一种免标定的催化燃烧传感器工作方法与流程

本发明专利涉及气体传感器的检测装置，更具体地说，涉及一种免标定的催化燃烧传感器工作方法，其性能更可靠，是通过气体检测仪表的气路、外围电路(即软硬件)的改进，实现催化燃烧传感器免标定的方法。

背景技术：

工业环境测量可燃气体的传感器种类很多，其中催化燃烧传感器由于线性输出、定量标定、精度高、价格低廉等特点，应用最为广泛。

催化燃烧传感器在清洁空气中的输出信号称为零点，在一定可燃气体浓度中的输出称为跨度值，跨度值减去零点后，再除以对应可燃气体浓度即得传感器灵敏度。催化燃烧传感器在使用过程中，零点会漂移(正向或负向变化)，灵敏度会衰减(长时间工作灵敏度数值会减小，短时间内受温度、湿度、压力等影响，灵敏度会有正向或负向变化)。为保证测量值准确，工作一段时间后，传感器需要标定。

催化燃烧传感器的标定是指：在洁净空气中记录下传感器的零点，然后让传感器工作在已知浓度的标准可燃气体环境，记录下对应跨度值，由前述方法计算出灵敏度。由于可燃气体浓度已知，此时的灵敏度即为该浓度下的准确灵敏度。由于其线性输出特性，在整个测量范围(0～100％LEL)近似认为灵敏度相同。

催化燃烧传感器的具体工作模式是：将该灵敏度储存在外围电路的EEPROM中。短时间工作时，认为零点和灵敏度保持不变，当传感器处于未知浓度可燃气体环境时，由测量得到的跨度值反向计算出可燃气体浓度。

从催化燃烧传感器工作模式可知，工作一段时间后，为保证测量值准确性，必须对传感器进行标定。而标定需要传感器工作在已知浓度可燃气体环境，使标定过程很麻烦，而且成本较高。

本发明的目的：在成本可控、保证测量准确性的前提下，通过改进气体检测仪表的气路、外围电路(即软硬件)，实现催化燃烧传感器的免标定。

技术实现要素：

本发明公开的一种免标定的催化燃烧传感器工作方法，

本发明为了实现催化燃烧传感器工作过程中免标定，按以下方案实施：

使用两个传感器A和B，传感器制作过程中，保证这两个传感器的零点和灵敏度近似相同，两个传感器出厂时通过标定，均准确记录零点和灵敏度。

可燃气体检测仪采用的传感器工作气路：通过隔爆网后的可燃气体首先到达一个两位三通的电磁阀，当电磁阀断电时1口和2口导通，1口和3口、2口和3口截断；当电磁阀上电时1口和3口导通，1口和2口、2口和3口截断。可燃气体通过电磁阀的2口或3口进入下游气路，通过传感器A或B时被测量，然后通过一个单向阀，单向阀的作用是保证下游气路中的气体不会回流到阀前气路。通过单向阀的两路气路，由一个三通阀汇合成一路，由一个采样泵取样后排空；

初始工作状态：两位三通电磁阀断电，给2口下游气路中传感器A上电，使其正常工作；此时三通电磁阀3口下游气路中传感器B断电，由于三通电磁阀3口截断，其后气路在采样泵不断抽气下呈低真空状态，即便采样泵断电不工作，气路中的单向阀保证阀后气体不会倒流，则传感器B不会与环境气体接触，认为传感器B处于休眠状态，传感器B的零点和灵敏度短时间不会发生变化；

传感器以分段模式工作，7～10天为一个时间段，传感器A和B交替轮换工作。

在一个时间阶中，以24小时为一个工作区间。当传感器A处于工作时间段时，其是测量传感器，始终处于上电状态(标定窗口时除外，标定窗口定义后有详述)，而传感器B是标定传感器，只在标定窗口开启时上电，对传感器A进行标定；

在每个工作区间(24小时)内，设定两个标定窗口，一个称为零点标定窗口，一个称为跨度值标定窗口。开始判断标定窗口是否满足开启条件的时间点可固定，也可根据实际工况环境设定；

零点标定必须成功后，才能开始跨度值标定；

满足零点标定窗口开启的条件是：测量传感器的读数小于5％LEL，且读数稳定时间超过5～10分钟。满足跨度值标定窗口开启的条件是：测量传感器的读数大于10％LEL，且读数稳定时间超过5～10分钟；

满足零点、跨度值标定窗口关闭的条件是：标定传感器完成一次稳定测量过程，标定传感器的读数稳定时间必须超过1～3分钟；整个标定窗口最短开启时间是5分钟，最长时间是15分钟，如果在15分钟内，标定传感器的读数稳定时间始终难以满足，则关闭标定窗口，重新等待下一个标定窗口开启；

