微小气体在线检测设备的制作方法

本实用新型属于计量技术领域，涉及一种微小气体在线检测设备。

背景技术：

当前大规模集成电路的国产化，已经被列为我国政府中长远发展规划，电子工业在未来国家的经济成长上将有显著的贡献。电子气体作为平面显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业生产不可缺少的原材料，广泛应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺中，都需要微气体传感器进行测量。

电子气体作为电子工业的“血液”，必须通过微小气体流量计与控制器才能精细化的供应到各个工艺流程当中，一旦这种供应稍有偏差，产品质量就无法保证。氧气、二氧化碳、臭氧、氮气、疝气等医疗气体在临床上应用越发普遍，其流量的控制与监测的精度不但影响着医疗的效果，特殊情况下还会涉及到病人的人生安全，因此对相关检测设备精确检测的重要性是毋庸置疑的。而且精细化和微小型化是产品或技术发展的重要方向，微小流量的检测技术势必会成为最为迫切需要的基础技术之一。

当前，微小气体检测技术主要有以下几种：压力体积温度时间（PVTt）法、质量时间（mt）法、恒压变容积法（如活塞式、波纹管式）、标准表法（包括音速喷嘴法）、微粒子成像法（PIV）、数字微流体法等。

国外在微小气体流量方面研究比较多，德国联邦物理技术研究院（PTB）采用恒压变容积法，研制了一套电驱动双活塞校准器和激光干涉式置换系统，双活塞校准器流量范围为5(mL/h)～5(L/h)，装置扩展不确定度为0.16%。激光干涉式置换系统，流量范围为（0.2～200）L/h，装置扩展不确定度为0.25%；美国（NIST）、英国（NEL）、希腊（EIM）、意大利（INRIM）等建立基于活塞原理的气体微小流量检测标准装置，扩展不确定度在(0.2~0.5)%；法国（LNE）、芬兰（MIKES）、捷克（CMI）等微小气体流量的检测标准装置为mt法气体流量标准装置，扩展不确定度在(0.3~0.5)%；日本（NMIJ）则采用PVTt法和mt法装置。

国内，国家院（NIM）早期建立了一套皂膜式气体流量标准装置，扩展不确定度为0.5%。天津市检测监督检测科学研究院研制了一套电子皂膜流量标准装置，通过测量皂膜的时间差来测量流量，但操作不方便。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术不足，提供了一种微小气体在线检测设备。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：

本实用新型由气体测量单元和基座组成，所述的气体测量单元装在基座上。

所述的气体测量单元包括被动式活塞、过滤器、旁通阀和固定容器，所述的被动式活塞包括活塞体和活塞缸，其中活塞缸的进气口上装有压力传感器和温度传感器，分别用于补偿气体的压力和温度，活塞缸的周向布置有光电对管，用于确定活塞体的位置，外部的气体经过过滤器后进入与活塞缸的进气口、旁通阀的进气口以及固定容器的进气口，旁通阀的出气口和活塞缸的出气口连接后作为气体测量单元的出气口。

所述的基座中带有包括ARM处理器、蓄电池充电模块、温度测量模块、压力测量模块、光电信号检测模块、按键模块、液晶显示模块、热敏打印机模块、通讯接口模块和磁性开关控制；其中蓄电池充电模块给电池供电，电池的输出接信号整形电路后输入至ARM处理器；温度测量模块、压力测量模块分别接收来自温度传感器和压力传感器的信号，并经过AD采样电路后输送至ARM处理器，光电对管的信号由光电信号检测模块采集，经光耦隔离电路后输送至ARM处理器，按键模块、液晶显示模块、热敏打印机模块、通讯接口模块、磁性开关控制均与ARM处理器连接，其中磁性开关控制用于控制旁通阀的开关。

本实用新型具有的有益效果是：可以对仪表进行现场校准，使得检测更加方便，同时由于其是现场真实的气体情况，具有实时性，还克服了实验室采用替代气体测量所带来的误差，因此使得测量结果更加准确。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是气体测量单元测量原理图；

图3是气体测量单元结构示意图；

图4是基座电路结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1至图4所示，本实用新型由气体测量单元2和基座1组成，所述的气体测量单元装在基座上，气体测量单元负责体积、时间、压力、温度等检测所需信号的采集和预处理工作，基座负责完成所得数据的分析整理，检测流程的控制和结果输出，与个人计算机3的通讯等。

所述的气体测量单元包括被动式活塞、过滤器4、旁通阀8和固定容器9，所述的被动式活塞包括活塞体2-1和活塞缸2-2，其中活塞缸的进气口上装有压力传感器5和温度传感器6，分别用于补偿气体的压力和温度，活塞缸的周向布置有光电对管（由发射管7-1和接收管7-2组成），用于确定活塞体的位置，外部的气体经过过滤器后进入与活塞缸的进气口、旁通阀的进气口以及固定容器的进气口，旁通阀的出气口和活塞缸的出气口连接后作为气体测量单元的出气口。

所述的基座中带有包括ARM处理器、蓄电池充电模块、温度测量模块、压力测量模块、光电信号检测模块、按键模块、液晶显示模块、热敏打印机模块、通讯接口模块和磁性开关控制；其中蓄电池充电模块给电池供电，电池的输出接信号整形电路后输入至ARM处理器；温度测量模块、压力测量模块分别接收来自温度传感器和压力传感器的信号，并经过AD采样电路后输送至ARM处理器，光电对管的信号由光电信号检测模块采集，经光耦隔离电路后输送至ARM处理器，按键模块、液晶显示模块、热敏打印机模块、通讯接口模块、磁性开关控制均与ARM处理器连接，其中磁性开关控制用于控制旁通阀的开关。

实施例：

如图1所示，设备总体采用模块化的设计理念，主体由气体测量单元和基座组成，气体测量单元负责体积、时间、压力、温度等检测所需信号的采集和预处理工作，基座负责完成所得数据的分析整理，检测流程的控制和结果输出，与个人计算机的通讯等。根据市场的调研，目前企业微小气体测量范围需要主要在(0.05-5)L/min，因此本实施例的测量单元的有效检测范围也为(0.05-5)L/min，扩展不确定度0.5%（k=2）。同时可以通过扩展气体测量单元的规格，延伸可检测范围的上限和下限，形成一基座配多测量单元的整体模式，形成一套宽范围，高精度的气体检测设备。

被动式玻璃管活塞设备具有便携、高效、高精度等特点，作为微小气体在线检测设备的优势明显，其主要测量原理如图2所示，气流经过密封的腔体时，受到阻流件活塞的影响，气体压力增大，推动活塞向上做加速运动，最终气体压力与重力平衡后，活塞保持匀速上升，此时检测活塞经过已知距离h即定量体积V所需要的时间t，可以计算出流体的流量Q=V/t。具体结构如图3所示，工作时，旁通阀首先处在打开状态，入口气体经旁通阀流出，测试时，关闭旁通阀，气流推动活塞向上运动，检测活塞经过标定体积V的时间t，同步采集前后温度、压力的信号，经修正后计算标准流量Q，最后打开旁通阀，单次测量完成。

基座中主要包含了以ARM为核心的嵌入式硬件平台和人机界面。硬件电路的结构如图4所示，整个电路包括蓄电池充电模块、温度检测模块、压力测量模块、光电信号检测模块、按键模块、液晶显示模块、热敏打印机模块、通讯接口模块、磁性开关控制模块等。

综上，该在线检测设备携带方便，可以随时应用到工业现场，具有不用拆卸仪表，现场实时校准等特点，且精度高，结构可靠，符合当前微气体检测的需求。