CN105865994B - 一种pm2.5传感器标定设备及其标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PM2.5传感器标定设备。PM2.5传感器标定设备包括PM2.5气体产生装置、标准传感器和工控机，PM2.5气体产生装置包括容纳有混合气体的测试腔室，混合气体中均匀混合有PM2.5颗粒物，标准传感器具有多个且分布在测试腔室内，工控机分别与PM2.5气体产生装置、标准传感器以及PM2.5传感器相连，工控机能够控制PM2.5气体产生装置的测试腔室内混合气体的PM2.5浓度，标准传感器能够检测混合气体的PM2.5浓度，工控机能够收集标准传感器以及PM2.5传感器测定的混合气体的PM2.5浓度值并根据PM2.5传感器与标准传感器测定值之间的误差对PM2.5传感器进行标定。本发明能够实现对批量化的PM2.5传感器单独检测和标定，保证了PM2.5传感器的测量精度，提高了合格率，降低了返工量，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器的标定设备和传感器的标定方法。
背景技术
目前，由于环境污染越来越严重，人们对环境的关注也越来越多。现在空气的雾霾现象在各地出现得越来越多，而雾霾中最主要的污染物就是PM2.5颗粒物。为了能够监控空气中的PM2.5的浓度，常常需要用到PM2.5传感器，通过PM2.5传感器来获得空气中的PM2.5的浓度数据。在PM2.5传感器的生产制造过程中，由于制造工艺等影响，需要对每一个生产出来的PM2.5传感器进行检测，确定PM2.5传感器是否在误差范围内可用，精度是否足够。但是，在现有的对PM2.5传感器检测过程中，PM2.5传感器检测设备仅能判断PM2.5传感器检测的数据与标准值相比是否在公差允许的范围内，若在则为合格品，若不在则为非合格品。该PM2.5传感器检测设备无法保证批量化生产的PM2.5传感器的一致性和误差水平，更无法对批量化生产的PM2.5传感器进行有针对性的标定及补偿。这就造成生产出来的PM2.5传感器一致性差，准确率低，良品率低，返工量大，生产和售后浪费严重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够对批量化生产的PM2.5传感器进行精确标定的PM2.5传感器标定设备。
另一目的是提供一种能够针对PM2.5传感器进行精确标定的标定方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种PM2.5传感器标定设备，用于对PM2.5传感器的检测和标定。所述PM2.5传感器标定设备包括PM2.5气体产生装置、标准传感器和工控机，所述PM2.5气体产生装置包括容纳有混合气体的测试腔室，所述混合气体中均匀混合有PM2.5颗粒物，所述标准传感器具有多个且分布在所述测试腔室内，所述工控机分别与PM2.5气体产生装置、标准传感器以及PM2.5传感器相连，所述工控机能够控制PM2.5气体产生装置的测试腔室内混合气体的PM2.5浓度，所述标准传感器能够检测混合气体的PM2.5浓度，所述工控机能够收集标准传感器以及PM2.5传感器测定的混合气体的PM2.5浓度值并根据PM2.5传感器与标准传感器测定值之间的误差对PM2.5传感器进行标定。
进一步的，所述PM2.5气体产生装置还包括第一气源、第二气源和气体混合输送通道，所述第一气源和第二气源均能够输出空气且仅有一个气源输出的空气中含有PM2.5颗粒物，所述第一气源和第二气源通过气体混合输送通道与所述测试腔室相连通，所述第一气源输出的空气和第二气源输出的空气在气体混合输送通道内流通并混合后形成混合气体，混合气体送入至测试腔室中，所述标准传感器和PM2.5传感器对混合气体进行检测。
具体的，所述第二气源输出的空气中含有PM2.5颗粒物。
进一步的，所述第一气源处设置有第一阀门，所述第二气源处设置有第二阀门，所述第一阀门和第二阀门分别与工控机相连，所述工控机通过控制第一阀门和第二阀门打开的程度调节第一气源输出的空气与第二气源输出的空气比例。
优选的，所述第一阀门和第二阀门均为电磁阀。
进一步的，所述气体混合输送通道内沿空气传输路径依次设置有多个风机，所述风机的风扇转动能够将第一气源和第二气源输出的空气在气体混合输送通道内搅拌混合后输送至测试腔室内。
