CN108776169A - 一种能够抑制湿度干扰的pid气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器技术领域，涉及一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，包括外壳、与所述外壳连接的紫外灯，其特征在于：所述紫外灯通过紫外窗与外壳内的气室连通，所述气室内设有与所述外壳连接的绝缘T台，在所述绝缘T台上设有正电极，在所述正电极的正对面设有负电极，所述负电极位于紫外窗下方，且所述紫外窗投射的紫外光不照射在正电极和负电极上；本发明提供的PID气体传感器，通过在外壳内设置绝缘T台，增加了正负极间的绝缘路径，进而降低了外壳内壁的电导率，从而减小了湿度干扰产生的漏电流，零点稳定性好；同时正负极间的距离短，但正对面积大，进一步保证了传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体传感器，尤其是一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，属于传感器技术领域。
背景技术
光离子化气体传感器（后简称PID）具有广谱（对多种气体敏感）、实时、灵敏、较长寿命、运行成本低等优点，但也存在湿度干扰影响零点和灵敏度（主要影响零点稳定性）的缺点。
图1为PID原理：图中气室为离子化室，E为高压静电场（极化电压），被测气体在紫外线照射下形成的离子被静电场吸引产生信号电流，测量此电流即可实现对相关气体的检测。现场环境中水汽浓度（湿度）的升高一方面使紫外线衰减影响离子化进程从而降低传感器的灵敏度，更为严重的是，水汽附着在离子化室的内壁上造成A和N极之间电导率增加，A和N极之间的漏电流上升，传感器的零点就会漂移波动。
现有常见PID传感器的构成与局限性：
解决方案一，在传感器离子化气室内放置湿度传感器，测出湿度后由单片机给予补偿。这一做法存在下列缺陷：
1）湿度测量在全量程内做到+/-3%RH已属不易；
2）湿度传感器的一致性较差，个体差异明显；
3）由于温度改变会影响相对湿度，温度-湿度-零漂的对应关系复杂，无法做到完全补偿；
4）气样中的粉尘、离子、水汽的酸碱度虽不影响湿度，但会影响电导率，从而影响传感器的零点输出。
对于特定结构的气室，湿度对零点的影响需通过大量的试验，还只能求得近似值。一旦气室结构有变，又要重新试验，所以，上述方法补偿效果不确定。
解决方案二，如图英国阿尔法公司的做法比较先进（详见专利EP1474681B1),图2为其示意图，在气室内增设了栅栏电极，假设Is为反映被测气体浓度的离子信号电流，A3为湿度变化引起的漏电流，A4为总电流≈Is+A3，即被测气体的离子电流与湿度导致的漏电流之和，S为电子开关
在PID传感器中，所谓湿度干扰本质上主要是气室内壁沾染水汽使绝缘电阻下降即电导上升从而导致漏电流增加造成的。在图2中通过增加的栅栏电极11和电子开关S的通断可单独测出A3，进而求得Is≈A4-A3。
此方法避免了方案一的5个缺陷，但也存在二个不足：一是由于路径差异，A3只能近似等于流过传感器正极(传感极）的湿度电流；其二是A3本身非常小，可以说是极微弱，测量的误差较大甚至很大，所以最终求得的Is理论上仍存在误差。
发明内容
本发明的目的是针对现有PID传感器存在的问题，提供一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，通过在外壳内设置绝缘T台，增加了正负极间的绝缘路径，进而降低了外壳内壁的电导率，从而减小了湿度干扰产生的漏电流，零点稳定性好；同时正负极间的距离短，但正对面积大，进一步保证了传感器的灵敏度。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，包括外壳、与所述外壳连接的紫外灯，其特征在于：所述紫外灯通过紫外窗与外壳内的气室连通，所述气室内设有与所述外壳连接的绝缘T台，在所述绝缘T台上设有正电极，在所述正电极的正对面设有负电极，所述负电极位于紫外窗下方，且所述紫外窗投射的紫外光不照射在正电极和负电极上。
