CN113008969A - 用于气体传感器的气体浓度测量方法、装置及气体检测仪 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种用于气体传感器的气体浓度测量方法、装置及气体检测仪，涉及气体测量技术领域。该方法包括：获取待测气体通过气体传感器的第一工作电极时的第一反应电流，以及待测气体通过气体传感器的第二工作电极时的第二反应电流，待测气体包括第一气体和第二气体；获取第一气体在第一工作电极上的第一响应灵敏度和第二气体在第一工作电极上的第二响应灵敏度，以及第一气体在第二工作电极上的第三响应灵敏度和第二气体在第二工作电极上的第四响应灵敏度；根据第一反应电流、第二反应电流、第一响应灵敏度、第二响应灵敏度、第三响应灵敏度和第四响应灵敏度，计算第一气体的气体浓度和第二气体的气体浓度。该方法可提高气体传感器选择性。

Description

用于气体传感器的气体浓度测量方法、装置及气体检测仪

技术领域

本申请涉及气体测量技术领域，具体而言，涉及一种用于气体传感器的气体浓度测量方法、装置及气体检测仪。

背景技术

目前，电化学传感器中，气体传感器由于其在成本，性能等方面的优势，在气体检测行业应用非常广泛；但电化学气体传感器也存在不少缺陷，在现有技术中，提高电化学气体传感器选择性的方法有选择合适的催化剂、调整电解液、选择不同过滤材料、采用传感器阵列等，但是效果不理想。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种用于气体传感器的气体浓度测量方法及装置，该方法可以实现提高气体传感器选择性的技术效果。

本申请实施例提供了一种用于气体传感器的气体浓度测量方法，所述方法包括：

获取所述待测气体通过所述气体传感器的第一工作电极时的第一反应电流，以及所述待测气体通过所述气体传感器的第二工作电极时的第二反应电流，所述待测气体包括第一气体和第二气体；

获取所述第一气体在所述第一工作电极上的第一响应灵敏度和所述第二气体在所述第一工作电极上的第二响应灵敏度，以及所述第一气体在所述第二工作电极上的第三响应灵敏度和所述第二气体在所述第二工作电极上的第四响应灵敏度；

根据所述第一反应电流、所述第二反应电流、所述第一响应灵敏度、所述第二响应灵敏度、所述第三响应灵敏度和所述第四响应灵敏度，计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度。

在上述实现过程中，该方法通过待测气体(多种气体混合)中不同气体可在不同的工作电极上发生电化学反应，且电化学反应速度不同，即待测气体通过第一工作电极后，待测气体中两种气体的气体浓度发生可被第二工作电极检测出的变化，且两种气体浓度发生变化的程度不同，从而根据上述的不同，检测出待测气体中不同气体的气体浓度，从而实现提高气体传感器选择性的技术效果。

进一步地，所述计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度的步骤，所述方法包括：

根据所述第一响应灵敏度、所述第二响应灵敏度、所述第三响应灵敏度和所述第四响应灵敏度，计算第一参数和第二参数；

根据以下方程组计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度：

i₁＝k_1AC_1A+k_1BC_1B；

i₂＝K_1AC_1A+K_1BC_1B；

其中，i₁为所述第一反应电流，i₂为所述第二反应电流，k_1A为所述第一响应灵敏度，k_1B为所述第二响应灵敏度，K_1A为所述第一参数，K_1B为所述第二参数，C_1A为所述第一气体的气体浓度，C_1B为所述第二气体的气体浓度。

在上述实现过程中，通过将上述方程组联立进行求解，可以直接求得第一气体的气体浓度C_1A，第二气体的气体浓度C_1B。

进一步地，所述计算第一参数和第二参数的步骤，所述方法包括：

根据以下方程式计算所述第一参数和所述第二参数：

其中，K_1A为所述第一参数，K_1B为所述第二参数，n_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的反应电子数，n_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的反应电子数，k_1A为所述第一响应灵敏度，k_1B为所述第二响应灵敏度，k_2A为所述第三响应灵敏度，k_2B为所述第四响应灵敏度，F为法拉第常数，v为所述待测气体的气体流量。

