CN108717098B - 一种提高混合气体浓度检测精度的方法 - Google Patents

一种提高混合气体浓度检测精度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高混合气体浓度检测精度的方法，包括以下步骤：先从混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第一参考气体，通过测量探头获得第一参考气体的浓度测量值Cg0；排除第一参考气体后，再从混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第二参考气体，通过测量探头获得第二参考气体的浓度测量值Cg1；通过补偿算法消除第一参考气体对第二参考气体测量浓度的干扰后，获得第二参考气体补偿后的浓度值Cgr1，用浓度值Cgr1替换测量值Cg1；以此类推，依次获得混合气体中剩余新的参考气体浓度值，直至所需待测量气体均经过补偿算法处理成为参考气体为止。本发明显著降低了干扰气体对测量精度的影响，提高了气体测量的精度。

Description

一种提高混合气体浓度检测精度的方法
技术领域
本发明涉及环境气体检测技术领域，尤其涉及一种提高混合气体浓度检测精度的方法。
背景技术
城市管网重大危险源主要指下水管道及化粪池等场所内的爆炸性及有毒有害气体。由于城市管网环境潮湿且相对封闭，废水、排污物分解大量易燃易爆、有毒有害气体如CH4、H2S、CO等积聚在管网的空间里。其中部分有害气体是温室气体，这些温室气体导致城市管网气温偏高，这为微生物发酵提供了较为适宜的环境。如果不能及时抽排处置，上述气体一旦浓度超标，就有可能会造成爆炸或人员中毒的事故，或者造成环境污染等不良后果。
目前，我国常用的测量气体浓度的方法有：电化学式、热导式、气体半导体式、光干涉式、载体催化燃烧式和红外吸收式等。其中，大多数测量方法对测量环境的要求十分苛刻，普通工业环境一般情况下可以满足其对测量环境的要求，因此，大多数测量方法在普通工业环境里均能够正常使用。但是，城市管网环境通常都比较恶劣，而且城市管网里的气体组成也较为复杂，电化学、半导体等气体探测装置无法在城市管网里长时间工作。现有能在城市管网里工作的气体探测装置，因为受到交叉灵敏度的影响，对混合气体中的某种气体含量无法准确测定。因此，对城市管网气体的准确测量一直是一个亟待解决的问题。
目前，国内外各厂家生产的气体测量探头，无论是单一气体测量还是多气体测量，都无法避免气体之间的相互干扰。交叉灵敏度又称为选择性，它表示一种测量探头对各种敏感元产生反应的程度。交叉灵敏度越高的气体，表示为该气体对这种测量探头的输出影响越大；交叉灵敏度越低的气体，则表示该气体对这种测量探头的输出影响越小。交叉灵敏度与传感器的加工工艺等有着直接的关系，由于各种探头的加工工艺不同，导致同一种气体对不同厂家、不同原理探头的干扰程度也有所不同。因此，各公司在生产一种探头的过程中，会对每一种气体检测探头进行交叉灵敏度测试，以提高其检测的精确度。
以往的气体检测方法通常为：通过已知的测量环境气体成分，选择一种待测气体以外气体交叉灵敏度较小的测量探头，并通过算法进行适当的数据处理来获得当前待测气体的浓度，该方法的弊端在于，进行数据处理时无法获得干扰气体的浓度，从而获得的待测气体浓度精度不高。因此，本领域的技术人员致力于开发一种高精度的混合气体检测装置，以提高其对混合气体各种成分的浓度检测精度。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是减少混合气体之间的相互干扰，提高对混合气体各种成分的浓度检测精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种提高混合气体浓度检测精度的方法，用于城市管网混合气体的浓度检测，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、从待测混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第一参考气体，通过所述测量探头获得所述第一参考气体的浓度测量值Cg0；
步骤2、排除前面所有参考气体即所述第一参考气体后，再从所述待测混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第二参考气体，通过所述测量探头获得所述第二参考气体的浓度测量值Cg1；
步骤3、通过补偿算法消除前面所有参考气体即所述第一参考气体对所述第二参考气体测量浓度的干扰后，可以获得所述第二参考气体补偿后的浓度值Cgr1，并用所述浓度值Cgr1替换所述浓度测量值Cg1；
