CN105527374A - 自动标定系统及其供气方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及自动标定系统及其供气方法。在标定系统中采用了可利用压力差自动打开的单向阀，从而在不需要信号输入的情况下就能实现气体连通。在标定系统中还设置了压力平衡路径，从而在出现过压时自动地平衡压力。该标定系统能及时地解决过压问题，并防止气体泄漏。

Description

自动标定系统及其供气方法

技术领域

本发明总体涉及气体探测器的自动标定。更具体地，涉及一种气体探测器的自动标定系统及其供气方法。

背景技术

在本文中使用时，术语“气体探测器”用来表示气体探测仪器和气体分析器。气体探测器包括一个或多个气体传感器，例如电化学气体传感器、可燃气体传感器等。一般来说，来自被监测的大气的气体与气体传感器接触，气体传感器就会输出信号。气体探测器中的电子器件将气体传感器的输出信号转换为指示气体浓度的一个或多个信号。气体探测器用来探测或分析潜在的危险环境，例如矿山、隧道、阴沟、和其它封闭环境。

现有的气体探测器主要分为扩散型和泵送型。在扩散型气体探测器中，气体探测器具有与被监测的大气相接触的流体入口并具有从该流体入口通向气体传感器的扩散路径，这样在正常的操作中，存在于气体进口的气体就能扩散到气体传感器。在泵送型气体探测器中，在气体探测器中包括泵，该泵能够将被监测的大气泵送到气体传感器。

气体传感器对每单位量气体的输出可能会随着时间而变化。因此，安全守则中规定气体探测器中的气体传感器要在每次用它们探测潜在危险环境时都要被测试并且还要根据制造商的推荐进行定期标定以保证传感器提供准确的读数。规定的出发点是好的，但是现实实践中出于时间和成本的原因，这种规定经常不被遵守。

目前的标定/测试是使来自加压标定气体源的具有固定的、已知成分组成的标定气体流入气体探测器，从而排出气体探测器内的空气并使气体探测器中的气体传感器都暴露给该标定气体，之后标定气体从气体探测器排放至大气。保持标定气体的流动直到气体传感器的输出达到稳定状态。因为标定气体具有已知的成分组成，所以气体传感器的输出信号可被调节以提供对标定气体的准确测量。这个标定过程浪费昂贵的标定气体。而且，标定气体可能包含有害和/或可燃成分，如果被大量地排放会造成额外的危险。所以，如果要大量地排放标定气体（这通常和标定气体进入气体探测器的流速有关），那么就必须在受控的环境中进行标定。

美国专利US6918281B2公开了一种带有方便的定量供给系统的标定装置。定量供给系统通过控制阀与气体瓶相连。控制阀由按钮操作。在标定时，先手动地按下按钮，然后控制阀将定量供给系统与气体瓶连通。标定气体从气体瓶经由定量供给系统、导管流到位于保持器中的气体探测器，再从气体探测器排放到大气。

美国专利US7401493B2公开了一种能够以更接近扩散型气体探测器的实际操作的低流速供应标定气体、操作简便的标定方法和装置。加压标定气体筒经由供气导管将标定气体供应给气体探测器，从气体探测器排出的气体经由排气导管被排放到大气或安全处理装置。在供气导管中设置有电磁阀以打开和关闭供气导管。在标定时，该电磁阀响应于从气体探测器的微处理器接收的电信号而被打开从而实现气体连通。

美国专利US7530255B2公开了一种能够以一种或多种标定气体标定/测试一个或多个气体探测器的方法和装置。扩散型气体探测器和泵送型气体探测器可同时被标定/测试。在用来标定/测试气体探测器的测试模块中，通向气体探测器的气体路径中设置有电磁控制阀来控制到气体探测器的气体流。在标定操作中，需要通过电信号来操作这些电磁控制阀从而实现气体连通。

本发明的发明人发现，在同时标定/测试多个气体探测器时，更靠近加压标定气体源的气体探测器接收到的标定气体流的压力更高。过高的标定气体流压力会影响气体传感器的性能，从而导致标定的结果不如预想的那样理想。

需要一种改进的标定方法和系统，其在标定操作中不要外部输入而自动地控制标定气体流的通断。还能同时标定/测试多个扩散型和/或泵送型气体探测器并保证气体传感器的性能不受过高的标定气体流的压力的影响。标定气体在被使用后不直接排向大气，从而确保了标定环境的安全。

发明内容

本发明涉及用于气体探测器的自动标定系统，包括至少一个标定模块，当所述气体探测器被接合到所述至少一个标定模块时，通过导管实现所述气体探测器和所述至少一个标定模块之间的气体连通，其特征在于，在所述导管中设置有第一单向阀，所述第一单向阀由压力差自动打开从而实现所述气体探测器和所述至少一个标定模块之间的气体连通，使得所述实现所述气体探测器和所述至少一个标定模块之间的气体连通不再需要信号输入。

自动标定系统还包括与所述第一单向阀并联设置的第二单向阀，所述第二单向阀设置成使得当供气压力过高时第二单向阀会自动打开从而部分气体从所述第二单向阀流过以绕过所述第一单向阀。

