基于LabVIEW 的吸氣劑吸氣性能定容測(cè)試系統(tǒng)
圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)，用于一種吸氣劑吸氣性能定容測(cè)試系統(tǒng)。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，在氣體體積與摩爾量一定時(shí)，氣體壓強(qiáng)隨氣體溫度的變化而變化，從而影響吸氣劑性能的測(cè)試。由此，設(shè)計(jì)了一種溫度測(cè)量電路，提出了基于理想氣體狀態(tài)方程的溫度補(bǔ)償算法，實(shí)現(xiàn)了壓強(qiáng)的溫度補(bǔ)償。以吸氣劑吸氣性能定容測(cè)試系統(tǒng)為平臺(tái)，測(cè)試結(jié)果表明，該系穩(wěn)定可靠、簡(jiǎn)單實(shí)用、擁有友好的人機(jī)交互界面，具有溫度補(bǔ)償功能；該溫度補(bǔ)償方法正確可行，效果良好，很好的去除了溫度對(duì)壓強(qiáng)的影響，從而吸氣劑性能測(cè)試更加準(zhǔn)確可靠。
LabVIEW 是基于數(shù)據(jù)流編程概念的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，是最容易的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境之一。近些年來(lái)，LabVIEW 在測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛與最有前途的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)之一，廣泛應(yīng)用于航空、航天、通信、汽車(chē)、電子半導(dǎo)體與生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。LabVIEW 開(kāi)發(fā)功能高效、通用；可重用性高、界面友好；支持多種儀器與數(shù)采硬件驅(qū)動(dòng)。LabVIEW的串口通信功能模塊夠方便、可靠地實(shí)現(xiàn)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(lái)清除電真空器件排氣后存在的或器件工作時(shí)產(chǎn)生的殘余氣體的專用材料或裝置的通稱。吸氣劑廣泛應(yīng)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(yōu)劣和選擇顯得尤為重要。在實(shí)際生產(chǎn)中，吸氣劑的選擇和更換直接影響生產(chǎn)成本和工藝。因此，吸氣劑的選擇和更換必須科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，需要一種測(cè)試吸氣劑性能的工具，此工具要實(shí)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(cè)試方法包括定容法和定壓法，定容法，又稱靜態(tài)法，簡(jiǎn)單的測(cè)量裝置如圖1 所示。定容法的吸氣量求算比較簡(jiǎn)單，就是氣體壓強(qiáng)變化值和氣體容積的乘積，從而本文選擇定容法測(cè)試吸氣劑性能。
圖1 靜態(tài)法測(cè)試原理
在實(shí)際應(yīng)用中，我們主要關(guān)心吸氣劑的吸氣量。在定容法中，吸氣量等于真空系統(tǒng)壓強(qiáng)變化量與該系統(tǒng)容積的乘積。因此，吸氣劑性能的測(cè)試歸結(jié)為實(shí)時(shí)測(cè)試真空系統(tǒng)的壓強(qiáng)值。對(duì)于壓強(qiáng)測(cè)量，復(fù)合真空計(jì)與程控真空計(jì)的發(fā)展，大大拓寬了壓強(qiáng)測(cè)量范圍，前者能達(dá)到10-3~10-4 Pa 量級(jí)，而后者能達(dá)到10-9~10-10 Pa 量級(jí)，廣泛應(yīng)用在超真空系統(tǒng)中，進(jìn)行壓強(qiáng)探測(cè)顯示。由于它們主要是用來(lái)探測(cè)系統(tǒng)的真空度，因此它們只顯示即時(shí)的壓強(qiáng)。但是，對(duì)于記錄與觀測(cè)系統(tǒng)整個(gè)工作過(guò)程的壓強(qiáng)變化，它們不與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信連接，不可能做到這點(diǎn)。
基于上述問(wèn)題，為了滿足吸氣劑性能測(cè)試工具的需要，本文設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW 的吸氣劑吸氣性能定容測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分發(fā)揮了LabVIEW 圖形化和串口通信功能模塊，具有友好的人機(jī)交互界面，同時(shí)在線顯示和記錄壓強(qiáng)—時(shí)間曲線和溫度—時(shí)間曲線，克服了只顯示即時(shí)壓強(qiáng)的缺點(diǎn)。
由理想氣體狀態(tài)方程可知，在氣體體積與摩爾量不變的情況下，氣體壓強(qiáng)隨氣體溫度變化而變化。另外，吸氣劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)一般需要兩到三天的時(shí)間，在這期間，溫度的變化不可避免的影響定容測(cè)試吸氣量。
考慮到這點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種溫度測(cè)量電路，提出了基于理想氣體狀態(tài)方程的溫度補(bǔ)償算法，從而基本消除了溫度對(duì)壓強(qiáng)的影響，保證了吸氣劑吸氣量測(cè)試的準(zhǔn)確可靠，能提高吸氣劑性能測(cè)試準(zhǔn)確性和可靠性。本文還以吸氣劑吸氣性能定容測(cè)試系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)該系統(tǒng)與其溫度補(bǔ)償?shù)男ЧM(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。
5、結(jié)論
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的溫度補(bǔ)償正確可行，很好地去除了溫度對(duì)壓強(qiáng)的影響，使吸氣劑吸氣量的測(cè)試更加準(zhǔn)確可靠，對(duì)吸氣劑的研究有一定的作用。
本文設(shè)計(jì)的吸氣劑吸氣性能定容測(cè)試系統(tǒng)能穩(wěn)定的運(yùn)行，達(dá)到了測(cè)試工具所需要的特征，具有友好的用戶界面，操作方便、實(shí)用，提供大量有用信息。
另外，由于Pt1000 是貼在真空系統(tǒng)氣體管道上的，不能直接測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)氣體溫度，造成溫度測(cè)量有一定的延時(shí)，外界溫度通過(guò)管道傳遞到氣體有一定的時(shí)間，給溫度補(bǔ)償帶來(lái)不便，因此在真空系統(tǒng)中，除了壓強(qiáng)傳感器，還需要加上溫度傳感器，如此，測(cè)量更加準(zhǔn)確可靠。
