CN113514621A - 一种气体传感器动态性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体传感器动态性能测试方法，包括步骤：使用气体产生模块向测量气室中输送浓度为N的气体；设置在测量气室中的待测气体传感器实时检测测量气室中的气体浓度值；使用分析模块同步实时检测所述待测气体传感器处的气体浓度值；对比待测气体传感器检测的气体浓度值和分析模块检测的气体浓度值，分析得出待测气体传感器的测量下限和全量程的准确度。本发明在气体传感器出厂前，可准确测试其气体浓度的测量下限，并且能获得气体传感器全量程的准确度。

Description

一种气体传感器动态性能测试方法

技术领域

本发明涉及气体传感器性能检测技术领域，特别涉及一种气体传感器动态性能测试方法。

背景技术

气体传感器在出厂前需要对其一系列的性能参数进行检测，其目的是保证气体传感器在实际应用中满足浓度测量要求，比如在限定环境温湿度的情况下，重要的表征指标有：准确度（气体传感器的测量值与气体浓度实际值之间的误差）、测量下限（气体传感器的测量阈值）。

申请号为201710389383.X，名称为《一种测量仪器的标定校准方法》的现有文献，公开了依据两点决定一条直线的数学原理，采用两点标定的标定校准方法，即选取两个不同的测量特征值，分别测量出相应的被测量值，再根据这两组数据，求解出被测量值和真实值之间的线性函数，完成对测量仪器的标定校准。但是该文献的方法则侧重于单个或多个测量点的准确度，然后通过线性或非线性差值来拟合其他非测量点的测量值，缺点是气体传感器在实际应用中，对于测试点的实测值与真实值的偏差较少，而非测试点的实测值偏差较大，如果测量点的准确度有误，那么后续拟合的非测量点的测量值也会是有误的。

有的采用自动测试的方法优化单个或多个测量点的测试准确度（参考公开文献CN111624302A），有的通过优化测试装置设备来提高测试效率（参考公开文献CN113125638A、CN113109510A），但是都没有实现气体传感器测量下限的测定，用以解决气体传感器的个体差异性。采用离散的标准浓度气体进行测试，会导致无法确定气体传感器的测量下限，实践中，通常会选定某一较高值作为测量阈值。比如两种标准浓度气体A、B，其中A浓度高于B，如果一个气体传感器能识别A不能识别B，则直接将A作为测量阈值，实际情况是测量阈值处于A与B的浓度之间，这种方式没有考虑到气体传感器的个体差异性，不利于较为合理的使用气体传感器的测量价值。

并且上述现有文献都没有实现气体传感器全量程准确度的测量，用以解决气体传感器特性曲线为复杂函数关系的情况。

发明内容

本发明的目的在于第一，在气体传感器出厂前，测试其气体浓度的测量下限；第二，获得气体传感器全量程的准确度，提供一种气体传感器动态性能测试方法。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种气体传感器动态性能测试方法，包括以下步骤：

使用气体产生模块向测量气室中输送浓度为N的气体；

设置在测量气室中的待测气体传感器实时检测测量气室中的气体浓度值；

使用分析模块同步实时检测所述待测气体传感器处的气体浓度值；

对比待测气体传感器检测的气体浓度值和分析模块检测的气体浓度值，分析得出待测气体传感器的测量下限和全量程的准确度。

所述使用气体产生模块向测量气室中输送浓度为N的气体的步骤之前，还包括步骤：

设定测量气室中为固定的温湿度；

使用压缩空气或高浓度氮气对测量气室进行清洗，以消除干扰气体的影响，使得气体产生模块将要输送的气体浓度为零。

所述使用气体产生模块向测量气室中输送浓度为N的气体的步骤，包括：

输送的浓度为N的气体进入测量气室时，先被压缩空气或高浓度氮气稀释，稀释比为测量气室体积与气体产生模块输送的气体体积之比。

所述测量气室的进气口和出气口分别设置有气体单向气阀，设置于进气口的气体单向气阀的方向为由气体产生模块到测量气室；当气体产生模块向测量气室输送气体时，设置于进气口的气体单向气阀开启。

所述分析模块采用激光干涉式对测量气室中待测气体传感器处的气体进行检测；或者所述分析模块采用在线式分析仪对测量气室中待测气体传感器处的气体进行检测。

对比待测气体传感器检测的气体浓度值和分析模块检测的气体浓度值，分析得出待测气体传感器的测量下限的步骤，包括：

从气体产生模块开始输送气体至测量气室时起，直到待测气体传感器检测的气体浓度值与分析模块检测的气体浓度值近似重合之前，待测气体传感器所检测的气体浓度值即为待测气体传感器的测量下限。

