CN105572307A - 一种气体传感器的标定工装及标定方法 - Google Patents

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Abstract

一种气体传感器的标定工装，属于气体传感器测试的技术领域，包括借助管道分别与气体传感器的气体引入口、排出口连接的校准气体发生装置和气体分析仪，本标定工装分组设置，每组中包括由串联设置的气体传感器组成的传感器组，传感器组的气体引入口、排出口分别与校准气体发生装置和气体分析仪连接。本发明还提供了一种标定工装的标定方法，本发明的标定工装及标定方法可实现不同传感器的同时标定和同种传感器的批量标定。

Description

一种气体传感器的标定工装及标定方法
技术领域
本发明属于气体传感器测试的技术领域，涉及到一种气体传感器的标定工装及标定方法，通过采用标准气体校准的方式，大大提高了气体传感器的准确度和一致度。
背景技术
目前各大中城市环境监测中心站点监测空气质量通常采用经过环保局认证的传统型监测系统。传统型检测系统整套价格在100万人民币左右，价格昂贵且系统体积大，安装和维护成本均较高，限制了它们的安装地点且不适于高密集的部署方式。因此只能从宏观上反映城市的整体的空气质量，但是不能从微观上反映局部区域、特定区域的空气质量的好坏。
气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器，用来检测空气中某种气体组分的含量。与采用传统分析方法的的空气质量检测仪器相比，气体传感器具有响应速度快、成本低廉、体积微型化等优点，在急需高密度布点的空气质量监测应用中具有巨大发展潜力。但是由于气敏材料的限制，及微型化传感器在生产过程中加工工艺的不确定性较高，气体传感器普遍存在气体间交叉干扰、准确度较低、一致性较差等缺点，因此，目前气体传感器主要作为定性或半定量检测手段，严重限制了其在对具有高精度要求的气体监测中的大量应用。
发明内容
本发明为解决现有技术中气体传感器普遍存在气体间交叉干扰、准确度较低、一致性较差等缺点，造成在应用在过程中精度差的技术问题，提供了一种准确度高、一致性好的气体传感器的标定工装及标定方法。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
一种气体传感器的标定工装，包括借助管道分别与气体传感器的气体引入口、排出口连接的校准气体发生装置和气体分析仪，本标定工装分组设置，每组中包括由串联设置的气体传感器组成的传感器组，传感器组的气体引入口、排出口分别与校准气体发生装置和气体分析仪连接。其中，每组标定工装中可以设置一组或并联设置多组传感器组。
所述的气体传感器结构中包括：固定有传感元件的标定气室、通过连接件与标定气室连接的上端盖，所述的上端盖上设置有与数据采集装置、供电系统相连的电路板，电路板另一端与气体传感器相连，标定气室的气体引入口和排出口借助管道分别与校准气体发生装置和气体分析仪连通。
所述的连接件为螺纹连接或卡扣连接。
在上端盖与标定气室的连接处设置有O圈和硅胶垫圈。
所述的校准气体发生装置包括借助管道与传感器组的气体引入口连接的动态校准仪，与动态校准仪入口连接的钢瓶气和零气发生器。
在传感器组与动态校准仪的连接管道上设置有浮子流量计。
气体分析仪的出口处连接有真空单元。
在连接动态校准仪与校准气室的管道上设置有排空支管，排空支管与真空单元连接。
所述的数据采集装置是数据采集卡。
一种气体传感器标定工装的标定方法，包括以下步骤：
A、标定工装的搭建：按标定工装的连接顺序安装标定工装；
B、气体传感器校准：根据客户需求，进行单点校准，跳转至步骤B1，或进行多点校准，跳转至步骤B2；
B1、单点校准：单点校准时，根据气体传感器量程范围，将钢瓶气和零气发生器中的气体在动态校准仪中产生相同浓度的量程气，下转步骤C；
B2、多点校准：多点校准时，根据气体传感器量程范围，将钢瓶气和零气发生器中的气体在动态校准仪中产生不同浓度的量程气，下转步骤C；
C、采集气体传感器输出信号和气体分析仪检测数据：将生成的量程气依次通过校准气室，采集各气体传感器的输出信号c1i，c2i，c3i，……，并保证气体分析仪与校准气室处于相同的气体环境，采集气体分析仪的检测数据C1，C2，C3，……；
D、气体传感器输出信号与污染气体浓度之间的关系确定：将步骤C采集的气体传感器输出信号和气体分析仪的检测数据进行对比分析，获得气体传感器输出信号与污染气体浓度之间的对应曲线关系，根据对应曲线关系使气体传感器的输出信号转化为对应的浓度值；
E、检测结果是否达标：重复步骤B、C操作，得到气体传感器输出信号和气体分析仪检测数据，将两次得到的气体传感器输出信号和气体分析仪检测数据进行比较，判断气体传感器输出信号与气体分析仪检测数据是否在≤20％误差范围内，是，传感器性能达标，标定完成；否，转至步骤B。
