气体浓度测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及仪器设备技术领域，尤其涉及一种气体浓度测量装置。


背景技术：

2.随着科技的发展，有时需要实时测量一空间内的某种气体浓度状态，例如要确认某交通工具或航空器内的灭火系统携带的气体灭火剂的量是否合格，需要将灭火剂释放到所需保护的空间，通过测量系统同时记录下所需保护的空间内各个区中代表性位置的灭火剂的体积浓度。灭火剂的浓度值必须高于某种已知的有效灭火浓度，该有效灭火浓度指足以在一定时间内扑灭保护区域内可能发生的火灾的灭火剂浓度。
3.专利cn109540747a公开了一种飞机动力装置舱灭火剂浓度机载测量装置，但该专利没有给出单通道测量单位内层流式压差测量装置的实施方式，领域技术人员实施困难。专利cn103163046a公开了一种气体灭火剂浓度测量装置，但该专利对恒温恒流微压差产生器采用整体加热的方式，易受到环境因素的影响；该专利采用流量控制器对4路的流量一起控制，这造成4路之间的流量可能会因为堵塞、加工工艺等因素造成流量的不均衡，进而带来测量误差。专利cn110844118a公开了一种多空结构压差测试试验装置及方法，但该专利采用将多孔筛浸没在油液中的方案，油液在使用中会造成污染，造成检修的困难。专利cn105424546公开了一种灭火剂浓度测量系统的浓度测量装置，但该专利采用的通孔方案会给设备加工带来不便；稳压腔的方案会造成气体的混合，不利于提高响应时间；温度传感器对加热块和测压块的温度进行检测，而不是对气体的温度进行检测，当环境发生变化时，会对测量精度造成影响。
4.因此，如何获得更高精度的气体浓度测量结果是一个亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.基于上述问题，本实用新型提供了一种气体浓度测量装置，以缓解现有技术中测量设备加工难度高、维护困难、气体浓度测量时测量值波动大和误差大等技术问题。
7.(二)技术方案
8.本实用新型提供一种气体浓度测量装置，包括：预热模块，用于对输入的待测气体进行预热和整流后输出第一阶段气体；差压转换模块，与所述预热模块相连，用于使得流经的所述第一阶段气体产生差压变化值；以及处理模块，用于根据所述差压变化值获得所述待测气体的体积浓度；其中，所述差压转换模块包括具有多根毛细管的毛细层流单元，所述多根毛细管的流道成为气流的主要通道，形成层流结构。
9.根据本实用新型实施例，所述预热模块包括：气体流道，用于对待测气体进行整流；预热模块电加热单元，用于对所述气体流道进行加热，进而传导加热待测气体；以及预热模块温控单元，用于测量并调控待测气体的温度；其中，所述气体流道无弯曲，内设有多条毛细管路。
10.根据本实用新型实施例，所述预热模块温控单元包括预热模块热电偶，垂直于气体流动方向设置。
11.根据本实用新型实施例，所述差压转换模块还包括：差压转换模块壳体，包覆于所述毛细层流单元外，对应所述毛细层流单元上游端处设置有上游差压测量孔，对应所述毛细层流单元下游端处设置有下游差压测量孔；差压传感器，其两端分别连接至所述上游差压测量孔和下游差压测量孔上，用于测量差压测量孔之间的差压；以及限流元件，位于差压转换模块壳体下游出口，用于保持流经气体浓度测量装置恒定的体积流量。
12.根据本实用新型实施例，所述差压转换模块还包括：差压转换模块电加热单元，用于对所述差压转换模块进行加热；以及差压转换模块温控单元，用于测量并调控所述流经毛细层流单元和限流元件内待测气体的温度，所述差压转换模块温控单元包括差压转换模块热电偶，垂直于气体流动方向设置。
13.根据本实用新型实施例，所述差压转换模块还包括：上游毛细整流元件，位于所述差压转换模块壳体上游入口以及所述上游差压测量孔之间；下游毛细整流元件，位于所述差压转换模块壳体下游出口以及所述下游差压测量孔之间；以及绝压压力表，设置于上游差压测量孔处，用于监控气体流道内的绝压值，提高测量精度。
14.根据本实用新型实施例，所述毛细层流单元还包括：套筒，包括第一套筒和第二套筒，分别从两侧套设于所述多根毛细管外；以及粘结剂，涂覆于所述毛细管外壁和所述套筒内壁，用于固定所述多根毛细管，使其不在待测气体的气流作用下移动。
15.根据本实用新型实施例，所述毛细管的管径d
lfe
的公式表达为：
16.其中，μ为待测气体的动力黏度，n为毛细管的数量，ρ为待测气体的密度，re为雷诺数，q
v
为流量。
17.(三)有益效果
18.从上述技术方案可以看出，本实用新型气体浓度测量装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
19.(1)响应速度快；
20.(2)测量精度高；
21.(3)长期稳定性好；
22.(4)使用维护方便；
23.(5)既可用于气体浓度的快速测量，也可以用于气体浓度的长时间监控。
附图说明
24.图1是本实用新型实施例的气体浓度测量装置的组成示意图。
25.图2是本实用新型实施例的气体浓度测量装置的分解图。
