CN108982765A - 带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，包括：第一真空泵，用于将环境气体吸入气体检测系统；气体预处理组件，用于对吸入的气体进行湿度和温度的调节；传感器组件，分别与所述气体预处理组件、所述第一真空泵连通，用于从调节后的气体中检测出目标气体；以及，传感器调零组件，通过所述气体预处理组件与所述传感器组件连通，用于对所述传感器组件的检测基准点进行基准调零。相应的，本发明还公开了一种气体检测方法。本发明实施例能够有效提高气体检测的准确率。

Description

带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统及方法

技术领域

本发明涉及环保空气监测技术领域，尤其涉及一种带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统及方法。

背景技术

气体传感器由于价格低、体积小、易集成、易布点等特性，正成为一种区别于传统监测方式的新型空气监测技术，并逐渐应用于空气质量监测网络的建立。然而，气体传感器在实际运用上亦存在不容忽视的局限性。例如：气体交叉影响，环境灵敏性，输出漂移等。气体交叉影响取决于气体传感器种类及传感器本身所使用的气体过滤膜。输出漂移可通过算法矫正，或者通过增加校准频率来补偿。因使用需求，气体传感器无可避免的暴露于不同的环境中，环境变化，例如温度湿度的剧烈变化，不可避免的会对传感器的输出产生影响。因此，如何减少环境对气体传感器的影响，定量分析气体传感器产生的输出基线变化，并实现自动补偿成为气体传感器运用中迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统及方法，能够有效提高气体检测的准确率。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

本发明提供一种带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，包括：

第一真空泵，用于将环境气体吸入气体检测系统；

气体预处理组件，用于对吸入的气体进行湿度和温度的调节；

传感器组件，分别与所述气体预处理组件、所述第一真空泵连通，用于从调节后的气体中检测出目标气体；以及，

传感器调零组件，通过所述气体预处理组件与所述传感器组件连通，用于对所述传感器组件的检测基准点进行基准调零。

进一步地，所述气体预处理组件包括：

湿度调节装置，与所述传感器调零组件连通，用于将气体的湿度调节到预设湿度范围；以及，

温控装置，分别与所述湿度调节装置、所述传感器组件连通，用于对湿度调节后的气体进行加热或降温，输出预设温度的气体。

进一步地，所述湿度调节装置包括密闭气室以及设置在所述密闭气室内部的耐腐蚀气体干燥管，用于去除气体中的水分并平衡所述耐腐蚀气体干燥管内外的湿度；所述密闭气室与所述温控装置连通，用于将水汽渗透到所述耐腐蚀气体干燥管外，以输出预设湿度范围的气体至所述温控装置。

进一步地，所述温控装置包括加热片或降温片以及设置在所述温控装置内的管道，所述管道为不锈钢管或耐腐蚀管；所述温控装置的外部包裹有一层隔热棉，所述管道分别与所述湿度调节装置、所述传感器组件连通；

所述管道分为两段，所述管道的靠近所述湿度调节装置的一段由电热丝包裹，用于将吸入的气体加热到预设温度范围；所述管道的靠近所述传感器组件的一段由高比热材料物质包裹，用于将处于预设温度范围的气体稳定在预设温度，以输出预设温度的气体至所述传感器组件。

进一步地，所述传感器调零组件包括：

第二真空泵，用于每间隔预设时长开始工作，以将气体泵入所述传感器调零组件；以及，

过滤装置，分别与所述第二真空泵、所述气体预处理组件连通，用于去除泵入的气体中的目标气体并生成零气，使所述零气通过所述气体预处理组件输出至所述传感器组件，以对所述传感器组件进行零点标定。

进一步地，所述过滤装置包括脱氮脱臭管和脱硫脱碳管；所述脱氮脱臭管分别与所述第二真空泵、所述脱硫脱碳管连通，所述脱硫脱碳管与所述气体预处理组件连通，用于去除泵入的气体中的二氧化氮、臭氧、二氧化硫和一氧化碳并生成零气，使所述零气通过所述气体预处理组件输出至所述传感器组件；

