CN105784802B - 一种复合恶臭气体传感器检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合恶臭气体传感器检测装置。该装置包括进气单元、采样池单元和处理单元；所述进气单元与采样池单元连接；所述采样池单元与处理单元连接；所述进气单元包括两个储气瓶、一个质量流量计和一个三通阀；所述采样池单元包括至少一个气体采样模块、隔膜泵、采样池单元屏蔽线和电源线。进气单元用于提供流速稳定的被测气体和具有冲洗作用的背景气，并保证被测气体和背景气的快速切换。采样池单元内部放置用于检测恶臭气体的传感器和与传感器相匹配的信号调理电路板，实现对复杂的恶臭成分的提取和分析。处理单元将传感器采集的信号进行进一步处理，得出气体反应曲线，最后评定出恶臭气体浓度等级。

Description

一种复合恶臭气体传感器检测装置

技术领域

本发明涉及环境监测与控制领域，具体为一种复合恶臭气体传感器检测装置。

背景技术

恶臭是各种异味气味的总称，恶臭气体种类繁多，目前国家标准监测防治的恶臭物质有：二硫化碳、二甲二硫、硫化氢、三甲胺、苯乙烯、氨、甲硫醇和甲硫醚八种。随着经济的发展，人们的环保意识不断增强，恶臭作为一种环境污染已越来越受到人们的重视，需要对恶臭进行检测，对可能造成的恶臭污染加以分析，并提出切实可行的措施，以保证人们有一个舒适的空气环境。

传统的恶臭检测研究一种是“仪器测定法(成分浓度显示法)”；另一种是“嗅觉测定法”。前种手段主要利用分光光度计或气体色谱仪等仪器按成分量化恶臭，其精度较高，但实际生活中恶臭成分复杂多变，因此单一成分测量实际意义并不显著。后种方法则是以人的嗅觉作为依据来评价气味强度对人造成的不适程度。嗅觉测定法实验方法简单，可操作性强，但因只依赖人的感官系统作为评判依据，主观依赖性强，长期测量会产生嗅觉疲劳。

申请号为201210280808.0公开了一种气体传感器装置及使用气体传感器的浓度测定方法，其采用单一的气体传感器对特定气体成分进行检测，受传感器种类的限制，能够检测的气体成分也有限，而且不具有实时性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种复合恶臭气体传感器检测装置。该装置包括进气单元、采样池单元和处理单元；进气单元用于提供流速稳定的被测气体和具有冲洗作用的背景气，并保证被测气体和背景气的快速切换。采样池单元内部放置用于检测恶臭气体的传感器和与传感器相匹配的信号调理电路板，实现对复杂的恶臭成分的提取和分析。处理单元将传感器采集的信号进行进一步处理，得出气体反应曲线，最后评定出恶臭气体浓度等级。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种复合恶臭气体传感器检测装置，其特征在于所述装置包括进气单元、采样池单元和处理单元；所述进气单元与采样池单元连接；所述采样池单元与处理单元连接；

所述进气单元包括两个储气瓶、一个质量流量计和一个三通阀；所述两个储气瓶通过两条连接管各自与三通阀的两个进口对应连接；所述两个储气瓶中分别装有被测气体和背景气；两条连接管上各自依次安装有减压阀和电磁阀；所述三通阀的出口与质量流量计连接；

所述采样池单元包括至少一个气体采样模块、隔膜泵、用于与处理单元实现通讯连接的采样池单元屏蔽线和用于与处理单元实现电气连接的电源线；各个气体采样模块之间通过连接管连接；所述质量流量计通过连接管与气体采样模块中的第一个连接；气体采样模块结构完全相同，均包括气室装置、传感器和信号调理电路板；所述信号调理电路板包括电源线槽和通讯线槽；所述信号调理电路板与气室装置螺纹链接；所述传感器放置于气室装置内；所述传感器与电化学信号调理电路板的连接；气体采样模块中的最后一个通过连接管与隔膜泵连接；

所述处理单元包括源控制单元、工业计算机和处理单元屏蔽线；所述源控制单元通过处理单元屏蔽线与工业计算机连接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1、该装置采用模块化设计，以目前国家主要监测的八种恶臭物质为前提，实现对环境中的复杂恶臭物质的检测，并最终给出恶臭等级，检测浓度范围从十几ppb到几百ppm，测量浓度范围广泛，能够实现定性定量检测。