26.图3是本实用新型实施例的差压转换模块的部分剖面结构示意图。
27.图4是本实用新型实施例的差压转换模块的透视结构示意图。
28.图5是本实用新型实施例的毛细层流单元装配示意图。
29.图6是本实用新型实施例的毛细层流单元的结构示意图。
30.图7是本实用新型另一实施例的差压转换模块与预热模块的结构示意图。
31.图8是本实用新型另一实施例的差压转换模块与预热模块安装隔热壳体后的结构示意图。
32.图9是本实用新型实施例的气体浓度测量系统安装在机柜中的示意图。
33.图10是图9所示的机柜的背面接口示意图。
34.图11是本实用新型实施例的气体体积浓度与差压值之间的经验关系示意图。
35.图12是本实用新型实施例的气体浓度测量方法的流程示意图。
36.图13是本实用新型实施例气体浓度测量系统工作的流程示意图。
37.图14是本实用新型实施例气体浓度测量系统的组成示意图。
38.【附图中本实用新型实施例主要元件符号说明】
[0039]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
壳体底座
[0040]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
壳体上盖
[0041]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体出入口面板
[0042]
4、61
ꢀꢀ
气体入口直通接头
[0043]
5、64
ꢀꢀ
气体预热模块气体管路
[0044]
6、62
ꢀꢀ
气体预热模块加热夹块
[0045]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体预热模块电加热单元
[0046]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体预热模块直通接头
[0047]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体预热模块气体低导热软管
[0048]
10、65 气体预热模块测温三通接头
[0049]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀ
气体预热模块热电偶
[0050]
12、69
ꢀꢀ
差压转换模块壳体
[0051]
12-1
ꢀꢀꢀ
气流入口
[0052]
12-2
ꢀꢀꢀ
气流出口
[0053]
12-3
ꢀꢀꢀ
上游差压测量孔
[0054]
12-4
ꢀꢀꢀ
下游差压测量孔
[0055]
13、68 毛细层流单元
[0056]
13-1
ꢀꢀꢀ
毛细管
[0057]
13-2
ꢀꢀꢀ
第一套筒
[0058]
13-3
ꢀꢀꢀ
第二套筒
[0059]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀ
差压转换模块电加热单元
[0060]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀ
限流元件
[0061]
16
ꢀꢀꢀꢀ
差压测量孔接头
[0062]
17
ꢀꢀꢀꢀ
上游差压测量软管
[0063]
18
ꢀꢀꢀꢀ
下游差压测量软管
[0064]
19
ꢀꢀꢀꢀ
差压传感器90度弯头
[0065]
20
ꢀꢀꢀꢀ
差压传感器安装卡子
[0066]
21
ꢀꢀꢀꢀ
差压转换模块低导热软管
[0067]
22
ꢀꢀꢀꢀ
差压转换模块测温三通
[0068]
23
ꢀꢀꢀꢀ
差压转换模块热电偶
[0069]
24
ꢀꢀꢀꢀ
差压转换模块气体管路
[0070]
25
ꢀꢀꢀꢀ
流量计接头
[0071]
26
ꢀꢀꢀꢀ
流量计
[0072]
27
ꢀꢀꢀꢀ
流量计安装卡子
[0073]
28
ꢀꢀꢀꢀ
前面板
[0074]
29
ꢀꢀꢀꢀ
流量计至气体出口连接软管
[0075]
30
ꢀꢀꢀꢀ
气体出口面板安装直通接头
[0076]
31
ꢀꢀꢀꢀ
三孔电流信号航空插头
[0077]
32
ꢀꢀꢀꢀ
两孔供电航空插头
[0078]
33
ꢀꢀꢀꢀ
电气后面板
[0079]
34
ꢀꢀꢀꢀ
固态继电器
[0080]
35
ꢀꢀꢀꢀ
供电端子
[0081]
36
ꢀꢀꢀꢀ
船型开关
[0082]
37
ꢀꢀꢀꢀ
预热模块温度控制器
[0083]
38
ꢀꢀꢀꢀ
差压转换模块温度控制器
[0084]
39
ꢀꢀꢀꢀ
差压传感器
[0085]
40
ꢀꢀꢀꢀ
气体浓度测量装置
[0086]
41
ꢀꢀꢀꢀ
气体浓度测量装置固定插箱
[0087]
42
ꢀꢀꢀꢀ
冷却通风设备插箱
[0088]
43
ꢀꢀꢀꢀ
键盘/鼠标托盘
[0089]
44
ꢀꢀꢀꢀ
控制装置插箱
[0090]
45
ꢀꢀꢀꢀ
显示器
[0091]
46
ꢀꢀꢀꢀꢀ
供电插箱
[0092]
47
ꢀꢀꢀꢀꢀ
机柜
[0093]
48
ꢀꢀꢀꢀꢀ
机柜预留空间
[0094]
49
ꢀꢀꢀꢀꢀ
机柜轮
[0095]
