CN110487886A - 空气离子检测装置及其校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气离子检测装置及其校准方法。该装置包括：机箱、采样头、传感器、质量流量控制器、真空泵、微电流放大器、控制模块和电源模块；机箱为恒温机箱，采样头可拆卸地安装在机箱外部，用于收集空气，传感器安装在采样头内部，传感器底部通过气管依次连接质量流量控制器和真空泵，传感器的采集棒通过BNC连接器和同轴电缆连接微电流放大器，控制模块分别与质量流量控制器、真空泵和微电流放大器电连接，用于控制空气流量和计算空气离子浓度，电源模块连接控制模块。本发明的空气离子检测装置及其校准方法能够对流经传感器的空气流量进行实时检测控制，且能对空气流量和放大器进行不定期校准，以保证空气离子浓度的测量准确度。
Description
技术领域
本发明涉及环境检测技术领域，尤其涉及一种空气离子检测装置及其校准方法。
背景技术
目前测量空气离子浓度大小的仪器多为空气离子浓度测试仪，现有的空气离子浓度测试仪通常采用平板式采集器来收集空气离子，空气离子在极化板与捕集板之间的极化电场的作用下，将各自携带不同极性的电荷转移到极化板与捕集板上，形成一股电流并由此计算出空气中离子的浓度；但由于空气湿度和温度的影响，现有的平板式空气离子测试仪的测量准确度相对较低。其中，为了降低空气湿度和温度变化对测量结果的影响，现有的空气离子浓度测试仪通过利用电热膜、加热网和风扇来实现加热驱湿功能，从而降低空气湿度和温度的影响。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有的空气离子浓度测试仪由于设置有风扇，会导致该测试仪在测试时的空气流量及流速不稳定，容易形成湍流；现有的测试仪没有对空气流量进行测量，在长时间作业的情况下，无法保证空气流量稳定，会严重影响空气离子浓度的测量准确度；现有的测试仪没有温度控制，在测试时会出现严重的温漂现象，导致测量结果不准确；此外，现有的测试仪无法对空气流量和放大器进行校准，可能会导致最终的测量结果出现偏差。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种空气离子检测装置及其校准方法。
为此，本发明公开了一种空气离子检测装置，所述装置包括：机箱、采样头、传感器、质量流量控制器、真空泵、微电流放大器、控制模块和电源模块；
所述机箱为恒温机箱；
所述采样头可拆卸地安装在所述机箱外部，用于收集空气；
所述传感器安装在所述采样头内部，用于接收所述采样头收集到的空气并将所述空气中的离子转变为电流信号；
所述传感器底部通过气管依次连接所述质量流量控制器和所述真空泵；
所述传感器的采集棒通过BNC连接器和同轴电缆连接所述微电流放大器；
所述控制模块分别与所述质量流量控制器、所述真空泵和所述微电流放大器电连接，所述控制模块用于控制空气流量和计算空气离子浓度；
所述电源模块连接所述控制模块，用于为所述控制模块提供直流电能。
进一步地，在所述空气离子检测装置中，所述装置还包括反吹模块，所述反吹模块包括电动三通球阀和反吹器；
所述电动三通球阀设置在所述传感器与所述质量流量控制器间，所述电动三通球阀的公共口通过气管连接所述传感器底部，所述电动三通球阀的常开口通过气管连接所述质量流量控制器；
所述反吹器一端通过气管连接所述电动三通球阀的常闭口，另一端通过气管连接所述真空泵；
所述电动三通球阀和所述反吹器分别与所述控制模块电连接。
进一步地，在所述空气离子检测装置中，所述装置还包括空气过滤器，所述空气过滤器通过气管安装在所述电动三通球阀的公共口与所述传感器底部间。
进一步地，在所述空气离子检测装置中，所述控制模块包括控制电路和工控机；
所述工控机通过所述控制电路连接所述质量流量控制器、所述真空泵、所述微电流放大器、所述电动三通球阀和所述反吹器。
进一步地，在所述空气离子检测装置中，所述装置还包括显示控制模块；
