一种气体浓度的测量方法
【专利摘要】为了解决现有技术下气体浓度测量方法步骤繁琐、操作不便且精度不高的问题。本发明公开了一种气体浓度的测量方法，基于一种包括加热器、传感器和电位器的测量系统，其中所述传感器的电导率会因环境中待测气体的浓度而变化，所述加热器用来加热传感器，所述传感器与电位器串联；包括以下步骤：S1加热器工作1-3小时后，调节电位器的输出电压在0.5V-1V范围内；S2将测量系统置于洁净空气环境中，通电稳定5-20min后，记录传感器的输出电压值V0和环境温度值T0；S3将测量系统置于待测气体环境中，通电稳定5-20min后，记录传感器的输出电压值V和环境温度值T；S4根据T与T0的差值，将传感器的输出电压补偿为V1；S5由公式TC＝eln(V1/V0)*C-1计算出待测气体浓度，单位为ppm。其简化了气体浓度测量的步骤，降低了测量成本，便于操作且精度高。
【专利说明】
一种气体浓度的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体浓度测量技术。
【背景技术】
[0002]气体浓度检测广泛应用于燃气、石油、化工、冶金等存在易燃、易爆、毒性气体的危险场所，厂矿内气体的浓度关系到作业工人的人生安全，准确地测量气体浓度可以帮助厂矿的生产人员制定出合理的排除危险气体计划，对生产中的安全隐患作出有效管控。此外气体浓度检测还可以应用于医疗、日化等多个行业。
[0003]现有技术下气体浓度测量多基于非色散红外光谱分析技术，即根据待测气体对某一波段红外光的吸收特性，选择特定波段红外光通过被测气体样本，红外光的衰减量与被测气体浓度之间的关系近似符合比尔兰博定律气体的红外吸收谱由大量非常尖锐、狭窄频段的吸收带组成，这些吸收带是振动-转动能级之间迁移的结果。采用上述方法测量气体浓度，具有以下不足:一、光谱分析技术需要购买相关光谱分析设备，但是这种设备价格较为昂贵，普通生产企业不具备购买实力。二、光谱分析技术对浓度测量人员的专业水平要求较高，使用这种方法需要具备较为深厚的光学知识，普通技术人员难以操作。三、采用上述方法，测量结果受气体压强影响较大，针对压强的补偿计算会造成最后测量结果有较大偏差。
[0004]随着人们生活水平的日益提高，人们对居住环境的空气质量也越来越重视。室内空气质量的好坏关系到居住者健康与否，V0C、氨气、硫化氢等是室内常见的污染气体，对这几种有害气体浓度的测量对人们针对性的改善室内空气具有很好的指导意义，但目前的气体浓度测量方法大多不能有效而精确的检测室内污染气体，并且没有针对性，传统的测量方法中有些不需要测量的气体会干扰对污染气体浓度的检测。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术下气体浓度测量方法步骤繁琐、操作不便、精度不高且容易被不需要测量气体干扰检测结果的问题，本发明公开了一种气体浓度的测量方法，其简化了气体浓度测量的步骤，降低了测量成本，便于操作且精度高，能够恰当的规避不需要测量气体对测量结果的干扰。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0007]—种气体浓度的测量方法，基于一种包括加热器、传感器和电位器的测量系统，其中所述传感器的电导率会因环境中待测气体的浓度而变化，所述加热器用来加热传感器，所述传感器与电位器串联；包括以下步骤:
[0008]SI加热器工作1-3小时后，调节电位器的输出电压在0.5V-1V范围内；
[0009]S2将测量系统置于洁净空气环境中，通电稳定5_20min后，记录传感器的输出电压值Vtl和环境温度值Ttl ；
[0010]S3将测量系统置于待测气体环境中，通电稳定5_20min后，记录传感器的输出电压值V和环境温度值T ；
[0011]S4根据T与Ttl的差值，将传感器的输出电压补偿为V1 ；
[0012]S4由公式TC = eln(vl/vo)*c-l计算出待测气体浓度，单位为ppm。
[0013]较佳的，若待测气体环境中含有浓度TO0.2ppm的不需要测量气体，对传感器进行稳定性补偿计算，直到待测气体浓度小于或等于0.2ppm。
