CN113866248A - 一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，包括提供一个二氧化碳浓度检测装置、导入被测气体、被测气体化学反应、检测二氧化碳浓度和被测气体的导出，被测气体在阴极催化板和阳极催化板上的碳酸盐发生化学反应，本发明通过检测此传感器中阳极催化板和阴极催化板之间组成的闭合回路电流信号强度以及阳极集流场壳和阴极集流场壳之间产生温差信号，来确定不同被测气体产生的电流和温差之间变化的比例常数，再根据标定现有不同被测气体中的二氧化碳浓度，其检测过程简单便捷，不需要借助外部的结构和电路，可在高温排气环境下直接使用，适用于化工、火电设备的排气检测工作。

Description

一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体为一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法。

背景技术

现阶段常规的二氧化碳浓度传感器的检测方法，其检测反应步骤繁琐，易受外界环境影响，导致二氧化碳浓度检测的数据结果不准确，存在检测精度一般，需要借助外部的信号放大结构或滤波电路，检测方法容易受限，二氧化碳浓度的检测过程复杂，并且现阶段的二氧化碳浓度检测方法难以在高温环境中进行检测工作，不适用于如化工、火电设备的排气检测工作，难以直接获取高温排气端的二氧化碳浓度，不好精确判断尾气排放是否符合排放要求，不利于“碳达峰、碳中和”的实施与发展。为此，我们提出了一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法。

发明内容

本发明提供了一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，目的在于通过检测本发明传感器中阳极催化板和阴极催化板之间组成的闭合回路电流信号强度以及阳极集流场壳和阴极集流场壳之间产生温差信号，来确定不同被测气体产生的电流和温差之间变化的比例常数，再根据标定现有不同被测气体中的二氧化碳浓度，达到了后续检测二氧化碳浓度的效果。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，具体包括以下步骤：

S101、提供一个二氧化碳浓度检测装置，所述二氧化碳浓度检测装置包括：

隔热外壳，用于二氧化碳浓度检测电气元件的组装；

热电偶，用于检测阳极集流场壳和阴极集流场壳之间产生的温差；

以及阳极集流场壳和阴极集流场壳，安装在隔热外壳中并提供被测气体的气体通道；所述阳极集流场壳的侧壁设有气体排出口，所述阴极集流场壳相互对立的侧壁上设有阴极气体进入口和阴极气体排出口，所述阳极集流场壳和阴极集流场壳之间设有相互绝缘的阳极催化板和阴极催化板；

S201、导入被测气体，向阴极气体进入口的通道导入被测气体，被测气体流通至阴极集流场壳中；

S301、被测气体化学反应，被测气体在阴极催化板上与所述阴极催化板上的碳酸 盐发生化学反应，阴极反应化学式为：

；

同时加热阳极集流场壳和阴极集流场壳，游离的碳酸根离子从阴极向阳极传导， 被测气体在阳极催化板上与所述阳极催化板上的碳酸盐发生化学反应，阳极反应化学式 为：

，在阳极碳酸盐作用下析出二氧化碳和氧气；

S401、检测二氧化碳浓度，所述阳极催化板和阴极催化板之间组成闭合回路并施加电压，当回路中存在直流电流时，所述阳极集流场壳和阴极集流场壳之间将产生温差，通过检测电路中电流信号强度和温差之间的关系，来检测二氧化碳浓度；

S501、被测气体的导出，根据阳极集流场壳和阴极集流场壳中的流场，所述阳极集流场壳和阴极集流场壳上的气体排出口和阴极气体排出口均排出二氧化碳和氧气。

优选地，上述一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法中，所述二氧化碳浓度检测装置还包括加热片，所述加热片采用耐高温胶体贴片式安装在隔热外壳的内壁上，用于加热被测气体；

在步骤S301中，被测气体化学反应前，需加热所述阳极集流场壳和阴极集流场壳，在加热片外加电位作用下，促进所述阴极催化板和阳极催化板上的碳酸盐变为熔融态，温度大于500℃。

基于上述，此传感器在高温环境下使用，加热片可进行辅助加热工作，将阴极催化板和阳极催化板上的碳酸盐碳酸盐变为熔融态，有利于二氧化碳的两级板的化学反应工作。

优选地，上述一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法中，所述加热片电性连接热电偶，所述热电偶利用电动势测量两个所述加热片对应的温度。

基于上述，热电偶可精准的测出两个加热片之间的温差值。

优选地，上述一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法中，所述阴极集流场壳在气体排出口相对立的一面侧壁上开设通孔，并通过螺纹连接阳极流场堵头；

