CN108072739A - 一种气体监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体监测装置，包括：传感器仓体，传感器仓体中设有一个贯穿传感器仓体的通道，沿通道的延伸方向依次设置有多个不同的传感器，每一传感器与且只与一个数据采集板相连接，传感器用于根据通道通过的样品气体产生相应的电流信号，数据采集板将电流信号放大并转换成有效的电压信号。本发明通过沿样品气体流通的方向设置多个不同的传感器，并使每一个传感器都和与该传感器相匹配的数据采集板相连接，能实时反映流经传感器仓体的样品气体内各气体成分的浓度。设计了弥散式与直吹式两种传感器仓体结构，设计了鼓气方式和吸气方式两种进气方法，且在一定程度上提高了传感器的监测精度与使用寿命，使本发明成为环境监测管理的有效工具。

Description

一种气体监测装置

技术领域

本发明涉及气体监测技术领域，更具体地，涉及一种气体监测装置。

背景技术

随着经济发展，工业气体污染越来越严重，而对于常规工业污染的气体监测，一直以来是个监测重点。总有机挥发物气体TVOC、二氧化硫、氨气、臭氧、硫化氢、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、二氧化硫、甲硫醚、甲硫醇、二硫化碳等都是重点监测的对象。能够连续监测这类气体，并实时显示监测结果，是目前市场所迫切需要的。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的气体监测装置。

本发明提供一种气体监测装置，包括：

传感器仓体，所述传感器仓体中设有一个贯穿所述传感器仓体的通道，沿所述通道的延伸方向依次设置有多个不同的传感器，每一所述传感器与且只与一个数据采集板相连接，所述传感器用于根据所述通道通过的样品气体产生相应的电流信号，所述数据采集板将所述电流信号放大并转换成有效的电压信号。

优选地，还包括：

AD转换板，通过主板与每一所述数据采集板相连接，所述AD转换板用于接收所述数据采集板发送的电压信号，将所述电压信号转化为数字信号；

主板，与每一所述数据采集板及所述AD转换板相连接，所述主板用于接收所述AD转换板发送的数字信号，解析所述数字信号获取监测结果。

优选地，还包括：

样气装置，用于向所述通道导入样品气体；

第一过滤器，用于向所述通道导入清洗气体；

第一电磁阀，所述第一电磁阀的入口分别与所述样气装置的出口和所述第一过滤器的出口相连，所述第一电磁阀的出口与所述通道的入口连接。

优选地，还包括：

第二过滤器，用于向所述通道导入零气；

第二电磁阀，所述第二电磁阀位于所述第一电磁阀的出口与所述通道的入口之间，所述第二电磁阀的入口分别与所述第二过滤器的出口和所述第一电磁阀的出口相连，所述第二电磁阀的出口与所述通道的入口连接。

优选地，包括：

流量调节器，位于所述第二电磁阀的出口与所述通道的入口之间，所述流量调节器的一端与所述第二电磁阀的出口相连，所述流量调节器的另一端与所述通道的入口连接，以调节流经所述传感器气仓的气体流量。

