气相色谱仪自动调零的分析研究

　　1 引言

　　在实际中影响气相色谱仪平衡的因素有两类: 一是系统误差, 由于系统误差的存在使得初始状态下输入为零而输出不为零。对于此种情况, 比较容易解决,可以通过软件归零的方法, 使其归零;二是由于色谱仪内运算放大器、传感器、电位器电阻初值和一些干扰因素的影响使得本身就不平衡。为了得到正确的测试结果，上述几种误差必须消除或者减小到允许的范围内。因此，每次使用前都要对色谱仪进行调零。为提高气相色谱仪的测量精度，必须采取有效的措施来抑制或消除这些不利因素。自动调零技术的研究对提高气相色谱仪的测量精度和测量效率有着重大意义。

　　2 气相色谱仪调零方法

　　现有调零方法通过气相色谱仪控制面板上安装的机械电位器进行调整。基本原理是在运放输入端外加一个补偿输入，使得放大器输出为零，消除失调。消除运算放大器的输入失调电压时，利用电位器进行分压，并将此电压作为补偿输入加在放大器的输入端，调节电位器，当分压值达到输入失调电压时，输出电压为零，如图 1 所示。

　　此种方法的优点是: 电路设计简单, 成本较低;缺点是: 精度、效率不高, 需要人工手动调节。为实现精确调节，必须采用体积较大的多圈精密电位器,通过手动旋转电位器实现零点调整。这种方法不仅操作麻烦, 也不利于实现传感仪表的小型化和便携式。而且在实际应用中，由于传统的机械式电位器受制造材料和制造工艺的限制，使得电位器的滑臂存在接触不良或磨耗问题。而接触不良是电路产生噪声和干扰的来源之一。本文结合以上调零方法, 提出一种自动调零法。该算法采用软件自动控制硬件的方法, 可方便、快捷地实现自动调零。算法的基本思想是: 通过模拟手动调零步骤, 将测量值与预先设定的阈值进行比较，判断是否归零，若不为零，改变补偿信号大小，重复以上步骤，直至归零。该方法采用软件自动控制调节的方法, 基本实现了自动化。

　　3 自动调零的实现算法

　　3.1 气相色谱仪自动调零原理

　　色谱仪系统自动调零是一种动态地抵消失调电压和失调电压漂移的技术，用以去掉输入电路、放大电路及 AD 转换所带来的偏移和随时间、温度而产生的各种漂移的影响, 气相色谱仪自动调零电路的实现通常可以使用微控制器 MCU 和数字电路实现。

　　本文方案由 A/D 转换器、运算放大器、D/A 转换器和控制电路组成，如图 2 所示。

　　采样信号经 A/D 转换送入微处理器 MCU，经过数据处理后输入 D/A 转换器，由 D/A 转换成双极性模拟电压，与需要调零的信号在运算放大器 G2中迭加。迭加的结果通过 A/D 转换送入单片机，由软件判断平衡的偏差，进而控制 D/A 输出的增减，这样的循环过程一直持续到最终迭加结果在规定的误差范围内为止。该调零方案存在的不足之处：信号有可能不停地在零点附近震荡。本文利用上下键的功能成功地解决了该问题。在进行系统调零时，按上键能使输出信号增加，按下键可使输出信号减小。所以在对气相色谱仪进行调零操作时，先利用自动调零功能使信号回到零点附近，然后利用上下键进行细调。无论是从调零精度和电路的复杂程度，还是从成本和稳定性来说，工程实践结果证明了该方案的可行性，而且还方便以后的修改。