优选地，所述第二单向阀与排气导管连通。

本发明还涉及一种用于气体探测器的自动标定系统，包括至少一个标定模块、供气导管和排气导管，其特征在于，在所述供气导管和排气导管之间设置有旁通导管，在所述旁通导管中设置有单向阀，所述单向阀在出现过压时自动打开以实现供气导管和排气导管之间的流体连通，从而避免过压对气体探测器的气体传感器的不利影响。

自动标定系统中的所述至少一个标定模块包括另一单向阀，在不存在过压时，所述另一单向阀在压力差大于阈值时自动打开，使得流入所述至少一个标定模块的全部气体经由所述另一单向阀流入所述气体探测器。

本发明还涉及一种气体探测器的自动标定系统的供气方法，所述自动标定系统包括至少一个标定模块、供气导管和排气导管，所述方法包括以下步骤：

在所述至少一个标定模块内提供并联设置的第一单向阀和第二单向阀，所述第一和第二单向阀能够在压力差超过阈值时自动打开从而在不需要信号输入的情况下就实现气体连通；

从所述供气导管以一定压力供应气体，所述压力能使所述第一和第二单向阀中的其中一个自动打开从而使气体流到气体探测器。

所述方法还包括步骤：当所述压力过大时，所述第一和第二单向阀中的另一个自动打开，从而使得部分气体绕过所述气体探测器。

附图说明

因此在概括地描述了本公开后，现在将参照附图，附图不一定是按比例绘制的，并且附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的单向阀的示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的自动标定系统的示意图；

图3示出了根据本发明另一实施例的自动标定系统的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更全面地描述自动标定系统的供气方法和系统，在附图中仅示出了一些但不是全部的可能的实施例。实际上，自动标定系统的供气方法和系统可以许多不同的形式被体现并且不应该被理解为被限制到本文公开的实施例；相反，这些实施例被提供是使得本公开会满足可适用的法律要求。通篇中相同的标记表示相同的元件。

现在参照图1，其示意性地示出了单向阀10。单向阀10包括阀座11、阀体12和偏压元件，例如弹簧13。在通常情况下，阀体12在弹簧13的作用下被压靠在阀座11上。当横跨单向阀10的压力差大于阈值从而能克服弹簧13的弹簧力时，阀体12被从阀座11移开从而实现单向阀10两侧的连通。图1中虽然示出了阀体12为球形，偏压元件为弹簧13，但是本领域技术人员应该意识到，其它合适的类似单向阀也可被使用。

接着参照图2，图2示出了自动标定系统20，其包括控制器模块21和标定模块22、23。虽然图2中示出了两个标定模块22、23，但是本领域技术人员应该认识到，根据实际需要可设置任意多个标定模块。优选地，设置至少10个标定模块。每个标定模块的结构都相同，下面仅出于说明目的描述标定模块22的构造。本领域技术人员应该理解，这些描述也同样适用于包括标定模块23在内的其它标定模块。

标定模块22包括控制阀2、泵3。泵3设置在控制阀2下游的导管中。在控制阀2和泵3之间设置有如图1所示的单向阀v1，以保证气体只能从控制阀2流向泵3，而不能反向流动，以防止气体泄漏。与单向阀v1与泵3并联地设置支路导管，该支路导管中设置有如图1所示的单向阀v2，以确保气体只能从控制阀2经单向阀v2流向下游，而不能反向流动，以防止气体泄漏。标定模块22中还包括将标定模块22的内部与排气导管连通的导管。

当气体探测器被接合到标定模块22时，根据气体探测器类型的不同而以不同的方式实现标定模块22与气体探测器的流体连通。具体来说，当气体探测器为扩散型气体探测器31时，标定模块22与气体探测器31之间的连通是通过上述包含泵3和单向阀v1的导管与气体探测器31的气体进口之间的连通实现。当气体探测器是泵送型气体探测器32时，如图2中的标定模块23所示，标定模块23与气体探测器32之间的连通是通过上述支路导管和气体探测器32之间的连通实现。当气体探测器被接合到标定模块时，在气体探测器和标定模块之间的界面处实现密封，从而保证从气体探测器流出的气体被直接排放到标定模块内部，而不是直接排放到大气。由于标定模块的外壳相对封闭，所以能将从气体探测器排出的气体控制在有限空间内。

标定模块22与控制器模块21信号连通。并且，标定气体从标定气体源（未示出）经由控制器模块21通过供气导管流到标定模块22，并且标定气体经由排气导管从标定模块22流到控制器模块21。优选地，在供气导管和排气导管之间还设置有另外的控制阀。在控制器模块21中设置有控制器、泵1、泵2、以及控制阀1。控制阀1选择性地控制不同的标定气体通过控制阀1进入供气导管。泵1使标定气体在一定的压力下在供气导管中流向标定模块22。优选地，泵1的加压要比泵3的加压更大以确保气体回路能支持至少10个标定模块的操作。标定模块22中的控制阀2当处于位置1时允许空气流入控制阀2，当处于位置2时允许来自供气导管的标定气体流入控制阀2。本领域技术人员熟知，在标定过程中空气可用作控制或比较气体。

