CN102346162A - 主动温补型气体探测器及其温补方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动温补型气体探测器及其温补方法，所述探测器包括微处理器电路、温度传感器、气体传感器、信号滤波放大电路、信号输出电路、加热器件、可控加热电源和电源电路，所述微处理器电路分别连接温度传感器、信号滤波放大电路、信号输出电路和可控加热电源的供电开关控制端，所述气体传感器连接信号滤波放大电路，所述可控加热电源的供电输出端连接加热器件；所述方法包括：所述微处理器电路根据读取的环境温度，判断其是否处于预先设定的阀值内；若是，则读取该环境温度下的气体数据，并进行数据处理、输出；反之，则控制加热器件加热并返回上一步骤。该探测器具有误差小、精度高、使用寿命长的优点；该温补方法简单实用、效果突出。

Description

主动温补型气体探测器及其温补方法

技术领域

本发明涉及一种气体探测设备，具体的说，涉及了一种主动温补型气体探测器及其温补方法。

背景技术

在工业现场，有的地方环境温度能够达到50摄氏度以上，例如我国的南方、油田集中的中东沙漠地区、车间高炉旁边等，而有的地方环境温度却很低，甚至达到负40摄氏度以下，例如我国的东北地区、俄罗斯西伯利亚地区、用液氨或液氮降温的工业车间等。面对这样复杂的温度环境，如果探测器不进行温度补偿，其测量精度将会无法保障。

目前，有些使用电化学传感器的气体探测器具有温度补偿功能，其补偿方法就是在生产的过程中，对使用电化学传感器的气体探测器进行温度标定，换言之，就是使用复杂的生产设备，如高低温试验箱、自动标定系统，对此类探测器各种温度状态下的反应值进行记录，并形成对应关系的标定数据表格，使用时，再根据温度传感器检测到的环境温度，从该标定数据表格中取得相应的参数，然后进行计算、补偿；该温度补偿方法通常被称为被动温度补偿方法。

但是，被动温度补偿存在一定缺陷，其生产工艺复杂，生产效率低，生产设备成本过高，最重要的是温度补偿效果不好；这种被动温度补偿并不能改变传感器的工作环境，传感器始终还是工作在不理想的环境温度中，时间长了，其特性将会发生改变，前期的补偿数据不能随之改变，从而导致长期工作后其测量精度变化大的问题；而且，目前的传感器有效工作温度在负30摄氏度以上，低于负30度，传感器的使用寿命和测量精度是不能保障的；而有时环境温度能够达到负40摄氏度，这时的传感器基本上不能再工作，所有的测量数据是无意义的，那么，对这些无意义的数据进行温度补偿计算，其结果也不能反应真实的情况。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种设计科学、结构简单、适合多种工业现场、误差小、精度高、可靠性高、使用寿命长的主动温补型气体探测器，还提供了一种主动温补型气体探测器的温补方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种主动温补型气体探测器，它包括微处理器电路、温度传感器、气体传感器、信号滤波放大电路、信号输出电路、加热器件、可控加热电源和电源电路，其中，所述微处理器电路分别连接所述温度传感器、所述信号滤波放大电路、所述信号输出电路和所述可控加热电源的供电开关控制端，所述气体传感器连接所述信号滤波放大电路，所述可控加热电源的供电输出端连接所述加热器件，所述电源电路分别连接所述微处理器电路、所述温度传感器、所述信号滤波放大电路、所述信号输出电路和所述可控加热电源以提供工作电源。

基于上述，它还包括外壳、设置在所述外壳一端进气口处的冶金粉末网、灌封在所述外壳另一端开口处的灌封层、设置在所述外壳内的导热壳体、设置在所述导热壳体与所述外壳之间的保温材料、设置在所述导热壳体一端的气室进口和封装在所述导热壳体另一端开口处的电路板，其中，所述气室进口通过所述冶金粉末网连通所述外壳的进气口，所述电路板上设置有所述微处理器电路、所述温度传感器、所述气体传感器、所述信号滤波放大电路、所述信号输出电路、所述加热器件、所述可控加热电源和所述电源电路，所述温度传感器和所述气体传感器设置在所述导热壳体内，所述加热器件设置在所述导热壳体内或者贴设在所述导热壳体的壳壁上。

一种主动温补型气体探测器的温补方法，它包括以下步骤：

步骤1、启动所述主动温补型气体探测器；

步骤2、所述温度传感器不断采集所述气体传感器周围的环境温度，所述微处理器电路不断读取所述气体传感器周围的环境温度；

步骤3、所述微处理器电路根据读取的所述气体传感器周围的环境温度，判断其是否处于预先设定的最低阀值和最高阀值之间；

步骤4、若是，则所述微处理器电路读取此刻所述气体传感器周围的环境温度和该环境温度下所述气体传感器采集的气体数据；

反之，则所述微处理器电路通过所述可控加热电源控制所述加热器件加热，并使所述气体传感器周围的环境温度升高，然后，返回步骤3；

步骤5、根据此刻所述气体传感器周围的环境温度和该环境温度下所述气体传感器采集的气体数据，所述微处理器电路进行数据处理，然后，由所述信号输出电路输出采集数据。

基于上述，在步骤4中，若所述气体传感器周围的环境温度低于预先设定的最低阀值，则所述微处理器电路通过所述可控加热电源控制所述加热器件加热，并使所述气体传感器周围的环境温度升高，然后，返回步骤3；