进一步的，所述工控机还分别与风机连接，工控机能够控制风机的开启/关闭。
具体的，所述工控机通过数据采集卡采集转换标准传感器以及PM2.5传感器测定的混合气体的PM2.5浓度值的数据。
一种PM2.5传感器的标定方法，使用上述的一种PM2.5传感器标定设备对PM2.5传感器进行标定。其包括如下步骤：
1）通过工控机控制第一阀门和第二阀门打开的程度使第一气源输出的空气与第二气源输出的空气呈设定的比例值；
2）气体混合输送通道内的风机工作，风机的风扇转动使第一气源输出的空气与第二气源输出的空气相互混合搅拌并流通至测试腔室内，测试腔室内获得混合均匀的混合气体，当混合气体的PM2.5浓度达到设定的第一测试值，通过工控机控制第一阀门和第二阀门关闭；
3）设置在测试腔室内的标准传感器和待标定的PM2.5传感器对测试腔室内的混合气体的PM2.5浓度进行检测获得检测的数据，所述工控机采集标准传感器和PM2.5传感器检测的数据；
4）通过工控机再次打开第一阀门，第一气源继续向气体混合输送通道内注入空气，气体混合输送通道内的风机工作，风机的风扇转动使第一气源输出的空气至测试腔室内，所述混合气体的PM2.5浓度降低至第二测试值，通过工控机控制第一阀门和第二阀门关闭；
5）设置在测试腔室内的标准传感器和待标定的PM2.5传感器对测试腔室内的混合气体的PM2.5浓度进行检测获得检测的数据，所述工控机采集标准传感器和PM2.5传感器检测的数据；
6）多次重复步骤4）和步骤5），使工控机采集到多组标准传感器和PM2.5传感器检测的数据；
7）将工控机采集到的每组PM2.5传感器检测的数据与对应组的标准传感器的检测数据相减获得PM2.5传感器各组标定的误差值；
8）将PM2.5传感器各组标定的误差值写入PM2.5传感器的存储器中，实现PM2.5传感器的标定。
本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：采用工控机控制测试腔体内的混合气体PM2.5浓度，通过PM2.5传感器和标准传感器对混合气体进行检测获得检测数据，通过工控机根据PM2.5传感器与标准传感器测定值之间的误差对PM2.5传感器进行标定，实现对批量化生产的PM2.5传感器单独检测和标定，保证了PM2.5传感器的测量精度，提高了PM2.5传感器的精度，保证了产品使用中的一致性，降低了返工量，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明一种PM2.5传感器标定设备的结构原理图（不含工控机）；
图2为本发明一种PM2.5传感器标定设备的工作原理框图；
图3是本发明一种PM2.5传感器标定设备的工作逻辑图；
其中：1、测试腔室；2、第一气源；3、第二气源；4、气体混合输送通道；5、第一阀门；6、第二阀门；7、风机；8、数据采集卡；10、PM2.5气体产生装置；20、标准传感器；30、工控机；100、PM2.5传感器。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明所述的一种PM2.5传感器标定设备，用于对PM2.5传感器100的检测和标定。所述PM2.5传感器标定设备包括PM2.5气体产生装置10、标准传感器20和工控机30。所述PM2.5气体产生装置10包括容纳有混合气体的测试腔室1、第一气源2、第二气源3和气体混合输送通道4。所述第一气源2和第二气源3均能够输出空气且仅有一个气源输出的空气中含有PM2.5颗粒物。本实施例中，所述第一气源2输出的空气为经过过滤的不含PM2.5颗粒物的干净空气，所述第二气源3输出的空气中含有PM2.5颗粒物。所述第一气源2和第二气源3通过气体混合输送通道4与所述测试腔室1相连通，所述第一气源2输出的空气和第二气源3输出的空气在气体混合输送通道4内流通并混合后形成混合气体。所述混合气体中均匀混合有PM2.5颗粒物，所述标准传感器20具有多个且分布在所述测试腔室1内。本实施例中，使用了4个标准传感器20。所述工控机30分别与PM2.5气体产生装置10、标准传感器20以及PM2.5传感器100相连。
所述第一气源2处设置有第一阀门5，所述第二气源3处设置有第二阀门6，所述第一阀门5和第二阀门6分别与工控机30相连。所述工控机30通过控制第一阀门5和第二阀门6打开的程度调节第一气源2输出的空气与第二气源3输出的空气比例。本实施例中，所述第一阀门5和第二阀门6均为电磁阀。