[0014]较佳的，若待测气体浓度变化幅度在半小时内变化幅度超过0.2ppm，对传感器进行灵敏性补偿计算，气体浓度恢复到所述稳定性补偿前的值。
[0015]较佳的，所述稳定性补偿计算采取每小时待测气体浓度下降一半，直到其浓度值小于或等于0.2ppm为止的步骤。
[0016]较佳的，所述灵敏性补偿计算采取每分钟增加0.5倍的浓度值，直到浓度值恢复到稳定性补偿计算之前的步骤。
[0017]较佳的，当传感器初始值参照点发生漂移时，将V1补偿为V2。
[0018]较佳的，SI中加热的时间为2小时，电位器的输出电压为0.6V-0.8V。
[0019]较佳的，S2中通电时间为lOmin。
[0020]较佳的，所述传感器的供电设备为直流电源。
[0021]综上，本发明相对与现有技术的有益效果为:
[0022]1、简化了测量步骤，本技术方案一般只需要测量出两组数字，一组是在洁净空气环境中的电压和温度基准值，另一组是在待测气体中的电压和温度值，然后根据相关公式就可以计算出待测气体的浓度。相对于现有技术，测量的数值减少，计算步骤简化。对测量人员自身知识素养要求降低，便于推广应用。
[0023]2、测量成本低，本技术方案中的测量系统仅由加热器、传感器和电位器三个部分组成，成本低，耗电量低，与现有技术的光谱分析相比，节约测量成本。
[0024]3、在本技术方案中，仅需考虑温度对测量结果的影响，但温度对电导率的影响较为固定，本领域的技术人员都能轻松计算出对其补偿值，受其他因素影响不大，所以相对来说精度很高
[0025]4、能够恰当的规避不需要测量气体对测量结果的干扰。当待测气体环境中含有浓度较高的不需要测量气体时，常会干扰测量结果，因此给予补偿性计算，可以准确地测量出待测气体真实浓度。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明调试流程图；
[0027]图2是本发明测量洁净空气基准值流程图；
[0028]图3是本发明测量待测气体数量值流程图；
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明多功能收银平台作进一步说明:
[0030]本发明基于一种包括加热器、传感器和电位器的测量系统，其中所述传感器的电导率会因环境中待测气体的浓度而变化，所述加热器用来加热传感器，所述传感器与电位器串联；此传感器需要施加两个电压；加热器电压和回路电压。这个加热器电压用于维持传感器处于与待测气体相适应的特定温度而施加的集成的加热器上。回路电压则是用于测定与传感器串联的负载电阻上的两端电压。这种传感器具有极性，所以回路电压需要直流电源。
[0031]只要能满足传感器的电性要求，回路电压和加热器电压可以共用同一个电源电路。为了将判定值水平最佳化，并使传感器的功耗低于15mW的限度值，需要选择负载电阻的值。
[0032]传感器是由敏感素子组成的，敏感素子为在氧化铝基板上形成的金属氧化物半导体，当空气中待测气体浓度升高时，传感器的电导率也升高。使用简单的电路就可以将这种电导率的变化变换为气体浓度对应的输出信号。以空气洁净的时候为基准，通过传感器电阻值比空气清洁时变化了多少来检测空气的浓度。
[0033]一种气体浓度的测量方法，包括以下步骤:
[0034]SI加热器工作2小时后，调节电位器的输出电压在0.6V-0.8V范围内；在以上电压范围内，传感器信号输出有最好的动态范围。
[0035]S2将测量系统置于洁净空气环境中，通电稳定1min后,记录传感器的输出电压值Vtl和环境温度值Ttl ;这两个数值为测量待测气体浓度的基准数值。
[0036]S3将测量系统置于待测气体环境中，通电稳定5_20min后，记录传感器的输出电压值V和环境温度值T ；
[0037]S4根据T与Ttl的差值，将传感器的输出电压补偿为V1 ;当测量待测气体时的温度与基准温度不一致时，要对其进行电压补偿。当传感器初始值参照点发生漂移时，将V1补偿为v2。当传感器使用时间较长或者长期处于浓度较高气体中时，传感器的初始值参照点可能会发生变化，要针对性的给予电压补偿。
[0038]S5由公式TC = eln(vl/vo)*c-l计算出待测气体浓度，单位为ppm。