优选地，所述传感器仓体的横截面呈梯形，在所述梯形的任一斜面上设有至少一个垂直于该斜面的孔洞，所述孔洞与所述通道相连通，每一所述孔洞中对应设置一个传感器。

优选地，还包括：

第一气泵，位于所述第二电磁阀的出口与所述通道的入口之间，所述第一气泵的抽气嘴与所述第二电磁阀的出口相连，所述第一气泵的排气嘴与所述通道的入口相连。

优选地，所述传感器仓体由多个气仓串联构成，每一所述气仓中装设有一个传感器。

优选地，还包括：

废气口，所述废气口用于排出监测后的样品气体；

第二气泵，所述第二气泵的抽气嘴与所述传感器仓体的通道出口相连，所述第二气泵的排气嘴与废气口相连。

优选地，所述传感器仓体的材质为2205双相钢。

本发明提供的一种气体监测装置，通过沿样品气体流通的方向设置多个不同的传感器，并使每一个传感器都和与该传感器相匹配的数据采集板相连接，用以监测不同的气体，使得样品气体在流经传感器仓体的过程中，能连续监测各气体成分在该样本气体中的含量，实时反映当前各气体的浓度状况。并针对固定式安装与移动式安装这两种不同的应用场景，设计了弥散式与直吹式两种传感器仓体结构，使得传感器更换拆卸更为便捷，且在一定程度上提高了传感器的监测精度与使用寿命，成为环境监测管理的有效工具。

附图说明

图1为本发明一个实施例的气体监测装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的弥散式的传感器仓体的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的直吹式的传感器仓体的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供的一个气体监测装置，包括：传感器仓体，传感器仓体中设有一个贯穿传感器仓体的通道，沿通道的延伸方向依次设置有多个不同的传感器，每一传感器与且只与一个数据采集板相连接，传感器用于根据通道通过的样品气体产生相应的电流信号，数据采集板将电流信号放大并转换成有效的电压信号。

具体地，对于不同类型的气体，可以用不同的传感器来检测。本方案中采用了PID光离子化传感器与CE电化学传感器相结合的方法，针对每个传感器的原始电信号的解析及信号放大设计了相应的数据采集板，提高了传感器的灵敏度与稳定性。通过在传感器仓体中沿通道方向依次设置多个不同的传感器，并将每一个传感器都与和该传感器相匹配的数据采集板相连接，使得每个传感器都能监测到不同的气体。需要说明的是，PID光离子化传感器用于监测TVOC总有机挥发物气体，而CE电化学传感器可用于监测如二氧化硫、氨气、臭氧、硫化氢等等工业废气，且每一种的传感器都对应监测一种气体。

当样本气体沿通道流经传感器仓体时，每个传感器都从流经的样本气体中对应监测相应的气体，并根据监测到的气体信息产生相应的电流信号，并将上述电流信号对应传递给与该传感器相连的数据采集板，数据采集板则将电流信号通过信号放大电路处理转换成有效的电压信号，不同的电压信号则代表着不同气体在上述样本气体中的气体浓度。数据采集板可在信号处理的过程中进行漂移干扰信号的去除，使得有效信号能够稳定输出，与数据采集板相接的主板可对电压信号进行处理计算，针对各个传感器获取该传感器监测到的气体浓度，并在显示屏上显示出来，使用户能更直观地读取到气体监测结果。

本发明通过沿样品气体流通的方向设置多个不同的传感器，并使每一个传感器都和与该传感器相匹配的数据采集板相连接，用以监测不同的气体，使得样品气体在流经传感器仓体的过程中，能连续监测各气体成分在该样本气体中的含量，实时反映当前各气体的浓度状况。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，参见图1，为本发明一个实施例的气体监测装置的结构示意图，除传感器101与数据采集板102外，还包括：AD转换板103，通过主板104与每一数据采集板102相连接，AD转换板103用于接收数据采集板102发送的电压信号，将电压信号转化为数字信号；主板104，与每一数据采集板102及AD转换板103相连接，主板104用于接收AD转换板103发送的数字信号，解析数字信号获取监测结果。

具体地，本发明中的气体监测装置还包括AD转换板103与主板。其中，AD转换板103通过主板与每个数据采集板102相连接，用于将数据采集板102传来的电压信号转换成数字信号，主板与AD转换板103及所有的数据采集板102相连接，可将数据采集板102产生的电流信号转发给AD转换板103，并接收解析AD转换板103发送的数字信号，获取样品气体中各传感器101监测到的气体浓度，即样品气体的监测结果。