步骤4、重复步骤2和步骤3，排除前面所有参考气体即所述第一参考气体、第二参考气体后，再从所述待测混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第三参考气体，通过所述测量探头获得所述第三参考气体的浓度测量值Cg2，通过补偿算法消除前面所有参考气体即所述第一参考气体、第二参考气体对所述第三参考气体测量浓度的干扰后，可以获得所述第三参考气体补偿后的浓度值Cgr2，并用所述浓度值Cgr2替换所述浓度测量值Cg2；
以此类推，依次获得所述混合气体中剩余新的参考气体浓度值，直至所需待测量气体均经过所述补偿算法处理成为参考气体为止。
进一步地，步骤1和步骤2中，使用一个所述测量探头进行检测并获得所述第一参考气体、第二参考气体的浓度测量值Cg0和Cg1。
进一步地，步骤1和步骤2中，使用多个所述测量探头检测所述第一参考气体、第二参考气体的浓度并采用优化算法处理获得所述测量值Cg0和Cg1。
进一步地，所述优化算法为算术平均法，计算方法如下：
Cg＝(Cg-1+Cg-2+Cg-3+…+Cg-n)/n
其中，Cg为经过优化算法处理后所得到的参考气体的实际测量浓度；Cg-1～Cg-n为n个测量探头对同一测量对象实际测量所得浓度；n为测量探头的数目。
进一步地，使用多个所述测量探头分别对待测气体的浓度值进行检测，即使用第一测量探头对所述第一参考气体的浓度进行检测后获得Cg0，使用第二测量探头对所述第二参考气体的浓度进行检测后获得Cg1，使用第三测量探头对所述第三参考气体的浓度进行检测后获得Cg2，以此类推，使用第m测量探头对所述第m参考气体的浓度进行检测后获得Cgm-1，m为所述测量探头的数目和所述待测混合气体的成分种类数。
进一步地，步骤3中，使用所述补偿算法计算所述第二参考气体补偿后的浓度值Cgr1，计算方法如下：
Figure GDA0002764695920000031
其中，Cgr(m-1)为测量对象的补偿浓度；Cg(m-1)为实际测量所得浓度；C0～Cm-2为各种气体在交叉灵敏度表中的基准浓度；C’0～C’m-2为在基准浓度下，各种气体对测量探头输出的影响浓度值；Cg0～Cg(m-2)为各种参考气体浓度；Tg0～Tg(m-2)为不同探头所处环境温度补偿参数。
本发明的有益效果是：通过利用各种传感器的交叉敏感度，并经过算法补偿，显著降低了城市管网里干扰气体对待测气体测量精度的影响，进而提高了混合气体测量的精度。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例的混合气体检测原理示意图；
图2是本发明一个较佳实施例的混合气体检测浓度补偿算法流程图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，本发明一个较佳实施例的混合气体检测原理示意图，具体包含以下步骤：
(1)从待测混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第一参考气体，在本实施例中将所述测量探头设置为种类相同的n个，n≥2，n个测量探头对所述第一参考气体进行检测所得浓度测量值分别为：Cg0-1，Cg0-2，Cg0-3，…，Cg0-n，通过算术平均法对所述第一参考气体浓度测量值进行优化计算，得到所述第一参考气体的浓度测量值：Cg0＝(Cg0-1+Cg0-2+Cg0-3+…+Cg0-n)/n。
(2)排除所述第一参考气体后，再从所述待测混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第二参考气体，通过所述n个测量探头获得所述第二参考气体的浓度测量值为：Cg1＝(Cg1-1+Cg1-2+Cg1-3+…+Cg1-n)/n。
(3)如图2所示，通过补偿算法消除所述第一参考气体对所述第二参考气体测量浓度的干扰后，可以获得所述第二参考气体补偿后的浓度值Cgr1，并用所述浓度值Cgr1替换所述浓度测量值Cg1。所述浓度值Cgr1的计算方法如下：
Figure GDA0002764695920000041
其中，Cgr1为所述第二参考气体的补偿浓度；Cg1为所述第二参考气体实际测量所得浓度；C0为所述第一参考气体在交叉灵敏度表中的基准浓度；C’0为在基准浓度下，所述第一参考气体对测量探头输出的影响浓度值；Cg0为所述第一参考气体浓度；Tg0为所述探头所处环境温度补偿参数。
(4)重复前面的步骤(2)和步骤(3)，排除前面所有参考气体即所述第一参考气体、第二参考气体后，再从所述待测混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第三参考气体，通过所述测量探头获得所述第三参考气体的浓度测量值Cg2，通过补偿算法消除所述第一参考气体、第二参考气体对所述第三参考气体测量浓度的干扰后，可以获得所述第三参考气体补偿后的浓度值Cgr2，并用所述浓度值Cgr2替换所述浓度测量值Cg2。所述浓度值Cgr2的计算方法如下：