所述气体混合输送通道4内沿空气传输路径依次设置有多个风机7，所述风机7的风扇转动能够将第一气源2和第二气源3输出的空气在气体混合输送通道4内搅拌混合后输送至测试腔室1内。本实施例中的气体混合输送通道4内设置有3个轴流式的风机7。所述工控机30分别与风机7连接，工控机30能够控制风机7的开启/关闭。
所述工控机30通过控制PM2.5气体产生装置10的第一阀门5和第二阀门6打开的程度调节混合气体的PM2.5浓度并通过控制风机7工作将混合气体内的PM2.5颗粒物混合搅拌均匀输送至测试腔室1内。四个标准传感器20以及放置在测试腔室1内的多个待检测的PM2.5传感器100能够分别检测混合气体的PM2.5浓度。所述工控机30通过数据采集卡8采集转换标准传感器20以及PM2.5传感器100测定的混合气体的PM2.5浓度值的数据。所述工控机30根据PM2.5传感器100与标准传感器20测定值之间的误差对PM2.5传感器100进行标定。
本发明所述的一种PM2.5传感器的标定方法，使用上述的一种PM2.5传感器标定设备对PM2.5传感器100进行标定。具体包括如下步骤：
1）通过工控机30控制第一阀门5和第二阀门6打开的程度使第一气源2输出的空气与第二气源3输出的空气呈设定的比例值；
2）工控机30控制气体混合输送通道4内的风机7工作，风机7的风扇转动使第一气源2输出的空气与第二气源3输出的空气相互混合搅拌并流通至测试腔室1内，测试腔室1内获得混合均匀的混合气体，当混合气体的PM2.5浓度达到设定的第一测试值，通过工控机30控制第一阀门5和第二阀门6关闭；
3）设置在测试腔室1内的标准传感器20和待标定的PM2.5传感器100对测试腔室1内的混合气体的PM2.5浓度进行检测获得检测的数据，所述工控机30采集标准传感器20和PM2.5传感器100检测的数据；
4）通过工控机30再次打开第一阀门5，第一气源2继续向气体混合输送通道4内注入空气，气体混合输送通道4内的风机7工作，风机7的风扇转动使第一气源2输出的空气至测试腔室1内，所述混合气体的PM2.5浓度降低至第二测试值，通过工控机30控制第一阀门5和第二阀门6关闭；
5）设置在测试腔室1内的标准传感器20和待标定的PM2.5传感器100对测试腔室1内的混合气体的PM2.5浓度进行检测获得检测的数据，所述工控机30采集标准传感器20和PM2.5传感器100检测的数据；
6）多次重复步骤4）和步骤5），使工控机30采集到多组标准传感器20和PM2.5传感器100检测的数据；
7）将工控机30采集到的每组PM2.5传感器100检测的数据与对应组的标准传感器20的检测数据相减获得PM2.5传感器100各组标定的误差值；
8）将PM2.5传感器100各组标定的误差值写入PM2.5传感器100的存储器中，实现PM2.5传感器100的标定。
下面采用一具体实施的对PM2.5传感器100的检测方法进行说明：
1）准备工作：通过工控机30控制第一阀门5、第二阀门6以及风机工作，第一气源2输出的空气与第二气源3输出的含有PM2.5颗粒物的空气相互混合，在3个风机7的搅拌和传输下，进入测试腔室1内的混合气体中PM2.5颗粒物混合均匀。第二气源3输出的空气的PM2.5浓度已知。在测试腔室1的两端布置了四个标准传感器20，当四个传感器20的检测值相差在允许范围之内的时候，开始检测PM2.5传感器100。
2）使用标准传感器20和PM2.5传感器100进行多组PM2.5浓度的检测。
2.1）通过工控机30控制第一阀门5和第二阀门6打开的程度，使测试腔室1内的混合气体的PM2.5浓度达到950ug/m³左右，开始测试，记录标准传感器20和PM2.5传感器100的读数；
2.2）通过工控机30控制第一阀门5打开，使测试腔室1内混合气体的PM2.5浓度降到 850ug/m³左右，测试第二组数据，记录标准传感器20和PM2.5传感器100的读数；
2.3）通过工控机30控制第一阀门5打开，使测试腔室1内混合气体的PM2.5浓度降到 750ug/m³左右，测试第三组数据，记录标准传感器20和PM2.5传感器100的读数；
2.4）通过工控机30控制第一阀门5打开，使测试腔室1内混合气体的PM2.5浓度降到 650ug/m³左右，测试第四组数据，记录标准传感器20和PM2.5传感器100的读数；