对比待测气体传感器检测的气体浓度值和分析模块检测的气体浓度值，分析得出待测气体传感器全量程的准确度的步骤，包括：

直到待测气体传感器检测的气体浓度值与分析模块检测的气体浓度值近似重合之后，计算分析模块检测的气体浓度值与待测气体传感器检测的气体浓度值的差值，作为测量值与误差值之间的误差，并根据误差进行修正后，得出待测气体传感器全量程的准确度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）本发明在气体传感器出厂前，可准确测试其气体浓度的测量下限。

（2）本发明能获得气体传感器全量程的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对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发明的某些实施例，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为本发明测试系统结构框图；

图2为本发明测试方法流程图；

图3为本发明实施例待测气体传感器检测的气体浓度曲线和分析模块检测的气体浓度曲线；

图4为本发明实施例分析模块检测的气体浓度值与待测气体传感器检测的气体浓度值之间的误差曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

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，在本发明的描述中，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，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。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，一种气体传感器动态性能测试系统，对待测气体传感器进行性能测试，所述系统包括气体产生模块、测量气室、分析模块。

如图2所示，一种气体传感器动态性能测试方法，包括以下步骤：

步骤S1：使用气体产生模块向测量气室中输送浓度为N的气体。

在向测量气室中输送气体之前，需要设定测量气室中保持固定的温湿度，然后经由压缩空气或高浓度氮气对测量气室进行清洗，以消除干扰气体对测试过程的影响，清洗后使得气体产生模块将要输送的气体浓度为零。

在测量气室的进气口和出气口分别设置有气体单向气阀，设置于进气口的气体单向气阀的方向为由气体产生模块到测量气室，设置于出气口的气体单向气阀的方向由测量气室到其他的气体排放单元。当气体产生模块向测量气室输送气体时，设置于进气口的气体单向气阀开启。

气体产生模块输送浓度为N的气体至测量气室时，气体先被压缩空气或高浓度氮气稀释，稀释比为测量气室体积与气体产生模块输送的气体体积之比。所以测量气室中的气体浓度应该逐渐由0到N。

步骤S2：设置在测量气室中的待测气体传感器实时检测测量气室中的气体浓度值。

由于气体进入测量气室后，随着气体体积增加，气体的浓度是由0逐渐升到N，但是气体传感器都有一个最低测量值，也就是气体传感器的测量下限，因为一般在使用气体传感器测量某气体时，当该气体浓度足够低，比如一氧化氮的浓度非常低的时候，是不会有影响的，所以气体传感器都会设置一个测量下限，当气体浓度达到测量下限值时，才会被气体传感器检测到。

传统的方式无法准确测试气体传感器的测量下限，因为传统的方式是分别给定一个浓度值A、一个浓度值B，当气体传感器都能检测到浓度值A、B时，将这两个测量值通过线性或非线性拟合方式即得到气体传感器的量程，这样的方式是无法准确的测试得到气体传感器的测量下限的。并且根据两点确定一条直线的方法，如果气体传感器在制造时出现问题，成为次品，导致测量不准确，比如在浓度值A和浓度值B之间再设置一个浓度值C，那么准确的浓度值应该为C，但是气体传感器很有可能检测出来就是浓度值为D。所以说根据两点或多点确定一条线的方式是不准确的。

步骤S3：使用分析模块同步实时检测所述待测气体传感器处的气体浓度值。

请参见图3，其中相对不光滑的曲线为待测气体传感器所检测的气体浓度值，相对光滑的曲线为分析模块所检测的气体浓度值，可见待测气体传感器在大约8分钟之前所检测的浓度值一直都为0.2，但分析模块在8分钟之前所检测的浓度值是由0上升至0.2的。

然后直到8分钟之后，待测气体传感器检测的浓度值与分析模块检测的浓度值出现了近似重合，此时待测气体传感器所检测的浓度值才逐渐上升。

步骤S4：对比待测气体传感器检测的气体浓度值和分析模块检测的气体浓度值，分析得出待测气体传感器的测量下限和全量程的准确度。

请参见图3，在5分钟至8分钟之间，待测气体传感器处的真实气体浓度（由分析模块测得）由0开始上升，但是待测气体传感器在8分钟之前所检测的气体浓度值一直都是0.2，所以待测气体传感器的测量下限即为0.2，即图3中的虚线。

也就是说，从气体产生模块开始输送气体至测量气室时起，直到待测气体传感器检测的气体浓度值与分析模块检测的气体浓度值近似重合之前，待测气体传感器所检测的气体浓度值即为待测气体传感器的测量下限。