本发明的标定方法原理是：首先，搭建标定工装并安装气体传感器，根据气体传感器量程范围，在动态校准仪中产生不同浓度的量程气；第二，在各量程气浓度下，分别采集气体传感器的原始输出信号和气体分析仪检测结果；第三，将上述气体传感器原始输出信号和气体分析仪的检测数据进行比对分析，获得气体传感器原始信号和污染气体浓度之间的对应关系；第四，根据对应关系可使气体传感器的输出信号转换为对应的浓度值，达到标定要求。
本发明的有益效果是：
本发明公布的气体传感器的标定工装可由多条气体通路组成，每条气体通路中可串联多个校准气室，各气体通路既可以各自进行不同气体传感器的标定，也可以通过并联同时校准同一种气体传感器。因此，本工装单条通路的可延展性以及通路之间的灵活性，可实现不同传感器的同时标定和同种传感器批量标定，有效提高了工作效率。经过本发明的标定方法校准后，批量气体传感器在应用过程中具有高准确度和高一致性。
附图说明
图1是本发明标定工装的结构示意图。
图2是图1中所示标定工装中传感器组多组设置的结构示意图。
图3是图1中气体传感器的结构示意图。
图4是图2中气体传感器中传感元件的结构示意图。
图5是本发明标定方法的流程图。
附图中，101代表动态校准仪，102代表钢瓶气，103代表零气发生器，104代表浮子流量计，2代表气体传感器，201代表电路板，202代表上端盖，203代表传感元件，204代表标定气室，3代表气体分析仪，4代表真空单元，5代表排空支管。
具体实施方式
本发明为解决现有技术中气体传感器普遍存在气体间交叉干扰、准确度较低、一致性较差等缺点，造成在应用在过程中精度差的技术问题，提供了一种准确度高、一致性好的气体传感器的标定工装及标定方法，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明中标定工装由校准气体发生装置、校准气室和气体分析仪组成。标定过程中，由校准气体发生装置根据被测气体传感器的性能指标产生一定浓度(最低浓度为0，最高浓度为气体传感器的满量程检测浓度，或根据应用环境选择满量程以下的浓度范围)的某种标准气体(SO2、CO2、CO、NO2、NO、CH4、H2、NH3或O3等)，作为量程气，并以一定流速通过校准气路和相应的气体分析仪。在该条件下，校准气路中气体传感器与气体分析仪处于相同的气体环境中。同一组标定工装中的待校准气体传感器为同一种气体的气体传感器；不同组的标定工装中的待校准气体传感器可以为同一种气体的气体传感器，也可以是不同种气体的气体传感器。
实施例1
以SO2气体传感器为待校准气体传感器
单点校准：由SO2钢瓶气102提供固定的高标浓度SO2标准气体，零气发生器103发生稀释气体，将这两路气体于动态校准仪101中混合产生一定混合比的SO2校准气体(量程气)，根据待校准SO2气体传感器数量，由浮子流量计调整流量后依次进入到串联的校准气室中，与待校准SO2气体传感器接触，通过数据采集装置采集SO2气体传感器的输出信号，最后SO2校准气体进入SO2气体分析仪中，检测SO2的实际浓度。工作中，供电系统通过电路板为待校准SO2气体传感器提供5V电压，采用～1采集各待校准SO2气体传感器的输出信号。
将采集到的SO2气体传感器输出信号与SO2气体分析仪检测的实际浓度进行对比分析，进行各传感器的性能评价，获得传感器信号与污染气体浓度之间的对应关系，根据得到的对应关系对传感器输出信号进行斜率截距处理，将采集到的传感器输出信号转化为对应的浓度值；重复上述单点校准过程，再次得到传感器输出信号和气体分析仪检测数据，将两次得到的传感器输出信号和气体分析仪检测数据进行比较，判断气体传感器输出信号与气体分析仪检测数据是否在误差范围内，是，传感器性能达标，标定完成；否，重复上述所有操作，直至传感器心内达标。
多点校准：由SO2钢瓶气102提供固定的高标浓度SO2标准气体，零气发生器103发生稀释气体，将这两路气体于动态校准仪101中混合产生一定混合比的SO2校准气体(量程气)，根据SO2气体传感器的量程，得到不同浓度的SO2校准气体，SO2校准气体首先进行分流进入不同组校准单元，根据每组校准单元中待校准SO2气体传感器数量，由浮子流量计调整流量后依次进入到串联的校准气室中，与待校准SO2气体传感器接触，通过数据采集装置采集各组校准单元中SO2气体传感器的输出信号，最后各组校准单元中SO2校准气体进入SO2气体分析仪中，检测各组校准单元中SO2的实际浓度。工作中，供电系统通过电路板为待校准SO2气体传感器提供5V电压，采用～1采集各待校准SO2气体传感器的输出信号。
将采集到的SO2气体传感器输出信号与SO2气体分析仪检测的实际浓度进行对比分析，进行各传感器的性能评价。将采集到的SO2气体传感器输出信号与SO2气体分析仪检测的实际浓度进行对比分析，进行各传感器的性能评价，获得传感器信号与污染气体浓度之间的对应关系，根据得到的对应关系对传感器输出信号进行斜率截距处理，将采集到的传感器输出信号转化为对应的浓度值；重复上述单点校准过程，再次得到传感器输出信号和气体分析仪检测数据，将两次得到的传感器输出信号和气体分析仪检测数据进行比较，判断气体传感器输出信号与气体分析仪检测数据是否在误差范围内，是，传感器性能达标，标定完成；否，重复上述所有操作，直至传感器心内达标。
以上流程中通过改换钢瓶气可判断其他气体对SO2传感器的交叉干扰情况。