在步骤S201导入被测气体时，阳极集流场壳选择性打开阳极流场堵头并接通外部气体吹扫，也可以保持封闭，依据所述阳极集流场壳和阴极集流场壳的流场管路，能够并入已有工作系统进行主动监测的工作。

基于上述，阳极流场堵头的结构设置合理，可直接并入已有工作系统进行主动监测的工作，方便使用。

优选地，上述一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法中，在步骤S401中，确定所述阳极催化板和阴极催化板之间产生的电流和温差之间变化比例常数K，表达公式如下；

公式；其中，I为不同被测气体在阳极催化板和阴极催化板的回路中产生不 同的电流；DT为不同被测气体在两个热电偶之间产生的温差；K为不同被测气体电流和温差 之间比例常数。

基于上述，通过检测电路中对应不同浓度的二氧化碳浓度的电流信号，检测二氧化碳浓度。

优选地，上述一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法中，将不同比例常数K与不同被测气体中的二氧化碳浓度PPM相互标定对应。

基于上述，进而在检测排气时，可直接得到排气端的二氧化碳浓度PPM。

优选地，上述一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法中，所述阳极集流场壳和阴极集流场壳之间设有支撑基底和绝缘垫，所述阳极催化板和阴极催化板为上下对称状的安装在所述支撑基底的外壁上，阳极催化板设置在阴极催化板的上方，且阳极催化板、支撑基底和阴极催化板均为圆形相同面积设置；所述绝缘垫安装在阴极催化板的底部。

基于上述，阳极集流场壳、阴极集流场壳、支撑基底和绝缘垫的安装结构设置稳定在隔热外壳中，具有很好的稳定性和抗冲击效果。

优选地，上述一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法中，所述阳极流场堵头与隔热外壳的连接处设有耐高温的橡胶密封圈，所述阳极流场堵头与隔热外壳均采用非金属耐热材料制成。

基于上述，阳极流场堵头与隔热外壳的结构设置合理，具有很好的绝缘和密封效果。

优选地，上述一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法中，每个所述热电偶与对应的加热片之间均采用固定法兰连接，且热电偶与隔热外壳的侧壁之间采用螺纹连接。

基于上述，热电偶安装结构设置合理，结构稳定且便于安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的检测方法通过检测此传感器中阳极催化板和阴极催化板之间组成的闭合回路电流信号强度以及阳极集流场壳和阴极集流场壳之间产生温差信号，来确定不同被测气体产生的电流和温差之间变化的比例常数，再根据标定现有不同被测气体中的二氧化碳浓度，其检测过程简单便捷，可在高温排气环境下直接使用，适用于化工、火电设备的排气检测工作。同时此传感器与传统被动式环境监测相比，此传感器通过其内部空气流道的设置，依据流场管路，能够并入已有工作系统进行主动监测的工作，进而能够适用于化工，火电高温废气直接检测是否符合排放要求，有利于“碳达峰、碳中和”的实施与发展。

附图说明

图1为本发明实施例中二氧化碳浓度检测方法的流程图；

图2为本发明实施例中二氧化碳浓度检测装置的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例中二氧化碳浓度检测装置的整体剖面结构示意图；

图4为本发明实施例中二氧化碳浓度检测方法的原理图。

图中标号：1、隔热外壳；2、热电偶；3、加热片；4、阳极集流场壳；5、阳极催化板；6、支撑基底；7、阴极催化板；8、绝缘垫；9、阴极集流场壳；10、阳极流场堵头；11、阴极气体进入口；12、阴极气体排出口；13、气体排出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。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。

请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，具体包括以下步骤：

S101、提供一个二氧化碳浓度检测装置，二氧化碳浓度检测装置包括隔热外壳1，用于二氧化碳浓度检测电气元件的组装；热电偶2，用于检测阳极集流场壳4和阴极集流场壳9之间产生的温差；以及阳极集流场壳4和阴极集流场壳9，安装在隔热外壳1中并提供被测气体的气体通道；阳极集流场壳4的侧壁设有气体排出口13，阴极集流场壳9相互对立的侧壁上设有阴极气体进入口11和阴极气体排出口12，阳极集流场壳4和阴极集流场壳9之间设有相互绝缘的阳极催化板5和阴极催化板7；

具体的可参考图2和图3，二氧化碳浓度检测装置还包括加热片3，加热片3采用耐高温胶体贴片式安装在隔热外壳1的内壁上；同时每个热电偶2与对应的加热片3之间均采用固定法兰连接，且热电偶2与隔热外壳1的侧壁之间采用螺纹连接，热电偶安装结构设置合理，结构稳定且便于安装。

