CN112147282A

CN112147282A - 一种浓度传感器标定装置及标定方法

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Publication number: CN112147282A
Application number: CN202010964911.1A
Authority: CN
Inventors: 喻闯闯; 张家仙; 岳广涛; 孔凡超; 周芳; 王相成; 刘瑞敏; 吴薇梵; 魏仁敏; 李茂�; 张佳
Original assignee: Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Current assignee: Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2020-12-29

Abstract

本发明涉及传感器校准技术领域，具体涉及一种浓度传感器标定装置及标定方法。一种浓度传感器标定装置，包括：气瓶，设有惰性气体进口、待标定气体进口和气体出口；标定容器，通过所述气体出口与所述气瓶连接，且所述标定容器上连接有待标定气体的浓度传感器。本发明提供了一种可以实现全量程标定，使用范围广的浓度传感器标定装置及标定方法。

Description

一种浓度传感器标定装置及标定方法

技术领域

本发明涉及传感器校准技术领域，具体涉及一种浓度传感器标定装置及标定方法。

背景技术

气体传感器是一种将气体的成分、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置。其中，氢气传感器在常温下对氢气非常敏感且具有很好的选择性，可以作为检测环境中氢气浓度的传感器，因此，氢气测量被广泛用于石化产业、氢能产业，航天发射场和地面试验台，由于其易燃易爆，同时扩散性强，一般在用氢、产氢场合需要利用氢浓度传感器进行泄漏监测。浓度传感器的精度水平和响应时间是最重要的两个指标，直接关系到应用场合对于氢气泄漏的处置方法和处置效果。

为保证浓度检测的准确性，各类气体浓度传感器在使用前一般需要进行标定，在使用一段时间后或者发生故障时也需要再次校准。目前，氢浓度传感器一般难以做到全量程的标定，不能满足使用需求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的氢浓度传感器标定装置不能实现全量程的标定，使用范围受限的缺陷，从而提供一种可以实现全量程标定，使用范围广的浓度传感器标定装置及标定方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种浓度传感器标定装置，包括：

气瓶，设有惰性气体进口、待标定气体进口和气体出口；

标定容器，通过所述气体出口与所述气瓶连接，且所述标定容器上连接有待标定气体的浓度传感器。

所述的浓度传感器标定装置，所述气瓶还连接有压力传感器。

所述的浓度传感器标定装置，所述气瓶的气体出口通过管路与所述标定容器连接，所述管路上设有与外界连通的第一放气阀。

所述的浓度传感器标定装置，所述管路上还设有控制所述气瓶与所述标定容器通断的标定阀。

所述的浓度传感器标定装置，所述管路上还设有孔板。

所述的浓度传感器标定装置，还包括计时器。

所述的浓度传感器标定装置，所述气瓶上还设有第二放气阀。

所述的浓度传感器标定装置，在所述标定容器上并联有多个待标定气体的浓度传感器，所述标定容器中间设有用于将气体引导至待标定气体的浓度传感器中的挡块。

还提供了一种浓度传感器标定方法，包括：

向气瓶中充入设定比例的惰性气体和待标定气体后，将混合气通入标定容器中，当与标定容器连接的待标定气体的浓度传感器的示数稳定后，将该示数与设定比例进行对比，获得浓度传感器的精度。

所述的浓度传感器标定方法，还包括分别记录向气瓶中充入设定比例的惰性气体和待标定气体后，将混合气通入标定容器中的第一时刻和当待标定气体的浓度传感器的示数稳定后的第二时刻，获得浓度传感器的响应时间。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的浓度传感器标定装置，由于惰性气体和待标定气体的比例可以按需求充入气瓶中，因此进入标定容器中的待标定气体的浓度可以从0到100％灵活调整，从而实现了浓度传感器的全量程标定，满足了使用需求。

2.本发明提供的浓度传感器标定装置，气瓶和标定容器之间的管路上第一放气阀的设置，可以使得在标定前通过惰性气体的充入排空气瓶中的气体，然后再按预定比例通入惰性气体和待标定气体，提高标定的精度。

