CN104198425A - 一种非色散红外气体传感器温压特性测试系统 - Google Patents

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吴永忠
程文娟
黄星星
汤世祥
陈浩
史志恒
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Abstract

本发明主要为了解决非色散红外气体传感器温度和气压特性的测试而研制的一种仿真系统，系统主要是由测试槽、温度监控子系统、气压监控子系统、嵌入式系统、标准待测气样气瓶、进气管道、排气管道和接线端子电路组成。系统分别通过对温度监控子系统和气压监控子系统的调控实现对温度和气压的实时控制和检测，测试槽内外电路系统的电气连接由气密性良好且隔热的接线端子电路实现，嵌入式系统对系统进行总体控制。

Description

一种非色散红外气体传感器温压特性测试系统
技术领域
本发明是一种机械电子自动控制系统，主要应用于非色散红外气体传感器系统中光谱吸收度与温压特性的测试，也可以应用于相关的其它领域。 
背景技术
应用非色散红外气体传感器系统检测气体浓度常用的分析模型是光谱吸收定律，而光谱吸收定律仅在恒温、恒压的理想条件下适用，它不能描述光谱吸收度与温度气压之间的关系，但在实际应用中常常会受到温度气压变化的影响，导致检测结果发生偏差。为了提高检测精度，在相关传感器系统的研制过程中，常常需要解决光谱吸收度与温度气压之间关系的问题。因此，本发明提出了一种可以实时仿真环境温度和气压条件的控制系统，主要用于非色散红外气体传感器系统中光谱吸收度与温度气压之间关系的探索。 
发明内容
为了提高检测精度，在相关传感器系统的研制过程中，常常需要解决光谱吸收度与温度气压之间关系的问题。因此，本发明提出了一种可以实时仿真环境温度和气压条件的控制系统。本系统主要由测试槽、温度监控子系统、气压监控子系统、嵌入式系统和标准待测气样瓶、进气管道、排气管道和接线端子电路组成，测试槽是一个气密性良好、隔热且可承受300kPa箱体；温度监控子系统主要由半导体制冷器及其控制电路、温度检测电路等组成，能够实时监控测试槽的温度；气压监控子系统主要由气泵及驱动控制电路、测试槽、进气管道、排气管道、标准待测气样气瓶、气压检测电路等组成，可实现对测试槽的气压控制，标准待测气样气瓶不仅起到对测试槽增压的作用而且还可提供标准待测气体；测试槽内温度监控子系统、气压监控子系统和非色散红外气体传感器的相关电路通过接线端子电路实现与外部的电气连接；嵌入式系统包含温度监控电路、气压检测电路、半导体制冷器控制电路和驱动控制电路，嵌入式系统可以对系统进行总体控制。 
测试槽是一个气密性良好且隔热的箱体，可承受300kPa，测试槽有一个进气管道和两个排气管道，一个排气管道与气泵相连，另一个排气管道接开关阀，进气管道通过减压阀与标准气样气瓶相连。 
温度监控子系统主要由半导体制冷器及其控制电路、温度检测电路等组成，将温度检测电路中的温度传感器置于测试槽中，半导体制冷器A和B加装在测试槽上，温度检测电路的电源线、地线和信号线以及半导体制冷器A和B的电源线、地线连接到测试槽内部的接线端 子电路的接线柱，温度监控子系统用于自动检测和控制测试槽内温度。通过键盘以步进方式预设温度值，通过显示器实时显示测试槽内温度值，温度监控子系统的预设值范围为-15～55℃，精度：±0.1℃，温度监控子系统的温度监控范围为-10～50℃，步进单位0.1℃。 
气压监控子系统主要由气泵及其驱动控制电路、测试槽、进气管道、排气管道、标准待气样气瓶、气压检测电路等组成。气泵的抽气管道与测试槽的排气管道连接便于抽出测试槽内气体，气泵与嵌入式系统的气泵驱动控制电路连接，标准气样气瓶通过调节阀、流量计和减压阀与进气管道连接，气压检测电路的电源线、地线和信号线与测试槽内的接线端子电路的接线柱连接。测试槽的增压操作是通过手动控制方式实现的，而减压操作则是通过自动控制方式实现。通过键盘以步进方式预设气压值，通过显示器实时显示测试槽内气压值,气压控制范围：80～116kPa，精度：±1％，气压预设值范围70～126kPa，步进单位1kPa。 
显示器主要用于显示温度检测值、温度预设值、气压检测值、气压预设值。 
待测的非色散红外气体传感器置于测试槽内，可通过测试槽内的接线端子电路中的b11—b16号接线柱与外部电路实现电气连接。 
电源电路实现AC220V至系统电路所需电压的转换。 