较佳的，阴极集流场壳9在气体排出口13相对立的一面侧壁上开设通孔，并通过螺纹连接阳极流场堵头10；阳极流场堵头10与隔热外壳1的连接处设有耐高温的橡胶密封圈，阳极流场堵头10与隔热外壳1均采用非金属耐热材料制成，如云母或石棉等，阳极流场堵头10与隔热外壳1的结构设置合理，具有很好的绝缘和密封效果。

需要注意说明的是阳极集流场壳4和阴极集流场壳9之间设有支撑基底6和绝缘垫8，阳极催化板5和阴极催化板7为上下对称状的安装在支撑基底6的外壁上，阳极催化板5设置在阴极催化板7的上方，且阳极催化板5、支撑基底6和阴极催化板7均为圆形相同面积设置；绝缘垫8安装在阴极催化板7的底部，阳极集流场壳4、阴极集流场壳9、支撑基底6和绝缘垫8的安装结构设置稳定在隔热外壳1中，具有很好的稳定性和抗冲击效果。

S201、导入被测气体，向阴极气体进入口11的通道导入被测气体，被测气体流通至阴极集流场壳9中；导入被测气体时，阳极集流场壳4选择打开阳极流场堵头10并接通外部气体吹扫，也可以保持封闭，依据阳极集流场壳4和阴极集流场壳9的流场管路，能够并入已有工作系统进行主动监测的工作，阳极流场堵头10的结构设置合理，可直接并入已有工作系统进行主动监测的工作，方便使用。

S301、被测气体化学反应，被测气体在阴极催化板7上与阴极催化板7上的碳酸盐 发生化学反应，阴极反应化学式为：

；同时加热阳极集流场壳4和阴 极集流场壳9，游离的碳酸根离子从阴极向阳极传导，被测气体在阳极催化板5上与阳极催 化板5上的碳酸盐发生化学反应，阳极反应化学式为：

，在阳极碳酸 盐作用下析出二氧化碳和氧气；

进一步的，加热片3用于加热被测气体；被测气体化学反应前，需加热阳极集流场壳4和阴极集流场壳9，在加热片3外加电位作用下，促进阴极催化板7和阳极催化板5上的碳酸盐变为熔融态，温度大于500℃。此传感器在高温环境下使用，加热片3可进行辅助加热工作，将阴极催化板7和阳极催化板5上的碳酸盐变为熔融态，有利于二氧化碳的两级板的化学反应工作。

同时加热片3电性连接热电偶2，热电偶2利用电动势测量两个加热片3对应的温度。热电偶2可精准的测出两个加热片3之间的温差值。

S401、检测二氧化碳浓度，阳极催化板5和阴极催化板7之间组成闭合回路并施加电压，当回路中存在直流电流时，阳极集流场壳4和阴极集流场壳9之间将产生温差，通过检测电路中电流信号强度和温差之间的关系，来检测二氧化碳浓度；

具体的，可参考图4，确定阳极催化板5和阴极催化板7之间产生的电流和温差之间 变化比例常数K，表达公式一如下：

公式一；其中，I为不同被测气体在阳极催化板5 和阴极催化板7的回路中产生不同的电流；DT为不同被测气体在两个热电偶2之间产生的温 差；K为不同被测气体电流和温差之间比例常数，通过检测电路中对应不同浓度的二氧化碳 浓度的电流信号，检测二氧化碳浓度。最后将不同比例常数K与不同被测气体中的二氧化碳 浓度PPM相互标定对应，进而在检测排气时，可直接得到排气端的二氧化碳浓度PPM。

S501、被测气体的导出，根据阳极集流场壳和阴极集流场壳中的流场，阳极集流场壳4和阴极集流场壳9上的气体排出口13和阴极气体排出口12均排出二氧化碳和氧气。

本发明在使用时，阴极气体从阴极气体进入口11排入，可排至阴极催化板7上，该 阳极催化板5上均匀分布设有阳极碳酸盐，该阴极催化板7上均匀分布设有阴极碳酸盐，阴 极气体在阴极催化板7上与碳酸盐作用，发生反应，阴极反应化学式为：

；在外加电位作用下，促进熔融态（500摄氏度）下游离的碳酸根离子 从阴极向阳极传导，阳极反应化学式为：

，在阳极碳酸盐作用下析出 二氧化碳和氧气，通过检测本发明传感器中阳极催化板和阴极催化板之间组成的闭合回路 电流信号强度以及阳极集流场壳和阴极集流场壳之间产生温差信号，来确定不同被测气体 产生的电流和温差之间变化的比例常数，再根据标定现有不同被测气体中的二氧化碳浓 度，达到了后续检测二氧化碳浓度的效果。