[0039]当待测气体环境中含有浓度较高的不需要测量气体时，常会干扰测量结果，因此给予补偿性计算，可以准确地测量出待测气体真实浓度。例如，室内含有浓度偏高的氢气等无害气体，但测量系统也可以测量出其浓度，就会显示室内有害气体浓度很高的值，但事实上，这些气体是对人体无害的，不需要清除，因此，如果室内空气净化装置开启很长时间后，测量的气体浓度还是维持很高的数值，这是就要对其进行稳定性补偿计算和灵敏性补偿计笪
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[0040]较佳的，若待测气体环境中含有浓度TO0.2ppm的不需要测量气体，对传感器进行稳定性补偿计算，直到待测气体浓度小于或等于0.2ppm。所述稳定性补偿计算采取每小时待测气体浓度下降一半，直到其浓度值小于或等于0.2ppm为止的步骤。例如待测气体浓度为0.7ppm,第一个小时将浓度降低到0.35ppm,仍然大于0.2ppm ;再第二个小时继续降低到0.175ppm,小于0.2ppm。完成稳定性补偿。
[0041]较佳的，若待测气体浓度变化幅度在半小时内变化幅度超过0.2ppm，对传感器进行灵敏性补偿计算，气体浓度恢复到所述稳定性补偿前的值。所述灵敏性补偿采取每分钟增加0.5倍的浓度值，直到浓度值恢复到稳定性补偿之前的步骤。例如稳定性补偿结束后气体浓度为0.15ppm，稳定性补偿前为0.6ppm，对其进行灵敏性补偿；第一分钟将浓度升高到0.3ppm,第二分钟继续升高到0.6ppm。完成灵敏性补偿。
[0042]需要说明的是，上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，而这些变形都属于本发明权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种气体浓度的测量方法，基于一种包括加热器、传感器和电位器的测量系统，其中所述传感器的电导率会因环境中待测气体的浓度而变化，所述加热器用来加热传感器，所述传感器与电位器串联；其特征在于，包括以下步骤: SI加热器工作1-3小时后，调节电位器的输出电压在0.5V-1V范围内； S2将测量系统置于洁净空气环境中，通电稳定5_20min后，记录传感器的输出电压值V0和环境温度值Ttl ； S3将测量系统置于待测气体环境中，通电稳定5-20min后，记录传感器的输出电压值V和环境温度值T ； S4根据T与Ttl的差值，将传感器的输出电压补偿为V1 ； S5由公式TC = eln(vl/vo)*c-l计算出待测气体浓度，单位为ppm。
2.如权利要求1所述的气体浓度的测量方法，其特征在于:若待测气体环境中含有浓度TO0.2ppm的不需要测量气体，对传感器进行稳定性补偿计算，直到待测气体浓度小于或等于0.2ppm。
3.如权利要求2所述的气体浓度的测量方法，其特征在于:若待测气体浓度变化幅度在半小时内变化幅度超过0.2ppm,对传感器进行灵敏性补偿计算,气体浓度恢复到所述稳定性补偿前的值。
4.如权利要求2所述的气体浓度的测量方法，其特征在于:所述稳定性补偿计算采取每小时待测气体浓度下降一半，直到其浓度值小于或等于0.2ppm为止的步骤。
5.如权利要求3所述的气体浓度的测量方法，其特征在于:所述灵敏性补偿计算采取每分钟增加0.5倍的浓度值，直到浓度值恢复到稳定性补偿计算之前的步骤。
6.如权利要求1所述的气体浓度的测量方法，其特征在于:当传感器初始值参照点发生漂移时，将V1补偿为V2。
7.如权利要求1所述的气体浓度的测量方法，其特征在于:S1中加热的时间为2小时，电位器的输出电压为0.6V-0.8V。
8.如权利要求1所述的气体浓度的测量方法，其特征在于:S2中通电时间为lOmin。
9.如权利要求1所述的气体浓度的测量方法，其特征在于:所述传感器的供电设备为直流电源。
【文档编号】G01N27/14GK104359949SQ201410625877
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】江舫, 姚铁明, 曾庆杰, 唐金华, 唐银华 申请人:广州勒夫蔓德电器有限公司