当气体探测器被接合到标定模块22上时，控制器模块21会识别气体探测器的类型。当控制器模块21确定气体探测器是扩散型气体探测器31时，就使泵1和泵3工作，同时切换控制阀1以选择所需的标定气体，并使控制阀2处于位置2以允许所选的标定气体流入。由于单向阀v2的存在，标定气体不能流动通过支路导管。由于泵3工作，所以泵3在单向阀v1的下游侧产生负压，从而使横跨单向阀v1的压力差比泵3不工作时要大，该增大的压力差能在不需要外部信号输入的情况下自动地使单向阀v1打开从而允许标定气体流入气体探测器31。如果供气导管中的压力过大，单向阀v2两侧的压力差就增大从而能在不需要外部信号输入的情况下自动地使单向阀v2打开从而使部分标定气体流入标定模块22，进而在排气导管中的泵2的作用下再经由导管流入排气导管。因此单向阀v2能平衡标定气体回路中的压力并确保供气导管中过大的压力不影响气体探测器31中的气体传感器的性能。通过弹簧13的自我调节，能够及时地解决过压问题。

类似地，当控制器模块21确认被接合的气体探测器为泵送型气体探测器32时，就使泵1工作，同时切换控制阀1以选择所需的标定气体，并使控制阀2处于位置2以允许所选的标定气体流入。由于泵送型气体探测器32与支路导管连通，所以在气体探测器32内部泵的作用下，单向阀v2两侧的压力差要比没有接合气体探测器32时更大，该增大的压力差能够在不需要外部信号输入的情况下自动地打开单向阀v2从而使标定气体流入气体探测器32。由于单向阀v1的存在，标定气体不能流向单向阀v1的下游。如果供气导管中的压力过大，单向阀v1两侧的压力差就增大从而能在不需要外部信号输入的情况下自动地使单向阀v1打开从而使部分标定气体流入标定模块23，进而在排气导管中的泵2的作用下再经由导管流入排气导管。因此单向阀v1能平衡标定气体回路中的压力并确保供气导管中过大的压力不影响气体探测器32中的气体传感器的性能。优选地，单向阀v1、v2的打开压力差为1kPa。

虽然附图2示出了标定系统20包括控制器模块21和标定模块22、23，且控制器设置在控制器模块21中，但是如图3所示，标定系统20也可以在没有控制器模块21的独立模式下工作。具体来说，图3中的标定系统20中没有控制器，而是利用设置在气体探测器中的控制器，如微处理器。图3中的标定系统20的工作原理与图2中的工作原理相同，在此不再赘述。

在受益于前面的描述和附图中给出的教导下，本发明所属领域的技术人员会想到本文公开的本发明的许多改进和其它实施例。因此，应该理解本发明不是被限制于所公开的具体实施例，且改进和其它实施例都应该被包含在所附权利要求的范围内。虽然本文中采用的是具体的术语，但是它们仅是在一般的且描述性的意义下被使用且不是用于限制目的。

Claims (7)

1.一种用于气体探测器的自动标定系统，包括至少一个标定模块，当所述气体探测器被接合到所述至少一个标定模块时，通过导管实现所述气体探测器和所述至少一个标定模块之间的气体连通，其特征在于，在所述导管中设置有第一单向阀，所述第一单向阀由压力差自动打开从而实现所述气体探测器和所述至少一个标定模块之间的气体连通，使得所述实现所述气体探测器和所述至少一个标定模块之间的气体连通不再需要信号输入。

2.如权利要求1所述的自动标定系统，还包括与所述第一单向阀并联设置的第二单向阀，所述第二单向阀设置成使得当供气压力过高时第二单向阀会自动打开从而部分气体从所述第二单向阀流过以绕过所述第一单向阀。

3.如权利要求2所述的自动标定系统，所述第二单向阀与排气导管连通。

4.一种用于气体探测器的自动标定系统，包括至少一个标定模块、供气导管和排气导管，其特征在于，在所述供气导管和排气导管之间设置有旁通导管，在所述旁通导管中设置有单向阀，所述单向阀在出现过压时自动打开以实现供气导管和排气导管之间的流体连通，从而避免过压对气体探测器的气体传感器的不利影响。

5.如权利要求4所述的自动标定系统，其中所述至少一个标定模块包括另一单向阀，在不存在过压时，所述另一单向阀在压力差大于阈值时自动打开，使得流入所述至少一个标定模块的全部气体经由所述另一单向阀流入所述气体探测器。

6.一种气体探测器的自动标定系统的供气方法，所述自动标定系统包括至少一个标定模块、供气导管和排气导管，所述方法包括以下步骤：

在所述至少一个标定模块内提供并联设置的第一单向阀和第二单向阀，所述第一和第二单向阀能够在压力差超过阈值时自动打开从而在不需要信号输入的情况下就实现气体连通；

从所述供气导管以一定压力供应气体，所述压力能使所述第一和第二单向阀中的其中一个自动打开从而使气体流到气体探测器。

7.如权利要求6所述的方法，还包括步骤：当所述压力过大时，所述第一和第二单向阀中的另一个自动打开，从而使得部分气体绕过所述气体探测器。