若所述气体传感器周围的环境温度高于预先设定的最高阀值，则所述微处理器电路输出报警信息，然后，返回步骤3。

基于上述，在步骤5中，根据此刻所述气体传感器周围的环境温度、该环境温度下所述气体传感器采集的气体数据以及所述微处理器电路预存的标定数据，所述微处理器电路对所述气体数据进行被动补偿处理，然后，再由所述信号输出电路输出采集数据；其中，所述标定数据是预先测定的标定环境温度与该标定环境温度下的气体数据之间对应的补偿数据。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说，该主动温补型气体探测器具有主动温补功能，可以在严苛的温度环境中正常工作，并能保障其测量精度和保障其使用寿命，突破了现有气体探测器应用环境的限制；该探测器还可将主动温补和被动温补相结合，可以进一步提高探测器的测量精度，避免了在恶劣环境温度下探测器特性改变所导致的被动温度补偿效果不理想的问题；该探测器具有设计科学、结构简单、适合多种工业现场、误差小、精度高、可靠性高、使用寿命长的优点；该主动温补型气体探测器的温补方法简单实用、温补精度理想、效果突出。

附图说明

图1是本发明的电路结构框图。

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种主动温补型气体探测器，它包括微处理器电路、温度传感器、气体传感器、信号滤波放大电路、信号输出电路、加热器件、可控加热电源和电源电路，其中，所述微处理器电路分别连接所述温度传感器、所述信号滤波放大电路、所述信号输出电路和所述可控加热电源的供电开关控制端，所述气体传感器连接所述信号滤波放大电路，所述可控加热电源的供电输出端连接所述加热器件，所述电源电路分别连接所述微处理器电路、所述温度传感器、所述信号滤波放大电路、所述信号输出电路和所述可控加热电源以提供工作电源；所述电源电路包括有低功耗电路电源。

如图2所示，基于上述，它还包括外壳1、设置在所述外壳1一端进气口2处的冶金粉末网3、灌封在所述外壳1另一端开口处的灌封层4、设置在所述外壳1内的导热壳体5、设置在所述导热壳体5与所述外壳1之间的保温材料6、设置在所述导热壳体5一端的气室进口和封装在所述导热壳体5另一端开口处的电路板10，其中，所述气室进口通过所述冶金粉末网3连通所述外壳1的进气口2，所述电路板10上设置有所述微处理器电路、所述温度传感器8、所述气体传感器7、所述信号滤波放大电路、所述信号输出电路、所述加热器件9、所述可控加热电源、所述电源电路和导线11，所述温度传感器8和所述气体传感器7设置在所述导热壳体5内，所述加热器件9设置在所述导热壳体5内或者贴设在所述导热壳体5的壳壁上；在本实施例中，所述加热器件9均匀设置在所述导热壳体5的外壳壁上；所述导线11外端穿出所述灌封层4设置。

所述主动温补型气体探测器在工作期间，通过密封在气体传感器7附近的温度传感器8，不断检测气体传感器7工作环境温度的变化，当环境温度低于控制阀值后，微处理器电路开始启动加热器件9进行加热，热量可以通过导热壳体5均匀、快速的传导到气体传感器所在的导热壳体5内；热量被保温材料6保持在导热壳体5内，不至于快速的散失，当温度传感器8检测到气体传感器7周围的环境温度达到或稍微超过温度控制阀值后，停止加热，使导热壳体5内的温度保持在设定阀值以内，这样，即使环境温度达到负40摄氏度，气体传感器的工作温度依旧是保持在最佳工作温度范围内。

一种主动温补型气体探测器的温补方法，它包括以下步骤：

步骤1、启动所述主动温补型气体探测器；

步骤2、所述温度传感器不断采集所述气体传感器周围的环境温度，所述微处理器电路不断读取所述气体传感器周围的环境温度；

步骤3、所述微处理器电路根据读取的所述气体传感器周围的环境温度，判断其是否处于预先设定的最低阀值和最高阀值之间；

步骤4、若是，则所述微处理器电路读取此刻所述气体传感器周围的环境温度和该环境温度下所述气体传感器采集的气体数据；

反之，若所述气体传感器周围的环境温度低于预先设定的最低阀值，则所述微处理器电路通过所述可控加热电源控制所述加热器件加热，并使所述气体传感器周围的环境温度升高，然后，返回步骤3；

若所述气体传感器周围的环境温度高于预先设定的最高阀值，则所述微处理器电路输出报警信息，然后，返回步骤3；

步骤5、根据此刻所述气体传感器周围的环境温度和该环境温度下所述气体传感器采集的气体数据，所述微处理器电路进行数据处理，然后，由所述信号输出电路输出采集数据。

需要特别说明的是，在其它实施例中，基于上述，在步骤5中，根据此刻所述气体传感器周围的环境温度、该环境温度下所述气体传感器采集的气体数据以及所述微处理器电路预存的标定数据，所述微处理器电路对所述气体数据进行被动补偿处理，然后，再由所述信号输出电路输出采集数据；其中，所述标定数据是预先测定的标定环境温度与该标定环境温度下的气体数据之间对应的补偿数据。