3.本发明提供的浓度传感器标定装置，气瓶的气体出口和标定容器的进口之间的管路上设置有孔板，以将混合后的气体由气瓶输送至标定容器中，控制标定容器中的压力，使得该标定装置可适用于常压及高压环境，无需进行压力修正。当为高压环境时，可以使用大孔径的孔板，其流阻小，压力损失小，保证标定容器中的压力较高；当为低压环境时，可以使用小孔径的孔板，其流阻大，保证标定容器中的压力接近常压，即可同时实现常压和高压环境中浓度传感器的标定。

4.本发明提供的浓度传感器标定装置，计时器可以记录气瓶内的气体刚进入标定容器中的时刻和浓度传感器的示数稳定后的时刻，从而得到浓度传感器的响应时间。

5.本发明提供的浓度传感器标定方法，分别记录向气瓶中充入设定比例的惰性气体和待标定气体后，将混合气通入标定容器中的第一时刻和当待标定气体的浓度传感器的示数稳定后的第二时刻，以获得浓度传感器的响应时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明提供的浓度传感器标定装置的示意图。

附图标记说明：

1、气瓶；2、标定容器；3、氢浓度传感器；4、第一阀门；5、第二阀门；6、管路；7、压力传感器；8、第一放气阀；9、标定阀；10、孔板；11、第二放气阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示的浓度传感器标定装置的一种具体实施方式，以氢浓度传感器3的标定为例，包括气瓶1、标定容器2和氢浓度传感器3。气瓶1和标定容器2均为不锈钢材质。

气瓶1为高压容器，可同时适用于不同压力等级浓度传感器的标定。气瓶1上设有惰性气体进口、待标定气体进口和气体出口，惰性气体进口通过第一阀门4连接氮气储气罐，待标定气体进口通过第二阀门5连接氢气储气罐，气体出口处设置有管路6。第一阀门4和第二阀门5为气动阀或电磁阀，可迅速完成开闭。

标定容器2通过所述气体出口处的管路6与所述气瓶1连接，且所述标定容器2上连接有氢浓度传感器3。所述标定容器2中间设有用于将气体引导至待标定气体的浓度传感器中的挡块，即挡块占据了标定容器2中间的部分，标定容器2的四周形成气体通道，使得从气瓶1中流出的气体通过周边的气体通道直接与氢浓度传感器3接触，减少了扩散时间，保证了气体浓度的均匀性，提高了标定的效率和准确度。

为了便于调节气瓶1中惰性气体和待标定气体的比例，所述气瓶1还连接有压力传感器7。

所述管路6上设有与外界连通的第一放气阀8以及控制所述气瓶1与所述标定容器2通断的标定阀9。标定阀9设于气瓶1的气体出口和第一放气阀8之间，当向气瓶1中分别充入氮气和氢气时，标定阀9和第一放气阀8均处于关闭状态，直至气瓶1中两种气体的比例达到预定值，打开标定阀9，使得混合气由气瓶1进入标定容器2中开始对氢浓度传感器3进行标定。在开始向气瓶1中充入氮气和氢气前，需要对气瓶1中的气体进行置换，以保证氢浓度的准确性，此时需要打开标定阀9和第一放气阀8，并向气瓶1中充入氮气，直至置换完全，关闭标定阀9和第一放气阀8。第一放气阀8可为手动阀、气动阀、电动阀或电磁阀，标定阀9为气动阀或电磁阀。

为保证该标定装置可适用于常压及高压环境的氢浓度传感器3，在所述管路6上靠近标定容器2的一端设有孔板10。孔板10为不锈钢材质，孔板10的孔径根据氢浓度传感器3的使用压力环境确定，高压环境使用的氢浓度传感器3需使用大孔径孔板10进行标定，其流阻小，压力损失小，标定容器2内压力较高；低压环境使用的氢浓度传感器3需使用小孔径孔板10进行标定，其流阻大，标定容器2内接近常压。

