CN101393116A - 气体浓度检测仪的标定装置及线性度标定方法 - Google Patents

Abstract

一种气体浓度检测仪的标定装置及线性度标定方法。该标定装置包括：气体池支架或工作平台，一组N个不同单位长度的气体池，标准高压气源，该标准高压气源通过软管经流量计与串连的气体池组连通。本发明通过调节气体罐上的压力表和流量表，可输出稳定浓度值的气体，这样可以有效的减少检验成本；通过改变光程长实现浓度检测值的变化，获得不同浓度值气体的检测数据(长度为iL的气体池的检测光程为标准长L气体池光程的i倍，检测的气体浓度值也是标准浓度的i倍)，既提高了准确性又保证了效率。整个系统采用自行设计的气体池，使得整个检验过程简便可行，极大地方便了使用者，提高了标定效率。

Description

气体浓度检测仪的标定装置及线性度标定方法

【技术领域】：本发明涉及气体浓度检测仪的标定。

【背景技术】：在应用于各种场合的气体浓度检测仪器出厂前，都要在实验室中进行实验标定，以检验仪器是否符合精度要求，或者经过一段时间使用的仪器精度会有所下降，也需要重新对其进行标定。一般对气体检测仪器标定都是要选择多种不同浓度值的标准气体检测，通过反复的检测已知浓度的气体使仪器的检测值和标准值满足一定的稳定关系，以达到标定的目的。

但这种标定的方法存在着一些问题：首先，这种标定的方法需要事先准备多种不同浓度值的标准气体，这样势必会增加标定的成本，也使得标定的操作不便。其次，当通入标定装置某一浓度值的气体时，会在内壁和进出装置的管道中留有一定的气体，当换另一浓度气体时，为了避免上一浓度气体残留的影响，就要充分的通第二浓度的气体，这样会造成气体的浪费。由于要检测多种气体，需要频繁的拆卸标定装置，操作起来需要几人协作，这样的标定检验精度比较低。

【发明内容】：本发明的目的是解决上述方法中存在手工操作复杂、效率低，且由于反复的进行多次实验，精度也不很高的问题，提供一种操作简便、省时省工、精度较高的气体浓度检测仪的标定装置及线性度标定方法。

本发明提供的气体浓度检测仪的标定装置包括：

气体池支架或工作平台：用于放置气体池；

一组N个不同单位长度的气体池，各气体池长度为iL，i∈[1，M]，M≥N≥2，且M、N为自然数，各气体池上分别设有一个进气孔和一个出气孔，各气体池之间用软管密封串连在一起；

标准高压气源：用于提供标准浓度的气体，该标准高压气源通过软管经流量计与串连的气体池中的进气一端的气体池上的进气孔连通。

本发明首选气体池个数为4，其长度分别为L、2L、4L、7L，即M＝7、N＝4。

气体池的两端为高透光玻璃以减少光损，气体池内壁抛光用于减少气体附着。

使用本发明所述装置对气体浓度检测仪的线性度进行标定的方法，包括：

第一、连接：将所述的标定装置中的标准高压气源、流量计、气体池组用软管依次连接好；

第二、通气：打开标准高压气源，向标定装置中通入稳定的标准浓度的气体，同时将标定装置的气体池中的空气排空；

第三、放置气体池：根据需要标定的气体浓度的要求，选择气体池组中的1、2或3个气体池紧密排列放置于气体池支架或工作平台上；

第四、检测：将待标定气体浓度检测仪中的光源放置于气体池的一端，将待标定气体浓度检测仪中的传感器放置于气体池的相对另一端，检测出气体浓度；

第五、比较：将待标定气体浓度检测仪检测出的气体浓度值与标准值比较得出待标定气体浓度检测仪的检测误差；

第六、校准：根据上步得出的检测误差对待标定气体浓度检测仪进行校准。

本发明的标定方法中气体池组共有N个不同单位长度的气体池，各气体池长度为iL，i∈[1，M]，M≥N≥2，且M、N为自然数；当长度为L的标准气体池中通入的气体为标准浓度时，长度为iL的气体池的检测光程为标准气体池光程的i倍，检测的气体浓度值也是标准浓度的i倍。

本发明气体池组优选为4个气体池，其长度分别为L、2L、4L、7L，即M＝7、N＝4，当用两个气体池组合时能够得到3至11倍单位长度的组合气体池。

该标定方法第二步中通入稳定的标准浓度的气体的方法是通过控制流量(通过压力和流量的控制)来实现的，即通过调节标准高压气源(气体罐)上的压力表和流量表，使两个表的示值成一定的关系就可以得到稳定浓度的气体，其流量公式为：

q_z＝1.85*10^-4S(P₁+1.013*10⁵)*(273/T₁)^1/2，同时满足P₁>1.893 P₂

其中，q_z为自由状态的气体流量，P₁是进口压力，相当于标准高压气源的气体压力，P₂是出口压力，当气体池连接在一起和大气相通时，P₂就是大气压力，S为气体池进出气孔的有效截面积，T₁为进口温度。