需要说明的是，本发明中的主板104采用6层板设计，具备良好的抗干扰性，使仪器工作更加稳定，保证了各数据采集板102传输过来的有效信号都能得到有效的识别，避免了干扰杂音。此外，本发明采用模块化的电路设计，使得主板104兼具良好的兼容性，可兼容多种传感器101及与传感器101相匹配的数据采集板102，可通过直接在主板104上插拔更换不同种类的数据采集板102，根据用户不同的应用需求来选择不同的传感器101组合方式，以达到灵活应用的目的。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，还包括：样气装置，用于向通道导入样品气体；第一过滤器，用于向通道导入清洗气体；第一电磁阀，第一电磁阀的入口分别与样气装置的出口和第一过滤器的出口相连，第一电磁阀的出口与通道的入口连接。

具体地，第一电磁阀是二位三通电磁阀，该二位三通电磁阀为双线圈控制，包含两个入口和一个出口，当电磁阀线圈通电时，第一个入口通道打开，第二个入口通道关闭；当电磁阀线圈断电时，第一个入口通道关闭，第二个入口通道打开。第一电磁阀的出口与传感器仓体的通道入口相连，第一电磁阀的一个入口与样气装置的出口相连，用于向传感器仓体的通道中通入样品气体；另一个入口和第一过滤器相连，用于向传感器仓体的通道中通入清洗气体。这里的第一过滤器用于产生清洗气体，而清洗气体是指过滤后的洁净气体，主要用于清洗传感器仓体内部的各个气路以及各传感器101，避免样品气体残余在传感器仓体内部造成污染。

当进行样品气体监测时，第一电磁阀将与样气装置相连的通道打开，关闭与第一过滤器相连的通道，使得样气装置与传感器仓体内的通道相连通，进行样品气体的监测；当需要清洗传感器仓体中的传感器101时，则将第一电磁阀与第一过滤器相连的通道打开，使得第一过滤器与传感器仓体内的通道相连通，通过将第一过滤气生成的清洗气体通入传感器仓体内的通道，实现对传感器101及传感器仓体的清洗。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，还包括：第二过滤器，用于向通道导入零气；第二电磁阀，第二电磁阀位于第一电磁阀的出口与通道的入口之间，第二电磁阀的入口分别与第二过滤器的出口和第一电磁阀的出口相连，第二电磁阀的出口与通道的入口连接。

具体地，本发明还包括有第二电磁阀，所述第二电磁阀也是一个二位三通电磁阀，第二电磁阀位于第一电磁阀的出口与通道的入口之间，第二电磁阀的出口与通道的入口连接，则第二电磁阀的一个入口与第一电磁阀的出口相连，用于将第一电磁阀中选定输出的样品气体或清洗气体通入到传感器仓体内的通道中；第二电磁阀的另一个入口与第二过滤器相连，用于向传感器仓体内的通道通入零气。这里的第二过滤器用于产生零气，零气是指调整气体分析仪最小刻度的气体或是进入分析仪时显示为零的气体。零气主要用于校准传感器101，因此零气必须非常干净，不能含有待测成分或干扰物质，但可以含有与测定无关的成分，一般使用不含待测成分的高纯氮或清洁空气作为零气，也可使用过滤后的洁净气体作为零气。关闭第二电磁阀与第一电磁阀相接的入口，可使得第二过滤器与传感器仓体内的通道相连通，通过将第二过滤器产生的零气通入传感器仓体内的通道，来实现传感器101的校零。

需要说明的是，本发明中的气体监测装置具有定时功能，可以按照设定的时间自动进行气体监测、内部清洗及零点校准等功能操作，也可以通过手动自行进行上述操作。这里的零点校准是指当某气体在样品气体中的含量为零时，通过校准监测该气体的传感器101，使得仪器也显示该气体的含量为零，使得传感器101的测量结果更准确。由于每个传感器101都能对某种气体进行定量监测，且存在对应的监测曲线，用标准气体对曲线进行标定，才能使传感器101达到准确监测的效果。本发明通过向传感器仓体通入3种标准浓度的气体，对每一支传感器101进行高中低三种浓度的三点校准，相较传统气体监测仪的单点校准而言，三点校准可以最大限度的在低、中、高三种浓度范围内获取准确的监测结果，而单点校准则容易导致在其它浓度范围中的监测结果有较大的偏离。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，包括：流量调节器，位于第二电磁阀的出口与通道的入口之间，流量调节器的一端与第二电磁阀的出口相连，流量调节器的另一端与通道的入口连接，以调节流经所述传感器气仓的气体流量。