测试槽内外电路可通过气密性良好且隔热的接线端子电路实现电气连接，接线端子电路具有16x2个接线端子，测试槽内外各有16个，测试槽内外的接口端子的接线端子序号从左至右一次是b1、b2、b3……b15、b16和c1、c2、c3……c15、c16，它们之间一一对应连通，分别用于连接测试槽内外的各种电路。测试槽内外端子电路的接口线端子序号及名称如表1和表2所示。 
本发明的有益效果是，能够实时模拟温度和气压环境，温度监控范围为-10—50℃，精度：±0.1℃，气压控制范围：80～116kPa，精度：±1％，可满足一般非色散红外气体传感器的温压特性的测试。 
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 
图1一种非色散红外气体传感器温压特性测试系统示意图。 
图2嵌入式系统原理组成图。 
图3测试槽接线端子电路端子图。 
图中标号：1.气泵，2.排气管道，3.排气管道，4.气压检测电路，5.温度检测电路，6.半导体制冷器A，7.半导体制冷器B，8.进气管道，9.测试槽，10.标准待测气样气瓶，11.调节阀，12.流量计，13.非色散红外气体传感器，14.电源变换器，15.显示屏，16.键盘，17.嵌入式系统，18.接线端子电路，a1.气泵驱动控制电路，a2.温度检测控制电路，a3.气压检测控制电路，a4半导体制冷器控制电路，a5.非分光红外气体传感器控制电路，17.嵌入式控制系统，b1.气压检测电路信号接线柱，b2.气压检测电路电源接线柱,b3.气压检测电路地线接线柱,b4.温度检测电路信号接线柱,b5.温度检测电路电源接线柱,b6.温度检测电路地线接线柱,b7.制冷器A电源接线柱,b8.半导体制冷器A地线接线柱,b9.半导体制冷器B电源接线柱,b10.半导体制冷器B地线接线柱,b11-b16.非色散红外气体传感器接线柱,c1.气压检测电路信号接线柱，c2.气压检测电路电源接线柱,c3.气压检测电路地线接线柱,c4.温度检测电路信号接线柱,c5.温度检测电路电源接线柱,c6.温度检测电路地线接线柱,c7.半导体制冷器A电源接线柱,c8.半导体制冷器A地线接线柱,c9.半导体制冷器B电源接线柱,c10.半导体制冷器B地线接线柱,c11-c16.非色散红外气体传感器接线柱，18.接线端子电路，9.测试槽，。 
具体实施方式
图1具体实施方案是，将气压检测电路4中的气压传感器、温度检测电路5中放入温度传感器和非色散红外气体传感器13置于测试槽9内，将半导体制冷器A6、半导体制冷器B7加装在测试槽9上，需将气压检测电路4、温度检测电路5、半导体制冷器A6、半导体制冷器B7和非色散红外气体传感器13的引线与测试槽9内的接线端子电路板18依次连接，方便信号的输出和输入，与标准待测气样气瓶10连接的管道上安装流量计12和调节阀11，此管道通过进气管道8与测试槽9相连接，气泵1通过进气管道2与测试槽9连接，还需在测试槽9设置一个安有开关阀门的排气管道3。此外，键盘16、显示屏15和电源变换器14与嵌入式系统17连接，需给电源变换器14供以AC220V。 
图2具体实施方案是，嵌入式系统17包含气泵驱动控制电路a1、温度检测控制电路a2、，气压检测控制电路a3、半导体制冷器控制电路a4和非色散红外气体传感器控制电路a5，其中气泵驱动控制电路a1自动驱动气泵的工作，温度检测控制电路a2和气压检测控制电路a3自动控制检测测试槽内温度和气压，半导体制冷器控制电路a4控制半导体制冷器A和B工作，实现对测试槽升温和降温，非色散红外气体传感器控制电路a5自动控制非色散红外气体传感器测试测试槽内的气体浓度。 
图3具体实施方案是测试槽9内的接线端子电路18的接线柱有气压检测电路信号接线柱b1、气压检测电路电源接线柱b2、气压检测电路地线接线柱b3、 
温度检测电路信号接线柱b4、温度检测电路电源接线柱b5、温度检测电路地线接线柱b6、半导体制冷器A电源接线柱b7、半导体制冷器A地线接线柱b8、半导体制冷器B电源接线柱b9、半导体制冷器B地线接线柱b10、非色散红外气体传感器接线柱b11-b16依次与气压检测电路的信号线、电源线和地线，温度检测电路中的信号线、电源线和地线，半导体制冷器A的电源线和地线，半导体制冷器B的电源线和地线以及非色散红外气体传感器的引线连接。测试槽9外的接线端子电路18的接线柱有气压检测电路信号接线柱c1、气压检测电路电源接线柱c2和气压检测电路地线接线柱c3需与气压检测控制电路连接，温度检测电路信号接线柱c4、温度检测电路电源接线柱c5和温度检测电路地线接线柱c6与温度检测控制电路相应的接口连接，半导体制冷器A电源接线柱c7和半导体制冷器A地线接线柱c8、半导体制冷器B电源接线柱c9和半导体制冷器B地线接线柱c10与半导体制冷器控制电路连接，非色散红外气体传感器接线柱c11-c16与非色散红外气体传感器控制电路相应接口连接。 

