文 献 综 述

一、背景

环境保护、环境监测已经成为当今社会的热门话题，随着国家对该领域的重视和投入的不断加大，围内各大学、研究所及工厂企业对ppm、ppb量级的各种挥发性、腐蚀性、吸附性气体的标准气体需求不断增加。而这些组份气体所配的标准气体稳定周期比较短，不宜长期存储使用，因此研制和开发该类标准气体的新式配气系统引起了相关行业的极大关注。当前，国内用重量法配制的此类气体的钢瓶装标准气体存在不确定度大且稳定性差的缺点。无法满足实际的需要，制约了该类痕量组份的精确定量检测。因此开展此类标准气体的实时的、动态的配气系统研制显得极为重要^[1]。本系统装置采用国际先进的自动控制配气原理，利用高精度的质量流量控制器稀释源气体以产生不同浓度的多种标准气体。该类型实时动态稀释配气系统的研制解决了当前科研以及工业现场标准气体的需求问题，不仅可以节约标准气体的使用而且可以大大节约实验分析人员的工作量。在实际的实验使用过程中，该系统装置的响应速度较快，且性能稳定，是一种值得推广的实用装置应用前景好。在对气体分析仪或气体监测系统进行检定或校准时，根据现场需求提出了一种基于质量流量控制器的动态智能气体配气装置的设计方案。该装置集浓度计算、配制气体、控制流量和数据处理等功能于一体，采用模糊控制算法，连续配制并输出浓度值连续可调的混合标准气体。该装置可满足实验室和现场对多种气体检测仪的检定和校准工作，便于携带，并可节约成本，提高工作效率，具有很好的应用前景^[2]。

二、质量流量控制器的原理及应用

质量流量器的原理质量流量控制器用于对各种气体的质量流量进行精密测量和控制。它大量用于电子工艺设备中．如扩散、氧化、外延、CvD、等离子刻蚀、溅射等，以及镀膜设备、光导纤维制造设备中，并广泛用于石油化工、冶金、制药等行业。气体质量流量计与普通的体积流量计(如类似的转子流量计等)之间的主要区别，就在于气体的质量流量理论上不受温度气压的影响。而体积流量计在温度，气压改变时，在相同体积流量指示下，其实际气体的克分子流量将发生较大变化。由于质量流量控制器有这样一个优点。因而首先在电子工艺设备中，得到了广泛地应用，大大提高了工艺的一致性和产品的重复性。当然，具体的质量流量控器产品仍然存在环境温度和工作气压变化对流量精度的影响，只不过影响相对较小。国际标准产品提供有温度系数和压力系数指标：温度系数一般为#177;0.1 ％F．S／℃ ；压力系数一般为#177;1.4％F .S/MPa(0．01％F .S／PSI)。对体积流量计来说，气压变化0．1M Pa，实际克分子流量要变化一倍。而在质量流量控制器中，气压变化0．1MPa，实际克分子流量仅误差#177; 0.14％F．S。这是质量流量控制器最显著的优点之一^[4]。

质量流量控制器的准确度指标通常为#177;1％F．S或#177;2％F S． 工作环境温度要求，一般为5～ 45℃。 如果用户对精度要求较高，则应考虑在恒温环境中工作。 根据温度系数指标可知，环境温度每变化l0℃ ，质量流量计的精度可能会变化#177;1％Fs。控制器的工作气压范围(气压降)一般为0．O5～0．3MPa左右， 耐压通常为1至10MPa不等。如果用户需要在高压下工作，应注意选择能耐高压的MFC产品，并应该注意工作气压降一般也不得超过额定值^[5]。

2008年向蔡生等人研究了DSN型气体质量流量控制器和DSN-2000气体质量控制器的原理和系统构成,并对其性能进行了评测试验。结果表明国产的气体质量流量自动控制器精度高、稳定性好、流量控制范围宽、响应速度快,研究表明流量控制的稳定性随控制流量的增大而降低,流量控制的精度随控制流量的增大而升高。因此在设定控制流量大小时须从流量控制的稳定性和精度两方面综合考虑,使流量控制的效果达到最佳^[6]。

2013年Demichelis, A.等人研究表明用于稀释的精确空气流量可以通过质量流量控制器（MFC）实现。已经测量了MFC的短期稳定性，以评估它们在动态气体稀释剂中的有用性。MFC适用于稀释气体混合物的动态制备，只要它们在每次使用前进行校准，因为它们的校准在较长时间内不稳定。低压降MFC的校准结果证明其在宽范围的压降中的适用性。稀释流速的不确定性主要是由于在低稀释流速或短产生时间下MFC的有限的短期稳定性。因此，MFC可以提供高精度的稀释空气流量，相对不确定性为0.2％，流量大于MFC最大流量的70％，生成时间大于5分钟^[13]。

三、虚拟仪器LabVIEW的发展趋势

所谓虚拟仪器，就是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试任务。其实质是将传统仪器硬件和最新计算机软件技术充分结舍起来，以实现并扩展传统仪器的功能。传统仪器一般是一台独立的装置。从外观上看，它一般有操作面板、信号输入端口、检测结果输出这几个部分。操作面板上一般有一些开关，按钮、旋钮等。检测结果的输出方式有: 数字、指针式表头、图形窗口、打印输出等。从功能方面分析传统仪器可分为: 信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出这几个部分。传统仪器的功能都是通过硬件( 或固化的软件) 来实现的。这种框架结构决定了它只能由仪器厂家来定义、制造，而且功能和规格一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能^[7]。