在上述实现过程中，在已经获取上述各个参数量的前提下，可以进行方程的联立求解，求出第一气体的气体浓度C_1A，第二气体的气体浓度C_1B。

进一步地，在所述计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度的步骤之前，所述方法还包括：

根据以下方程组计算所述待测气体通过所述第一工作电极后的第一气体的浓度变化值和所述第二气体的浓度变化值：

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，i_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的第一响应电流，i_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的第二响应电流，n_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的反应电子数，n_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的反应电子数，F为法拉第常数，v为待测气体流量。

在上述实现过程中，可以进行待测气体通过所述第一工作电极后的第一气体的浓度变化值和所述第二气体的浓度变化值的求解。

进一步地，在所述计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度的步骤之前，所述方法还包括：

根据以下方程式计算所述第一气体通过所述第二工作电极时的气体浓度和所述第二气体通过所述第二工作电极时的气体浓度：

C_2A＝C_1A-ΔC_1A；

C_2B＝C_1B-ΔC_1B；

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，C_1A为所述第一气体的气体浓度，C_1B为所述第二气体的气体浓度，C_2A为第一气体通过所述第二工作电极时的气体浓度，C_2B为所述第二气体通过所述第二工作电极时的气体浓度。

在上述实现过程中，待测气体中第一去气体和第二气体的气体浓度发生可被第二工作电极检测出的变化，且两种气体浓度发生变化的程度不同，从而根据上述的不同，检测出待测气体中不同气体的气体浓度。

第二方面，本申请实施例还提供了一种用于气体传感器的气体浓度测量装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取所述待测气体通过所述气体传感器的第一工作电极时的第一反应电流，以及所述待测气体通过所述气体传感器的第二工作电极时的第二反应电流，所述待测气体包括第一气体和第二气体；

第二获取模块，用于获取所述第一气体在所述第一工作电极上的第一响应灵敏度和所述第二气体在所述第一工作电极上的第二响应灵敏度，以及所述第一气体在所述第二工作电极上的第三响应灵敏度和所述第二气体在所述第二工作电极上的第四响应灵敏度；

计算模块，用于根据所述第一反应电流、所述第二反应电流、所述第一响应灵敏度、所述第二响应灵敏度、所述第三响应灵敏度和所述第四响应灵敏度，计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度。

进一步地，所述计算模块还用于：

根据所述第一响应灵敏度、所述第二响应灵敏度、所述第三响应灵敏度和所述第四响应灵敏度，计算第一参数和第二参数；

根据以下方程组计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度：

i₁＝k_1AC_1A+k_1BC_1B；

i₂＝K_1AC_1A+K_1BC_1B；

其中，i₁为所述第一反应电流，i₂为所述第二反应电流，k_1A为所述第一响应灵敏度，k_1B为所述第二响应灵敏度，K_1A为所述第一参数，K_1B为所述第二参数，C_1A为所述第一气体的气体浓度，C_1B为所述第二气体的气体浓度。

进一步地，所述计算模块还用于：

根据以下方程式计算所述第一参数和所述第二参数：

其中，K_1A为所述第一参数，K_1B为所述第二参数，n_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的反应电子数，n_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的反应电子数，k_1A为所述第一响应灵敏度，k_1B为所述第二响应灵敏度，k_2A为所述第三响应灵敏度，k_2B为所述第四响应灵敏度，F为法拉第常数，v为所述待测气体的气体流量。

进一步地，所述计算模块还用于：

根据以下方程组计算所述待测气体通过所述第一工作电极后的第一气体的浓度变化值和所述第二气体的浓度变化值：

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，i_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的第一响应电流，i_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的第二响应电流，n_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的反应电子数，n_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的反应电子数，F为法拉第常数，v为待测气体流量。

