多元气体配气仪设计及精度分析

　　标准气体作为气体成分量值的计量标淮，在科学研究、环境监测、仪器仪表的检定与校准、化工产品质量控制等方面有着广泛应用，能够产生巨大的经济效益和社会效益(1)。

　　本文提出一种多元气体配气仪设计方案，为大气环境监测装置校准提供低浓度标准气体。因为不同的校准点需要不同浓度的标准气体，但用气量不大。而如果使用专用瓶装标准气体，价格比较高，且容易造成浪费I2]。与传统的配气方法相比，本方案采用高精度质量流量控制器实现气体流量控制，其流量值不受温度和压力的影响，系统选用性能价格比很高的ARM7处理器并采用模糊控制算法，保证系统快速响应和高精度。

　　1 系统设计

　　高浓度原料气通过稀释配制低浓度标淮气的方法，主要为静态配气法与动态配气法^（1）。静态配气法是把一定t的原料气加人已知容积的高压或加压容器中，再充入稀释气体混匀而制得标准气，标准气的浓度根据加入原料气和稀释气量及容器容积计算得到。动态配气法使已知浓度的原料气与稀释气按恒定比例进人混合器混合，从而连续不断地配制并供给一定浓度的标准气，可根据稀释比计算得出标准气的浓度。静态法设备简单、操作容易。但是由于容器与包装气体之间会发生物理吸附和化学反应等器壁反应，对某些活泼性气体难以稳定地保存量值。在配制低浓度标准气时，常引起较大的误差，且配制的含量范围受到一定限制。动态配气法可以连续不断地得到浓度一定的标准气体.从各组分气体进入配气装置到标准气体制备和使用的整个过程中，标准气都处在连续流动状态.产生的标准气体无须充入容器中保存，避免了气体的吸附、解吸、化学反应等现象的发生，制备的标准气浓度较稳定。利用同一套设备，能够很快地变更配制不同标准气，还可随时改变被测组分的浓度，产生不同浓度的标准气，特别适合于配制低浓度标准气体。

　　配气仪选用动态法，将已知浓度的钢瓶标准气体经电磁阀(SV)、平衡阀、干燥管，质量流最控制器(MFC)，以较小的流最，恒定不变地送人混合室中，零气(如净化后的空气)以较大的流量通入混合室，与标准气体混合，稀释后的混合气体连续不断地从混合室流出，供被校准的仪器使用。系统简图如图1所示:

　　标准气体浓度计算公式:

　　可见标谁气体浓度的精度主要取决于控制Ql标准气流量和QZ零气流量的准确程度。由于系统需测量的气体最低流速非常低，且流量测量范围很宽(1000:1一4:1)，因此选用特别适合测量低流速、量程比很大的质量流量计。在气体流量控制上，由键盘输入的校准参数经ARM处理器运算处理后，输出到D/A，产生控制MPC所需要的模拟电压信号。ARM处理器根据流量计经A/D反馈回的数据对流量计进行闭环反馈控制。并采用模糊控制算法，将流量偏差E、流量偏差变化率EC进行模糊化后，查询模糊判决表，控制质量流量控制器的阀门开度。配气流程如图2所示