Claims (9)

1.本发明是一种用于非色散红外气体传感器温度和气压特性测试系统，其特征在于，系统主要由测试槽、温度监控子系统、气压监控子系统、嵌入式系统和标准待测气样气瓶、进气管道、排气管道和接线端子电路组成，测试槽是一个气密性良好、隔热且可承受300kPa的箱体；温度监控子系统主要由半导体制冷器及其控制电路、温度检测电路等组成，能够实时监控测试槽内温度；气压监控子系统主要由气泵及其驱动控制电路、测试槽、进气管道、排气管道、标准待测气样气瓶和气压检测电路等组成，可实现对测试槽内气压控制；测试槽内的温度监控子系统、气压监控子系统和非色散红外气体传感器的相关电路通过气密性良好且隔热的接线端子电路实现与外部的电气连接；嵌入式系统实现系统总控。
2.根据权利要求1所述非色散红外气体传感器温度和气压特性测试系统，其特征在于，能够提供一种气密性良好、隔热、温度和气压可控试验装置，用于模拟一定的现场温度和气压环境。
3.根据权利要求1所述非色散红外气体传感器温度和气压特性测试系统，其特征在于，能够增强和降低测试槽内气压，增压方法是通过手动方式向测试槽中注入标准待测气体直至达到预设气压值；降压方法是通过系统自动控制气泵抽气实现的。
4.根据权利要求1所述非色散红外气体传感器温度和气压特性测试系统，其特征在于，系统通过温度检测电路检测测试槽内温度，并控制两个半导体制冷器分别进行制冷和制热，从而实现温度的自动控制。
5.根据权利要求1、3和4所述非色散红外气体传感器温度和气压特性测试系统，其特征在于，系统温度控制范围：-10～50℃，精度：±0.1℃；气压控制范围：80～116kPa，精度：±1％。
6.根据权利要求1、3、4和5所述非色散红外气体传感器温度和气压特性测试系统，其特征在于，系统可对温度和气压值进行预设，通过步进方式预设温度值，步进单位0.1℃，范围是-15～55℃；通过步进方式预设气压值，步进单位1kPa，范围是70～126kPa。
7.根据权利要求1、3、4、5和6所述非色散红外气体传感器温度和气压特性测试系统，其特征在于，系统可同时显示温度和气压实时测试值和预设值。
8.根据权利要求1所述非色散红外气体传感器温度和气压特性测试系统，其特征在于，测试槽内外电路通过气密性良好且隔热的接线端子电路实现电气连接，接线端子电路具有16x2个接线端子，测试槽内外各有16个，它们之间是一一相应连通；分别用于连接测试槽内外的各种电路。
9.根据权利要求1所述非色散红外瓦斯传感器温度和气压特性测试系统，其特征在于，测试槽有一个进气管道和两个排气管道，一个排气管道与气泵相连，另一个排气管道接开关阀，进气管道通过减压阀与标准气样气瓶相连。
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