进一步地，所述计算模块还用于：

根据以下方程式计算所述第一气体通过所述第二工作电极时的气体浓度和所述第二气体通过所述第二工作电极时的气体浓度：

C_2A＝C_1A-ΔC_1A；

C_2B＝C_1B-ΔC_1B；

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，C_1A为所述第一气体的气体浓度，C_1B为所述第二气体的气体浓度，C_2A为第一气体通过所述第二工作电极时的气体浓度，C_2B为所述第二气体通过所述第二工作电极时的气体浓度。

第三方面，本申请实施例提供了一种气体检测仪，所述气体检测仪包括气体循环气路、传感器组件、气室和泵，所述气室与所述气体循环气路连通，所述气室用于收集待检测气体，所述传感器组件通过所述气体循环气路连通所述传感器组件，所述泵用于驱动所述待检测气体在所述气室、所述循环气路和所述传感器组件中循环流动，所述传感器组件用于根据第一方面任一项所述的气体浓度测量方法检测所述待检测气体中各组分的气体浓度。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于气体传感器的气体浓度测量方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种用于气体传感器的气体浓度测量方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种用于气体传感器的气体浓度测量装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的双工作电极传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请实施例提供了一种用于气体传感器的气体浓度测量方法及装置，可以应用于对混合气体中不同气体地气体浓度进行测量；该方法通过待测气体(多种气体混合)中不同气体可在不同的工作电极上发生电化学反应，且电化学反应速度不同，即待测气体通过第一工作电极后，待测气体中两种气体的气体浓度发生可被第二工作电极检测出的变化，且两种气体浓度发生变化的程度不同，从而根据上述的不同，检测出待测气体中不同气体的气体浓度，从而实现提高气体传感器选择性的技术效果。

示例性地，选择性是指用某种分析方法测定某组分时，能够避免样品中其他共存组分干扰的能力；在指定的测量准确度下，共存组分的允许量与待测组分含量的比值n＝W(共存组分)/W(待测组分)，该比值越大，表明在指定的准确度下，该仪器方法的抗干扰能力越强，即选择性越好。提高分析方法的选择性是分析化学中的一个研究内容。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种用于气体传感器的气体浓度测量方法的流程示意图，该用于气体传感器的气体浓度测量方法包括如下步骤：

S100：获取待测气体通过气体传感器的第一工作电极时的第一反应电流，以及待测气体通过气体传感器的第二工作电极时的第二反应电流，待测气体包括第一气体和第二气体；

S200：获取第一气体在第一工作电极上的第一响应灵敏度和第二气体在第一工作电极上的第二响应灵敏度，以及第一气体在第二工作电极上的第三响应灵敏度和第二气体在第二工作电极上的第四响应灵敏度；

S300：根据第一反应电流、第二反应电流、第一响应灵敏度、第二响应灵敏度、第三响应灵敏度和第四响应灵敏度，计算第一气体的气体浓度和第二气体的气体浓度。

示例性地，该用于气体传感器的气体浓度测量方法中，气体传感器采用四电极涉及，可以进行两种气体的同时检测(第一气体和第二气体)；其中，气体传感器包括参比电极、对电极和两个工作电极：第一工作电极和第二工作电极，第一工作电极和第二工作电极共用电解池。

在一些实施方式中，两个工作电极第一工作电极和第二工作电极可以采用同一种电极材料，也可以采用不同的电极材料；应理解，本申请实施例中第一工作电极和第二工作电极采用同一种电极材料，作为示例说明。

示例性地，在进行气体浓度地测量时，待测气体以一定流速，依次通过第一工作电极和第二工作电极。

在一些实施场景中，该用于气体传感器的气体浓度测量方法进行测量时，待测气体以固定流速依次通过第一工作电极和第二工作电极，在第一工作电极上，第一气体和第二气体在第一工作电极上发生电化学反应，满足如下方程：

i₁＝k_1AC_1A+k_1BC_1B (1)

其中，i₁为第一反应电流，i₂为第二反应电流，k_1A为第一响应灵敏度，k_1B为第二响应灵敏度，K_1A为第一参数，K_1B为第二参数，C_1A为第一气体的气体浓度，C_1B为第二气体的气体浓度。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的另一种用于气体传感器的气体浓度测量方法的流程示意图。