2.5）通过工控机30控制第一阀门5打开，使测试腔室1内混合气体的PM2.5浓度降到 550ug/m³左右，测试第五组数据，记录标准传感器20和PM2.5传感器100的读数；
2.6）通过工控机30控制第一阀门5打开，使测试腔室1内混合气体的PM2.5浓度降到 450ug/m³左右，测试第六组数据，记录标准传感器20和PM2.5传感器100的读数；
2.7）通过工控机30控制第一阀门5打开，使测试腔室1内混合气体的PM2.5浓度降到 350ug/m³左右，测试第七组数据，记录标准传感器20和PM2.5传感器100的读数；
2.8）通过工控机30控制第一阀门5打开，使测试腔室1内混合气体的PM2.5浓度降到 250ug/m³左右，测试第八组数据，记录标准传感器20和PM2.5传感器100的读数；
2.9）通过工控机30控制第一阀门5打开，使测试腔室1内混合气体的PM2.5浓度降到 150ug/m³左右，测试第九组数据，记录标准传感器20和PM2.5传感器100的读数。
3）工控机30根据每组标准传感器20和PM2.5传感器100的读数自动判断PM2.5传感器100是否合格。合格的PM2.5传感器100取出，不合格的PM2.5传感器经过分析再决定是返工还是对PM2.5传感器进行数据标定。取出需要数据标定的PM2.5传感器进行标定。
4）标定的PM2.5传感器的数据标定，具体步骤如下：
4.1）对上述每组中测得的四个标准传感器20的读数进行排序，去除一个读数最大的和读数最小的，取排序中间的两个读数求平均，得出每组的标准传感器20读数均值；
4.2）将每组的PM2.5传感器100读数与标准传感器20读数均值进行相减，得出每组PM2.5传感器100的标定误差值；
4.3）将上述九组PM2.5传感器100的标定误差值，按照分组坐标编号[0]…[8]，写入PM2.5传感器100存储器中，完成PM2.5传感器100的标定。
经过标定的PM2.5传感器100在实际使用中会根据标定的数据进行自我补偿。PM2.5传感器100的补偿过程如下：
1）PM2.5传感器100使用过程中，PM2.5传感器100会将10s内测得数值进行累计平均计算，得出当前测试环境内的PM2.5浓度的测量数据；
2）计算当前测试环境内的PM2.5浓度的测量数据附近的两个标准坐标数值；
3）根据两个标准坐标数值的位置及相应的标定误差值，采用线性化插值计算当前测试环境内的PM2.5浓度的测量数据的标定误差；
4）当前测试环境内的PM2.5浓度的测量数据与计算出的标定误差相减，得出补偿后的当前测试环境内的PM2.5浓度的测量数据，即为PM2.5传感器100最终测出的当前测试环境内的PM2.5浓度的测量数据。
经过上述的说明可知，本发明所述一种PM2.5传感器标定设备不仅实现的批量生产的PM2.5传感器合格品和非合格品的区分，而且能够对非合格品中部分产品通过标定实现PM2.5传感器无需返工能够正常使用的效果，降低了返工量，减少了生产成本。整个标定过程自动完成，工控机30控制，自动调节混合气体的PM2.5浓度。工控机30自动收集记录数据并计算出标定补偿值，测试过程中不需要人员参与。
如上所述，我们完全按照本发明的宗旨进行了说明，但本发明并非局限于上述实施例和实施方法。相关技术领域的从业者可在本发明的技术思想许可的范围内进行不同的变化及实施。
Claims (4)
1.一种PM2.5传感器标定设备，用于对PM2.5传感器（100）的检测和标定，其特征在于：包括PM2.5气体产生装置（10）、标准传感器（20）和工控机（30），所述PM2.5气体产生装置（10）包括容纳有混合气体的测试腔室（1），所述混合气体中均匀混合有PM2.5颗粒物，所述标准传感器（20）具有多个且分布在所述测试腔室（1）内，所述工控机（30）分别与PM2.5气体产生装置（10）、标准传感器（20）以及PM2.5传感器（100）相连，所述工控机（30）能够控制PM2.5气体产生装置（10）的测试腔室（1）内混合气体的PM2.5浓度，所述标准传感器（20）能够检测混合气体的PM2.5浓度，所述工控机（30）能够收集标准传感器（20）以及PM2.5传感器（100）测定的混合气体的PM2.5浓度值并根据PM2.5传感器（100）与标准传感器（20）测定值之间的误差对PM2.5传感器（100）进行标定，所述PM2.5气体产生装置（10）还包括第一气源（2）、第二气源（3）和气体混合输送通道（4），所述第一气源（2）和第二气源（3）均能够输出空气且仅有一个气源输出的空气中含有PM2.5颗粒物，所述第一气源（2）和第二气源（3）通过气体混合输送通道（4）与所述测试腔室（1）相连通，所述第一气源（2）输出的空气和第二气源（3）输出的空气在气体混合输送通道（4）内流通并混合后形成混合气体，混合气体送入至测试腔室（1）中，所述标准传感器（20）和PM2.5传感器（100）对混合气体进行检测；