本发明的优点和积极效果：

1、采用气体浓度线性度标定装置进行检验，克服了之前检验准确率不高、效率低下的弊病。本装置操作简便，检验开始之后装置不用拆卸，单人就可以完成检验工作，使得检验的速度大大提高，保证了效率。

2、通过压力和流量的控制来实现气体的稳定浓度值输出；

3、利用气体浓度和光程长的关系，将自行设计的不同长度的气体池组合来实现多种不同的光程长，这样就能依次实现多种不同浓度的气体检测值，而且避免了原来切换不同浓度气体时的浪费。

【附图说明】：

图1是气体池的实物结构示意图；

图2是气体浓度检测仪标定装置的工作状态示意图。

图中，1进气孔，2出气孔，3透气孔，4透光玻璃，5检测光源，6入射端透镜，7为1个单位长度气体池，8为两个单位长度气体池，9塑胶管，10检测传感器，11检测端透镜，12为4个单位长度气体池，13为7个单位长度气体池，14气体池支架或工作平台，15标准高压气源，16流量计。

【具体实施方式】：

实施例1：气体浓度检测仪的标定装置

如图2所示，本发明提供的标定装置包括：

气体池支架或工作平台14：用于放置气体池；

一组N个不同单位长度的气体池，各气体池长度为iL，i∈[1，M]，M≥N≥2，且M、N为自然数，本例中气体池个数为4，即标准L长度气体池7、2L长度气体池8、4L长度气体池12、7L长度气体池13，其长度分别为L、2L、4L、7L，即M＝7、N＝4。

各气体池上分别设有一个进气孔1和一个出气孔2(参见图1)，各气体池之间用软管即图中的塑胶管9密封串连在一起；

标准高压气源15：用于提供标准浓度的气体，该标准高压气源通过软管即塑胶管9经流量计16与串连的气体池中的进气一端的气体池7上的进气孔连通(检测时，气体池两端被透光玻璃密封住，气体池有一个环形的内槽，透光玻璃密封后气体由进气孔进入，通过均匀分布在环形槽的四个透气孔3进入气体池内部)。

气体池的两端为高透光玻璃4以减少光损，气体池内壁抛光用于减少气体附着。

实施例2：标定的方法

使用本发明所述装置对气体浓度检测仪的线性度进行标定的方法，包括：

第一、连接：将所述的标定装置中的标准高压气源、流量计、气体池组用软管依次连接好；

第二、通气：打开标准高压气源，向标定装置中通入稳定的标准浓度的气体，同时将标定装置的气体池中的空气排空；

第三、放置气体池：根据需要标定的气体浓度的要求，选择气体池组中的1、2或3个气体池紧密排列放置于气体池支架或工作平台上；

第四、检测：将待标定气体浓度检测仪中的光源放置于气体池的一端，将待标定气体浓度检测仪中的传感器放置于气体池的相对另一端，检测出气体浓度；

第五、比较：将待标定气体浓度检测仪检测出的气体浓度值与标准值比较得出待标定气体浓度检测仪的检测误差；

第六、校准：根据上步得出的检测误差对待标定气体浓度检测仪进行校准。

具体操作步骤如下：

通过改变光程长实现浓度检测值的变化

①将所有长度的气体池用塑胶管9首尾连接起来。每个气体池都有两个通气孔，一个进气孔1、一个出气孔2，用特制的塑胶管依次将1个，2个，4个和7个单位长度的气体池(7、8、12、13)的入、出气孔连接起来，并保证通气的畅通。

②检验开始将压力罐15打开，对气体池进行通气，使待测气体充分充满各个气体池，排出气体池中残余气体。

③检验时首先把1个单位长度的气体池7放到气体池支架14上，紧贴着光源5一端，检验完毕后取下来，放上2个单位长度的气体池8，完毕后要检验三个单位长度的气体池，将1个单位长度和2个单位长度的气体池一起放在支架上，紧紧的挨在一起，然后依次检验4、5...个单位长度的气体池。

主要理论依据：根据朗伯-比尔定律，I(λ)＝I₀(λ)*exp-[L*σ(λ)*N]，I₀(λ)表示入射到待测气体的初始光强，I(λ)示经过待测气体吸收之后的出射光强，L表示气体的厚度，即红外辐射经过吸收气体的路程，σ(λ)表示待测气体的吸收系数，N就是被测气体的浓度。若知道吸收系数σ(λ)、发射光强I₀(λ)和接收光强I(λ)，浓度受光程长L的影响。例如2个单位长度的气体池中气体对光的吸收是1个单位长度的气体池中气体对光的吸收的两倍，达到的效果就是：2个单位长度的气体池中气体浓度检测值就相当于是1个单位长度气体池中气体浓度检测值的2倍。经试验表明，任何2个长度的气体池组合的结果和同样长度的单个气体池的结果是一致的，但是再多的组合结果误差就较大了，所以建议最好不要超过2个组合。