综上所述，本发明的检测方法通过检测此传感器中阳极催化板和阴极催化板之间组成的闭合回路电流信号强度以及阳极集流场壳和阴极集流场壳之间产生温差信号，来确定不同被测气体产生的电流和温差之间变化的比例常数，再根据标定现有不同被测气体中的二氧化碳浓度，其检测过程简单便捷，可在高温排气环境下直接使用，适用于化工、火电设备的排气检测工作。同时此传感器与传统被动式环境监测相比，此传感器通过其内部空气流道的设置，依据流场管路，能够并入已有工作系统进行主动监测的工作，进而能够适用于化工，火电高温废气直接检测是否符合排放要求，有利于“碳达峰、碳中和”的实施与发展。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S101、提供一个二氧化碳浓度检测装置，所述二氧化碳浓度检测装置包括

隔热外壳（1），用于二氧化碳浓度检测电气元件的组装；

热电偶（2），用于检测阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9）之间产生的温差；以及

阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9），安装在隔热外壳（1）中并提供被测气体的气体通道；所述阳极集流场壳（4）的侧壁设有气体排出口（13），所述阴极集流场壳（9）相互对立的侧壁上设有阴极气体进入口（11）和阴极气体排出口（12），所述阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9）之间设有相互绝缘的阳极催化板（5）和阴极催化板（7）；

S201、导入被测气体，向阴极气体进入口（11）的通道导入被测气体，被测气体流通至阴极集流场壳（9）中；

S301、被测气体化学反应，被测气体在阴极催化板（7）上与所述阴极催化板（7）上的碳 酸盐发生化学反应，阴极反应化学式为：

；

同时加热阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9），游离的碳酸根离子从阴极向阳极传 导，在阳极催化板（5）上与所述阳极催化板（5）上的碳酸盐发生化学反应，阳极反应化学式 为：

，在阳极碳酸盐作用下析出二氧化碳和氧气；

S401、检测二氧化碳浓度，所述阳极催化板（5）和阴极催化板（7）之间组成闭合回路并施加电压，当回路中存在直流电流时，所述阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9）之间将产生温差，通过检测电路中电流信号强度和温差之间的关系，来检测二氧化碳浓度；

S501、被测气体的导出，根据阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9）中的流场，所述阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9）上的气体排出口（13）和阴极气体排出口（12）均排出二氧化碳和氧气。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，其特征在于：所述二氧化碳浓度检测装置还包括加热片（3），所述加热片（3）采用耐高温胶体贴片式安装在隔热外壳（1）的内壁上，用于加热被测气体；

在步骤S301中，被测气体化学反应前，需加热所述阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9），在加热片（3）外加电位作用下，促进所述阴极催化板（7）和阳极催化板（5）上的碳酸盐变为熔融态，温度大于500℃。

3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，其特征在于：所述加热片（3）电性连接热电偶（2），所述热电偶（2）利用电动势测量两个所述加热片（3）对应的温度。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，其特征在于：所述阴极集流场壳（9）在气体排出口（13）相对立的一面侧壁上开设通孔，并通过螺纹连接阳极流场堵头（10）；

在步骤S201导入被测气体时，阳极集流场壳（4）打开阳极流场堵头（10）并接通外部另一组被测气体，依据所述阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9）的流场管路，能够并入已有工作系统进行主动监测的工作。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，其特征在于：在步 骤S401中，确定所述阳极催化板（5）和阴极催化板（7）之间产生的电流和温差之间变化比例 常数K，表达公式（一）如下：

公式（一）；其中，I为不同被测气体在阳极催化板（5）和 阴极催化板（7）的回路中产生不同的电流；DT为不同被测气体在两个热电偶（2）之间产生的 温差；K为不同被测气体电流和温差之间比例常数。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，其特征在于：将不同比例常数K与不同被测气体中的二氧化碳浓度PPM相互标定对应。

7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，其特征在于：所述阳极集流场壳（4）和阴极集流场壳（9）之间设有支撑基底（6）和绝缘垫（8），所述阳极催化板（5）和阴极催化板（7）为上下对称状的安装在所述支撑基底（6）的外壁上，阳极催化板（5）设置在阴极催化板（7）的上方，且阳极催化板（5）、支撑基底（6）和阴极催化板（7）均为圆形相同面积设置；所述绝缘垫（8）安装在阴极催化板（7）的底部。

8.根据权利要求4所述的一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，其特征在于：所述阳极流场堵头（10）与隔热外壳（1）的连接处设有耐高温的橡胶密封圈，所述阳极流场堵头（10）与隔热外壳（1）均采用非金属耐热材料制成。

9.根据权利要求1所述的一种二氧化碳浓度检测传感器的检测方法，其特征在于：每个所述热电偶（2）与对应的加热片（3）之间均采用固定法兰连接，且热电偶（2）与隔热外壳（1）的侧壁之间采用螺纹连接。

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