所述第二气源（3）输出的空气中含有PM2.5颗粒物；所述第一气源（2）处设置有第一阀门（5），所述第二气源（3）处设置有第二阀门（6），所述第一阀门（5）和第二阀门（6）分别与工控机（30）相连，所述工控机（30）通过控制第一阀门（5）和第二阀门（6）打开的程度调节第一气源（2）输出的空气与第二气源（3）输出的空气比例；
所述气体混合输送通道（4）内沿空气传输路径依次设置有多个风机（7），所述风机（7）的风扇转动能够将第一气源（2）和第二气源（3）输出的空气在气体混合输送通道（4）内搅拌混合后输送至测试腔室（1）内；
所述工控机（30）通过数据采集卡（8）采集转换标准传感器（20）以及PM2.5传感器（100）测定的混合气体的PM2.5浓度值的数据。
2.根据权利要求1所述的一种PM2.5传感器标定设备，其特征在于：所述第一阀门（5）和第二阀门（6）均为电磁阀。
3.根据权利要求1所述的一种PM2.5传感器标定设备，其特征在于：所述工控机（30）还分别与风机（7）连接，工控机（30）能够控制风机（7）的开启/关闭。
4.一种PM2.5传感器的标定方法，使用权利要求1所述的一种PM2.5传感器标定设备对PM2.5传感器（100）进行标定，其特征在于：包括如下步骤：
1）通过工控机（30）控制第一阀门（5）和第二阀门（6）打开的程度使第一气源（2）输出的空气与第二气源（3）输出的空气呈设定的比例值；
2）气体混合输送通道（4）内的风机（7）工作，风机（7）的风扇转动使第一气源（2）输出的空气与第二气源（3）输出的空气相互混合搅拌并流通至测试腔室（1）内，测试腔室（1）内获得混合均匀的混合气体，当混合气体的PM2.5浓度达到设定的第一测试值，通过工控机（30）控制第一阀门（5）、第二阀门（6）以及风机（7）关闭；
3）设置在测试腔室（1）内的标准传感器（20）和待标定的PM2.5传感器（100）对测试腔室（1）内的混合气体的PM2.5浓度进行检测获得检测的数据，所述工控机（30）采集标准传感器（20）和PM2.5传感器（100）检测的数据；
4）通过工控机（30）再次打开第一阀门（5），第一气源（2）继续向气体混合输送通道（4）内注入空气，气体混合输送通道（4）内的风机（7）工作，风机（7）的风扇转动使第一气源（2）输出的空气至测试腔室（1）内，所述混合气体的PM2.5浓度降低至第二测试值，通过工控机（30）控制第一阀门（5）、第二阀门（6）以及风机（7）关闭；
5）设置在测试腔室（1）内的标准传感器（20）和待标定的PM2.5传感器（100）对测试腔室（1）内的混合气体的PM2.5浓度进行检测获得检测的数据，所述工控机（30）采集标准传感器（20）和PM2.5传感器（100）检测的数据；
6）多次重复步骤4）和步骤5），使工控机（30）采集到多组标准传感器（20）和PM2.5传感器（100）检测的数据；
7）将工控机（30）采集到的每组PM2.5传感器（100）检测的数据与对应组的标准传感器（20）的检测数据相减获得PM2.5传感器（100）各组标定的误差值；
8）将PM2.5传感器（100）各组标定的误差值写入PM2.5传感器（100）的存储器中，实现PM2.5传感器（100）的标定，标定步骤如下：
a.对上述每组中测得的多个标准传感器的读数进行排序，去除一个读数最大的和读数最小的，取排序中间的读数求平均，得出每组的标准传感器读数均值；
b.将每组的PM2.5传感器读数与标准传感器读数均值进行相减，得出每组PM2.5传感器的标定误差值；
c.将上述多组PM2.5传感器的标定误差值，按照分组坐标编号，写入PM2.5传感器存储器中，完成PM2.5传感器的标定。
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