CN114577985A - 小型化气体传感装置的恒温模块和小型化气体传感装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化气体传感装置的恒温模块和小型化气体传感装置，小型化气体传感装置的恒温模块包括外壳、热绝缘件、导热件、温度传感器、加热件和控制电路板。热绝缘件设置于外壳的第一容纳空间内，热绝缘件内部有第二容纳空间，导热件内设置有第三容纳空间和气体通道。加热件在产热后将热量传递至导热件，温度传感器将检测的导热件的内部温度输入给控制电路板，控制电路板调整加热件的产热功率，从而使温度传感器的读数保持在目标温度值，与此同时，进样气体的温度也将在气体通道中上升至与第三容纳空间的温度相同的值，避免在流入第三容纳空间内部后，第三容纳空间出现“冷岛”，可以使第三容纳空间中的小型化气体传感器的检测更加准确。

Description

小型化气体传感装置的恒温模块和小型化气体传感装置
技术领域
本发明涉及传感技术领域，尤其是涉及一种小型化气体传感装置的恒温模块和小型化气体传感装置。
背景技术
近年来，由于对空气质量及其引发的健康效应的日益关注，对大气痕量成分的测量变得日益重要。小型化气体传感器是用于监测室内外重要气体分子、尤其是痕量气态污染物的重要工具与手段。这是因为小型化传感技术有很多优点，比如体积小、重量轻、耗电量低同时成本又相对低廉，故适于大面积布点以获取具有超高时空分辨率的气体分子特别是污染气体的排放源分布、扩散规律及人群暴露特征的相关数据。
以空气中的可挥发性有机物(VOCs)为例。VOCs在环境中存在光照和氮氧化物时会发生复杂的光化学反应从而生成臭氧，而臭氧具有强氧化性，一经吸入会对人的呼吸系统和心脑血管系统等产生极强的负面影响，因此，气体中的臭氧浓度是决定气体质量的重要指标之一。室内环境中的部分可挥发性有机物(VOCs)如甲醛、苯系物(包括苯、甲苯、二甲苯等)则具有已知的致癌、致畸变等效应，当室内缺少通风时，会因不合规的家具和涂料等的缓慢挥发释放而集聚，其浓度容易超过室内气体质量标准，对居住者的健康产生危害。除此之外，VOCs在大气中会被逐步氧化，并且可能产生具有低蒸气压的有机产物，这些物质会进一步通过成核、凝结等作用进入气溶胶相，导致颗粒物的质量及数量浓度的增长。综上所述，实现对VOCs浓度的精准测量，有助于及时发现高VOCs浓度区，提示人们注意暴露风险。进一步地，结合VOCs浓度的时空分布、气象、扩散条件等多维数据信息，还能精准定位VOCs的排放或泄露源头，实现对不合规的VOCs排放源的有效管控，以削减VOCs的总排放量，降低其生成臭氧和二次有机气溶胶的潜力。
但是，由于大气里的VOCs成分复杂，包括烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃和含氮、含氧、含硫类VOCs等，它们分别具有不同的理化性质，故常规的实验室分析一般采用气相色谱柱预先分离，然后使用质谱探测器、氢火焰离子探测器和光电离探测器等不同的电离-检测方法开展定性或定量研究，这类方法可以实现对VOCs的成分分析，但所用的分析仪器工作时需要相对稳定的实验室或站房环境，并且需要持续的耗材(如色谱载气)供应，价格昂贵，操作相对复杂，体积、重量也都比较大。同时，由于样品进样、富集和色谱柱分离等都需要时间，所以测得的数据实际上是不连续的，有遗漏短时强排放信号的可能。
由于环境中的VOCs来源多种多样(如工业或机动车燃烧，油漆、染料喷涂，油罐挥发等)，并且其中的无组织排放贡献大，要实现精准的源头定位，需要对潜在排放区域实现密集点位组网监测。这就使得上述实验室里常用的分析仪器不再适用，监测、监管人员需要借助于更加小型化、低功耗、成本更低、更便于使用的基于传感器的仪器开展对VOCs密集点位的测量。这一转变虽然使得对VOCs组分分析变得不太可能，但却能较好地满足多点位监测的目标，虽然牺牲了组分分析的能力，但获得了可能更为宝贵的连续、高时空分辨率的VOCs总量及潜在的散乱源排放的信息。