在一个工作区间，标定窗口只开启一次，标定完成后就不再开启，等待下个工作区间再择机开启。如果在一个工作区间内，未满足标定窗口开启条件，则标定窗口不开启，等待下个工作区间再择机开启；

当满足标定窗口时，给两位三通电磁阀上电，可燃气体由测量气路切换到标定气路，由标定传感器的测量值，修正测量传感器的零点和灵敏度。

本发明公开的一种免标定的催化燃烧传感器工作方法，具有如下有益效果：

1、实现催化燃烧传感器的免标定；

2、极大提高催化燃烧传感器的可靠性，当出现传感器中毒(基线急剧变化、灵敏度急剧降低)时，能够及时报警，提醒用户更换传感器；

3、除增加一个电磁阀，两个单向阀，气路结构稍复杂外，不增加更多额外成本。同时使用两只传感器，但由于是交替工作，检测寿命也延长一倍，不增加传感器成本；

延长传感器使用寿命。催化燃烧传感器以惠斯通电桥方式工作，传感器黑白元件构成一个桥臂，另一个桥臂通过两个定值电阻提供参考电压，当传感器零点漂移到一定程度，与参考电压偏差过大时，外围电路无法修正，传感器只能更换。但此时传感器的灵敏度往往还满足使用要求。采用双传感器相互修正零点，由于传感器初始零点相同，工作环境和累计工作时间相同，零点漂移也相似，零点修正的范围将大大增加，有效延长传感器使用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的免标定的催化燃烧传感器的工作气路原理图。

图2为跨度值校正流程图。

图3为零点校正流程图。

图中：

1隔爆网 2两位三通电磁阀 3传感器A

4传感器B 5单向阀 6采样泵

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明为了实现催化燃烧传感器工作过程中免标定，按以下方案实施：

可燃气体检测仪使用两个传感器A 3和传感器B 4，传感器制作过程中，保证这两个传感器的零点和灵敏度近似相同或相同，两个传感器出厂时通过标定，均准确记录零点和灵敏度。

可燃气体检测仪采用如图1所示的传感器工作气路，通过隔爆网1后的可燃气体首先到达一个两位三通电磁阀2，当两位三通电磁阀2断电时1口和2口导通，1口和3口、2口和3口截断；当两位三通电磁阀2上电时1口和3口导通，1口和2口、2口和3口截断。可燃气体通过两位三通电磁阀2的2口或3口进入下游气路，通过传感器A 3或传感器B 4时被测量，然后通过一个单向阀5，单向阀5的作用是保证下游气路中的气体不会回流到阀前气路。通过单向阀5的两路气路，由一个三通阀汇合成一路，由一个采样泵6取样后排空；

初始工作状态：两位三通电磁阀2断电，给2口下游气路中传感器A3上电，使其正常工作；此时3口下游气路中传感器B4断电，由于3口截断，其后气路在采样泵6不断抽气下呈低真空状态，即便采样泵6断电不工作，气路中的单向阀5保证阀后气体不会倒流，则传感器B4不会与环境气体接触，认为传感器B4处于休眠状态，传感器B4的零点和灵敏度短时间不会发生变化；

传感器以分段模式工作，7～10天为一个时间段，传感器A3和传感器B4交替轮换工作。

在一个时间阶中，以24小时为一个工作区间。当传感器A 3处于工作时间段时，其是测量传感器，始终处于上电状态(标定窗口时除外，标定窗口定义后有详述)，而传感器B 4是标定传感器，只在标定窗口开启时上电，对传感器A 3进行标定；

在每个工作区间(24小时)内，设定两个标定窗口，一个称为零点标定窗口，一个称为跨度值标定窗口。开始判断标定窗口是否满足开启条件的时间点可固定，也可根据实际工况环境设定；

零点标定必须成功后，才能开始跨度值标定；

满足零点标定窗口开启的条件是：测量传感器的读数小于5％LEL，且读数稳定时间超过5～10分钟。满足跨度值标定窗口开启的条件是：测量传感器的读数大于10％LEL，且读数稳定时间超过5～10分钟；

满足零点、跨度值标定窗口关闭的条件是：标定传感器完成一次稳定测量过程，标定传感器的读数稳定时间必须超过1～3分钟；整个标定窗口最短开启时间是5分钟，最长时间是15分钟，如果在15分钟内，标定传感器的读数稳定时间始终难以满足，则关闭标定窗口，重新等待下一个标定窗口开启；

在一个工作区间，标定窗口只开启一次，标定完成后就不再开启，等待下个工作区间再择机开启。如果在一个工作区间内，未满足标定窗口开启条件，则标定窗口不开启，等待下个工作区间再择机开启；

当满足标定窗口时，给两位三通电磁阀上电，可燃气体由测量气路切换到标定气路，由标定传感器的测量值，修正测量传感器的零点和灵敏度。具体修正方法见图2和3流程图。