基于LabVIEW 的吸气剂吸气性能定容测试系统

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)国防科学技术大学光电科学与工程学院光电工程系 作者:汪文林

  图形化编程语言LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench),用于一种吸气剂吸气性能定容测试系统。根据理想气体状态方程,在气体体积与摩尔量一定时,气体压强随气体温度的变化而变化,从而影响吸气剂性能的测试。由此,设计了一种温度测量电路,提出了基于理想气体状态方程的温度补偿算法,实现了压强的温度补偿。以吸气剂吸气性能定容测试系统为平台,测试结果表明,该系稳定可靠、简单实用、拥有友好的人机交互界面,具有温度补偿功能;该温度补偿方法正确可行,效果良好,很好的去除了温度对压强的影响,从而吸气剂性能测试更加准确可靠。

  LabVIEW 是基于数据流编程概念的图形化软件开发环境,是最容易的软件开发环境之一。近些年来,LabVIEW 在测试领域应用越来越广泛,已经成为测试领域应用最广泛与最有前途的软件开发平台之一,广泛应用于航空、航天、通信、汽车、电子半导体与生物医学等众多领域。LabVIEW 开发功能高效、通用;可重用性高、界面友好;支持多种仪器与数采硬件驱动。LabVIEW的串口通信功能模块够方便、可靠地实现串口通信。

  吸气剂是能有效地吸着某些(种)气体或蒸气,主要用来清除电真空器件排气后存在的或器件工作时产生的残余气体的专用材料或装置的通称。吸气剂广泛应用于电真空器件,如各种电子管、离子管、电子束管、电光源以及中子管、各种粒子加速器、色谱仪、气体激光器。吸气剂性能主要由吸气量和吸气速率表征,吸气量表征了吸气剂的吸气能力。吸气剂的性能直接影响电真空器件的性能和使用寿命。因此,吸气剂性能的优劣和选择显得尤为重要。在实际生产中,吸气剂的选择和更换直接影响生产成本和工艺。因此,吸气剂的选择和更换必须科学严谨,需要一种测试吸气剂性能的工具,此工具要实用方便,易操作,最好能做到图文并茂,让人一目了然。吸气剂性能测试方法包括定容法和定压法,定容法,又称静态法,简单的测量装置如图1 所示。定容法的吸气量求算比较简单,就是气体压强变化值和气体容积的乘积,从而本文选择定容法测试吸气剂性能。

静态法测试原理

图1 静态法测试原理

  在实际应用中,我们主要关心吸气剂的吸气量。在定容法中,吸气量等于真空系统压强变化量与该系统容积的乘积。因此,吸气剂性能的测试归结为实时测试真空系统的压强值。对于压强测量,复合真空计与程控真空计的发展,大大拓宽了压强测量范围,前者能达到10-3~10-4 Pa 量级,而后者能达到10-9~10-10 Pa 量级,广泛应用在超真空系统中,进行压强探测显示。由于它们主要是用来探测系统的真空度,因此它们只显示即时的压强。但是,对于记录与观测系统整个工作过程的压强变化,它们不与计算机进行通信连接,不可能做到这点。

  基于上述问题,为了满足吸气剂性能测试工具的需要,本文设计了一种基于LabVIEW 的吸气剂吸气性能定容测试系统。该系统充分发挥了LabVIEW 图形化和串口通信功能模块,具有友好的人机交互界面,同时在线显示和记录压强—时间曲线和温度—时间曲线,克服了只显示即时压强的缺点。

  由理想气体状态方程可知,在气体体积与摩尔量不变的情况下,气体压强随气体温度变化而变化。另外,吸气剂性能测试实验一般需要两到三天的时间,在这期间,温度的变化不可避免的影响定容测试吸气量。

  考虑到这点,本文设计了一种温度测量电路,提出了基于理想气体状态方程的温度补偿算法,从而基本消除了温度对压强的影响,保证了吸气剂吸气量测试的准确可靠,能提高吸气剂性能测试准确性和可靠性。本文还以吸气剂吸气性能定容测试系统为实验平台,进行了两个实验,对该系统与其温度补偿的效果进行测试验证。

5、结论

  实验结果表明,本文设计的温度补偿正确可行,很好地去除了温度对压强的影响,使吸气剂吸气量的测试更加准确可靠,对吸气剂的研究有一定的作用。

  本文设计的吸气剂吸气性能定容测试系统能稳定的运行,达到了测试工具所需要的特征,具有友好的用户界面,操作方便、实用,提供大量有用信息。

  另外,由于Pt1000 是贴在真空系统气体管道上的,不能直接测量系统内气体温度,造成温度测量有一定的延时,外界温度通过管道传递到气体有一定的时间,给温度补偿带来不便,因此在真空系统中,除了压强传感器,还需要加上温度传感器,如此,测量更加准确可靠。

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