50
ꢀꢀꢀꢀꢀ
后部检修门
[0096]
51
ꢀꢀꢀꢀꢀ
接口面板
[0097]
51-1
ꢀꢀꢀ
电源输出安装孔
[0098]
51-2
ꢀꢀꢀ
电源输入连接器安装孔
[0099]
51-3
ꢀꢀꢀ
机柜气体入口穿板接头
[0100]
51-4
ꢀꢀꢀ
机柜气体出口穿板接头
[0101]
52
ꢀꢀꢀꢀꢀ
侧面检修门
[0102]
63
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电加热硅胶垫安装凹槽
[0103]
66
ꢀꢀꢀꢀꢀ
上游毛细整流元件
[0104]
67
ꢀꢀꢀꢀꢀ
上游差压测量孔接头
[0105]
70
ꢀꢀꢀꢀꢀ
下游差压测量孔接头
[0106]
71
ꢀꢀꢀꢀꢀ
下游毛细整流元件
[0107]
72
ꢀꢀꢀꢀꢀ
微型孔板限流元件
[0108]
73
ꢀꢀꢀꢀꢀ
差压转换模块测温三通热电偶安装孔
[0109]
74
ꢀꢀꢀꢀꢀ
差压转换模块测温三通
[0110]
75
ꢀꢀꢀꢀꢀ
差压转换模块测温三通气流出口
[0111]
76
ꢀꢀꢀꢀꢀ
上游毛细整流元件固定孔
[0112]
77
ꢀꢀꢀꢀꢀ
毛细层流单元固定孔
[0113]
78
ꢀꢀꢀꢀꢀ
下游毛细整流元件固定孔
[0114]
79
ꢀꢀꢀꢀꢀ
气体入口隔热板
[0115]
80
ꢀꢀꢀꢀꢀ
上部隔热板
[0116]
81、86 侧隔热板
[0117]
82
ꢀꢀꢀꢀꢀ
上部隔热板气体预热模块热电偶预留孔
[0118]
83
ꢀꢀꢀꢀꢀ
上部隔热板差压转换模块热电偶预留孔
[0119]
84
ꢀꢀꢀꢀꢀ
固定螺栓
[0120]
85
ꢀꢀꢀꢀꢀ
螺栓孔
具体实施方式
[0121]
本实用新型提供了一种气体浓度测量装置，其具有较高的测量精度，可以被校准，重复性较好，能够适应测试环境因素的变化，能够用于分析气体浓度是否满足需求，具有广泛的应用前景。
[0122]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
[0123]
在本实用新型实施例中，提供一种气体浓度测量装置，结合图1至图8所示，所述气体浓度测量装置，包括：
[0124]
预热模块，用于对输入的待测气体进行预热和整流后输出第一阶段气体；
[0125]
差压转换模块，与所述预热模块相连，用于使得流经的所述第一阶段气体产生差压变化值；所述差压转换模块包括具有多根毛细管的毛细层流单元；
[0126]
处理模块，用于根据所述差压变化值获得所述待测气体的体积浓度。
[0127]
根据本实用新型实施例，所述气体浓度测量装置包括：壳体、气体入口、气体预热模块、差压转换模块、气体出口、差压传感器、温控元件和电气接口，气体入口、气体出口安装在壳体上，气体入口、气体预热模块连接、差压转换模块和气体出口通过气体管路元件依次连接，差压传感器安装在差压转换模块上，并固定在壳体上，温控元件装设在壳体内部，电气接口与差压传感器、温控元件连接，并固定在壳体上，其中：所述壳体，用于固定传感器的各部件，用于保护内部元器件受到机械、震动伤害和屏蔽电磁干扰的作用；所述气体入口，用于连接气体管路，提供气体进入传感器的接口；所述气体出口，用于连接气体管路，提供气体流出传感器的接口；所示气体预热模块，用于预热和整流流入的被测气体；所述差压转换模块，用于将被测气体浓度转换为差压变化；所述差压传感器，用于测量差压转换模块的差压变化值；所述温控元件，用于根据设定值和气流温度测量的结果，控制加热器工作，达到控制气流温度的作用；所述电气接口，用于给气体浓度测量装置供电，并将装置的测量结果输出。被测气体从测试空间通过气体管路流入，被测气体经过气体浓度测量装置的感测后从装置流出。
[0128]
根据本实用新型实施例，所述的气体预热模块由气体预热模块气体入口端、气体预热模块气体出口端、气体流道、加热元件、温控单元组成，气体预热模块气体入口端与气体入口相连接，气体预热模块气体出口端与差压转换模块相连，气体预热模块气体入口端与气体预热模块气体出口端之间通过气体流道连接，温控单元和加热元件安装在气体流道上，其中：所述气体预热模块气体入口端，用于将气体引入气体预热模块，并实现与气体入口的机械连接；所述气体预热模块气体出口端，用于连接差压转换模块，将预热后的气体输送至差压转换模块；所述气体流道，用于对气体整流，并将加热元件产生的热量传导入气体中，起到加热气流的作用；所述加热元件，用于对气体流道进行加热；所述温控单元，用于测量气体流道加热后的气流问题。
[0129]
根据本实用新型实施例，气体流道没有弯曲，流道内安装具有换热和整流功能的换热结构，流道外部安装加热部件。
[0130]
根据本实用新型实施例，温控单元安装在气体流道中气体流动的下游处，临近气体预热模块气体出口端。
[0131]