示例性地，在计算第一气体的气体浓度和第二气体的气体浓度的步骤之前，方法还包括：

S400：根据以下方程组计算待测气体通过第一工作电极后的第一气体的浓度变化值和第二气体的浓度变化值：

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，i_1A为第一气体在第一工作电极上的第一响应电流，i_1B为第二气体在第一工作电极上的第二响应电流，n_1A为第一气体在第一工作电极上的反应电子数，n_1B为第二气体在第一工作电极上的反应电子数，Q_1A为第一气体在第一工作电极上反应消耗的电量，Q_1B为第二气体在第一工作电极上反应消耗的电量，F为法拉第常数，v为待测气体的流量速率，t为待测气体通过第一工作电极所用时间。

示例性地，可以进行待测气体通过所述第一工作电极后的第一气体的浓度变化值和所述第二气体的浓度变化值的求解。

示例性地，当待测气体到达第二工作电极的表面后，待测气体中第一气体通过第二工作电极时的气体浓度和第二气体通过第二工作电极时的气体可以通过列方程组进行解析。

示例性地，在计算第一气体的气体浓度和第二气体的气体浓度的步骤之前，方法还包括：

S500：根据以下方程式计算第一气体通过第二工作电极时的气体浓度和第二气体通过第二工作电极时的气体浓度，如下：

C_2A＝C_1A-ΔC_1A (4)；

C_2B＝C_1B-ΔC_1B (5)：

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，C_1A为第一气体的气体浓度，C_1B为第二气体的气体浓度，C_2A为第一气体通过第二工作电极时的气体浓度，C_2B为第二气体通过第二工作电极时的气体浓度。

示例性地，待测气体中第一气体和第二气体在第二工作电极上的响应电流分别为：

其中，第一气体在第二工作电极上的响应电流，第二气体在第二工作电极上的响应电流，k_2A为第三响应灵敏度，k_2B为第四响应灵敏度。

在一些实施方式中，计算第一气体的气体浓度和第二气体的气体浓度的步骤，方法包括：

根据第一响应灵敏度、第二响应灵敏度、第三响应灵敏度和第四响应灵敏度，计算第一参数和第二参数；

根据以下方程组计算第一气体的气体浓度和第二气体的气体浓度：

i₁＝k_1AC_1A+k_1BC_1B (1)；

i₂＝K_1AC_1A+K_1BC_1B (8)：

其中，i₁为第一反应电流，i₂为第二反应电流，k_1A为第一响应灵敏度，k_1B为第二响应灵敏度，K_1A为第一参数，K_1B为第二参数，C_1A为第一气体的气体浓度，C_1B为第二气体的气体浓度。

示例性地，由方程(1)和(8)联立，可直接求出第一气体的气体浓度C_1A，第二气体的气体浓度C_1B。

示例性地，计算第一参数和第二参数的步骤，方法包括：

根据以下方程式计算第一参数和第二参数：

其中，K_1A为第一参数，K_1B为第二参数，n_1A为第一气体在第一工作电极上的反应电子数，n_1B为第二气体在第一工作电极上的反应电子数，k_1A为第一响应灵敏度，k_1B为第二响应灵敏度，k_2A为第三响应灵敏度，k_2B为第四响应灵敏度，F为法拉第常数，v为待测气体的气体流量。

可选地，第一参数K_1A、第二参数K_1B也可以直接通过已知标准浓度的气体标定获得。

示例性地，在n_1A为第一气体在第一工作电极上的反应电子数，n_1B为第二气体在第一工作电极上的反应电子数，k_1A为第一响应灵敏度，k_1B为第二响应灵敏度，k_2A为第三响应灵敏度，k_2B为第四响应灵敏度，F为法拉第常数，v为待测气体的气体流量均为已知的参数，从而由方程(1)和(8)联立，可直接求出第一气体的气体浓度C_1A，第二气体的气体浓度C_1B。