所述显示控制模块为触摸屏，所述触摸屏安装在所述机箱外部并连接所述工控机，所述触摸屏用于显示所述工控机的控制参数和测量信息。
进一步地，在所述空气离子检测装置中，所述装置还包括无线传输模块；
所述无线传输模块连接所述工控机，用于实现所述工控机的远程调控。
进一步地，在所述空气离子检测装置中，所述机箱为上下仓结构，所述机箱的上仓与下仓采用隔板分隔开，所述隔板上安装有恒温空调，所述恒温空调与所述控制模块电连接，所述机箱四周及所述隔板下端面均铺设有保温棉。
进一步地，在所述空气离子检测装置中，所述采样头采用螺栓连接方式可拆卸地安装在所述机箱上。
此外，本发明还公开了一种用于上述的空气离子检测装置的流量校准方法，所述流量校准方法包括：
将所述采样头拆下，并在所述采样头安装位置上安装校准专用采样头，并将所述校准专用采样头连接至已经过计量校准的流量计；
启动所述控制模块的流量校准程序；
等待所述控制模块的检测数据稳定后，将所述流量计测得的空气流量数据输入所述流量校准程序，以完成流量校准。
此外，本发明还公开了一种用于上述的空气离子检测装置的放大器检测方法，所述放大器校准方法包括：
将所述传感器与所述微电流放大器的连接线拆下，将所述微电流放大器通过同轴电缆连接到已经过计量校准的微电流源；
启动所述控制模块的电流校准程序；
等待所述控制模块的检测数据稳定后，将所述微电流源产生的电流数据输入所述电流校准程序，以完成所述微电流放大器的校准。
本发明技术方案的主要优点如下：
本发明的空气离子检测装置及其校准方法能够对流经传感器的空气流量进行实时检测控制，并保证空气气流平稳，且能够使运行温度保持稳定，有效地保证了空气离子浓度的测量准确度；同时，能够对空气流量和放大器进行不定期校准，能保证在长时间使用的情况下，空气离子浓度的测量准确度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一个实施例的空气离子检测装置的内部结构示意图；
图2为本发明一个实施例的空气离子检测装置的外部结构示意图。
附图标记说明：
1-机箱、2-采样头、3-传感器、4-质量流量控制器、5-真空泵、6-微电流放大器、7-电动三通球阀、8—反吹器、9-空气过滤器、10-控制电路、11-工控机、12-触摸屏、13-无线传输模块、14-恒温空调、15-直流电源、16-天线。
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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。
第一方面，如附图1所示，本发明实施例提供了一种空气离子检测装置，该空气离子检测装置包括：机箱1、采样头2、传感器3、质量流量控制器4、真空泵5、微电流放大器6、控制模块和电源模块；机箱1为恒温机箱；采样头2可拆卸地安装在机箱1外部，用于收集空气；传感器3安装在采样头2内部，用于接收采样头2收集到的空气并将空气中的离子转变为电流信号；传感器3底部通过气管依次连接质量流量控制器4和真空泵5；传感器3的采集棒通过BNC连接器和同轴电缆连接微电流放大器6；控制模块分别与质量流量控制器4、真空泵5和微电流放大器6电连接，控制模块用于控制空气流量和计算空气离子浓度；电源模块连接控制模块，用于为控制模块提供直流电能。
以下对本发明实施例提供的空气离子检测装置的结构及工作原理进行具体说明。
本发明实施例提供的空气离子检测装置在使用时，先控制真空泵5启动，此时在真空泵5的抽气作用下，机箱1外的采样头2开始收集空气，采样头2收集到的空气通过气管依次流经传感器3、质量流量控制器4和真空泵5，并从真空泵5中排出；在空气流经传感器3的过程中，空气中的离子会被传感器3转变为微弱的电流信号，电流信号由传感器3通过BNC连接器和同轴电缆输送到微电流放大器6，微电流放大器6将微弱的电流信号转变成可测量的电压信号，再输送到控制模块，控制模块根据电压信号的具体数值和流经传感器3的空气流量的具体数值计算出当前空气离子浓度。