根据本实用新型实施例，差压转换模块，包括毛细层流单元，限流元件，差压测量孔，气流温度测量段，加热元件，流动指示器，差压转换模块壳体组成；气体浓度差转换段壳体内有供气体流动的圆形流道，圆形流道有气体入口和气体出口，气体浓度差转换段壳体沿与圆形流道轴线垂直的方向开设有2个差压测量孔，差压测量孔轴线在圆形流道轴线上投影点之间的间距大于毛细层流单元的长度，毛细层流单元的轴线与气体浓度差转换段壳体内圆形流道的轴线重合，毛细层流单元安装在2个差压测量孔之间；加热元件安装在气体浓度差转换段壳体外部，其用于保持气体流过毛细层流单元和限流元件时的温度基本恒定；限流元件安装在气体浓度差转换段壳体圆形流道的出口处，限流元件的入口临近毛细层流单元一侧，限流元件的出口连接气流温度测量段的入口，流动指示器的入口连接气流温度测量段的出口，流动指示器的出口连接气体浓度的传感器的气体出口，其中：所述毛细层流单元，用于在气体流经时在毛细层流单元的两端形成差压；所述限流元件，用于保持流经气体浓度测量装置恒定的体积流量；所述差压测量孔，用于测量毛细层流单元前后的差压值；所述气流温度测量段，用于测量流过限流元件气体的温度；所述加热元件，用于保持气体流过毛细层流单元和限流元件时的温度基本恒定；所述流动指示器，用于显示气体流过差压转换模块的状态；所述差压转换模块壳体组成，用于安装毛细层流单元、限流元件和加热元件，用于开设差压测量孔。
[0132]
根据本实用新型实施例，与差压转换模块上的2个差压测量孔连接的测压管路的长度应相等，且测压管路选择导热能力弱的材质。
[0133]
根据本实用新型实施例，所述的气体预热模块气体流道，差压转换模块内毛细层流单元，限流元件，气流温度测量段中的气体流道的轴线优选位于同一直线上，流道内气体流经截面为圆形。
[0134]
根据本实用新型实施例，所述的毛细层流单元在装配中外壁与气体浓度差转换段壳体内圆形流道内壁贴合。
[0135]
根据本实用新型实施例，所述的毛细层流单元，其特征在于，由圆管状外壁和圆形毛细管组成，多根圆形毛细管布置于圆柱状外壁内，圆管状外壁用于固定圆形毛细管，多根毛细管的流道成为气流的主要通道，形成层流结构，毛细管之间的缝隙，以及毛细管与套筒
间的缝隙被粘结剂堵塞，气流极少流过。进入差压转换模块前的气体管路的有效流通面积与毛细层流单元的有效流通面积相同或近似相同。
[0136]
根据本实用新型实施例，所述的限流元件，其特征在于，采用微型精密孔板结构保持恒定的气体体积流量。
[0137]
根据本实用新型实施例，所述气体浓度测量装置，其特征在于，气体出口与气体入口绝压之比不高于0.528。
[0138]
如图2所示，气体浓度测量装置由壳体底座1，壳体上盖2，气体出入口面板3，气体入口直通接头4，气体预热模块气体管路5，气体预热模块加热夹块6，气体预热模块电加热单元7，气体预热模块直通接头8，气体预热模块气体低导热软管9，气体预热模块测温三通接头10，气体预热模块热电偶11，差压转换模块壳体12，差压转换模块电加热单元14，限流元件15，差压测量孔接头16，上游差压测量软管17，下游差压测量软管18，差压传感器90度弯头19，差压传感器安装卡子20，低导热软管21，差压转换模块测温三通22，差压转换模块热电偶23，差压转换模块气体管路24，流量计接头25，流量计26，流量计安装卡子27，前面板28，流量计至气体出口连接软管29，气体出口面板安装直通接头30，三孔电流信号航空插头31，两孔供电航空插头32，电气后面板33，固态继电器34，供电端子35，船型开关36，预热模块温度控制器37，差压转换模块温度控制器38和差压传感器39组成。
[0139]
结合图3和图4所示，毛细层流单元13安装在差压转换模块壳体12的内部，给出了差压转换模块壳体12，毛细层流单元13和限流元件15的位置关系。
[0140]
壳体底座1、壳体上盖2组成气体浓度测量装置壳体，用于安装、固定气体浓度测量装置的零部件，并保护零部件受到撞击损伤。壳体底座1和壳体上盖2采用铝材制造，具有较低的成本，还具有较好抗电磁干扰特性。壳体底座1、壳体上盖2也可以用其他更轻量的材料制作。壳体上盖2通过螺钉固定在壳体底座1上。
[0141]
气体出入口面板3通过螺钉固定在壳体底座1上，气体入口面板材质为不锈钢，气体入口直通接头4和气体出口面板安装直通接头30通过螺母安装压紧在气体出入口面板3上。
[0142]
气体入口直通接头4与气体预热模块气体管路5采用不锈钢卡套连接。为了提高气体预热模块气体管路5对流经气体的整流与预热作用，气体预热模块气体管路5内固定有一定数量的不锈钢毛细管路。过细的毛细管路直径会造成过高的流阻，毛细管路直径与长度的选择应综合考虑气体流量和预热效果进行设计。气体预热模块气体管路5的气体出口端与气体预热模块直通接头8通过卡套连接。
[0143]
两片气体预热模块加热夹块6通过内侧中部的半圆形凹槽将气体预热模块气体管路5夹住，并通过螺栓将气体预热模块气体管路5夹紧，气体预热模块加热夹块6和气体预热模块气体管路5之间的缝隙使用导热硅脂填充。为了预防元器件晃动，气体预热模块加热夹块6通过螺钉固定在壳体底座1上。
[0144]
