一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统及方法
【专利摘要】一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统及方法，所述测算系统，包括：非氧环境、气室、VOC气体传感器、信号采集与传输系统及上位机；气室为非氧环境的气室；所述测算方法包括：S1.获得真空环境的气室；S2.将VOC气体传感器与分压电阻串接组成分压电路；S3.配气；S4.测量分压电阻的输出电压，计算得到VOC气体传感器吸附时在被测气体中的电压；选择合适的分压电阻；S5.使VOC气体传感器脱附，测量分压电阻的输出电压，计算得到VOC气体传感器脱附后在空气中的电压；S6.运算获得气体响应灵敏度S。本发明可以获得无氧环境下VOC气体传感器在待测气体中的响应特性。
【专利说明】一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体灵敏度的测算系统及方法，尤其涉及一种在非氧环境下气体 响应灵敏度的测算系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，在气体传感器的研制过程中需要研究传感器在不同环境和工作条件下的气 体响应特性，衡量传感器的优劣，总结摸索出传感器的最佳工作状态，这离不开良好的测试 设备。一般地，当可检知的气体存在时，该气体的浓度越高，传感器的电导率就越高。将这 种电导率的变化转换为与气体浓度对应的输出信号。VOC气体传感器在有氧环境下的特性 被广泛研究，然而，在工业实际应用中，气体检测时常需要在一些较为恶劣的环境下进行， 特别是一些如矿井等缺氧环境中，在这些环境中传感器的响应特性与有氧环境中存在较大 差异，其检测精度必然受到影响，为了得到VOC气体传感器在无氧环境下对气体检测数据 的支持，测试传感器无氧环境下在待测气体中的响应特性尤为重要。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明提出了一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统 及方法，以获得无氧环境下VOC气体传感器在待测气体中的响应特性。
[0004] 本发明采用如下技术方案：一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，包括： 非氧环境、气室、V0C气体传感器、信号采集与传输系统及上位机；
[0005] 所述气室内为非氧环境；
[0006] 所述信号采集与传输系统，包括
[0007] 分压电路，所述分压电路为V0C气体传感器与分压电阻R,串接组成，用于输出V0C 传感器脱附后在空气中的输出电压Vair和V0C传感器吸附时在被测气体中的输出电压vgas ;
[0008] A/D转换模块，与分压电路连接，用于将分压电路输出的V&和Vgas的电压模拟信 号转换为电压数字信号；
[0009] 微处理器，与A/D转换模块连接，用于A/D转换，并将转换后vair和Vgas的电压信号 进行预处理，输出V&和v gas可供显示及传输的数字信号；
[0010] 数据传输模块，与微处理器连接，用于使微处理器输出的Vair和Vgas的数字信号传 输至上位机；
[0011] 所述上位机，与数据传输模块连接，接收数据传输模块传输的V&和vgas的数字信 号，运算得到非氧环境下V0C气体传感器在气室内的被测气体中的气敏响应灵敏度。
[0012] 进一步的，本系统还包括加热装置，使液体原料气样品加热汽化为气态原料气，其 安装在气室内，为对准液体原料气样品的进样口放置。
[0013] 进一步的，本系统还包括显示模块，与微处理器连接，用于显示微处理器输出的 和Vgas的数值
[0014] 一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算方法，包括如下步骤：
[0015] S1、获得真空环境的气室；
[0016] S2、将v〇c气体传感器与分压电阻&串接组成分压电路；
[0017] S3、配气；
[0018] S4、测量分压电阻心的输出电压，计算得到V0C气体传感器吸附时在被测气体中 的输出电压v gas;
[0019] S5、使v〇c气体传感器脱附，测量分压电阻R,的输出电压，计算得到V0C气体传感 器脱附后在空气中的输出电压V..
