带自动量程校准的便携式红外气体分析仪及校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测控领域，尤其涉及一种带自动量程校准的便携式红外气体分析仪及 校准方法。
【背景技术】
[0002] 气体分析仪是一种测量气体成分的流程分析仪表。在很多生产过程中，特别是在 存在化学反应的生产过程中，仅仅根据温度、压力、流量等物理参数进行自动控制常常是不 够的。由于被分析气体的千差万别和分析原理的多种多样，气体分析仪的种类繁多。常用 的气体分析方法主要有：红外吸收法、紫外吸收法和傅里叶红外法。
[0003] 傅里叶红外法测量仪器属于高温测量原理需要进行其实的保温处理且需要提供 外部辅助计算装置，因此体积大、重量轻，不适合用在便携式测量仪中；紫外吸收法仪器虽 然精度较高但其中的关键部件（紫外光灯）不适合时断时续的工作且体积大、发热量高也 不太适合便携式携带。因此目前使用的便携式分析仪大多采用电化学原理的传感器，但其 缺点十分明显：一方面，其监测范围受限；监测范围不能超过其暴露能力范围；不能负荷超 载，否则影响它的准确性，传感器也相应地时常处于饱和状态；另一方面，当气体浓度低于 常规范围，会削弱反映的信号，加上环境噪声干扰，使仪器读数不准确，从而降低了仪器的 准确性和分辨率。
[0004] 另外，利用氧化还原反应产生电流是电化学传感器的基本工作原理，而这种原理 对于绝大多数气体都是成立的，而现实检测环境中几乎不存在单一气体，因此必然导致待 测气体交叉影响。这种交叉影响目前只能通过实验室数据进行固定修正，而没有根本的解 决方法，从而导致其精度真实性降低。其次，由于设备采用氧化还原反应原理，待测气体浓 度越大，氧化反应越剧烈，设备消耗相应也就越大。如果经常检测高浓度气体，传感器每次 只能分析几分钟后就失效，大大影响了整体工作进度，并提高检测成本。再次，由于传感器 以前曝光的时间和温度（ArrheniusLaw)相互交叉影响，从而导致NO传感器的零点漂移， 而这种零点漂移，不能单一通过温度补偿来解决，从而降低了NO气体的检测精度。特别是 浓度较高的一氧化碳对二氧化硫的影响，高浓度二氧化硫对一氧化氮的测量影响非常大， 从而导致这两种气体的检测精度较低。
[0005] 传统的电化学传感器只能通过外供被测气体通过消耗传感器实现标定，无法自动 标定。而现场标定需要提供各种标准气体，不便于使用。而红外吸收法的分析仪器，作为气 体分析设备，工业烟气（样气）不能直接进入分析仪器，需要外部提供预处理装置和仪器标 定装置。这样的外置标定装置一般体积庞大，且需要组装调试，不利于携带。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明提供一种带自动量程校准的便携式红外气体分析仪及校准方 法，用于解决目前采用电化学分析原理的便携式分析仪器，仪器的准确性和分辨率较低、 使用成本高、不便于携带的问题。
[0007] 本发明提供的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪的校准方法，包括
[0008] c.构建不同指定浓度的气体环境，并获取对应浓度下的输出电压值；
[0009] d.利用如下公式获取环境变化导致的偏移增量：
【主权项】
1. 一种带自动量程校准的便携式红外气体分析仪的校准方法，其特征在于：包括 C.构建不同指定浓度的气体环境，并获取对应浓度下的输出电压值； d. 利用如下公式获取环境变化导致的偏移增量：
其中，a、b为线性化修正系数；Vmtl为浓度为零时，检测仪输出的电压值；Vetl为浓度为零 时，参考标定状态下输出端电压值；Vm为待定气体浓度下，参考标定状态下输出电压值；V。 为待定浓度下，检测仪输出的电压值，c为气体浓度，Ad为因实际环境变化导致的偏移增 量； e. 根据偏移增量对测量结果进行自动校准。
2. 根据权利要求1所述的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪的校准方法，其特 征在于：步骤d包括将步骤c中的各指定浓度及相应指定浓度下的输出电压值分别代入步 骤d中的公式，确定所述偏移增量和修正系数。
3. 根据权利要求2所述的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪的校准方法，其特 征在于：所述指定气体浓度包括气体浓度为零，并在测量前将偏移增量设置为零。
4. 根据权利要求1所述的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪的校准方法，其特 征在于：在步骤c前包括 b.将气体非待测成份气体进行过滤。 在步骤b之前还包括 a.将日常空气作为零点气体并在仪器开始测量前完成零点校正和量程标定。
5. 根据权利要求2所述的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪的校准方法，其 特征在于：根据朗伯特一比尔定律测量出气体吸收前后的能量差，获取被测样气的浓度并 根据所述偏移增量对测量结果自动进行校准。
6. -种带自动量程校准的便携式红外气体分析仪，其特征在于：包括预处理单元、分 析单元、主监控单元、标定单元和校正单元， 所述分析单元包括光源、吸收气室和接收气室，所述光源产生红外线光并射入所述吸 收气室，所述标定单元进行零点校正和量程标定并将标定完成后的气体送入所述接收气 室，所述校正单元通过计算实际环境变化导致的偏移增量对样气浓度的测量结果进行自动 修正。
7. 根据权利要求6所述的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪，其特征在于：所 述预处理单元包括样气预处理单元和信号预处理单元，所述样气预处理单元用于对待检气 体进行处理，使待检气体满足气体分析时所需达到的指标要求，所述信号预处理单元将被 测样气浓度信号进行处理并提供给主监控单元。
8. 根据权利要求6所述的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪，其特征在于：所 述校正单元在仪器使用前将偏移增量设置为零，并构建指定的不同浓度的气体环境，获取 相应气体浓度下的输出电压值，自动执行零点校正和量程标定。
9. 根据权利要求7所述的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪，其特征在于：所 述接收气室中设置有转换装置，所述转换装置将被测气体浓度变化转换为电信号并传递给 信号预处理单元。
10.根据权利要求7所述的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪，其特征在于：所 述信号预处理单元包括电荷放大器、放大电路、整形电路和滤波电路，所述电信号变化通过 电荷放大器处理后，经过所述放大电路、整形电路和滤波电路处理后将信号传递至主监控 单元。
【专利摘要】本发明提供的带自动量程校准的便携式红外气体分析仪,包括预处理单元、分析单元、主监控单元、标定单元和校正单元，所述分析单元包括光源、吸收气室和接收气室，所述光源产生红外线光并射入所述吸收气室，所述标定单元进行零点校正和量程标定并将标定完成后的气体送入所述接收气室，所述校正单元通过计算实际环境变化导致的偏移增量对样气浓度的测量接管进行自动修正；本发明可以对测量结果进行自动校正，不仅克服了测量环境对测量的影响，确保了系统的测量精度，无需另配置预处理单元的情况下就可长时间分析，节省成本、便于携带。
【IPC分类】G01N21-01, G01N21-3504
【公开号】CN104764693
【申请号】CN201510166896
【发明人】严玥, 严实
【申请人】重庆工商大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月9日