气体预热模块电加热单元7安装在两片气体预热模块加热夹块6外侧。优选的安装方式是将气体预热模块电加热单元7通过耐热胶粘贴在气体预热模块加热夹块6外侧。在气体预热模块电加热单元7包覆隔热材料，阻止热量向外传播。气体预热模块电加热单元7优选24v以下的产品，以提高气体浓度测量装置的安全性。
[0145]
气体预热模块直通接头8通过低导热软管21与气体预热模块测温三通接头10连
接，之间的连接方式为卡套。低导热软管21不仅用于提供气体流动路径，还用于降低气体预热模块气体管路5和气体预热模块加热夹块6向气体预热模块测温三通接头10传递热量，以及通过软管连接的方式来减少加工公差带来的安装不便。
[0146]
气体预热模块测温三通接头10垂直于气体流动方向的一端用于安装气体预热模块热电偶11。气体预热模块热电偶11用于测量流经气体预热模块测温三通接头处的气流温度。气体预热模块热电偶11，预热模块温度控制器37，气体预热模块电加热单元7，固态继电器34，供电端子35和连接他们之间的线路组成一个温控回路，控制调节流经气体预热模块测温三通接头处的气流温度。
[0147]
为了减少体积，气体预热模块测温三通接头10和差压转换模块壳体12的气流入口112-1如图4通过螺纹连接。差压转换模块壳体12的流道内安装毛细层流单元13，差压转换模块壳体12的气流出口12-2通过螺纹与限流元件15连接如图3所示，差压转换模块壳体的外壁安装差压转换模块电加热单元14，差压转换模块壳体12的上游差压测量孔12-3和下游差压测量孔12-4，通过螺纹连接2支差压测量孔接头16。
[0148]
2支差压测量孔接头16分别通过卡套连接上游差压测量软管17，下游差压测量软管18，上述两个测压软管17、18通过差压传感器90度弯头19连接差压传感器39的2个差压测量孔。上游差压测量软管17，下游差压测量软管18的长度具有相同的长度，优选导热性能差的软管。差压传感器39被差压传感器安装卡子20固定在壳体底座1上。
[0149]
限流元件15通过低导热软管21连接差压转换模块测温三通22，低导热软管21的两端为卡套连接。软管21不仅用于提供气体流动路径，还用于降低差压转换模块壳体12向差压转换模块测温三通22传递热量，以及通过软管连接的方式来减少加工公差带来的安装不便。
[0150]
差压转换模块测温三通22垂直于气体流动方向的一端用于安装差压转换模块热电偶23。差压转换模块热电偶23用于测量流经差压转换模块测温三通22的气流温度。差压转换模块热电偶23，差压转换模块温度控制器38，差压转换模块电加热单元14，固态继电器34，供电端子35和连接他们之间的线路组成一个温控回路，控制调节流经差压转换模块测温三通22处的气流温度。
[0151]
差压转换模块测温三通22的气流出口端与差压转换模块气体管路24连接，管路24通过一只流量计接头25连接流量计26的气体入口段。流量计26通过流量计安装卡子27被固定在前面板28上。前面板28通过螺钉固定在壳体底座1上。流量计26的气体出口端通过另一只流量计接头25连接流量计至气体出口连接软管29。软管29的另一端与气体出口面板安装直通接头30连接。至此，气体入口直通接头4和气体出口面板安装直通接头30通过诸多元件组成一个气体流动路径。气体流经该路径时，气体体积浓度转换为差压信号。
[0152]
船型开关36，预热模块温度控制器37，差压转换模块温度控制器38都固定在前面板28上。流量计26，船型开关36，预热模块温度控制器37，差压转换模块温度控制器38都安装在一侧面板上有利于用户操作。
[0153]
三孔电流信号航空插头31，两孔供电航空插头32通过螺钉安装在电气后面板33上，电气后面板33通过螺钉安装在壳体底座1。三孔电流信号航空插头用于传输差压传感器产生的电流信号。两孔供电航空插头32用于供电，与供电端子35、船型开关36连接。船型开关36可控制整个气体浓度测量装置电气部分的开关。
[0154]
在本实施例中，如图5和图6所示，毛细管13-1被套筒(包括第一套筒13-2和第二套筒13-3)固定，目的是任意一根毛细管不会在可能的气流作用下移动。毛细管13-1的长度与套筒13-2和套筒13-3的长度之和相等。
[0155]
根据本实用新型实施例，待测气体的动力黏度为μ，待测气体的密度为ρ，毛细管的数量为n，雷诺数为月e，q
v
为流量；单根毛细管的内径为d
lfe
表达式为：
[0156]
由于工艺限制，d
lfe
在工程中选择的范围一般为0.2mm至1mm；为了降低测量值的波动程度，re的取值小于800；通过以上公式与参数确定毛细管的数量n和毛细管的内径d
lfe
，即可确定毛细层流单元的截面结构，进而可以通过实验测量在流量q
v
下单位长度的差压值换算系数k0，毛细层流单元的长度为l，则毛细层流单元产生的差压为δp＝k0l，根据测量差压选用的传感器的有效量程，可以确定δp的值，进而根据l＝δp/k0确定毛细层流单元的长度。
[0157]
所述毛细管的数量为139只，内径为0.4mm，壁厚为0.1mm，长度为70mm，全部毛细管流通面积约为17.5mm2，前端进气管路的流通面积约为16.4mm2，两者相近。
[0158]