其中，真空泵5由控制模块实时控制，通过真空泵5的抽气作用，能够保证流入该空气离子检测装置的气流为平行气流；质量流量控制器4按照控制模块设定的流量进行工作，质量流量控制器4用于控制并检测流入采样头2的空气流量，以保证该装置在运行时，空气流量和流速的准确度和稳定性，确保空气离子浓度的测量准确度。
进一步地，为了避免由于空气湿度较大，传感器3在高湿环境下长时间运行而导致传感器3受损或导致测量精度降低的问题；如附图1所示，本发明实施例中，该空气离子检测装置还包括反吹模块，反吹模块包括电动三通球阀7和反吹器8；电动三通球阀7设置在传感器3与质量流量控制器4间，电动三通球阀7的公共口通过气管连接传感器3底部，电动三通球阀7的常开口通过气管连接质量流量控制器4；反吹器8一端通过气管连接电动三通球阀7的常闭口，另一端通过气管连接真空泵5；电动三通球阀7和反吹器8分别与控制模块电连接。
其中，为了保证反吹器8的除湿和除尘效果，反吹器8内设置有过滤器，过滤器用于对进入反吹器8的气体进行过滤和干燥。
如此设置，当需要对传感器3进行除湿和除尘时，控制模块控制真空泵5进行工作状态切换、控制电动三通球阀7进行阀门切换，以及控制反吹器8启动到反吹模式；此时，真空泵5从外部抽取空气，空气通过气管依次流经反吹器8、电动三通球阀7、传感器3和采样头2，以对传感器3进行反吹，从而实现传感器3的除湿除尘。
进一步，为了避免空气中夹杂的杂质对质量流量控制器4的影响，本发明实施例中，该空气离子检测装置还包括空气过滤器9，空气过滤器9通过气管安装在电动三通球阀7的公共口与传感器3底部间，用于对流出传感器3的空气进行过滤。
如附图1所示，本发明实施例中，为了便于实现控制模块的控制作用，控制模块包括控制电路10和工控机11；工控机11通过控制电路10连接质量流量控制器4、真空泵5、微电流放大器6、电动三通球阀7和反吹器8。
具体地，本发明实施例中，质量流量控制器4和微电流放大器6均通过模拟量信号方式连接控制电路10；真空泵5、电动三通球阀7和反吹器8均通过开关量方式连接控制电路10，且为了便于真空泵5的工作状态切换、电动三通球阀7的阀门切换、以及反吹器8的工作模式切换，控制电路10中设置有继电器，以利用继电器控制真空泵5的工作状态切换、电动三通球阀7的阀门切换、以及反吹器8的工作模式切换；控制电路10通过串口线连接工控机11，以将控制电路10的模拟信号转换为数字信号并传入工控机11，工控机11利用控制电路10实现质量流量控制器4、真空泵5、电动三通球阀7和反吹器8的实时控制、以及实现空气离子浓度的实时检测。
如附图2所示，本发明实施例中，该空气离子检测装置还包括显示控制模块；显示控制模块可以为触摸屏12，触摸屏12安装在机箱1外部并连接工控机11，触摸屏12用于显示工控机11的控制参数和测量信息。其中，触摸屏12可以通过VGA线连接工控机11。
进一步地，如附图2所示，本发明实施例中，该空气离子检测装置还可以包括无线传输模块13；无线传输模块13连接工控机11，用于实现该空气离子检测装置的远程调控。
其中，无线传输模块13可以为4G路由器，该4G路由器可以安装在机箱1内，也可以安装在机箱2外。
进一步地，本发明实施例中，为了进一步提高无线传输性能，该空气离子检测装置还可以设置有天线16，天线16可以安装在机箱外部。
如上述，本发明实施例中，机箱1为恒温机箱，对于如何实现机箱1的恒温控制，本发明实施例提供了一种机箱1的具体结构。
作为一种示例，机箱1为上下仓结构，机箱1的上仓与下仓采用隔板分隔开，隔板上安装有恒温空调14，恒温空调14与控制模块电连接，机箱1四周及隔板下端面均铺设有保温棉。
其中，隔板可以为金属隔板，恒温空调可以为精密空调，精密空调可以通过RS485协议连接工控机11。