请参见图3，图3为本申请实施例提供的一种用于气体传感器的气体浓度测量装置的结构示意图，该装置包括：

第一获取模块100，用于获取待测气体通过气体传感器的第一工作电极时的第一反应电流，以及待测气体通过气体传感器的第二工作电极时的第二反应电流，待测气体包括第一气体和第二气体；

第二获取模块200，用于获取第一气体在第一工作电极上的第一响应灵敏度和第二气体在第一工作电极上的第二响应灵敏度，以及第一气体在第二工作电极上的第三响应灵敏度和第二气体在第二工作电极上的第四响应灵敏度；

计算模块300，用于根据第一反应电流、第二反应电流、第一响应灵敏度、第二响应灵敏度、第三响应灵敏度和第四响应灵敏度，计算第一气体的气体浓度和第二气体的气体浓度。

示例性地，计算模块还用于：

根据第一响应灵敏度、第二响应灵敏度、第三响应灵敏度和第四响应灵敏度，计算第一参数和第二参数；

根据以下方程组计算第一气体的气体浓度和第二气体的气体浓度：

i₁＝k_1AC_1A+k_1BC_1B；

i₂＝K_1AC_1A+K_1BC_1B；

其中，i₁为第一反应电流，i₂为第二反应电流，k_1A为第一响应灵敏度，k_1B为第二响应灵敏度，K_1A为第一参数，K_1B为第二参数，C_1A为第一气体的气体浓度，C_1B为第二气体的气体浓度。

示例性地，计算模块还用于：

根据以下方程式计算第一参数和第二参数：

其中，K_1A为第一参数，K_1B为第二参数，n_1A为第一气体在第一工作电极上的反应电子数，n_1B为第二气体在第一工作电极上的反应电子数，k_1A为第一响应灵敏度，k_1B为第二响应灵敏度，k_2A为第三响应灵敏度，k_2B为第四响应灵敏度，F为法拉第常数，v为待测气体的气体流量。

示例性地，计算模块还用于：

根据以下方程组计算待测气体通过第一工作电极后的第一气体的浓度变化值和第二气体的浓度变化值：

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，i_1A为第一气体在第一工作电极上的第一响应电流，i_1B为第二气体在第一工作电极上的第二响应电流，n_1A为第一气体在第一工作电极上的反应电子数，n_1B为第二气体在第一工作电极上的反应电子数，F为法拉第常数，v为待测气体流量。

示例性地，计算模块还用于：

根据以下方程式计算第一气体通过第二工作电极时的气体浓度和第二气体通过第二工作电极时的气体浓度：

C_2A＝C_1A-ΔC_1A；

C_2B＝C_1B-ΔC_1B；

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，C_1A为第一气体的气体浓度，C_1B为第二气体的气体浓度，C_2A为第一气体通过第二工作电极时的气体浓度，C_2B为第二气体通过第二工作电极时的气体浓度。

在一些实施场景中，由上所述，可以通过传感器结构设计及测量方式的改变，选用相同的工作电极，公用参比电极及电解液，实现对混合气体中两种气体成分浓度的分别测定。

在一些实施场景中，在进行混合气中多种气体(三种及以上)成分的同时测定，由上述原理类推，对于混合气中多种气体成分的同时测定，可以在传感器中串联设计多个独立电极，测量时让气体依次通过这些电极，通过联立方程或智能算法实现多种气体成分的同时检测。

进一步地，设计时传感器中的独立电极也可以选用不同的电极材料，但为了简化传感器生产工艺，提高传感器的集成度，降低传感器尺寸，一个优选的方案是将同样的电极材料整合到一个传感器中，不同的电极材料设计到另外一个传感器中，这两个传感器可以串联使用，以适用于更复杂的应用环境。

可选地，对于相同电极材料，不同电解液体系，应该设计成不同的传感器然后串联使用。

在一些实施方式中，本申请实施例还提供了一种气体检测仪，所述气体检测仪包括气体循环气路、传感器组件、气室和泵，所述气室与所述气体循环气路连通，所述气室用于收集待检测气体，所述传感器组件通过所述气体循环气路连通所述传感器组件，所述泵用于驱动所述待检测气体在所述气室、所述循环气路和所述传感器组件中循环流动，所述传感器组件用于根据图1和图2所示的气体浓度测量方法检测所述待检测气体中各组分的气体浓度。