利用本装置进行检验时主要包括三步：通过压力和流量的控制来实现稳定浓度的气体和改变光程长实现浓度检测值的变化。装置的连接安装位置参见图2：

1、整个装置要定期的拆卸下来进行全面的擦洗，因为经过一段连续时间的使用会使气体池的内壁附着一定的残余气体，在进行不同气体检验时，要细细擦拭气体池的内壁，既要保证内壁的光滑，又要减少气体的附着，然后使用时要先通入足够长时间的待测气体，尽量排净残余气体。气体池的两端是高透光率的玻璃，要尽量保证玻璃面的洁净，避免碰触，定期擦洗。

2、在检验时，一般使用的是高压状态的气体罐，通过控制气体的压力和流量可以得到稳定浓度的气体。

当气体通过节流孔时，由于节流小孔面积很小，气流流过小孔的流速较高，来不及与外界进行热交换，因此按绝热过程处理与实际差别不大。

P₁是进口压力，就相当于气罐的气体压力；P₂是出口压力，因为气体池连接在一起和大气相通，P₂就是大气压力，

当P₁>1.893P₂时，q_z＝1.85*10^-4S(P₁+1.013*10⁵)*(273/T₁)^1/2

S为气体池进出气孔的有效截面积，T₁为进口温度，q_z换算成自由状态后的气体流量(m³/s)；

对于一个系统来说可以设想一个等效有效截面积S_R，通过该等效有效截面积的流量等效于通过各截面的合成流量。元件串联合成的等效截面积为1/S² _R＝1/S² ₁+1/S² ₂+...1/S² _n

3、改变光程长实现检测时气体浓度值的变化。用特制的塑胶管依次将1个，2个，4个和7个单位长度的气体池的入、出气孔连接起来，并保证通气的畅通。通入待测气体，排出气体池中的残余气体，然后开始正式的检验。

配合不同的检验设备和精度要求，标准气体池的个数还可以增加，为了提高精度在检验的时候先按1、2、3...的顺序摆放气体池，然后再反序进行一次检验。有的个别检验结果偏差较大，也可只针对某一个结果进行检验修正，这样可保证精度。

Claims (7)

1、一种气体浓度检测仪的标定装置，其特征在于该装置包括：

气体池支架或工作平台：用于放置气体池；

一组N个不同单位长度的气体池，各气体池长度为iL，i∈[1，M]，M≥N≥2，且M、N为自然数，各气体池上分别设有一个进气孔和一个出气孔，各气体池之间用软管密封串连在一起；

标准高压气源：用于提供标准浓度的气体，该标准高压气源通过软管经流量计与串连的气体池中的进气一端的气体池上的进气孔连通。

2、根据权利要求1所述的气体浓度检测仪的标定装置，其特征在于气体池个数为4，其长度分别为L、2L、4L、7L，即M＝7、N＝4。

3、根据权利要求1或2所述的气体浓度检测仪的标定装置，其特征在于气体池的两端为透光玻璃以减少光损，气体池内壁抛光用于减少气体附着。

4、使用权利要求1所述装置对气体浓度检测仪的线性度进行标定的方法，其特征在于该方法包括：

第一、连接：将所述的标定装置中的标准高压气源、流量计、气体池组用软管依次连接好；

第二、通气：打开标准高压气源，向标定装置中通入稳定的标准浓度的气体，同时将标定装置的气体池中的空气排空；

第三、放置气体池：根据需要标定的气体浓度的要求，选择气体池组中的1、2或3个气体池紧密排列放置于气体池支架或工作平台上；

第四、检测：将待标定气体浓度检测仪中的光源放置于气体池的一端，将待标定气体浓度检测仪中的传感器放置于气体池的相对另一端，检测出气体浓度；

第五、比较：将待标定气体浓度检测仪检测出的气体浓度值与标准值比较得出待标定气体浓度检测仪的检测误差；

第六、校准：根据上步得出的检测误差对待标定气体浓度检测仪进行校准。

5、根据权利要求4所述的标定方法，其特征在于气体池组中共有N个不同单位长度的气体池，各气体池长度为iL，i∈[1，M]，M≥N≥2，且M、N为自然数；当长度为L的标准气体池中通入的气体为标准浓度时，长度为iL的气体池的检测光程为标准气体池光程的i倍，检测的气体浓度值也是标准浓度的i倍。

6、根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于气体池组中共有4个气体池，其长度分别为L、2L、4L、7L，即M＝7、N＝4，当用两个气体池组合时能够得到3至11倍单位长度的组合气体池。

7、根据权利要求4至6中任一项所述的标定方法，其特征在于第二步中通入稳定的标准浓度的气体的方法是通过控制流量实现的，其流量公式为：

q_z＝1.85*10^-4S(P₁+1.013*10⁵)*(273/T₁)^1/2，同时满足P₁>1.893 P₂

其中，q_z为自由状态的气体流量，P₁是进口压力，相当于标准高压气源的气体压力，P₂是出口压力，当气体池连接在一起和大气相通时，P₂就是大气压力，S为气体池进出气孔的有效截面积，T₁为进口温度。

Images