如此设置，通过恒温空调14的调节作用，能够确保机箱1内部的温度处于稳定状态，有效地减小温度变化对微电流放大器中高阻抗IV变换电路的温漂影响。
进一步地，本发明实施例中，质量流量控制器4、微电流放大器6、电动三通球阀7、反吹器8、空气过滤器9、控制电路10和工控机11可以安装在机箱1的上仓，电源模块、真空泵5可以安装机箱1的下仓。
其中，本发明实施例中，为了对该空气离子检测装置进行安全防护，该空气离子检测装置的机箱1的下仓还可以安装有空气开关、浪涌保护器和散热风扇。
其中，电源模块可以为直流电源15。
如上述，采样头2可拆卸地安装在机箱1上；其中，为了便于采样头2的拆装，本发明实施例中，采样头2可以采用螺栓连接方式可拆卸地安装在机箱1上；同时，由于采样头2安装在机箱1外部，为了保证采样头2的使用寿命和保证空气离子浓度的测量准确度，采样头2采用防风防雨结构。
进一步地，为了保证传感器3的测量准确度，本发明实施例中，传感器3可以采用同轴双圆柱结构。
同时，传感器3可以为离子传感器。
第二方面，本发明还公开了一种用于上述的空气离子检测装置的流量校准方法，流量校准方法包括：
将采样头2拆下，并在采样头2安装位置上安装校准专用采样头，并将校准专用采样头连接至已经过计量校准的流量计；
启动控制模块的流量校准程序；
等待控制模块的检测数据稳定后，将流量计测得的空气流量数据输入流量校准程序，以完成流量校准。
其中，校准可以采用单点校准或多点校准。
如此，利用上述的流量校准方式对该空气离子检测装置进行不定期的流量校准，能够保证该空气离子检测装置的空气流量的测量准确度，从而保证空气离子浓度的测量准确度。
第三方面，本发明还公开了一种用于上述的空气离子检测装置的放大器检测方法，放大器校准方法包括：
将传感器3与微电流放大器6的连接线拆下，将微电流放大器6通过同轴电缆连接到已经过计量校准的微电流源；
启动控制模块的电流校准程序；
等待控制模块的检测数据稳定后，将微电流源产生的微电流数据输入电流校准程序，以完成微电流放大器6的校准。
其中，为了保证校准的准确度，校准采用多点校准。
如此，利用上述的电流校准方式对该空气离子检测装置的微电流放大器6进行不定期的校准，能够保证该空气离子检测装置的电流的测量准确度，从而保证空气离子浓度的测量准确度。
可见，本发明实施例提供的空气离子检测装置及其校准方法能够对流经传感器3的空气流量进行实时检测控制，并保证空气气流平稳，且能够使运行温度保持稳定，有效地保证了空气离子浓度的测量准确度；同时，能够对空气流量和放大器进行不定期校准，能保证在长时间使用的情况下，空气离子浓度的测量准确度。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种空气离子检测装置，其特征在于，所述装置包括：机箱(1)、采样头(2)、传感器(3)、质量流量控制器(4)、真空泵(5)、微电流放大器(6)、控制模块和电源模块；
所述机箱(1)为恒温机箱；
所述采样头(2)可拆卸地安装在所述机箱(1)外部，用于收集空气；
所述传感器(3)安装在所述采样头(2)内部，用于接收所述采样头(2)收集到的空气并将所述空气中的离子转变为电流信号；
所述传感器(3)底部通过气管依次连接所述质量流量控制器(4)和所述真空泵(5)；
所述传感器(3)的采集棒通过BNC连接器和同轴电缆连接所述微电流放大器(6)；
所述控制模块分别与所述质量流量控制器(4)、所述真空泵(5)和所述微电流放大器(6)电连接，所述控制模块用于控制空气流量和计算空气离子浓度；
所述电源模块连接所述控制模块，用于为所述控制模块提供直流电能。
2.根据权利要求1所述的空气离子检测装置，其特征在于，所述装置还包括反吹模块，所述反吹模块包括电动三通球阀(7)和反吹器(8)；
所述电动三通球阀(7)设置在所述传感器(3)与所述质量流量控制器(4)之间，所述电动三通球阀(7)的公共口通过气管连接所述传感器(3)底部，所述电动三通球阀(7)的常开口通过气管连接所述质量流量控制器(4)；