如果部件之间的机械力无法完全固定毛细管13-1，可以将耐高温(如温度不低于120℃)的粘结剂涂覆在毛细管外壁和套筒内壁上，使用的粘结剂不能与被测气体发生反应。图6给出装配完成后的毛细层流单元示意图，毛细管束的端面与套筒的端面尽可能齐平。
[0159]
进一步地，在本实用新型实施例中，还可以将部分控制板卡安装在气体浓度测量装置内。气体浓度测量装置内部的控制板卡可以将差压信号转换为浓度信号，并以数字信号的形式传输到上位机控制软件中。在壳体上安装小型显示屏，可以在气体浓度测量装置上显示出浓度值。控制板卡还可以根据气体的温度值，控制加热元件工作。本实施例所述气体浓度测量装置将具有更强的数据处理显示能力，采用数字信号输出，更有利于信号传输，适用于气体浓度测量装置分散布置使用的应用场景。
[0160]
进一步地，在本实用新型实施例中，可以将气体预热模块和差压转换模块通过精加工的方式制造成整体部件，代替各分立器件，进一步减少设备的体积，减少气流流动的波动性，降低装配难度。例如，本实施例公开了一种气体预热模块与差压转换模块的结构，该结构更加紧凑，精度更高，且更有助于全面的分析测量结果。
[0161]
根据本实用新型实施例，如图7所示，气体预热模块包括气体入口直通接头61、气体预热模块气体管路64、气体预热模块测温三通接头65；气体预热模块加热夹块62安装在气体预热模块气体管路64外部，对气体管路中的流体进行加热。为了提升加热效果，在气体预热模块加热夹块的表面加工气体预热模块加热夹块电加热硅胶垫安装凹槽63。
[0162]
差压转换模块包括通过卡套、螺纹依次连接的差压转换模块壳体69、微型孔板限流元件72和差压转换模块测温三通74；上游差压测量孔接头67和下游差压测量孔接头70通过螺纹安装在差压转换模块壳体69上部。差压转换模块壳体69中部气体流道内沿气体流动方向安装上游毛细整流元件66、毛细层流单元68和下游毛细整流元件71，上游差压测量孔接头67和下游差压测量孔接头70的测压孔的在气体流道的投影位置分别位于66与68，68和71之间。
[0163]
增加的上游毛细整流元件66的作用是对流过的气体进行整流，降低67处测量压力的波动。当气流流过微型孔板限流元件72时，由于孔板尺寸较上游气流流道截面积突然变
小，会造成微型孔板限流元件72上游的测压孔处产生压力波动，下游毛细整流元件71的作用就是降低这种压力波动，进而提高测量精度。
[0164]
在本实用新型实施例中，上游毛细整流元件66和下游差压测量孔接头70的长度为15mm。每个由139根内径0.4mm，壁厚0.1mm，长度15mm的毛细管组成，毛细管的外部安装外径10mm，壁厚1mm的套管，套管的长度也为15mm，套管的端面与内部毛细管的端面齐平。
[0165]
毛细层流单元68是由139根内径0.4mm，壁厚0.1mm，长度70mm的毛细管组成，外部安装2支外径10mm，壁厚1mm的套管，长度为35mm的套管，使用粘结剂密封毛细管之间的空隙，并固定毛细管在套管内不会移动。毛细层流单元68、上游毛细整流元件66和下游毛细整流元件71的毛细管有效流通面积为17.5mm2，与前端气体预热模块测温三通接头处进气管路的流通面积(16.4mm2)接近，有利于减少气体流动产生的压力波动。
[0166]
为了提高测量精度、提高可用性，在差压转换模块上游测压孔位置处测量气体流道内的绝压。本实施例在上游差压测量孔接头67处增加绝压压力表，用于监控气体流道内的绝压值。该绝压值可以用来修正差压与浓度的关系。一种典型的应用场景是飞机发动机舱灭火剂浓度空中试飞测试时，测量点处的压力值会发生变化，与地面传感器校正时的环境压力不同，此时可以通过流道内的绝压值来修正差压与浓度关系。
[0167]
该绝压值的另一个作用是判断测量数据的有效性，并进行修正。一个典型的应用场景是当被测空间内的灭火剂突然喷射时，会造成测量点的压力升高，某些情况压力升高会传递到上游差压测量孔接头67处，而此时下游差压测量孔接头71处的压力还未升高，进而带来误差。此时绝压表如果检测到压力的突变或非正常升高，就可以通过算法来判断该时刻的差压值不正常，进而对其进行修正，例如在差压换算中减去绝压上升的差值。
[0168]
在本实用新型实施例中，如图8所示，在所述气体预热模块与差压转换模块的结构的外部增加了多个隔热面板的装配，通过隔热板的装配可以有效减少电加热元件热量的扩散，减少环境对测量的影响，并能够防护机械力与振动对气体预热模块、差压转换模块的损伤。
[0169]
进一步地，在本实用新型实施例中，可以采用微机电的方式，将气体浓度测量装置的尺寸进一步缩小，将差压气体浓度测量装置安装在电路板上，气体预热模块和差压转换模块的投影面积不超过电路板的面积，并固定在电路板和壳体上，电路板上设有测温和控温电路，实现对气体预热模块和差压转换模块中气体的温度控制。可以将气体浓度测量装置的体积控制在不大于10cm长，5cm高，4cm宽的尺寸。本实施例可以应用在对尺寸要求严格的用途中，例如设备中某种气体浓度的实时监控。
[0170]
