它的优势在于：(1)流量的测量和控制不会随温度或压力的变化而变化(2)可以精确地控制气体的设定值(3)与模拟式MFC相比，数字式MFC内部集成有D/A和A/D转换模块，可以直接与计算机进行数字通讯3系统的工作原理

各个气路的气体浓度和流量的关系：

所以在实际工作中，只要控制好各组分气体的流量比就可以相应的控制标准气体各组分的浓度。

当配气过程中不使用稀释气N2则各组分原料气之间的流量比为：4系统硬件和软件的设计4.1硬件结构组成4.2软件流程

4.1硬件结构组成图5系统硬件结构图4.2软件流程图6系统软件流程图图8配气操作菜单图7液晶显示模块流程图5实验数据的分析5.1实验方案的设计5.2实验数据处理5.3不确定度分析

5.1实验方案的设计

配气管路多，配气浓度范围宽，数据繁多，实验量非常大，正交试验法的实验设计原则：“以尽量少的试验，获得足够的、有效的信息”

根据分析实验目的、影响因素、确定水平，决定选用5水平6列共作25次实验，即L25(56)可以大大减少工作量，同时又能考虑到各种极端条件，实验覆盖面广。5实验数据的分析5.2实验数据处理验证结果准确性的方法：(1)使用高精度的气体分析仪器进行分析(2)与标准物质进行比对

5.3不确定度分析

不确定度评定过程中影响因素很多，很难考虑到有关不确定度的所有信息:(1)所采样的样品标气可能不具有代表性；

(2)对MFC评估的不完全性；

(3)测量仪器的精度受限；

(4)在相同条件下被测量在重复观测中的变化等等。6技术指标与改进6.1技术指标

最大稀释倍数：2000:1最大输出流量：2870mL流量线性误差：≤0.8%预热时间：30min使用环境：5℃～45℃6.2改进