气体传感器的自动标定校准系统研究与设计

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1、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

2、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

3、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

4、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1.1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1DGS031.2对流量控制要求最小控制流量：2%FS量

5、程N2:5sccm-30slm(5/10/20/30/50/100/200/300/500sccm)(1/2/3/5/10/20/30slm)精度：±1.0%设定点(≥35%FS)±0.35%FS(F<35%FS)重复精度：±0.2%F1.3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：±0.5℃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]。2.1软件模块组成图2软件模块组成如图2所示软

6、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功能，在手动控制模式下，每个模块都单独手动控制工作。在自动控制模式下，各个模块间相互协调工作，每次试验结束，可直接得到每个传感器的特征数据，并停止温箱操作，关闭各质量流量计。2.2.软件功能介绍图3主要界面截图软件功能如图3所示：自动标定校准系统有两种标定方式：手动和自动。选择自动时按照事先设置好的温度及湿度等参数进行自动标定。温度控制模块可手动设置温度和自动设置温度。配气设置模块可以手工设置和自动设置，实时

7、显示瞬时流量及阀控状态以及各流量计满量程值，同时还用游标指示设置流量及瞬时流量，低温实验时自动通入少量N2防止通气管由于低温而结冰，每个质量流量计上又加一电磁阀控制，防止减压阀没关闭而漏气实现双重保护；自动设置可以设置启用哪一个通道，及通道地址，各系数配比，以及通气时间。自动采数可设置采集单个传感器或多个传感器，可自动保存数据。自动整理数据可整理单个传感器或多个传感器。可以进行标定包括零点标定或span标定，通气五分钟N2或标气进行零点或span标定。可以对传感器进行写数据或读操作，可以将EPPOR数据以

8、二进制文件保存也可导入。2.3系统的流程设计程序流程图如图4示，简单说明如下：首先判断主机是否和温箱连接成功，连接成功后参数设置完毕后，程序开始运行，需要做高低温实验的，进入温度控制模块，可以设置7个温度，每个温度执行特定时间后进入配气模块；可设置7个浓度配气比例及通气时间，通气结束进入数据采集模块；数据采集结束后进入下一浓度循环7次后，又开始进入下一温度循环执行，7个温度7个浓度都执行完毕进入自动整理数据，实验结束关闭各质量