基于LabVIEW 的吸氣劑吸氣性能定容測試系統

2011-03-02 汪文林 國防科學技術大學光電科學與工程學院光電工程系

  圖形化編程語言LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench),用于一種吸氣劑吸氣性能定容測試系統。根據理想氣體狀態方程,在氣體體積與摩爾量一定時,氣體壓強隨氣體溫度的變化而變化,從而影響吸氣劑性能的測試。由此,設計了一種溫度測量電路,提出了基于理想氣體狀態方程的溫度補償算法,實現了壓強的溫度補償。以吸氣劑吸氣性能定容測試系統為平臺,測試結果表明,該系穩定可靠、簡單實用、擁有友好的人機交互界面,具有溫度補償功能;該溫度補償方法正確可行,效果良好,很好的去除了溫度對壓強的影響,從而吸氣劑性能測試更加準確可靠。

  LabVIEW 是基于數據流編程概念的圖形化軟件開發環境,是最容易的軟件開發環境之一。近些年來,LabVIEW 在測試領域應用越來越廣泛,已經成為測試領域應用最廣泛與最有前途的軟件開發平臺之一,廣泛應用于航空、航天、通信、汽車、電子半導體與生物醫學等眾多領域。LabVIEW 開發功能高效、通用;可重用性高、界面友好;支持多種儀器與數采硬件驅動。LabVIEW的串口通信功能模塊夠方便、可靠地實現串口通信。

  吸氣劑是能有效地吸著某些(種)氣體或蒸氣,主要用來清除電真空器件排氣后存在的或器件工作時產生的殘余氣體的專用材料或裝置的通稱。吸氣劑廣泛應用于電真空器件,如各種電子管、離子管、電子束管、電光源以及中子管、各種粒子加速器、色譜儀、氣體激光器。吸氣劑性能主要由吸氣量和吸氣速率表征,吸氣量表征了吸氣劑的吸氣能力。吸氣劑的性能直接影響電真空器件的性能和使用壽命。因此,吸氣劑性能的優劣和選擇顯得尤為重要。在實際生產中,吸氣劑的選擇和更換直接影響生產成本和工藝。因此,吸氣劑的選擇和更換必須科學嚴謹,需要一種測試吸氣劑性能的工具,此工具要實用方便,易操作,最好能做到圖文并茂,讓人一目了然。吸氣劑性能測試方法包括定容法和定壓法,定容法,又稱靜態法,簡單的測量裝置如圖1 所示。定容法的吸氣量求算比較簡單,就是氣體壓強變化值和氣體容積的乘積,從而本文選擇定容法測試吸氣劑性能。

靜態法測試原理

圖1 靜態法測試原理

  在實際應用中,我們主要關心吸氣劑的吸氣量。在定容法中,吸氣量等于真空系統壓強變化量與該系統容積的乘積。因此,吸氣劑性能的測試歸結為實時測試真空系統的壓強值。對于壓強測量,復合真空計與程控真空計的發展,大大拓寬了壓強測量范圍,前者能達到10-3~10-4 Pa 量級,而后者能達到10-9~10-10 Pa 量級,廣泛應用在超真空系統中,進行壓強探測顯示。由于它們主要是用來探測系統的真空度,因此它們只顯示即時的壓強。但是,對于記錄與觀測系統整個工作過程的壓強變化,它們不與計算機進行通信連接,不可能做到這點。

  基于上述問題,為了滿足吸氣劑性能測試工具的需要,本文設計了一種基于LabVIEW 的吸氣劑吸氣性能定容測試系統。該系統充分發揮了LabVIEW 圖形化和串口通信功能模塊,具有友好的人機交互界面,同時在線顯示和記錄壓強—時間曲線和溫度—時間曲線,克服了只顯示即時壓強的缺點。

  由理想氣體狀態方程可知,在氣體體積與摩爾量不變的情況下,氣體壓強隨氣體溫度變化而變化。另外,吸氣劑性能測試實驗一般需要兩到三天的時間,在這期間,溫度的變化不可避免的影響定容測試吸氣量。

  考慮到這點,本文設計了一種溫度測量電路,提出了基于理想氣體狀態方程的溫度補償算法,從而基本消除了溫度對壓強的影響,保證了吸氣劑吸氣量測試的準確可靠,能提高吸氣劑性能測試準確性和可靠性。本文還以吸氣劑吸氣性能定容測試系統為實驗平臺,進行了兩個實驗,對該系統與其溫度補償的效果進行測試驗證。

5、結論

  實驗結果表明,本文設計的溫度補償正確可行,很好地去除了溫度對壓強的影響,使吸氣劑吸氣量的測試更加準確可靠,對吸氣劑的研究有一定的作用。

  本文設計的吸氣劑吸氣性能定容測試系統能穩定的運行,達到了測試工具所需要的特征,具有友好的用戶界面,操作方便、實用,提供大量有用信息。

  另外,由于Pt1000 是貼在真空系統氣體管道上的,不能直接測量系統內氣體溫度,造成溫度測量有一定的延時,外界溫度通過管道傳遞到氣體有一定的時間,給溫度補償帶來不便,因此在真空系統中,除了壓強傳感器,還需要加上溫度傳感器,如此,測量更加準確可靠。