气体传感器的自动标定校准系统研究与设计.doc

气体传感器的自动标定校准系统研究与设计
张青云,秦伟山,祁泽刚,张永怀,刘野惠美
(郑州炜盛电子科技有限公司,河南郑州 450001)
摘要:气体传感器在不同温度不同浓度下的标定与校准,需要变换高低温交变实验箱温度、设置流量控制参数、建立气体浓度与传感器输出的映射关系,获得并整理数据,因此需开发该系统。该系统结合高低温交变实验箱、流量控制器、气路电磁阀等硬件,完成设置高低温交变实验箱工作温度,配置流量控制器参数、开关气路电磁阀,从而实现自动控制温度、自动配气、自动获得传感器数据、自动整理数据,为传感器的标定和校准提供了有力保障。该系统使用方便,可无人值守。减少人工劳动强度和失误,提高生产效率,减少标准气瓶使用,节约成本,本公司已经投入使用。
关键词:气体传感器;标定与校准;自动控温;自动流量配比;自动数据获得与整理
0引言
传感器输入输出响应曲线是传感器正确使用的基本依据,是传感器制造厂必须提供给客户的主要信息。传感器的响应曲线是通过标定和校准实验确立的[1]。
气体传感器输出与气体浓度、环境温度两个自由度有关。气体浓度是被测物理量而环境温度是干扰物理量。后续电路根据这两个自由度消除温度影响,反演出气体浓度。气体传感器标定本质建立给定量程内不同浓度不同温度与传感器原始模拟信号的映射关系。但传感器校准是在传感器的零点或灵敏度漂移之后,选取零点或某一浓度的标准气体的输入,重新建立零点和设定浓度的映射关系。把传感器置于高低温交变实验箱中,联接气体流量配气装置,改变温度,改变流量配比,实现改变环境温度和气体浓度的目的。
实际实验中,升降温、改变流量控制器参数,记录与整理数据均需人工参与,另外若直接使用标准气体,务必增加生产成本。人员的重复的复杂的工作多,效率低,且容易出错。有时候为了赶工,会增加员工很大的工作量[2]。因此如果能用计算机取代员工大量的复杂重复的劳动,不紧可以提高设备的使用率,减少员工的劳动强度,而且可以大大提高产品的合格率,大幅降低产品成本,因此我们开发该自动标定校准系统。
该系统达到的目标是实现“四个自动化”:自动控制温度、自动动态配气、自动采样数据和自动整理数据。最终达到以计算机替代人工劳动的目的。
1 系统设计与目标
系统硬件组成
系统硬件组成主要包括:DGS03质量流量控制柜(如图1)、质量流量计、高低温交变实验箱、电磁阀、减压阀、钢瓶气、传感器测试板。
图1 DGS03
对流量控制要求
最小控制流量:2%FS
量程N2: m- 30slm
(5/10/20/30/50/100/200/300/m)
(1/2/3/5/10/20/30slm)
精度: ±% 设定点(≥35% FS)±% FS (F<35% FS)
重复精度:±% F
对温度控制要求
温度范围:-60℃~130℃
湿度范围:20~98%RH
温度均匀度:≤2℃
湿度偏差:≤2℃/+2 -3%RH
温度波动度:±℃
2 系统软件设计
本系统是在delphi环境下[3-5]开发的,采用模块化设计[6]。


图2软件模块组成
如图2所示软件模块组成有:温度控制模块、配气模块、数据采集模块和数据整理模块。每个模块均可以实现手动和自动切换