基于LabVIEW的气体微流量测量虚拟仪器的开发(3)

2009-07-14 成永军 兰州物理研究所

2、不确定度分析

  整个仪器的不确定度由以下部分合成, 现分别阐述。

2.1、压力的测量不确定度

  压力由电容薄膜规测量。根据国防科工委真空计量一级站对电容薄膜规的校准结果, 压力测量的不确定度为018%。

2.2、活塞位移和时间的测量不确定度

  位移由编码器测量。编码器每输出4096个脉冲,活塞前进2mm , 其分辨力为0.15μm。流量测量中活塞的最大行程为36mm (对应73728个脉冲)。将活塞移动位移设定为73728 个脉冲(即36mm ) , 测量编码器实际输出的脉冲数为73726。

   由测量结果可知, 活塞位移的测量不确定度为

△L/L=(2×2)/(4096×36) = 0.0027%

 时间的测量直接取自工控机的时钟, 其精度为0.001s。在测量流量时, 流量的有效测量时间大于100s。这样, 时间测量的不确定度小于0.001%。

2.3、变容室温度的测量不确定度

  Pt100 铂电阻温度传感器的测量精度为011 K, 实验室的温度约为23℃, 则温度测量的不确定度约为0104%。

2.4、恒压控制效果

  在参考室中充入104.75 Pa的N2, 设置好各P D控制参数, 通过小孔将流量引入双球校准系统, 进行恒压调节。图4 为P D 调节结果。

  由PD调节结果中知, 变容室和参考室之间的压力差被控制到变容室压力的±01004% 之内, 加上参考室内气体压力的静态波动(约为

0.005% ) 后, 变容室内气体压力的波动约为0.01%。从以上的实验结果可知, 整个流量计的相对合成标准不确定度为

u cr = [ ( 0.8% )2 + (0.0027%)2 + (0.001%)2 +(0.04% )2+ (0.01%) 2]1/2= 0.81%

  该不确定度远小于流量计的设计指标(2% )。

3、结束语

  在该系统的设计中, 通过选用高精度的测量元件和先进的测控方法, 提高了流量的测量精度, 延伸了流量的测量下限。虚拟仪器技术的应用, 使气体微流量测量系统具有人性化的操作界面与易于操作的特点, 提高了该系统的自动化程度、可靠性和维护性。