所述传感器组件包括二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器和一氧化碳传感器，还用于根据所述零气对所述二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器和一氧化碳传感器进行零点标定。

进一步地，所述微型气体检测系统还包括：

冷凝水收集瓶，用于收集吸入的气体所带来的冷凝水；以及，

颗粒物过滤器，分别与所述冷凝水收集瓶、所述气体预处理组件连通，用于去除气体中的颗粒物，并将去除颗粒物后的气体输出至所述气体预处理组件。

进一步地，所述微型气体检测系统还包括：

控制装置，分别与所述第一真空泵、所述第二真空泵、所述传感器组件、所述温控装置连接，用于控制所述第一真空泵、所述第二真空泵的运行时间，保存所述传感器组件检测的数据，以及控制所述温控装置的工作功率和工作时长。

相应地，本发明提供一种气体检测方法，能够应用于上述气体检测系统中，所述气体检测方法包括：

通过第一真空泵吸入环境气体；

通过气体预处理组件对吸入的气体进行湿度和温度的调节；

通过传感器组件从调节后的气体中检测出目标气体；

通过传感器调零组件对所述传感器组件的检测基准点进行基准调零。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

在气体吸入气体检测系统后，先对气体进行湿度和温度的调节，再将调节后的气体输出至传感器组件进行检测，减少气体温湿度变化对传感器的影响，极大提高传感器检测的稳定性和准确性；通过传感器调零组件去除气体中的目标气体并生成零气，以使零气输出至传感器组件，对相应传感器进行零点标定，进一步提高传感器检测的精准度；通过冷凝水收集瓶对冷凝水进行收集，通过颗粒物过滤器对颗粒物进行去除，对传感器起到一定的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统中气体经过湿度调节装置前后的湿度示意图；

图3是本发明实施例一提供的气体检测系统中气体经过二氧化氮传感器在不调零与调零时的电压输出示意图；

图4是本发明实施例一提供的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统在不同环境中气体温湿度、二氧化氮传感器输出电压的示意图；

图5是本发明实施例二提供的气体检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，参见图1，所述系统包括：

第一真空泵1，用于将环境气体吸入气体检测系统；

气体预处理组件2，用于对吸入的气体进行湿度和温度的调节；

传感器组件3，分别与所述气体预处理组件2、所述第一真空泵1连通，用于从调节后的气体中检测出目标气体；以及，

传感器调零组件4，通过所述气体预处理组件2与所述传感器组件3连通，用于对所述传感器组件3的检测基准点进行基准调零。

需要说明的是，传感器组件的一端与气体预处理组件相连通，传感器组件的另一端设有第一真空泵。通过第一真空泵，环境气体被吸入至气体预处理组件，气体预处理组件对气体进行温度和湿度的调节和控制，使气体的温度和湿度稳定在预设范围内，进而调节后的气体被吸入至传感器组件，传感器组件对调节后的气体进行检测。其中，传感器组件一般包括二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器和一氧化碳传感器，用于分别对气体中的二氧化氮、臭氧、二氧化硫和一氧化碳进行检测。本实施例通过对气体温度和湿度的控制，减少气体温湿度变化对传感器的影响，极大提高传感器检测的稳定性和准确性。

另外，为了寻找传感器的输出基准线，进一步提高气体传感器的精确度，本实施例设置传感器调零组件去除气体中的目标气体并生成零气，实现传感器组件的标零。

进一步地，所述气体预处理组件2包括：

湿度调节装置21，与所述传感器调零组件4连通，用于将气体的湿度调节到预设湿度范围；以及，

温控装置22，分别与所述湿度调节装置21、所述传感器组件3连通，用于对湿度调节后的气体进行加热或降温，输出预设温度的气体。

进一步地，所述湿度调节装置21包括密闭气室211以及设置在所述密闭气室211内部的耐腐蚀气体干燥管212，用于去除气体中的水分并平衡所述耐腐蚀气体干燥管内外的湿度；所述耐腐蚀气体干燥管212与所述温控装置22连通，用于将所述气体干燥管内吸入的气体中的水汽渗透到所述密闭气室内，以输出预设湿度范围的气体至所述温控单元。