进一步地，在所述绝缘T台上的正电极及与所述正电极正对应的负电极均为圆环状，且圆环状的正电极及绝缘T台的中心通过金属螺钉与外壳拧紧，圆环状的负电极涂覆在圆环状的绝缘印制板的一侧，所述紫外窗覆盖在绝缘印制板另一侧的中心位置。
进一步地，所述正电极通过金属螺钉引出外壳，所述金属螺钉上覆盖有绝缘层，所述负电极上焊接有金属引线，所述负电极通过金属引线穿过外壳壁上的小孔引出。
进一步地，所述外壳内壁上设有圆形凹槽，所述圆环状的绝缘印制板的边缘嵌入圆形凹槽，且绝缘印制板的厚度为0.4~0.6mm。
进一步地，所述紫外窗的边长或直径大于圆环状绝缘印制板的内径，所述正电极与负电极大小形状均相同，且负电极的内径不小于绝缘印制板的内径。
进一步地，所述绝缘印制板的材料为聚四氟乙烯。
进一步地，在所述外壳上设有进气孔及与所述进气孔相对应的出气孔。
进一步地，所述绝缘T台包括支撑柱和圆形平台，所述支撑柱横截面的周长远小于圆形平台的周长。
进一步地，所述正电极和负电极可相互互换。
进一步地，所述正电极和负电极的材质为表面镀金的铜材料。
本发明具有以下优点：
1）本发明PID结构避免了现有方案的缺点，湿度改变对传感器零点影响几乎可以忽略；
2）本发明PID结构的紫外灯到达气室的光程短，紫外窗的污染和光衰减的影响小，这样气室内气体离子化程度高，使得传感器输出电流大；
3）本发明PID结构的正负极间距离很近，因此，在相同静电场的情况下，可采用较低的极化电压V，但由于正负极的正对面积较大，因此，传感器的灵敏度高；
4）本发明绝缘T台的设计，使得气室内壁正负极间的绝缘路径曲折增长，同时绝缘T台中支撑柱横截面的周长很小，绝缘电阻会非常大，即使有水汽附着在气室内壁，产生的漏电也几乎可忽略不计，降低了零点漂移；
5）本发明无需前期的试验，生产及调试均非常简便。
附图说明
图1为现有方案一的结构示意图。
图2为现有方案二的结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。
附图标记说明：1—外壳； 2—紫外灯； 3—紫外窗；4—气室；5—绝缘T台；6—正电极；7—负电极；8—进气孔；9—出气孔、10—绝缘印制板和11-栅栏电极。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图3所示，一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，包括外壳1、与所述外壳1连接的紫外灯2，其特征在于：所述紫外灯2通过紫外窗3与外壳1内的气室4连通，所述气室4内设有与所述外壳1连接的绝缘T台5，在所述绝缘T台5上设有正电极6，在所述正电极6的正对面设有负电极7，所述负电极7位于紫外窗3下方，且所述紫外窗3投射的紫外光不照射在正电极6和负电极7上，这样保证紫外灯1发出的紫外光经紫外窗3照射到气室4内，但不照射到正电极6和负电极7上。
在所述绝缘T台5上的正电极6及与所述正电极6正对应的负电极7均为圆环状，且圆环状的正电极6及绝缘T台5的中心通过金属螺钉与外壳1拧紧，圆环状的负电极7涂覆在圆环状的绝缘印制板10的一侧，所述紫外窗3覆盖在绝缘印制板10另一侧的中心位置，这样既保证了紫外光不照射到电极上，防止金属电极在紫外线的照射下产生金属离子，影响气体离子化的结果，又保证了紫外光到达气室4的光程较短，因为绝缘印制板10的厚度仅为约0.5mm；所述正电极6通过金属螺钉引出外壳1，所述金属螺钉上覆盖有绝缘层，所述绝缘层为涂覆的绝缘胶水或覆盖的绝缘板，保证紫外光不照射到金属螺钉上，防止金属螺钉在紫外线的照射下产生金属离子，所述负电极7上焊接有金属引线，所述负电极7通过金属引线穿过外壳1壁上的小孔引出，金属螺钉及金属引线表面也镀金；所述外壳1内壁上设有圆形凹槽，所述圆环状的绝缘印制板10的边缘嵌入圆形凹槽；
本实施例中绝缘印制板10的材料为聚四氟乙烯。
所述紫外窗3的边长或直径大于圆环状绝缘印制板10的内径，所述正电极6与负电极7大小形状均相同，且负电极7的内径不小于绝缘印制板10的内径，保证紫外光不照射到电极上。
所述绝缘T台5包括支撑柱和圆形平台，所述支撑柱横截面的周长远小于圆形平台的周长，使得支撑柱的绝缘电阻会非常大。
在所述外壳1上设有进气孔8及与所述进气孔8相对应的出气孔9。