2、进气单元用于提供流速稳定的被测气体和具有冲洗作用的背景气，并保证被测气体和背景气的快速切换。

3、采样池单元采用模块化设计，可以根据需要增减模块的个数，为测量复合恶臭气体成分提供了选择性。通过利用多种传感器组成气体传感器阵列的方式，能够对环境中复杂的恶臭气体成分同时进行检测，相比传统的单一成分测定法提高了测量的多样性和广泛性。

4、气室装置内壁涂覆有硅烷化涂层以提高表面光洁度，减少气体吸附残留量，从而大大减少在线检测干扰因素，显著提高恶臭气体测试数据的准确度。

附图说明

图1是本发明复合恶臭气体传感器检测装置一种实施例的整体结构示意图；

图2是本发明复合恶臭气体传感器检测装置一种实施例的气体采样模块的结构示意图；

图3是本发明复合恶臭气体传感器检测装置一种实施例的第一电化学模块爆炸示意图；(图中：1、进气单元；2、采样池单元；3、处理单元；11、储气瓶；12、减压阀；13、质量流量计；14、电磁阀；15、三通阀；21、采样池单元屏蔽线；22、电源线；23、隔膜泵；24、第二电化学模块；25、第一电化学模块；26、第一金属氧化物模块；27、PID模块；28、第二金属氧化物模块；31、源控制单元；32、工业计算机；33、处理单元屏蔽线；251、气室装置；252、传感器；253、信号调理电路板；2531、电源线槽；2532、通讯线槽)

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种复合恶臭气体传感器检测装置(简称装置，参见图1-3)，其特征在于所述装置包括进气单元1、采样池单元2和处理单元3；所述进气单元1与采样池单元2连接；所述采样池单元2与处理单元3连接；

所述进气单元1包括两个储气瓶11、一个质量流量计13和一个三通阀15；所述两个储气瓶11通过两条连接管各自与三通阀15的两个进口对应连接；所述两个储气瓶11中分别装有被测气体和背景气，背景气用于冲洗，本实施例中背景气是氮气；两条连接管上各自依次安装有减压阀12和电磁阀14，减压阀12用于减少储气瓶产生的压力，防止其对气体流动造成影响，电磁阀14用来切换背景气和待测气体通道；所述三通阀15的出口与质量流量计13连接；所述质量流量计13的型号为CS200D，量程为1500ml/L；

所述采样池单元2包括至少一个气体采样模块(本实施例为五个气体采样模块，分别是第一电化学模块25、第一金属氧化物模块26、PID模块27、第二金属氧化物模块28和第二电化学模块24；第一电化学模块25测量的气体成分主要是氨气，浓度范围为0-200ppm；第一金属氧化物模块26测量的气体成分包括香烟气、氢气、酒精、甲烷和CO等，浓度范围为0-60ppm；PID模块27测量的气体成分为挥发性有机物，浓度范围为0-50ppm；第二金属氧化物模块28测量的气体成分主要包括甲苯、乙醇、H₂S、NH₃和H₂等，浓度范围为0-100ppm；第二电化学模块24测量的气体成分主要是硫化氢，浓度范围为0-200ppm)、隔膜泵23、用于与处理单元3实现通讯连接的采样池单元屏蔽线21和用于与处理单元3实现电气连接的电源线22；各个气体采样模块之间通过连接管连接；所述质量流量计13通过连接管与气体采样模块中的第一个连接；气体采样模块结构完全相同，均包括气室装置、配套的传感器和配套的信号调理电路板，气体采样模块的连接方式以第一电化学模块25为例(参见图3)：所述第一电化学模块25包括气室装置251、传感器252和信号调理电路板253；所述信号调理电路板253包括电源线槽2531和通讯线槽2532；所述信号调理电路板253与气室装置251螺纹链接；所述传感器252放置于气室装置251内；所述传感器252与电化学信号调理电路板253的连接；所述通讯线槽2532用于实现气体采样模块与处理单元3之间、相邻气体采样模块之间的通讯连接；所述电源线槽2531用于实现气体采样模块与处理单元3之间、相邻气体采样模块之间的电气连接；气体采样模块中的最后一个通过连接管与隔膜泵23连接；隔膜泵23的作用是放在气体采样模块的末端以负压的形式抽取背景气或被测气体，使其均匀稳定地流过各个气体采样模块；

