氣體分析儀自動校準裝置的設計與研究

1、內容提要內容提要1. 1. 緒緒 論論 2. 2. 氣體流量的控制方案氣體流量的控制方案3. 3. 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理4. 4. 系統(tǒng)硬件和軟件的設計系統(tǒng)硬件和軟件的設計 5. 5. 實驗數(shù)據(jù)分析實驗數(shù)據(jù)分析 6. 6. 技術指標與改進技術指標與改進 1 1 緒論緒論1.1 1.1 課題研究意義課題研究意義1.2 1.2 國內外標準氣體發(fā)展現(xiàn)狀國內外標準氣體發(fā)展現(xiàn)狀1.3 1.3 本課題研究主要內容本課題研究主要內容 1.1 1.1 課題研究意義課題研究意義 各類氣體分析儀及氣體報警器在各個領域的廣泛使用，為了其確保量值的準確性和穩(wěn)定性，需要使用標準氣體對其進行定期的檢定和校準。標準

2、氣體作為標準物質，它的配制過程與液體標準物質的配制相比，有一定的難度和不確定性。1.2 1.2 國內外標準氣體發(fā)展現(xiàn)狀國內外標準氣體發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)達國家已經有比較成熟的標發(fā)達國家已經有比較成熟的標準量值傳遞體系準量值傳遞體系國外發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀國內發(fā)展現(xiàn)狀國內發(fā)展現(xiàn)狀起步較晚，近些年發(fā)展迅猛，起步較晚，近些年發(fā)展迅猛，但是仍然存在很多問題但是仍然存在很多問題1.3 1.3 主要研究內容主要研究內容 本課題的目的是設計一套氣體分析儀自動校準裝置，為氣體分析儀和氣體報警器的檢定和校準工作提供低濃度的標準氣體，選擇合適的氣體流量配制方案，設計流量控制算法，通過精確的控制氣體質量流量控制器來實現(xiàn)氣體比

3、例的調節(jié)，從而得到所需濃度的混合氣體，實現(xiàn)精度高、響應時間快、濃度值連續(xù)可調、操作方便等目的。2 2 氣體流量的控制方案氣體流量的控制方案2.1 2.1 控制方案的確定控制方案的確定2.2 2.2 模糊控制的原理模糊控制的原理2.3 2.3 模糊控制過程仿真模糊控制過程仿真 2.1 2.1 控制方案的確定控制方案的確定 模糊控制作為非線性控制系統(tǒng)建模和實現(xiàn)控制的一種有效的方法，和常規(guī)的PID控制相比，具有以下特點： (1)無須建立精確的數(shù)學模型； (2)采用語言控制規(guī)則，依據(jù)的是相關專家的知識和操作人員的控制經驗，易于被接受和理解； (3)魯棒性強，特別適合于非線性、時變和純滯后系統(tǒng)的控制；2

4、 2 氣體流量的控制方案氣體流量的控制方案圖1 模糊控制器的結構圖2.2 2.2 模糊控制的原理模糊控制的原理 當流量誤差為負大時，若當流量誤差變化為負，這時流量誤差有增大的趨勢，為盡快消除已有的負大誤差并抑制變大，所以控制量變化取正大。當流量誤差為負而流量誤差變化為正時，系統(tǒng)本身已有減少誤差的趨勢，所以為盡快消除誤差且又不超調，應取較小的控制量。當誤差為負大且變化量為小時，控制量的變化取為正中，若誤差變化為正大或正中時，為了避免超調產生偏差，控制量變化取為0等級。表1 模糊控制規(guī)則表 表2 模糊控制查詢表2.3 2.3 模糊控制仿真模糊控制仿真圖2 模糊推理規(guī)則觀察器圖2 隸屬度函數(shù)曲線圖4

5、 模糊控制的響應曲線3 3 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理該裝置通過控制各個氣路的流量達到控制氣體濃度的目的，氣體流量的調節(jié)由數(shù)字式質量流量控制器(簡稱MFC)控制，它的優(yōu)勢在于： (1)流量的測量和控制不會隨溫度或壓力的變化而變化 (2)可以精確地控制氣體的設定值 (3)與模擬式MFC相比，數(shù)字式MFC內部集成有D/A和A/D轉換模塊，可以直接與計算機進行數(shù)字通訊3 3 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理 各個氣路的氣體濃度和流量的關系：kGGmm:f:fk:11 所以在實際工作中，只要控制好各組分氣體的流量比就可以相應的控制標準氣體各組分的濃度。)1 ( :1121kiikNGGmmmf:f:fk

6、當配氣過程中不使用稀釋氣N2則各組分原料氣之間的流量比為：4 4 系統(tǒng)硬件和軟件的設計系統(tǒng)硬件和軟件的設計4.1 4.1 硬件結構組成硬件結構組成4.2 4.2 軟件流程軟件流程 4.1 4.1 硬件結構組成硬件結構組成圖5 系統(tǒng)硬件結構圖4.2 4.2 軟件流程軟件流程圖6 系統(tǒng)軟件流程圖圖8 配氣操作菜單圖7 液晶顯示模塊流程圖5 5 實驗數(shù)據(jù)的分析實驗數(shù)據(jù)的分析5.1 5.1 實驗方案的設計實驗方案的設計5.2 5.2 實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理5.3 5.3 不確定度分析不確定度分析 5.1 5.1 實驗方案的設計實驗方案的設計 配氣管路多，配氣濃度范圍寬，數(shù)據(jù)繁多，實驗量非常大， 根據(jù)

7、分析實驗目的、影響因素、確定水平，決定選用5水平6列共作25次實驗，即L25(56)可以大大減少工作量，同時又能考慮到各種極端條件，實驗覆蓋面廣。5 5 實驗數(shù)據(jù)的分析實驗數(shù)據(jù)的分析5.2 5.2 實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理驗證結果準確性的方法：(1)使用高精度的氣體分析儀器進行分析(2)與標準物質進行比對 5.3 5.3 不確定度分析不確定度分析 不確定度評定過程中影響因素很多，很難考慮到有關不確定度的所有信息: (1)所采樣的樣品標氣可能不具有代表性； (2)對MFC評估的不完全性； (3)測量儀器的精度受限； (4)在相同條件下被測量在重復觀測中的變化等等。6 6 技術指標與改進技術指標與改進6.1 6.1 技術指標技術指標 最大稀釋倍數(shù)：2000:1 最大輸出流量：2870mL 流量線性誤差：0.8% 預熱時間：30min