虚拟仪器在气体微流量计测控系统中的应用

　　在真空技术应用中，气体微流量由气体微流量计测量和提供。在计量实验室中，大多数采用高精度气体微流量计，高精度气体微流量计可用于连续膨胀法校准系统压力的产生、漏孔漏率的测量以及真空泵抽速的测定。随着真空应用领域的不断扩展，特别是我国航天技术的发展，对真空计量中精确测量气体流量的需求和要求越来越高。为此，将虚拟仪器技术引入到真空计量领域，通过构建自动测试VI (Virtual Instruments，简称VI)系统，以提高真空标准的自动化程度，减小测量不确定度。虚拟仪器技术的应用还可减小劳动强度，提高工作效率。

　　所谓虚拟仪器,是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说,这种结合有两种方式。一种方式是将计算机装入仪器,其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日益缩小,这类仪器的功能也越来越强大, 目前已经出现含有嵌入式系统的仪器;另一种方式是将仪器装入计算机,以通用的计算机硬件及操作系统为依托, 实现各种仪器功能.虚拟仪器主要指这种方式。虚拟仪器和传统仪器相比，特点可概括如下：性价比高、开放系统、智能化程度高、界面友好、使用简便、误差小、具备网络功能。

　　正是由于虚拟仪器具有以上特点，使得虚拟仪器技术在航空、航天、机械、石油化工、生物医学等众多行业得到广泛应用，从最初对设备简单 的数据采集到对设备的精密测控和工业自动化，从实验室到工厂，虚拟仪器应用越来越多。国际上，虚拟仪器早已步入实用阶段，我国虚拟仪器的应用才处于起步阶段，但发展迅速，具有良好的发展前景。

　　1测控系统的硬件设计

　　高精度气体微流量计，其流量为 10^{- 3}Pa m³s^{- 1}～10^{- 11}Pa m³s^{- 1}，微流量计中要对气体压力进行测量，其中压力的测量和控制系统是该流量计的核心部分，承担着气体压力的测量、气体压力恒定的实现以及测量结果的计算与存储等任务。实现压力的计算机测量与控制，进一步提高该实验设备压力的测量精度和测量范围，从而满足此项目的需求。该系统的示意图如图 1。

　　1.1硬件介绍

　　高精度气体微流量计压力测量和控制的硬件系统主要包括：工控机、传感器、数据采集卡、信号处理模块、硬件接口和连接电缆等。

　　电容薄膜规：是上世纪六十年代后迅速发展起来的一种性能优良的传递标准真空规。 电容薄膜规通过薄膜的电容变化测量压力, 不改变气体成分,它具有卓越的线形、优异的稳定性、极高的测量精度和分辨率。鉴于本控制系统的高精度要求，选用美国MKS 仪器公司的两个满量程分别为133 Pa、133 kPa 的电容薄膜规和一个满量程 133 Pa 的差压式电容薄膜规作为测压元件。一套电容薄膜规包括一台控制单元MKS274 和一台数据显示单元MKS670，MKS670 上有一个 488 接口，计算机通过IEEE488数据采集卡进行量程控制和真空规的选择。