所述处理单元3包括源控制单元31、工业计算机32和处理单元屏蔽线33；所述处理单元3通过采样池单元屏蔽线21与采样池单元2通讯连接；所述处理单元3通过电源线22与采样池单元2电气连接；所述源控制单元31通过处理单元屏蔽线33与工业计算机32连接；所述采样池单元2将采集的传感器信号进行初步处理后通过处理单元屏蔽线33传送到源控制单元31；源控制单元31作为连接采样池单元2与工业计算机32的枢纽，以STC15F2K60S2单片机作为控制核心，将采样池单元2传送过来的气体采样模块的数据进行整合和处理，待收到工业计算机32发送的相关命令后通过处理单元屏蔽线33将数据传送到工业计算机32；工业计算机32具有集成电脑的功能，一方面实时显示气体采样模块的气体反应曲线，另一方面利用神经网络中的模式识别技术、多传感器信息融合技术对源控制单元31传送过来的数据进行分析处理，最终得出复合恶臭气体成分的恶臭等级。

所述连接管是由聚四氟乙烯软管构成的。

所述气室装置251内壁涂覆有硅烷化涂层。

本发明复合恶臭气体传感器检测装置的工作原理和工作流程是：将复合恶臭气体传感器检测装置放置在恶臭污染源区中，将污染源区的气体和背景气分别收集到两个储气瓶11内，质量流量计13的流速调整到一个最稳定合适的流速。装置一次检测过程遵循背景气-被测气体-背景气的进气流程。背景气采用惰性气体，不会与传感器发生反应。检测开始时冲入背景气的目的是一方面是清洗气室装置和传感器，另一方面是提前使传感器进入一种预反应的状态，使其与恶臭气体进行反应时状态更加稳定。

复合恶臭气体传感器检测装置上电后，首先装载背景气的储气瓶11被打开，其减压阀12动作，用于减少储气瓶11产生的压力，电磁阀14打开，背景气通过连接管进入三通阀15。背景气体从三通阀15出口流出，流经质量流量计13并通过连接管进入采样池单元2。背景气体首先进入的是采样池单元2的第一电化学模块25的气室装置251，在气室装置251的腔体内与传感器252进行反应，电化学传感器252将反应的信号传送到信号调理电路板253进行初步处理，然后通过采样池单元屏蔽线21传送到源控制单元31，数据在源控制单元31进行整合处理后通过处理单元屏蔽线33传送到工业计算机32进行分析、处理和显示。背景气是惰性气体，不与传感器发生反应，因此工业计算机32上显示的是一条直线。背景气从第一电化学模块25经过连接管进入第一金属氧化物模块26，进行与第一电化学模块25相同的反应过程，之后背景气又依次进入PID模块27、第二金属氧化物模块28、第二电化学模块24，从第二电化学模块24流出，经过连接管进入隔膜泵23的一端，隔膜泵23放在气体采样模块的末端以负压的形式抽取背景气使其均匀稳定地流过各个气体采样模块，最后背景气从隔膜泵23的另一端流出。至此完成一次背景气的进气、采样和处理过程。传感器经过预反应后，基本达到了一种稳定状态。

背景气进行一次循环以后，装载背景气的储气瓶11关闭，装载污染源恶臭气体的储气瓶11被打开，与之对应的减压阀12动作，电磁阀14打开，被测气体流出开始一次检测流程。其进气、采样、处理流程与通入背景气的过程相同。需要强调的是五个传感器会对被测气体产生响应，响应信号通过采样池单元屏蔽线21传送到处理单元3进行分析处理后会在工业计算机32上呈现上升(下降)反应曲线。

被测气体进行一次循环以后，装载污染源恶臭气体的储气瓶11关闭，装载背景气的储气瓶又一次被打开，背景气流出开始对传感器、气室装置、气体连接管进行清洁冲洗，其进气流程与上述过程相同。需要强调的是在这次背景气的循环过程中，工业计算机32所显示的是与被测气体相反趋势的反应曲线，直至使其回归到初始时的平稳状态，同时工业计算机32利用神经网络中的模式识别技术、多传感器信息融合技术对源控制单元31传送过来的数据进行分析处理，得到最终的恶臭气体反应曲线。将此曲线与数据库中的数据进行分析对比，从而得出复合恶臭气体的成分、气体浓度以及恶臭等级。至此，完成一次完整的检测过程，如此循环，实现对污染源区的恶臭气体的检测。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种复合恶臭气体传感器检测装置，其特征在于所述装置包括进气单元、采样池单元和处理单元；所述进气单元与采样池单元连接；所述采样池单元与处理单元连接；