需要说明的是，耐腐蚀气体干燥管用于调节气体的湿度，可将高湿度降低到相对较低的湿度，亦可将低湿度提高到相对较高的湿度，即如果管内气体比管外气体湿度大，就会干燥管内气体，如果管外的气体湿度大，就会加湿管内气体。

在本实施列中，由于考虑到外界环境湿度较高，干燥管放置在一密闭气室中，密闭气室用于提供一个相对干燥的环境。气体在经过干燥管的时候，由于干燥管中湿度较低，水汽由管内渗透到管外，气体湿度降低。如图2所以，当气体的相对湿度为35％、45％、65％和85％时，经过干燥管后湿度能被控制有效在30％～50％之间。

进一步地，所述温控装置22包括加热片或降温片221以及设置在所述片或降温片221内部的管道222，所述管道为不锈钢管或耐腐蚀管；所述加热片或降温片221的外部包裹有一层隔热棉(图中未示出)，所述管道221分别与所述湿度调节装置21、所述传感器组件3连通；

所述管道222分为两段，所述管道222的靠近所述湿度调节装置21的一段由电热丝223包裹，用于将吸入的气体加热到预设温度范围；所述管道222的靠近所述传感器组件3的一段由高比热材料物质224包裹，用于将处于预设温度范围的气体稳定在预设温度，以输出预设温度的气体至所述传感器组件。

需要说明的是，在经过温控装置调节后，进气温度能快速稳定到35℃，从而实现气体温度精准且稳定的控制。

进一步地，如图1所示，所述传感器调零组件4包括：

第二真空泵41，用于每间隔预设时长开始工作，以将气体泵入所述传感器调零组件；以及，

过滤装置，分别与所述第二真空泵41、所述气体预处理组件2连通，用于去除泵入的气体中的目标气体并生成零气，使所述零气通过所述气体预处理组件输出至所述传感器组件，以对所述传感器组件进行零点标定。

进一步地，所述过滤装置包括脱氮脱臭管42和脱硫脱碳管43；所述脱氮脱臭管42分别与所述第二真空泵41、所述脱硫脱碳管43连通，所述脱硫脱碳管43与所述气体预处理组件2连通，用于去除泵入的气体中的二氧化氮、臭氧、二氧化硫和一氧化碳并生成零气，使所述零气通过所述气体预处理组件输出至所述传感器组件；

所述传感器组件包括二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器和一氧化碳传感器，还用于根据所述零气对所述二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器和一氧化碳传感器进行零点标定。

需要说明的是，过滤装置的一端与气体预处理组件相连通，过滤装置的另一端设置第二真空泵。每间隔预设时长进行传感器标零工作，即每间隔预设时长开启第二真空泵，将气体吹入过滤装置中，过滤装置去除进气中的二氧化氮、臭氧、二氧化硫、一氧化碳并生成零气，由于第一真空泵一直处于工作状态，零气被吸入至气体预处理组件和传感器组件，实现对二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器、一氧化碳传感器的零点标定。过滤装置中的脱氮脱臭管用于去除气体中的一氧化氮、二氧化氮和臭氧等，脱硫脱碳管用于去除二氧化硫和一氧化碳等，其中，脱氮脱臭管和脱硫脱碳管的位置可以互换。图3以二氧化氮传感器为例，同时给出二氧化氮传感器在不调零与调零时的电压输出，可明显看出，在标零时，电压降至基线。