本实用新型还提供一种用于气体浓度测量的系统，结合图9、图10、图14所示，所述气体浓度测量的系统由气体浓度测量装置和控制装置组成，气体浓度测量装置和控制装置通过信号传输线路和电气线路连接，其中：
[0171]
所述气体浓度测量的系统，包括至少一个气体浓度测量装置，用于将气体浓度转换为电信号；
[0172]
控制装置，用于与气体浓度测量装置通讯、供电，将气体浓度测量装置产生的电信号转换为浓度值。
[0173]
根据本实用新型实施例，如图11所示，所述控制装置可以操作以针对待测气体而确定出气体体积浓度与差压值之间的经验关系。所述气体体积浓度与差压值之间的关系用
二次指数衰减曲线描述。
[0174]
测量装置与控制装置通过电气线路连接，测量装置将测量信号传输给控制装置，控制装置将测量信号处理、转换成浓度信号，并通过i/o设备输出，控制装置给测量装置供电，控制测量装置的工作状态。
[0175]
结合图9和图10所示，8只气体浓度测量装置40通过气体浓度测量装置固定插箱41安装在机柜中。气体浓度测量装置固定插箱41上预留有气体浓度测量装置40的固定槽位，各槽位之间预留空气可流通的空隙，空隙可供通风气流流过，预防气体浓度测量装置40散发出的热量干扰其他气体浓度测量装置40。
[0176]
气体浓度测量装置固定插箱上安装冷却通风设备插箱42，冷却通风设备插箱42产生吹入气体浓度测量装置固定插箱41的气流，预防气体浓度测量装置40之间产生温度干扰。
[0177]
冷却通风设备插箱42上部安装键盘/鼠标托盘43。键盘/鼠标托盘43上部安装控制装置插箱44。控制装置插箱44内部安装控制装置。
[0178]
控制装置插箱44上部安装显示器45，显示器45上部安装供电插箱46。供电插箱46用于给机柜内的各用电设备安全供电。
[0179]
机柜预留空间48位于气体浓度测量装置固定插箱41的下部。在本实施例中，机柜预留空间48可供安装另一只气体浓度测量装置固定插箱41，将气体浓度测量装置的数量扩展至16只。在某些应用中，机柜预留空间48内用于安装打印机和维护工具箱，提高系统的易用性。
[0180]
机柜47的两侧有2个侧面检修门52，机柜47后部有后部检修门50，在后部检修门50下发安装有接口面板51，接口面板51上开设有电源输出安装孔51-1，电源输入连接器安装孔51-2，8个机柜气体入口穿板接头51-3，8个机柜气体出口穿板接头51-4，接头分别通过管道分别与气体浓度测量装置上的气体入口直通接头4和气体出口面板安装直通接头30连接。这种连接方案能够有效降低测试中系统连接的复杂度，避免对气体浓度测量装置造成损坏。在某些应用中，如果测试空间内存在可能进入气体管路内的灰尘等污染物，可以在接口面板51至气体入口直通接头4之间的气体管路上安装过滤器，避免污染物进入气体浓度测量装置后引起堵塞。
[0181]
本实用新型还提供一种气体浓度测量方法，如图12所示，所述气体浓度测量方法包括：
[0182]
操作s1：对气体浓度测量装置进行预热处理；
[0183]
操作s2：将空间内待测气体输入所述预热处理后的气体浓度测量装置，并记录差压值；以及
[0184]
操作s3：根据所述差压值和待测气体体积浓度与差压值之间的经验关系确定待测气体浓度。
[0185]
根据本实用新型实施例，所述操作s1包括：
[0186]
操作s11：向气体浓度测量装置通入浓度为0或一已知浓度的待测气体；以及：
[0187]
操作s12：通过预热模块电加热单元和差压转换模块电加热单元进行加热，使得预热模块热电偶和差压转换模块热电偶所测得温度值稳定且相同，完成预热处理。
[0188]
根据本实用新型实施例，更具体的，如图13所示，气体浓度测量方法可以包括：
[0189]
步骤101：使用气体管路连接测试空间内测试点与气体浓度测量装置；
[0190]
步骤102：检查气体流过气体浓度测量装置的状态是否正常；
[0191]
步骤103：气体浓度测量装置预热至设定温度，检查测量装置输出信号；
[0192]
步骤104：采用已知浓度的目标气体校准气体浓度测量装置；
[0193]
步骤105：开展测试，并记录数据；
[0194]
步骤106：测试完成，冷却气体浓度测量装置，吹扫测量装置中残余气体；
[0195]
所述步骤101，连接并检查气体管路。根据测试现场状况，使用相同长度和规格的气体管路连接测试空间内测试点与机柜上对应气体浓度测量装置的气体入口接口，并检查机柜上对应气体浓度测量装置的气体入口接头与气体浓度测量装置气体入口直通接头4是否连接正确。使用相同长度和规格的气体管路连接机柜上气体机柜气体出口接头与真空泵，检查机柜上对应气体浓度测量装置的气体出口接头与气体浓度测量装置气体出口面板安装直通接头30是否连接正确。
[0196]
所述步骤102，检查气体流动状态。开启真空泵，通过真空泵上真空表和气体浓度测量装置上的流量计26检查每一只气体浓度测量装置的气体流动状态是否正常，是否有漏气和堵塞现象发生。如有问题进行维修。在确认没有问题后进入下一步。
[0197]