Claims (10)

1.一种气体传感器的标定工装，包括借助管道分别与气体传感器(2)的气体引入口、排出口连接的校准气体发生装置和气体分析仪(3)，其特征在于，本标定工装分组设置，每组中包括由串联设置的气体传感器(2)组成的传感器组，传感器组的气体引入口、排出口分别与校准气体发生装置和气体分析仪(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种气体传感器的标定工装，其特征在于，所述的气体传感器(2)结构中包括：固定有传感元件(203)的标定气室(204)、通过连接件与标定气室(204)连接的上端盖(202)，所述的上端盖(202)上设置有与数据采集装置、供电系统相连的电路板(201)，电路板(201)另一端与气体传感器(203)相连，标定气室(204)的气体引入口和排出口借助管道分别与校准气体发生装置和气体分析仪(3)连通。
3.根据权利要求2所述的一种气体传感器的标定工装，其特征在于：所述的连接件为螺纹连接或卡扣连接。
4.根据权利要求2所述的一种气体传感器的标定工装，其特征在于：在上端盖(202)与标定气室(204)的连接处设置有O圈和硅胶垫圈。
5.根据权利要求1所述的一种气体传感器的标定工装，其特征在于：所述的校准气体发生装置包括借助管道与传感器组的气体引入口连接的动态校准仪(101)，与动态校准仪(101)入口连接的钢瓶气(102)和零气发生器(103)。
6.根据权利要求5所述的一种气体传感器的标定工装，其特征在于：在传感器组与动态校准仪(101)的连接管道上设置有浮子流量计(104)。
7.根据权利要求1所述的一种气体传感器的标定工装，其特征在于：气体分析仪(3)的出口处连接有真空单元(4)。
8.根据权利要求1所述的一种气体传感器的标定工装，其特征在于：在连接动态校准仪(101)与校准气室(2)的管道上设置有排空支管(5)，排空支管(5)与真空单元(4)连接。
9.根据权利要求1所述的一种气体传感器的标定工装，其特征在于：所述的数据采集装置是数据采集卡。
10.一种如权利要求1所述的气体传感器标定工装的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、标定工装的搭建：按标定工装的连接顺序安装标定工装；
B、气体传感器校准：根据客户需求，进行单点校准，跳转至步骤B1，或进行多点校准，跳转至步骤B2；
B1、单点校准：单点校准时，根据气体传感器量程范围，在动态校准仪中产生相同浓度的量程气，下转步骤C；
B2、多点校准：多点校准时，根据气体传感器量程范围，在动态校准仪中产生不同浓度的量程气，下转步骤C；
C、采集气体传感器输出信号和气体分析仪检测数据：将生成的量程气依次通过校准气室，采集各传感器的输出信号c1i，c2i，c3i，……，并保证气体分析仪与校准气室处于相同的气体环境，采集气体分析仪的检测数据C1，C2，C3，……；
D、气体传感器输出信号与污染气体浓度之间的关系确定：将步骤C采集的气体传感器输出信号和气体分析仪的检测数据进行对比分析，获得气体传感器信号与污染气体浓度之间的对应曲线关系，根据对应曲线关系使气体传感器的输出信号转化为对应的浓度值；
E、检测结果是否达标：重复步骤B、C操作，得到气体传感器输出信号和气体分析仪检测数据，将两次得到的气体传感器输出信号和气体分析仪检测数据进行比较，判断气体传感器输出信号与气体分析仪检测数据是否在≤20％的误差范围内，是，气体传感器性能达标，标定完成；否，转至步骤B。
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