请参见图4，图4为本申请实施例提供的双工作电极传感器的结构示意图，该双工作电极传感器包括第一工作电极11、第二工作电极12、参比电极13和对电极14，以及气体通道20。

示例性地，该双工作电极传感器由壳体21、薄层气室、两个工作电极(第一工作电极11和第二工作电极12)、参比电极13和对电极14及电解液22组成，薄层气室和工作电极之间设置气体通道20，第一工作电极11和第二工作电极12处于同一电解池中，参比电极13与对电极14公用，第一工作电极11与第二工作电极12通过一串联气体通道连接。

示例性地，气体流量足够慢(v小)，电极反应足够快(k大)，以保证气体流过第一工作电极11后，气体通道20内的至少一种气体浓度发生可被第二工作电极12检测到的变化(

变化显著)。可选地，气体通道20优选为薄层结构(工作电极与通道中的气体接触面积越大，气体反应速度越快，电极灵敏度越高，表现为k值越大；另一方面，通道越薄，通道内气体反应活性面积越大(相对通道体积)，气体通道内的气体浓度变化受电极反应速度的影响越明显。)

在一些实施例中，两个工作电极测量CO和H₂的混合气体，第一工作电极11与第二工作电极12均为由铂催化剂制备的气体扩散电极，参比电极与对电极材料也与工作电极一致，电解液22采用6M的硫酸，传感器的壳体21材料采用ABS材料，薄层气室厚度2mm，宽度10mm。测量时控制通过传感器的气体流量为60ml/min。首先，将50ppm CO以60ml/min的流量通过传感器，通过(1)(8)两式标定传感器参数k_1A＝0.42uA/ppm、K_1A＝0.40uA/ppm，用100ppm H2以60ml/min的流量通过传感器标定传感器参数k_1B＝0.052uA/ppm、K_1B＝0.052uA/ppm。

通过配气系统配制25ppmCO与75ppm H₂的混合气，以60ml/mim的流量通过传感器，测得两工作电极上的响应电流分别为14.46uA和13.95uA，由(1)(8)联立可计算混合气中CO和H₂的浓度分别为25.5和72.1ppm；通过配气系统配制50ppmCO与50ppm H₂的混合气，以60ml/mim的流量通过传感器，测得两工作电极上的响应电流分别为23.77uA和22.76uA，由(1)(8)联立可计算混合气中CO和H₂的浓度分别为50.5和49.2ppm。本应用实施例利用同样的工作电极，通过本发明揭示的传感结构设计及测量方法可将一氧化碳和氢气混合气中二者的浓度分别测出。

在另一些实施例中，两工作电极测量甲醛和CO混合气，第一工作电极11与第二工作电极12均为由铂催化剂制备的气体扩散电极，参比电极13与对电极14材料也与工作电极一致，电解液22采用6M的硫酸，传感器的壳体21材料采用ABS材料，薄层气室厚度2mm,宽度10mm。测量时控制通过传感器的气体流量为60ml/min。

示例性地，首先将用5ppm甲醛以60ml/min的流量通过传感器，通过(1)(8)两式标定传感器参数k_1A＝4.61uA/ppm、K_1A＝2.14uA/ppm，用50ppm CO以60ml/min的流量通过传感器标定传感器参数k_1B＝0.32uA/ppm、K_1B＝0.31uA/ppm。

通过配气系统配制5ppm甲醛与50ppm CO的混合气，以60ml/mim的流量通过传感器，测得两工作电极上的响应电流分别为38.91uA和26.66uA，由(1)(8)联立可计算混合气中甲醛和CO的浓度分别为5.1和48.1ppm；通过配气系统配制2ppm甲醛与50ppm CO的混合气，以60ml/mim的流量通过传感器，测得两工作电极上的响应电流分别为25.02uA和20.10uA，由(1)(8)联立可计算混合气中CO和H2的浓度分别为2.1和48.7ppm。本应用实施例利用同样的工作电极，通过本发明揭示的传感结构设计及测量方法可将一氧化碳和甲醛混合气中二者的浓度分别测出。