进一步地，所述微型气体检测系统还包括：

冷凝水收集瓶5，用于收集吸入的气体所带来的冷凝水；以及，

颗粒物过滤器6，分别与所述冷凝水收集瓶5、所述气体预处理组件2连通，用于去除气体中的颗粒物，并将去除颗粒物后的气体输出至所述气体预处理组件。

需要说明的是，气体预处理组件的一端与传感器组件相连通，气体预处理组件的另一端还与颗粒物过滤器、冷凝水相连通。在气体检测时，通过第一真空泵，环境气体先后经过冷凝水收集瓶、颗粒物过滤器、气体预处理组件，最后经过传感器组件进行气体检测。在传感器进行零点标定时，通过过滤装置生成的零气经过颗粒物过滤器、气体预处理组件，最后经过传感器组件进行零点标定。

由于考虑到整体系统的应用可能会处于一个密闭/绝热环境，当冷空气进入到系统中，会产生冷凝水。如果冷凝水流入传感器，将会损坏传感器，因此设置冷凝水收集瓶收集由冷空气进入带来的冷凝水。

另外，空气中带有不同浓度、不同粒径的颗粒物，长期将未经处理的气体吹扫过传感器，颗粒物会沉积在传感器的反应接触面，从而大大降低传感器的灵敏度。同时颗粒物也会污染干燥管，降低干燥管的工作效率。因此设置颗粒物过滤器去除空气中的颗粒物，起到保护传感器和干燥管的作用。其中，颗粒物过滤器的去除效率取决于其滤膜的选择。

进一步地，所述微型气体检测系统还包括：

控制装置7，分别与所述第一真空泵1、所述第二真空泵41、所述传感器组件3、所述温控装置22电连接，用于控制所述第一真空泵1、所述第二真空泵41的运行时间，保存所述传感器组件3检测的数据，以及控制所述温控装置22的工作功率和工作时长。

需要说明的是，控制装置为电路板，主要与第一真空泵、第二真空泵、传感器组件中的各个传感器、加热装置中的加热丝连接。控制装置可发送控制信号来设定参数，包括泵的运行时间和运行间隔，温控装置的功率和工作时长，同时传感器组件中各个传感器所检测到的数据也保存在控制装置中。

将本发明提供的气体检测系统放置于不同的环境，包括办公室、学校、商场、地铁、路边等，图4显示了整个系统在经过不同的环境时，环境温湿度、经过处理后的气体温湿度以及二氧化氮传感器的输出。进气温度在25℃左右，经处理后，气体温度在34℃。进气湿度在60％～80％之间，经处理后，气体湿度控制在40％左右。二氧化氮传感器输出正常，且良好的表现了不同环境中二氧化氮浓度的高低。

本发明实施例在气体吸入气体检测系统后，先对气体进行湿度和温度的调节，再将调节后的气体输出至传感器组件进行检测，减少气体温湿度变化对传感器的影响，极大提高传感器检测的稳定性和准确性；通过传感器调零组件去除气体中的目标气体并生成零气，以使零气输出至传感器组件，对相应传感器进行零点标定，进一步提高传感器检测的精准度；通过冷凝水收集瓶对冷凝水进行收集，通过颗粒物过滤器对颗粒物进行去除，对传感器起到一定的保护作用。

实施例二

相应地，本发明实施例还提供了一种气体检测方法，能够实现上述气体检测系统中，参见图5，所述气体检测方法包括：

S1、通过第一真空泵吸入环境气体；

S2、通过气体预处理组件对吸入的气体进行湿度和温度的调节；

S3、通过传感器组件从调节后的气体中检测出目标气体；

S4、通过传感器调零组件对所述传感器组件的检测基准点进行基准调零。

本发明实施例在气体吸入气体检测系统后，先对气体进行湿度和温度的调节，再将调节后的气体输出至传感器组件进行检测，减少气体温湿度变化对传感器的影响，极大提高传感器检测的稳定性和准确性；通过传感器调零组件去除气体中的目标气体并生成零气，以使零气输出至传感器组件，对相应传感器进行零点标定，进一步提高传感器检测的精准度；通过冷凝水收集瓶对冷凝水进行收集，通过颗粒物过滤器对颗粒物进行去除，对传感器起到一定的保护作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，其特征在于，包括：