Figure GDA0002764695920000042
其中，Cgr2为所述第三参考气体的补偿浓度；Cg2为所述第三参考气体实际测量所得浓度；C0为所述第一参考气体在交叉灵敏度表中的基准浓度；C’0为在基准浓度下，所述第一参考气体对测量探头输出的影响浓度值；Cg0为所述第一参考气体浓度；C1为所述第二参考气体在交叉灵敏度表中的基准浓度；C’1为在基准浓度下，所述第二参考气体对测量探头输出的影响浓度值；Cg2为所述第二参考气体浓度(该浓度值已经通过补偿算法进行了补偿)；Tg0为所述探头所处环境温度补偿参数。
以此类推，依次获得所述混合气体中剩余新的参考气体浓度值，直至所需待测量气体均经过所述补偿算法处理成为参考气体为止。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种提高混合气体浓度检测精度的方法，用于城市管网混合气体的浓度检测，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、从待测混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第一参考气体，通过所述测量探头获得所述第一参考气体的浓度测量值Cg0；
步骤2、排除前面所有参考气体即所述第一参考气体后，再从所述待测混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第二参考气体，通过所述测量探头获得所述第二参考气体的浓度测量值Cg1；
步骤3、通过补偿算法消除前面所有参考气体即所述第一参考气体对所述第二参考气体测量浓度的干扰后，可以获得所述第二参考气体补偿后的浓度值Cgr1，并用所述浓度值Cgr1替换所述浓度测量值Cg1；
步骤4、重复步骤2和步骤3，排除前面所有参考气体即所述第一参考气体、第二参考气体后，再从所述待测混合气体中选择一种对测量探头交叉灵敏度最低的气体作为第三参考气体，通过所述测量探头获得所述第三参考气体的浓度测量值Cg2，通过补偿算法消除前面所有参考气体即所述第一参考气体、第二参考气体对所述第三参考气体测量浓度的干扰后，可以获得所述第三参考气体补偿后的浓度值Cgr2，并用所述浓度值Cgr2替换所述浓度测量值Cg2；
以此类推，依次获得所述混合气体中剩余新的参考气体浓度值，直至所需待测量气体均经过所述补偿算法处理成为参考气体为止；
所述补偿算法计算的计算方法如下：
Figure FDA0002764695910000011
其中，Cgr(m-1)为测量对象的补偿浓度；Cg(m-1)为实际测量所得浓度；C0～Cm-2为各种气体在交叉灵敏度表中的基准浓度；C’0～C’m-2为在基准浓度下，各种气体对测量探头输出的影响浓度值；Cg0～Cg(m-2)为各种参考气体浓度；Tg0～Tg(m-2)为不同探头所处环境温度补偿参数，m所述待测混合气体的成分种类数，m≥2。
2.如权利要求1所述的提高混合气体浓度检测精度的方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，使用一个所述测量探头进行检测并获得所述第一参考气体、第二参考气体的浓度测量值Cg0和Cg1。
3.如权利要求1所述的提高混合气体浓度检测精度的方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，使用多个所述测量探头检测所述第一参考气体、第二参考气体的浓度并采用优化算法处理获得所述测量值Cg0和Cg1。
4.如权利要求3所述的提高混合气体浓度检测精度的方法，其特征在于，所述优化算法为算术平均法，计算方法如下：
Cg＝(Cg-1+Cg-2+Cg-3+…+Cg-n)/n
其中，Cg为经过优化算法处理后所得到的参考气体的实际测量浓度；Cg-1～Cg-n为n个测量探头对同一测量对象实际测量所得浓度；n为测量探头的数目。
5.如权利要求1所述的提高混合气体浓度检测精度的方法，其特征在于，使用多个所述测量探头分别对待测气体的浓度值进行检测，即使用第一测量探头对所述第一参考气体的浓度进行检测后获得Cg0，使用第二测量探头对所述第二参考气体的浓度进行检测后获得Cg1，使用第三测量探头对所述第三参考气体的浓度进行检测后获得Cg2，以此类推，使用第m测量探头对所述第m参考气体的浓度进行检测后获得Cgm-1，m为所述测量探头的数目和所述待测混合气体的成分种类数。
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