本发明的正电极6和负电极7可相互互换。
本发明的工作过程为，被检测气体从进气孔8进入气室4，紫外灯2通过紫外窗3照射到气室4内，将气室4内的气体离子化，由于绝缘印制板10的厚度仅约0.5mm，使得紫外线到达气室4的光程很短，光衰减很少，在正电极6和负电极7上加极化电压V，在极化电压V形成电场的作用下，离子化的气体被吸附在电极上，形成电流；由于正负电极间的距离很近，形成相同的静电场，本发明的极化电压V可以低至30V~50V，由于正负电极的正对面积较大，因此即使极化电压很小，传感器的灵敏度也不会降低；当气室4内有水汽附着在外壳1内壁时，由于正电极6或负电极7设置在绝缘T台上，沿着外壳1内壁从正电极6到负电极7的路径曲折且非常长，同时绝缘T台的支撑柱横截面的周长很小，绝缘电阻会非常大，同时极化电压V很小，使得因湿度干扰产生的漏电流几乎可忽略不计，降低了零点漂移。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，包括外壳（1）、与所述外壳（1）连接的紫外灯（2），其特征在于：所述紫外灯（1）通过紫外窗（3）与外壳（1）内的气室（4）连通，所述气室（4）内设有与所述外壳（1）连接的绝缘T台（5），在所述绝缘T台（5）上设有正电极（6），在所述正电极（6）的正对面设有负电极（7），所述负电极（7）位于紫外窗（3）下方，且所述紫外窗（3）投射的紫外光不照射在正电极（6）和负电极（7）上。
2.根据权利要求1所述的一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，其特征在于：在所述绝缘T台（5）上的正电极（6）及与所述正电极（6）正对应的负电极（7）均为圆环状，且圆环状的正电极（6）及绝缘T台（5）的中心通过金属螺钉与外壳（1）拧紧，圆环状的负电极（7）涂覆在圆环状的绝缘印制板（10）的一侧，所述紫外窗（3）覆盖在绝缘印制板（10）另一侧的中心位置。
3.根据权利要求2所述的一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，其特征在于：所述正电极（6）通过金属螺钉引出外壳（1），所述金属螺钉上覆盖有绝缘层，所述负电极（7）上焊接有金属引线，所述负电极（7）通过金属引线穿过外壳（1）壁上的小孔引出。
4.根据权利要求2所述的一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，其特征在于：所述外壳（1）内壁上设有圆形凹槽，所述圆环状的绝缘印制板（10）的边缘嵌入圆形凹槽，且绝缘印制板（10）的厚度为0.4~0.6mm。
5.根据权利要求2所述的一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，其特征在于：所述紫外窗（3）的边长或直径大于圆环状绝缘印制板（10）的内径，所述正电极（6）与负电极（7）大小形状均相同，且负电极（7）的内径不小于绝缘印制板（10）的内径。
6.根据权利要求2所述的一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，其特征在于：所述绝缘印制板（10）的材料为聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，其特征在于：在所述外壳（1）上设有进气孔（8）及与所述进气孔（8）相对应的出气孔（9）。
8.根据权利要求1所述的一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，其特征在于：所述绝缘T台（5）包括支撑柱和圆形平台，所述支撑柱横截面的周长远小于圆形平台的周长。
9.根据权利要求1所述的一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，其特征在于：所述正电极（6）和负电极（7）可相互互换。
10.根据权利要求1所述的一种能够抑制湿度干扰的PID气体传感器，其特征在于：所述正电极（6）和负电极（7）的材质为表面镀金的铜材料。
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