所述进气单元包括两个储气瓶、一个质量流量计和一个三通阀；所述两个储气瓶通过两条连接管各自与三通阀的两个进口对应连接；所述两个储气瓶中分别装有被测气体和背景气，背景气用于冲洗，被测气体的流速稳定；两条连接管上各自依次安装有减压阀和电磁阀，减压阀用于减少储气瓶产生的压力，防止其对气体流动造成影响，电磁阀用来切换背景气和待测气体通道；所述三通阀的出口与质量流量计连接；

所述采样池单元包括至少一个气体采样模块、隔膜泵、用于与处理单元实现通讯连接的采样池单元屏蔽线和用于与处理单元实现电气连接的电源线；各个气体采样模块之间通过连接管连接；所述质量流量计通过连接管与气体采样模块中的第一个连接；气体采样模块结构完全相同，均包括气室装置、传感器和信号调理电路板；所述信号调理电路板包括电源线槽和通讯线槽；所述信号调理电路板与气室装置连接；所述传感器放置于气室装置内；所述传感器与电化学信号调理电路板的连接；所述通讯线槽用于实现气体采样模块与处理单元之间、相邻气体采样模块之间的通讯连接；所述电源线槽用于实现气体采样模块与处理单元之间、相邻气体采样模块之间的电气连接；气体采样模块中的最后一个通过连接管与隔膜泵连接；

所述处理单元包括源控制单元、工业计算机和处理单元屏蔽线；所述源控制单元通过处理单元屏蔽线与工业计算机连接；

将装置放置在恶臭污染源区中，将污染源区的气体和背景气分别收集到两个储气瓶内，质量流量计的流速调整到一个最稳定合适的流速；装置一次检测过程遵循背景气-被测气体-背景气的进气流程；

装置上电后，首先装载背景气的储气瓶被打开，其减压阀动作，用于减少储气瓶产生的压力，电磁阀打开，背景气通过连接管进入三通阀；背景气体从三通阀出口流出，流经质量流量计并通过连接管进入采样池单元；背景气体首先进入的是采样池单元的第一电化学模块的气室装置，在气室装置的腔体内与传感器进行反应，电化学传感器将反应的信号传送到信号调理电路板进行初步处理，然后通过采样池单元屏蔽线传送到源控制单元，数据在源控制单元进行整合处理后通过处理单元屏蔽线传送到工业计算机进行分析、处理和显示；背景气是惰性气体，不与传感器发生反应，因此工业计算机上显示的是一条直线；背景气从第一电化学模块经过连接管进入第一金属氧化物模块，进行与第一电化学模块相同的反应过程，之后背景气又依次进入PID模块、第二金属氧化物模块和第二电化学模块，从第二电化学模块流出，经过连接管进入隔膜泵的一端，隔膜泵放在气体采样模块的末端以负压的形式抽取背景气使其均匀稳定地流过各个气体采样模块，最后背景气从隔膜泵的另一端流出；至此完成一次背景气的进气、采样和处理过程；传感器经过预反应后，基本达到了一种稳定状态；

背景气进行一次循环以后，装载背景气的储气瓶关闭，装载污染源恶臭气体的储气瓶被打开，与之对应的减压阀动作，电磁阀打开，被测气体流出开始一次检测流程；其进气、采样、处理流程与通入背景气的过程相同；五个传感器对被测气体产生响应，响应信号通过采样池单元屏蔽线传送到处理单元进行分析处理后会在工业计算机上呈现上升或者下降反应曲线；

被测气体进行一次循环以后，装载污染源恶臭气体的储气瓶关闭，装载背景气的储气瓶又一次被打开，背景气流出开始对传感器、气室装置、气体连接管进行清洁冲洗，其进气流程与上述过程相同；在这次背景气的循环过程中，工业计算机所显示的是与被测气体相反趋势的反应曲线，直至使其回归到初始时的平稳状态，同时工业计算机对源控制单元传送过来的数据进行分析处理，得到最终的恶臭气体反应曲线；将此曲线与数据库中的数据进行分析对比，从而得出复合恶臭气体的成分、气体浓度以及恶臭等级；至此，完成一次完整的检测过程，如此循环，实现对污染源区的恶臭气体的检测。

2.根据权利要求1所述的复合恶臭气体传感器检测装置，其特征在于所述质量流量计的型号为CS200D。

3.根据权利要求1所述的复合恶臭气体传感器检测装置，其特征在于所述连接管是由聚四氟乙烯软管构成的。

4.根据权利要求1所述的复合恶臭气体传感器检测装置，其特征在于所述气室装置内壁涂覆有硅烷化涂层。