经过对电化学传感器的灵敏度测量，结合传感器制造厂家提供的相关数据，我们发现：电化学传感器的灵敏度以20摄氏度为基准，温度从20摄氏度变化到50摄氏度，其灵敏度的变化不大，反应到测量精度上，其温度变化所带来的测量误差还是在允许范围内的；温度降低时，如果温度从20摄氏度降低到0摄氏度，电化学传感器的灵敏度变化也不大；但是，随着温度的继续降低，电化学传感器的灵敏度将会加速降低；当环境温度达到负30摄氏度后，电化学传感器的灵敏度更低，而且变化的一致性变差；也就是说，只要保证电化学传感器的工作温度在0摄氏度以上，就可以得到相当好的检测效果。

根据电化学传感器的温度特性，对电化学传感器进行主动升温，可以使电化学传感器始终工作在比较理想的温度范围内，从而，可以使电化学传感器的测量精度得以稳定、提高，利于延长电化学传感器的使用寿命。

为了达到更好的数据采集效果，本发明还可以将主动温补和被动温补相结合，使用主动温补，使传感器的工作温度始终保持在灵敏度线性好的温度区间，然后，采用被动温补算法，对该温度区间进行被动温补补偿，可以进一步提高探测器的测量精度。

所述主动温补型气体探测器可以缩短被动温补的温度范围，简化被动温补的生产环节，降低生产损耗，扩宽探测器的适用范围。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种主动温补型气体探测器，其特征在于：它包括微处理器电路、温度传感器、气体传感器、信号滤波放大电路、信号输出电路、加热器件、可控加热电源和电源电路，其中，所述微处理器电路分别连接所述温度传感器、所述信号滤波放大电路、所述信号输出电路和所述可控加热电源的供电开关控制端，所述气体传感器连接所述信号滤波放大电路，所述可控加热电源的供电输出端连接所述加热器件，所述电源电路分别连接所述微处理器电路、所述温度传感器、所述信号滤波放大电路、所述信号输出电路和所述可控加热电源以提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的主动温补型气体探测器，其特征在于：它还包括外壳、设置在所述外壳一端进气口处的冶金粉末网、灌封在所述外壳另一端开口处的灌封层、设置在所述外壳内的导热壳体、设置在所述导热壳体与所述外壳之间的保温材料、设置在所述导热壳体一端的气室进口和封装在所述导热壳体另一端开口处的电路板，其中，所述气室进口通过所述冶金粉末网连通所述外壳的进气口，所述电路板上设置有所述微处理器电路、所述温度传感器、所述气体传感器、所述信号滤波放大电路、所述信号输出电路、所述加热器件、所述可控加热电源和所述电源电路，所述温度传感器和所述气体传感器设置在所述导热壳体内，所述加热器件设置在所述导热壳体内或者贴设在所述导热壳体的壳壁上。

3.权利要求1或2所述的主动温补型气体探测器的温补方法，其特征在于，该温补方法包括以下步骤：

步骤1、启动所述主动温补型气体探测器；

步骤2、所述温度传感器不断采集所述气体传感器周围的环境温度，所述微处理器电路不断读取所述气体传感器周围的环境温度；

步骤3、所述微处理器电路根据读取的所述气体传感器周围的环境温度，判断其是否处于预先设定的最低阀值和最高阀值之间；

步骤4、若是，则所述微处理器电路读取此刻所述气体传感器周围的环境温度和该环境温度下所述气体传感器采集的气体数据；

反之，则所述微处理器电路通过所述可控加热电源控制所述加热器件加热，并使所述气体传感器周围的环境温度升高，然后，返回步骤3；

步骤5、根据此刻所述气体传感器周围的环境温度和该环境温度下所述气体传感器采集的气体数据，所述微处理器电路进行数据处理，然后，由所述信号输出电路输出采集数据。

4.根据权利要求3所述的主动温补型气体探测器的温补方法，其特征在于：在步骤4中，若所述气体传感器周围的环境温度低于预先设定的最低阀值，则所述微处理器电路通过所述可控加热电源控制所述加热器件加热，并使所述气体传感器周围的环境温度升高，然后，返回步骤3；

若所述气体传感器周围的环境温度高于预先设定的最高阀值，则所述微处理器电路输出报警信息，然后，返回步骤3。

5.根据权利要求3或4所述的主动温补型气体探测器的温补方法，其特征在于：在步骤5中，根据此刻所述气体传感器周围的环境温度、该环境温度下所述气体传感器采集的气体数据以及所述微处理器电路预存的标定数据，所述微处理器电路对所述气体数据进行被动补偿处理，然后，再由所述信号输出电路输出采集数据；其中，所述标定数据是预先测定的标定环境温度与该标定环境温度下的气体数据之间对应的补偿数据。

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