本申请实施例还提供了一种多电极传感器，搭建一个气体循环气路，气路中包括传感器、气室、泵，其中气室结构优选为细长管结构，气路连接管路为毛细管；其中，传感器中的工作电极至少为1个，可以是多个。测量时，通过控制程序将气体收集到气室中，随后通过泵驱动气体在气路中循环流动；第一次循环测量分析方法与前述分析方法相同；第二次循环测量分析等效于两个同样的传感器串联(第一个电极在第二次循环测量时的响应相当于第N+1次测量)，解析能力提高一倍；第三次循环可再提高一倍的解析能力循环次数越多，解析能力越强。本发明揭示的方法可通过简单的单个传感器结构设计实现多成分气体同时分析检测(传统方法需要通过多个传感器组成传感器阵列)，降低成本的同时，提高了传感器设计的灵活性与适用性。

本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，所述计算机程序被处理器执行时实现方法实施例所述的方法，为避免重复，此处不再赘述。

本申请还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行方法实施例所述的方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (11)

1.一种用于气体传感器的气体浓度测量方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待测气体通过所述气体传感器的第一工作电极时的第一反应电流，以及所述待测气体通过所述气体传感器的第二工作电极时的第二反应电流，所述待测气体包括第一气体和第二气体；

获取所述第一气体在所述第一工作电极上的第一响应灵敏度和所述第二气体在所述第一工作电极上的第二响应灵敏度，以及所述第一气体在所述第二工作电极上的第三响应灵敏度和所述第二气体在所述第二工作电极上的第四响应灵敏度；

根据所述第一反应电流、所述第二反应电流、所述第一响应灵敏度、所述第二响应灵敏度、所述第三响应灵敏度和所述第四响应灵敏度，计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度。

2.根据权利要求1所述用于气体传感器的气体浓度测量方法，其特征在于，所述计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度的步骤，所述方法包括：

根据所述第一响应灵敏度、所述第二响应灵敏度、所述第三响应灵敏度和所述第四响应灵敏度，计算第一参数和第二参数；

根据以下方程组计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度：

i₁＝k_1AC_1A+k_1BC_1B；

i₂＝K_1AC_1A+K_1BC_1B；

其中，i₁为所述第一反应电流，i₂为所述第二反应电流，k_1A为所述第一响应灵敏度，k_1B为所述第二响应灵敏度，K_1A为所述第一参数，K_1B为所述第二参数，C_1A为所述第一气体的气体浓度，C_1B为所述第二气体的气体浓度。

3.根据权利要求2所述用于气体传感器的气体浓度测量方法，其特征在于，所述计算第一参数和第二参数的步骤，所述方法包括：

根据以下方程式计算所述第一参数和所述第二参数：

其中，K_1A为所述第一参数，K_1B为所述第二参数，n_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的反应电子数，n_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的反应电子数，k_1A为所述第一响应灵敏度，k_1B为所述第二响应灵敏度，k_2A为所述第三响应灵敏度，k_2B为所述第四响应灵敏度，F为法拉第常数，v为所述待测气体的气体流量。

4.根据权利要求1所述用于气体传感器的气体浓度测量方法，其特征在于，在所述计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度的步骤之前，所述方法还包括：

根据以下方程组计算所述待测气体通过所述第一工作电极后的第一气体的浓度变化值和所述第二气体的浓度变化值：

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，i_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的第一响应电流，i_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的第二响应电流，n_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的反应电子数，n_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的反应电子数，F为法拉第常数，v为待测气体流量。

5.根据权利要求1或4所述用于气体传感器的气体浓度测量方法，其特征在于，在所述计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度的步骤之前，所述方法还包括：