第一真空泵，用于将环境气体吸入气体检测系统；

气体预处理组件，用于对吸入的气体进行湿度和温度的调节；

传感器组件，分别与所述气体预处理组件、所述第一真空泵连通，用于从调节后的气体中检测出目标气体；以及，

传感器调零组件，通过所述气体预处理组件与所述传感器组件连通，用于对所述传感器组件的检测基准点进行基准调零。

2.根据权利要求1所述的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，其特征在于，所述气体预处理组件包括：

湿度调节装置，与所述传感器调零组件连通，用于将气体的湿度调节到预设湿度范围；以及，

温控装置，分别与所述湿度调节装置、所述传感器组件连通，用于对湿度调节后的气体进行温度控制，输出预设温度的气体。

3.根据权利要求2所述的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，其特征在于，所述湿度调节装置包括密闭气室以及设置在所述密闭气室内部的耐腐蚀气体干燥管，用于去除气体中的水分并平衡所述耐腐蚀气体干燥管内外的湿度；所述密闭气室与所述温控装置连通，用于将水汽渗透到所述耐腐蚀气体干燥管外，以输出预设湿度范围的气体至所述温控装置。

4.根据权利要求2所述的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，其特征在于，所述温控装置包括加热片或降温片以及设置在所述加热片或降温片内的管道，所述管道为不锈钢管或耐腐蚀管；所述加热片或降温片的外部包裹有一层隔热棉，所述管道分别与所述湿度调节装置、所述传感器组件连通；

所述管道分为两段，所述管道的靠近所述湿度调节装置的一段由电热丝包裹，用于将吸入的气体加热到预设温度范围；所述管道的靠近所述传感器组件的一段由高比热材料物质包裹，用于将处于预设温度范围的气体稳定在预设温度，以输出预设温度的气体至所述传感器组件。

5.根据权利要求2所述的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，其特征在于，所述传感器调零组件包括：

第二真空泵，用于每间隔预设时长开始工作，以将气体泵入所述传感器调零组件；以及，

过滤装置，分别与所述第二真空泵、所述气体预处理组件连通，用于去除泵入的气体中的目标气体并生成零气，使所述零气通过所述气体预处理组件输出至所述传感器组件，以对所述传感器组件进行零点标定。

6.根据权利要求5所述的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，其特征在于，所述过滤装置包括脱氮脱臭管和脱硫脱碳管；所述脱氮脱臭管分别与所述第二真空泵、所述脱硫脱碳管连通，所述脱硫脱碳管与所述气体预处理组件连通，用于去除泵入的气体中的二氧化氮、臭氧、二氧化硫和一氧化碳并生成零气，使所述零气通过所述气体预处理组件输出至所述传感器组件；

所述传感器组件包括二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器和一氧化碳传感器，还用于根据所述零气对所述二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器和一氧化碳传感器进行零点标定。

7.根据权利要求1所述的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，其特征在于，所述微型气体检测系统还包括：

冷凝水收集瓶，用于收集吸入的气体所带来的冷凝水；以及，

颗粒物过滤器，分别与所述冷凝水收集瓶、所述气体预处理组件连通，用于去除气体中的颗粒物，并将去除颗粒物后的气体输出至所述气体预处理组件。

8.根据权利要求5所述的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统，其特征在于，所述微型气体检测系统还包括：

控制装置，分别与所述第一真空泵、所述第二真空泵、所述传感器组件、所述温控装置连接，用于控制所述第一真空泵、所述第二真空泵的运行时间，保存所述传感器组件检测的数据，以及控制所述温控装置的工作功率和工作时长。

9.一种气体检测方法，应用于如权利要求1至8任一项所述的带有温湿度预处理及基准调零的微型气体检测系统中，其特征在于，所述气体检测方法包括：

通过第一真空泵吸入环境气体；

通过气体预处理组件对吸入的气体进行湿度和温度的调节；

通过传感器组件从调节后的气体中检测出目标气体；

通过传感器调零组件对所述传感器组件的检测基准点进行基准调零。