所述反吹器(8)一端通过气管连接所述电动三通球阀(7)的常闭口，另一端通过气管连接所述真空泵(5)；
所述电动三通球阀(7)和所述反吹器(8)分别与所述控制模块电连接。
3.根据权利要求2所述的空气离子检测装置，其特征在于，所述装置还包括空气过滤器(9)，所述空气过滤器(9)通过气管安装在所述电动三通球阀(7)的公共口与所述传感器(3)底部间。
4.根据权利要求3所述的空气离子检测装置，其特征在于，所述控制模块包括控制电路(10)和工控机(11)；
所述工控机(11)通过所述控制电路(10)连接所述质量流量控制器(4)、所述真空泵(5)、所述微电流放大器(6)、所述电动三通球阀(7)和所述反吹器(8)。
5.根据权利要求4所述的空气离子检测装置，其特征在于，所述装置还包括显示控制模块；
所述显示控制模块为触摸屏(12)，所述触摸屏(12)安装在所述机箱(1)外部并连接所述工控机(11)，所述触摸屏(12)用于显示所述工控机(11)的控制参数和测量信息。
6.根据权利要求4所述的空气离子检测装置，其特征在于，所述装置还包括无线传输模块(13)；
所述无线传输模块(13)连接所述工控机(11)，用于实现所述工控机(11)的远程调控。
7.根据权利要求1或4所述空气离子检测装置，其特征在于，所述机箱(1)为上下仓结构，所述机箱(1)的上仓与下仓采用隔板分隔开，所述隔板上安装有恒温空调(14)，所述恒温空调(14)与所述控制模块电连接，所述机箱(1)四周及所述隔板下端面均铺设有保温棉。
8.根据权利要求1所述的空气离子检测装置，其特征在于，所述采样头(2)采用螺栓连接方式可拆卸地安装在所述机箱(1)上。
9.一种用于如权利要求1至8中任一项所述的空气离子检测装置的流量校准方法，其特征在于，所述流量校准方法包括：
将所述采样头(2)拆下，在所述采样头(2)安装位置上安装校准专用采样头，并将所述校准专用采样头连接至已经过计量校准的流量计；
启动所述控制模块的流量校准程序；
等待所述控制模块的检测数据稳定后，将所述流量计测得的空气流量数据输入所述流量校准程序，以完成流量校准。
10.一种用于如权利要求1至8中任一项所述的空气离子检测装置的放大器检测方法，其特征在于，所述放大器校准方法包括：
将所述传感器(3)与所述微电流放大器(6)的连接线拆下，将所述微电流放大器(6)通过同轴电缆连接到已经过计量校准的微电流源；
启动所述控制模块的电流校准程序；
等待所述控制模块的检测数据稳定后，将所述微电流源产生的电流数据输入所述电流校准程序，以完成所述微电流放大器(6)的校准。
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Effective date of registration: 20220316 Address after: 101599 room 313-1395, floor 3, Shanshui building, No. 3 Gulou East Street, Miyun District, Beijing (centralized office area of yunchuang Valley Economic Development Center) Applicant after: BEIJING SHENGTONGHE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 101500 room 313-3493, 3 / F, Shanshui building, 3 Gulou East Street, Miyun District, Beijing Applicant before: Beijing huance Technology Co.,Ltd. |
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