请继续参见图3，虽然8分钟之后待测气体传感器检测的气体浓度值与分析模块检测的气体浓度值近似重合，但是可以看出来也不是完全的重合，分析模块所检测的气体浓度是待测气体传感器处的真实值，而待测气体传感器所检测的气体浓度是测量值，所以真实值是正确的，测量值与真实值之间的差即为待测气体传感器的测量误差。

根据分析模块检测的气体浓度曲线与待测气体传感器检测的气体浓度曲线之差，形成如图4所示的误差曲线（误差无线由分析模块检测的气体浓度值减去待测气体传感器检测的气体浓度值），那么在出厂前即需根据误差曲线对待测气体传感器的全量程测量进行修正，以使待测气体传感器出厂后能准确的测量气体浓度。

本方案相比于传统的两个点或多个点确定气体传感器的测量曲线的方式，更加谨慎准确的确定了气体传感器的全量程，并且可以对全量程进行修正，以保证待测气体传感器全量程的准确度。

本方案所述气体产生模块是指为不同浓度气体的产生模块，基于高浓度待测试气体（比如50000 ppm CH4）和高浓度氮气（商用标准气体，一般指99.999%高纯度的氮气），通过气体质量流量控制器（流量仪或流量计），对两种气体的质量流量进行精密测量和控制，同时使两种气体均匀混合，通过控制不同气体的流量，配制不同浓度的待测气体，可采用的商品型号有：研创众诚YC-ZC200配气仪。

所述分析模块可以为激光干涉气体分析仪，采用TDLAS技术，通过快速调制激光频率使其扫过被测气体吸收谱线的定频率范围，根据被气体吸收后透射谱线中的谐波分量来分析气体浓度，可采用的商品型号有速跃自动SY-TDLS激光气体分析仪。

所述测量气室为带有出入口的密闭性良好的测试箱，常用的是亚克力材质的定制箱体。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种气体传感器动态性能测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

使用气体产生模块向测量气室中输送浓度为N的气体；

设置在测量气室中的待测气体传感器实时检测测量气室中的气体浓度值；

使用分析模块同步实时检测所述待测气体传感器处的气体浓度值；

对比待测气体传感器检测的气体浓度值和分析模块检测的气体浓度值，分析得出待测气体传感器的测量下限和全量程的准确度。

2.根据权利要求1所述的一种气体传感器动态性能测试方法，其特征在于：所述使用气体产生模块向测量气室中输送浓度为N的气体的步骤之前，还包括步骤：

设定测量气室中为固定的温湿度；

使用压缩空气或高浓度氮气对测量气室进行清洗，以消除干扰气体的影响，使得气体产生模块将要输送的气体浓度为零。

3.根据权利要求2所述的一种气体传感器动态性能测试方法，其特征在于：所述高浓度氮气指99.999%高纯度的氮气。

4.根据权利要求2所述的一种气体传感器动态性能测试方法，其特征在于：所述使用气体产生模块向测量气室中输送浓度为N的气体的步骤，包括：

输送的浓度为N的气体进入测量气室时，先被压缩空气或高浓度氮气稀释，稀释比为测量气室体积与气体产生模块输送的气体体积之比。

5.根据权利要求1所述的一种气体传感器动态性能测试方法，其特征在于：所述测量气室的进气口和出气口分别设置有气体单向气阀，设置于进气口的气体单向气阀的方向为由气体产生模块到测量气室；当气体产生模块向测量气室输送气体时，设置于进气口的气体单向气阀开启。

6.根据权利要求1所述的一种气体传感器动态性能测试方法，其特征在于：所述分析模块采用激光干涉式对测量气室中待测气体传感器处的气体进行检测；或者所述分析模块采用在线式分析仪对测量气室中待测气体传感器处的气体进行检测。

7.根据权利要求1所述的一种气体传感器动态性能测试方法，其特征在于：对比待测气体传感器检测的气体浓度值和分析模块检测的气体浓度值，分析得出待测气体传感器的测量下限的步骤，包括：

从气体产生模块开始输送气体至测量气室时起，直到待测气体传感器检测的气体浓度值与分析模块检测的气体浓度值近似重合之前，待测气体传感器所检测的气体浓度值即为待测气体传感器的测量下限。

8.根据权利要求1所述的一种气体传感器动态性能测试方法，其特征在于：对比待测气体传感器检测的气体浓度值和分析模块检测的气体浓度值，分析得出待测气体传感器全量程的准确度的步骤，包括：

直到待测气体传感器检测的气体浓度值与分析模块检测的气体浓度值近似重合之后，计算分析模块检测的气体浓度值与待测气体传感器检测的气体浓度值的差值，作为测量值与误差值之间的误差，并根据误差进行修正后，得出待测气体传感器全量程的准确度。

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