具体地，在通道的入口与第二电磁阀的出口间还设置有一个流量调节器，用于调节流经管路的气体流量。需要说明的是，传感器仓体分为弥散式与直吹式两种结构设计，分别应用于不同的场景。其中，当传感器仓体采用弥散式设计时，样品气体水平经过传感器101表面，气体分子同传感器101的表面进行扩散式接触，此时对进气流量没有限制，此时为了保证传感器101的响应速度，可以将气体流量调节至1000ml/min，能在保证传感器101响应速度的同时使得传感器101的损耗较小；当传感器仓体采用直吹式设计时，气体直接吹到传感器101的表面，此时限制进气流量不能过高，需要传感器101的响应速度较快，以便适应频繁变化的样品气体，可以将气体流量调节至600ml/min，此时传感器101的响应速度较快，且传器的损耗也较为适中，在此基准上，降低气体的流量限制会使传感器101的响应速度变慢，而增大气体的流量限制会缩短传感器101的使用寿命。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，传感器仓体的横截面呈梯形，在梯形的任一斜面上设有至少一个垂直于该斜面的孔洞，孔洞与通道相连通，每一孔洞中对应设置一个传感器101。

具体地，如图2所示，为本发明一个实施例的弥散式的传感器仓体的结构示意图，弥散式的传感器仓体1采用梯形仓体设计，传感器仓体1的横截面呈梯形，在传感器仓体1的梯形斜面上设有至少一个垂直于该梯形斜面的孔洞3，每个孔洞3都与通道2相连通，且每个孔洞3中都对应装设有一个传感器101，对于不同尺寸的传感器101，可通过对上述孔洞3的开孔尺寸进行微调，使得每个孔洞3与其装设的传感器101相匹配。每个传感器101都垂直于装设该传感器101的梯形斜面，又由于传感器101在梯形斜面上呈两排交叉设置，使得传感器仓体1内部的设计相对紧凑，节省了仓体的空间。样品气体通过通道2经过各传感器101的表面，气体分子同传感器101的表面进行扩散式接触。则弥散式的传感器仓体1传感器101的响应速度没有较高的要求，传感器101的使用寿命相应较长，对进气流量的限制也没有限制，适合装置固定式安装，以便连续监测某处的气体成分含量。此外，由于仪器一般是打开上盖来进行仪器维修的，传感器101的拆卸面位于传感器仓体1的外侧，便于传感器101的更换维护。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，还包括：第一气泵，位于所述第二电磁阀的出口与所述通道的入口之间，所述第一气泵的抽气嘴与所述第二电磁阀的出口相连，所述第一气泵的排气嘴与所述通道的入口相连。

具体地，弥散式的传感器仓体1一般采用鼓气式设计，即在第二电磁阀的出口与通道2的入口间设置有第一气泵，第一气泵用于将从第二电磁阀的出口输出的气体排进传感器仓体1内的通道2，使得与通道2相连通的各个传感器101监测到相应的气体浓度。由于鼓气方式对管路的气密性要求不高，且便于安装，适宜于对进气流量没有限制要求的弥散式仓体。需要说明的是，由于样品气体是通过第一气泵排进传感器仓体1内的通道2的，因此第一气泵需要具备良好的气密性，以免污染样品气体。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，传感器仓体由多个气仓串联构成，每一气仓中装设有一个传感器101。