为获得氢浓度传感器3的响应时间，还包括计时器。计时器分别记录向气瓶1中充入设定比例的氮气和氢气后的第一时刻和当氢浓度传感器3的示数稳定后的第二时刻，二者差值即为氢浓度传感器3的响应时间。

在所述气瓶1上还设有第二放气阀11，当气瓶1内的压力过高时，可打开第二放气阀11进行放气，以保证安全性。第二放气阀11可为手动阀、气动阀、电动阀或电磁阀。

为提高标定效率，在所述标定容器2上并联有多个氢浓度传感器3。多个氢浓度传感器3可以对称分布在标定容器2的两侧。

一种浓度传感器标定方法，包括：

首先，打开第一阀门4、标定阀9和第一放气阀8，关闭第二阀门5和第二放气阀11，向气瓶1内充入氮气，以置换气瓶1内的气体，置换出的气体经标定阀9和第一放气阀8排出。当气体置换完全后，关闭标定阀9和第一放气阀8，先通过第一阀门4继续向气瓶1中充入氮气，通过压力传感器7监测气瓶1内的压力直至到达第一预设压力，关闭第一阀门4，打开第二阀门5，向气瓶1内充入氢气，通过压力传感器7监测气瓶1内的压力直至达到第二预设压力，关闭第二阀门5，由此得到气瓶1内氢气的浓度。然后打开标定阀9，计时器记录此时的第一时刻，气瓶1中的混合气进入标定容器2中，氢浓度传感器3感受到氢气，示数增大，当示数稳定后，记录此时的第二时刻，第一时刻和第二时刻的差值即为氢浓度传感器3的响应时间，并将氢浓度传感器3稳定后的示数与气瓶1内的氢气浓度进行对比，获得氢浓度传感器3的精度。

作为替代的实施方式，可以在惰性气体进口和待标定气体进口处分别设置第一流量计和第二流量计，通过第一流量计和第二流量计的读数控制进入气瓶1中的惰性气体和待标定气体的比例，从而获得待标定气体的浓度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种浓度传感器标定装置，其特征在于，包括：

气瓶(1)，设有惰性气体进口、待标定气体进口和气体出口；

标定容器(2)，通过所述气体出口与所述气瓶(1)连接，且所述标定容器(2)上连接有待标定气体的浓度传感器。

2.根据权利要求1所述的浓度传感器标定装置，其特征在于，所述气瓶(1)还连接有压力传感器(7)。

3.根据权利要求2所述的浓度传感器标定装置，其特征在于，所述气瓶(1)的气体出口通过管路(6)与所述标定容器(2)连接，所述管路(6)上设有与外界连通的第一放气阀(8)。

4.根据权利要求3所述的浓度传感器标定装置，其特征在于，所述管路(6)上还设有控制所述气瓶(1)与所述标定容器(2)通断的标定阀(9)。

5.根据权利要求3所述的浓度传感器标定装置，其特征在于，所述管路(6)上还设有孔板(10)。

6.根据权利要求1－5任一项所述的浓度传感器标定装置，其特征在于，还包括计时器。

7.根据权利要求1－6任一项所述的浓度传感器标定装置，其特征在于，所述气瓶(1)上还设有第二放气阀(11)。

8.根据权利要求1－7任一项所述的浓度传感器标定装置，其特征在于，在所述标定容器(2)上并联有多个待标定气体的浓度传感器，所述标定容器(2)中间设有用于将气体引导至待标定气体的浓度传感器中的挡块。

9.一种浓度传感器标定方法，其特征在于，包括：

向气瓶(1)中充入设定比例的惰性气体和待标定气体后，将混合气通入标定容器(2)中，当与标定容器(2)连接的待标定气体的浓度传感器的示数稳定后，将该示数与设定比例进行对比，获得浓度传感器的精度。

10.根据权利要求9所述的浓度传感器标定方法，其特征在于，还包括分别记录向气瓶(1)中充入设定比例的惰性气体和待标定气体后，将混合气通入标定容器(2)中的第一时刻和当待标定气体的浓度传感器的示数稳定后的第二时刻，获得浓度传感器的响应时间。