[0020] S6、运算获得气体响应灵敏度s ;
[0021] S7、改变通入气室内原料气的浓度，重复步骤S2-S6 ;
[0022] S8、更换通入气室内的原料气的种类，重复步骤S1_S7。
[0023]进一步的，运算气体响应灵敏度的方法为：
[0024]对于p型V0C气体传感器，气体响应灵敏度S为元件在空气中阻值与元件吸附气 体后阻值的比：
[0025]
【权利要求】
1. 一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，其特征在于，包括：非氧环境、气 室、VOC气体传感器、信号采集与传输系统及上位机； 所述气室内为非氧环境； 所述信号采集与传输系统，包括 分压电路，所述分压电路为VOC气体传感器与分压电阻&串接组成，用于输出VOC传 感器脱附后在空气中的输出电压Vail?和VOC传感器吸附时在被测气体中的输出电压Vgas ; A/D转换模块，与分压电路连接，用于将分压电路输出的V&和Vgas的电压模拟信号转 换为电压数字信号； 微处理器，与A/D转换模块连接，用于A/D转换，并将转换后V&和Vgas的电压信号进行 预处理，输出V&和Vgas可供显示及传输的数字信号； 数据传输模块，与微处理器连接，用于使微处理器输出的Vail·和vgas的数字信号传输至 上位机； 所述上位机，与数据传输模块连接，接收数据传输模块传输的V&和vgas的数字信号， 运算得到非氧环境下VOC气体传感器在气室内的被测气体中的气敏响应灵敏度。
2. 如权利要求1所述的在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，其特征在于：还包 括加热装置，使液体原料气样品加热汽化为气态原料气，其安装在气室内，为对准液体原料 气样品的进样口放置。
3. 如权利要求1所述的在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，其特征在于：还包 括显示模块，与微处理器连接，用于显示微处理器输出的和V gas的数值。
4. 一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 获得真空环境的气室； 52、 将VOC气体传感器与分压电阻&串接组成分压电路； 53、 配气； 54、 测量分压电阻&的输出电压，计算得到VOC气体传感器吸附时在被测气体中的输 出电压vgas; 55、 使VOC气体传感器脱附，测量分压电阻&的输出电压，计算得到VOC气体传感器脱 附后在空气中的输出电压Vail·; 56、 运算获得气体响应灵敏度S ; 57、 改变通入气室内原料气的浓度，重复步骤S2-S6 ; 58、 更换通入气室内的原料气的种类，重复步骤S1-S7。
5. 如权利要求4所述的在非氧环境下气体响应灵敏度的测算方法，其特征在于，运算 气体响应灵敏度的计算公式为： 对于P型V0C气体传感器，气体响应灵敏度S为元件在空气中阻值与元件吸附气体后 阻值的比： S-J丄 对于N型V0C气体传感器，气体响应灵敏度S定义为元件在空气中阻值与元件吸附气 体后阻值的比： S 二 k Rs V-V V-V 其中，尺二 ai" Rl R = gas R,: vair和vgas分别为voc气体传感器脱附 air gas 后在空气中的输出电压和VOC气体传感器吸附时在被测气体中的输出电压，V为分压电路 的供电电压，心为分压电阻。
6. 如权利要求4所述的在非氧环境下气体响应灵敏度的测算方法，其特征在于，获得 真空环境的气室采用的方法为下述中的一种： (1) 使用抽气泵将气室内的空气抽出法：把抽气泵的进样口密封，从气室的抽气口把 气室内的空气抽出，抽气口的橡胶管收缩变瘪后，气室内为真空环境或接近真空； (2) 惰性气体排气法：向气室内通入惰性气体，其中，氦气和氖气使用向下排气法充入 气室，氦气、氪气和氣气使用向上排气法充入气室。
7. 如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述配气的步骤为：把一定量的气态或 蒸汽态的原料气加入已知容积的气室中，充入稀释气后混匀制成被测气体，所述原料气是 单一气体或已知浓度的混合气体，其中，得到原料气的浓度的方法为下述中的一种： (1) 在直接向气室通入原料气时，使用质量流量计测量通入的原料气的量； (2) 使用的原料气为液态时，抽取一定量液态原料气注入气室内的加热装置中，使液态 加热汽化为气态，通过下述公式计算得知气化后的原料气的浓度值； ρΧνΧω%/Μ= cXVl/(22. 4X (273+T)/273) v = (273/(273+T)) XVLXcXM/(22. 4X P X ω % ) 式中，P是有机液体的密度，ω%是有机液体中被测成分的质量分数，M是被测气体的 摩尔质量，T气室内的摄氏温度，'为气室的体积。
8. 如权利要求4所述的在非氧环境下气体响应灵敏度的测算方法，其特征在于：获得 气体响应灵敏度的方法为： A/D转换模块将步骤S4和步骤S5中的分压电路输出的V&和Vgas的电压模拟信号转 换为电压数字信号； 微处理器接收经A/D转换模块转换后的V&和Vgas的电压数字信号； 数据传输模块使微处理器输出的Vail·和vgas的数字信号传输至上位机； 显示模块实时显示微处理器输出的和vgas的数值； 上位机接收数据传输模块传输的V&和Vgas的数字信号，根据权利要求5中的公式运算 得到非氧环境下V0C气体传感器在被测气体中的气敏响应度。
9. 如权利要求8所述的在非氧环境下气体响应灵敏度的测算方法，其特征在于：上位 机还绘制出V&和Vgas的实时变化曲线，显示V0C传感器的电阻信号Rg，并绘制出电阻变化 曲线；还绘制出V0C气体传感器的气敏响应灵敏度变化曲线，显示出气敏响应灵敏度的实 时数值。
【文档编号】G01N27/00GK104297297SQ201410578622
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】孙炎辉, 杜海英, 宋鹏, 钱瑞, 陈诗尧 申请人:大连民族学院