具体地，如图3所示，为本发明一个实施例的直吹式的传感器仓体的结构示意图，直吹式的传感器仓体采用分体式仓体设计，则上述传感器仓体由多个气仓串联构成，每个气仓中都装设有一个传感器101，样品气体直接吹到每个传感器101的表面，需要传感器101有较快的响应速度，以便适应频繁变化的样品气体。由于直吹式的传感器仓体中需要传感器101具备较快的测试速度，因此直吹式的传感器仓体一般为移动式安装，以便实现样品气体的快速监测。需要说明的是，对于直吹式的传感器仓体而言，当通过传感器仓体的通道的气体流量过大时，对传感器101的损耗也会相应增加，因此需要限制气体流量，使得进气流量不能过高。

此外，由于分体式仓体设计的传感器仓体是由多个气仓串联构成的，这样便于加工，可直接将装设有所需传感器101的气仓进行连接使用，便于根据用户不同的应用需求来选择不同的传感器101组合方式，以达到灵活应用的目的。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，还包括：废气口，废气口用于排出监测后的样品气体；第二气泵，第二气泵的抽气嘴与传感器仓体的通道出口相连，第二气泵的排气嘴与废气口相连。

具体地，直吹式的传感器仓体一般采用吸气式设计，即在通道的出口与废气口间设置有第二气泵，第二气泵的抽气嘴与传感气仓体的通道出口相连，通过抽气使得传感气仓体内的通道产生了一定的真空，使得样品气体从传感气仓体的通道入口流向通道出口处，使得通道边的各个传感器101能与样品气体充分接触，同时可以避免由于样品气体先流经第二气泵而对泵体内部造成污染。第二气泵的排气嘴与废气口相连，所述废气口用于排出经过监测后的样品气体。

需要说明的是，由于第二气泵需要通过吸气在传感气仓体内的通道中形成一定的真空环境，因此吸气式设计需要通道内具备良好的气密性，以免因漏气使得样品气体无法顺利流经传感气仓体内的通道，与通道边的各个传感器101无法充分接触。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，所述传感器仓体的材质为2205双相钢。

具体地，传感器仓体是使样品气体与传感器101充分接触的一个仓体，因此，仓体的材料选型对传感器101的监测响应也具有很大影响。本发明中选用的是2205双相钢，2205双相钢是由21％铬，2.5％钼及4.5％镍氮合金构成的复式不锈钢，具有防腐蚀，不宜被气体污染的特性，适宜用于易受腐蚀环境影响的设备。需要说明的是，在将2205双相钢加工成相应的传感器仓体时，要求传感器仓体的内壁光滑，且传感器仓体内部的气路大都采用弧面设计，避免尖角弯折段在仓体内部造成死角，导致仓体被污染。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，本发明中的气体监测装置还包括一个显示面板，该显示面板可用来显示样本气体中所包含的各气体成分的监测结果，可同时显示所有气体成分在样品气体中的浓度含量，也可以通过用户选择只单独显示某种气体的浓度。对于气体的浓度显示，一般显示单位为ppb，也可自动转换为微克/立方米，方便用户直观地获取各气体的监测结果。此外，当本发明中的气体监测装置在一定时间内没有进行使用操作时，气体监测装置的显示面板会自动黑屏，进行一定程度的节电保护。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，本发明中的气体监测装置还可以存储历史监测结果，可以通过查询历史数据来研究气体含量变化程度，可以通过显示历史数据曲线的气体含量，直观地研究气体的污染程度是否得到好转。此外，可以通过有线或无线传输功能，将监测到的数据结果上传，以便远程监测气体的浓度信息，实现野外的连续监测使用。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，本发明中的气体监测装置还可以通过连接其他外设装置，如气象五参数仪、采样控制器、数采仪等。通过外接的气象五参数仪，可以将气象五参数仪监测到的风向、风速、温度、湿度、气压等气象参数直观地显示到本发明中的气体监测装置的显示屏幕上。