根据以下方程式计算所述第一气体通过所述第二工作电极时的气体浓度和所述第二气体通过所述第二工作电极时的气体浓度：

C_2A＝C_1A-ΔC_1A；

C_2B＝C_1B-ΔC_1B；

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，C_1A为所述第一气体的气体浓度，C_1B为所述第二气体的气体浓度，C_2A为第一气体通过所述第二工作电极时的气体浓度，C_2B为所述第二气体通过所述第二工作电极时的气体浓度。

6.一种用于气体传感器的气体浓度测量装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取待测气体通过所述气体传感器的第一工作电极时的第一反应电流，以及所述待测气体通过所述气体传感器的第二工作电极时的第二反应电流，所述待测气体包括第一气体和第二气体；

第二获取模块，用于获取所述第一气体在所述第一工作电极上的第一响应灵敏度和所述第二气体在所述第一工作电极上的第二响应灵敏度，以及所述第一气体在所述第二工作电极上的第三响应灵敏度和所述第二气体在所述第二工作电极上的第四响应灵敏度；

计算模块，用于根据所述第一反应电流、所述第二反应电流、所述第一响应灵敏度、所述第二响应灵敏度、所述第三响应灵敏度和所述第四响应灵敏度，计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度。

7.根据权利要求6所述的用于气体传感器的气体浓度测量装置，其特征在于，所述计算模块还用于：

根据所述第一响应灵敏度、所述第二响应灵敏度、所述第三响应灵敏度和所述第四响应灵敏度，计算第一参数和第二参数；

根据以下方程组计算所述第一气体的气体浓度和所述第二气体的气体浓度：

i₁＝k_1AC_1A+k_1BC_1B；

i₂＝K_1AC_1A+K_1BC_1B；

其中，i₁为所述第一反应电流，i₂为所述第二反应电流，k_1A为所述第一响应灵敏度，k_1B为所述第二响应灵敏度，K_1A为所述第一参数，K_1B为所述第二参数，C_1A为所述第一气体的气体浓度，C_1B为所述第二气体的气体浓度。

8.根据权利要求7所述的用于气体传感器的气体浓度测量装置，其特征在于，所述计算模块还用于：

根据以下方程式计算所述第一参数和所述第二参数：

其中，K_1A为所述第一参数，K_1B为所述第二参数，n_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的反应电子数，n_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的反应电子数，k_1A为所述第一响应灵敏度，k_1B为所述第二响应灵敏度，k_2A为所述第三响应灵敏度，k_2B为所述第四响应灵敏度，F为法拉第常数，v为所述待测气体的气体流量。

9.根据权利要求6所述的用于气体传感器的气体浓度测量装置，其特征在于，所述计算模块还用于：

根据以下方程组计算所述待测气体通过所述第一工作电极后的第一气体的浓度变化值和所述第二气体的浓度变化值：

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，i_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的第一响应电流，i_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的第二响应电流，n_1A为所述第一气体在所述第一工作电极上的反应电子数，n_1B为所述第二气体在所述第一工作电极上的反应电子数，F为法拉第常数，v为待测气体流量。

10.根据权利要求6或9所述的用于气体传感器的气体浓度测量装置，其特征在于，所述计算模块还用于：

根据以下方程式计算所述第一气体通过所述第二工作电极时的气体浓度和所述第二气体通过所述第二工作电极时的气体浓度：

C_2A＝C_1A-ΔC_1A；

C_2B＝C_1B-ΔC_1B；

其中，ΔC_1A为第一气体的浓度变化值，ΔC_1B为第二气体的浓度变化值，C_1A为所述第一气体的气体浓度，C_1B为所述第二气体的气体浓度，C_2A为第一气体通过所述第二工作电极时的气体浓度，C_2B为所述第二气体通过所述第二工作电极时的气体浓度。

11.一种气体检测仪，其特征在于，所述气体检测仪包括气体循环气路、传感器组件、气室和泵，所述气室与所述气体循环气路连通，所述气室用于收集待检测气体，所述传感器组件通过所述气体循环气路连通所述传感器组件，所述泵用于驱动所述待检测气体在所述气室、所述循环气路和所述传感器组件中循环流动，所述传感器组件用于检测所述待检测气体中各组分的气体浓度。

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