所述步骤103，预热气体浓度测量装置，检查气体浓度测量装置输出信号。气体从气体浓度测量装置正常流过的状态下，开启控制装置，采集气体浓度测量装置输出信号，启动各气体浓度测量装置的加热。此时进入气体浓度测量装置的气体应为待测目标气体浓度为0时或某一稳定已知浓度。当各气体浓度测量装置的气体预热模块热电偶、差压转换模块热电偶测量温度值稳定且相同时，气体浓度测量装置的预热完成。此时检查控制装置采集的气体浓度测量装置输出信号是否稳定。当气体浓度测量装置信号稳定后进入下一步。
[0198]
所述步骤104，校准气体浓度测量装置的差压与浓度关系。将已知浓度的目标气体置于测试空间内测试点处，气体会被吸入气体管路，进而流入气体浓度测量装置。已知浓度的目标气体可以存储于气体采样袋或储罐中。需要特别指出的是，已知浓度的目标气体进入气体管路的过程与环境条件应尽量与测试环境相似，或通过合理的设计避免不同测试环境的影响，这样可以提高校准的精度。当已知浓度的目标气体流过气体浓度测量装置后气体浓度测量装置的输出信号会发生改变，记录下该变化值。重复该过程，可得到气体浓度测量装置信号与气体浓度的对应数据点，采用经验模型拟合这些数据点，即可得到气体浓度测量装置信号与气体浓度的对应关系。在很多情况下，不需要每次校准所有的点，只需要校准某几个点，通过已知的经验模型拟合既可以得到对应关系。当环境条件如实验室温度、湿度与测试条件相近时，也可以使用已有的对应关系，即可以跳过这一步骤。
[0199]
所述步骤105，开展测试。测试空间已经完成测试准备后，测试开始，控制装置记录多个测量点的目标气体浓度随时间变化曲线。
[0200]
所述步骤106，测试完成，系统关闭。测试完成后，保存测试数据，关闭气体浓度测量装置的加热。此时气体浓度测量装置内持续通入气体，冷却气体浓度测量装置内被加热的元件，气体浓度测量装置的气体预热模块热电偶、差压转换模块热电偶测量温度值降低至可接受水平时，关闭真空泵。如果目标气体有毒性或者腐蚀性，在关闭真空泵之前，应确保气体浓度测量装置与气体管路内的目标气体已被空气冲洗干净。最后关闭控制装置。如果长期不开展测试，应在系统关闭后，塞住机柜上的气体入口，以防止灰尘等污染物进入。
[0201]
应该了解，上述具体实施方式仅是示例型说明，本实用新型的气体浓度测量装置及方法可以应用于多种待测空间中的任意待测气体浓度的测量，例如测试空间为发动机舱这种受到灭火系统保护的结构。发动机舱仅是一个非限定性实施例中的一种代表性结构(发动机舱中安装有气体灭火系统)，其他任何测试空间，例如储能电站的电池舱，空中、陆地、水上交通工具的发动机舱、电池舱或武器舱等也同样可以应用本实用新型的气体浓度测量装置及方法，在此不以为限。
[0202]
至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0203]
依据以上描述，本领域技术人员应当对本实用新型气体浓度测量装置及方法有了清楚的认识。
[0204]
综上所述，本实用新型提供了一种气体浓度测量装置，其具有较高的测量精度，可以被校准，重复性较好，能够适应测试环境因素的变化，能够用于分析气体浓度是否满足需求，具有广泛的应用前景。
[0205]
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
[0206]
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
[0207]
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本实用新型的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中
±
10％的变化、在一些实施例中
±
5％的变化、在一些实施例中
±
1％的变化、在一些实施例中
±
0.5％的变化。
[0208]
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
[0209]
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
[0210]
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0211]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地
改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书包括伴随的权利要求、摘要和附图中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书包括伴随的权利要求、摘要和附图中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
[0212]
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。