基于上述实施例，作为一种可选的实施例，本发明中的气体监测装置还可以对每一个传感器101设置传感器101使用寿命的自动记录和提示功能，当传感器101的使用寿命快要走到尽头时，可通过上述提示功能得到该传感器101需要进行更换，以免由于传感器101失效而影响本气体监测装置监测的准确度。

本发明提供的一种气体监测装置，通过沿样品气体流通的方向设置多个不同的传感器，并使每一个传感器都和与该传感器相匹配的数据采集板相连接，用以监测不同的气体，使得样品气体在流经传感器仓体的过程中，能连续监测各气体成分在该样本气体中的含量，实时反映当前各气体的浓度状况。并针对固定式安装与移动式安装这两种不同的应用场景，设计了弥散式与直吹式两种传感器仓体结构，使得传感器更换拆卸更为便捷，且在一定程度上提高了传感器的监测精度与使用寿命，成为环境监测管理的有效工具。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体监测装置，其特征在于，包括：

传感器仓体，所述传感器仓体中设有一个贯穿所述传感器仓体的通道，沿所述通道的延伸方向依次设置有多个不同的传感器，每一所述传感器与且只与一个数据采集板相连接，所述传感器用于根据所述通道通过的样品气体产生相应的电流信号，所述数据采集板将所述电流信号放大并转换成有效的电压信号。

2.根据权利要求1所述的气体监测装置，其特征在于，还包括：

AD转换板，通过主板与每一所述数据采集板相连接，所述AD转换板用于接收所述数据采集板发送的电压信号，将所述电压信号转化为数字信号；

主板，与每一所述数据采集板及所述AD转换板相连接，所述主板用于接收所述AD转换板发送的数字信号，解析所述数字信号获取监测结果。

3.根据权利要求1所述的气体监测装置，其特征在于，还包括：

样气装置，用于向所述通道导入样品气体；

第一过滤器，用于向所述通道导入清洗气体；

第一电磁阀，所述第一电磁阀的入口分别与所述样气装置的出口和所述第一过滤器的出口相连，所述第一电磁阀的出口与所述通道的入口连接。

4.根据权利要求3所述的气体监测装置，其特征在于，还包括：

第二过滤器，用于向所述通道导入零气；

第二电磁阀，所述第二电磁阀位于所述第一电磁阀的出口与所述通道的入口之间，所述第二电磁阀的入口分别与所述第二过滤器的出口和所述第一电磁阀的出口相连，所述第二电磁阀的出口与所述通道的入口连接。

5.根据权利要求4所述的气体监测装置，其特征在于，包括：

流量调节器，位于所述第二电磁阀的出口与所述通道的入口之间，所述流量调节器的一端与所述第二电磁阀的出口相连，所述流量调节器的另一端与所述通道的入口连接，以调节流经所述传感器气仓的气体流量。

6.根据权利要求4所述的气体监测装置，其特征在于，所述传感器仓体的横截面呈梯形，在所述梯形的任一斜面上设有至少一个垂直于该斜面的孔洞，所述孔洞与所述通道相连通，每一所述孔洞中对应设置一个传感器。

7.根据权利要求6所述的气体监测装置，其特征在于，还包括：

第一气泵，位于所述第二电磁阀的出口与所述通道的入口之间，所述第一气泵的抽气嘴与所述第二电磁阀的出口相连，所述第一气泵的排气嘴与所述通道的入口相连。

8.根据权利要求1所述的气体监测装置，其特征在于，所述传感器仓体由多个气仓串联构成，每一所述气仓中装设有一个传感器。

9.根据权利要求8所述的气体监测装置，其特征在于，还包括：

废气口，所述废气口用于排出监测后的样品气体；

第二气泵，所述第二气泵的抽气嘴与所述传感器仓体的通道出口相连，所述第二气泵的排气嘴与废气口相连。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的气体监测装置，其特征在于，所述传感器仓体的材质为2205双相钢。