其中，PID传感器可探测超低浓度(至ppb级别)的VOCs，其检测原理已广为人知，简单来说就是用短波长紫外灯(波长可选)发光照射气体样品，以使其中的VOCs组分失去电子而光电离，所得离子用电极收集，由此产生的电信号强度与气体中的VOCs浓度成比例对应，可用来反推后者。PID传感器具备如前所述的诸多特点(优点)：首先，PID传感器体积小，功耗低，基于其制成的分析仪器也因此具备上述两个特征；其次，PID传感器对多数VOCs、特别是光化学活性较强的VOCs都有响应能力，且其光源波长可调，具有广谱响应能力；第三，PID传感器的监测无需外加气体，因此可以长时间在户外工作而无需过多人工干预。综上，PID传感器可能是最适合用于密集组网监测的VOCs监测技术之一。
但是，PID传感器的基线为“处于实时环境温度、相对湿度下、但气体中不存在可挥发性有机物时PID传感器的读数”。通过长期的测试我们发现，在连续变化的环境温湿度条件下，PID传感器的基线读数也会发生剧烈变化，这表明温度、相对湿度等环境因素均会影响PID传感器的读数，并且这一变化信号会与环境中VOCs导致的信号混杂在一起，显著影响PID传感器对环境VOCs浓度的测量。
另一种典型的空气污染物是二氧化碳(CO2)。室外空气中的CO2主要来自化石燃料的燃烧，这一过程还往往会伴随着具有严重负面健康效应如NOx、颗粒物、CO和SO2等的排放。室内环境中的CO2则主要来自人的呼吸，此外还有部分来自室内生物质、燃气或化石燃料的燃烧排放。当室内CO2浓度较高时，往往意味着人口密度较大或通风不足，需要采取改善通风条件及降低燃料燃烧强度等干预措施。由于CO2＝分子具有较强的红外吸收能力，故目前通用的CO2监测主要通过红外光谱手段实现。这其中既包括具有高监测精度的基于光腔衰荡(Cavity Ringdown)技术的红外吸收光谱法，也包括监测精度相对较低但却能实现小型化设计的基于非色散红外(Non-dispersive Infrared)吸收的光谱法。类似于前述PID传感器，NDIR二氧化碳传感器的光源的发射光谱、其探测器的光响应曲线及壳体材料的膨胀/收缩程度等均会随温度变化而变化，并由此引起透射光强信号的变化。由于NDIR传感器是通过该透射光强的变化推算大气中的CO2浓度变化，所以上述温度引发的假信号会与真实的CO2光吸收信号引起的光强变化信号混杂在一起，不利于CO2浓度的推算。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种小型化气体传感装置的恒温模块，该小型化气体传感装置的恒温模块可以提升小型化气体传感装置对空气中各物质浓度测量的稳定性和准确性。
本发明进一步地提出了一种小型化气体传感装置。
本发明的小型化气体传感装置的恒温模块包括：外壳，所述外壳内形成有第一容纳空间；热绝缘件，所述热绝缘件设置于所述第一容纳空间内，所述热绝缘件内开设有第二容纳空间；导热件，所述导热件设置于所述第二容纳空间内，所述导热件内设置有用于容纳整个小型化气体传感器的第三容纳空间和气体通道，所述气体通道与所述第三容纳空间相连通；加热件，所述加热件设置于所述导热件的表面，以向所述导热件传递热量；温度传感器，所述温度传感器设置于所述导热件内部，以测量所述导热件内部的实时温度；控制电路板，所述控制电路板与所述加热件电连接，并能根据所述温度传感器的测量温度及设定的目标温度值之间的差异产生控制信号，以使导热件内部温度始终处于恒定值。
由此，加热件在产热后将热量传递至导热件，温度传感器将检测的导热件的内部温度输入给控制电路板，使控制电路板调整加热件的产热功率，从而使温度传感器的读数保持在目标温度值，控制电路板可以采用“比例-积分-微分”逻辑，即根据导热件内置的温度传感器的实测温度值与设定的目标温度值的当前(对应比例项)和历史(对应积分项)读数的差异、及该差异值的变化速度(对应微分项)控制加热件的加热功率，在实测温度低于目标温度时提升加热功率，反之则降低加热功率，由此形成有效负反馈从而实现导热件内部的恒温。与此同时，进样气体的温度也将在气体通道中上升至与第三容纳空间的温度相同的值，避免在流入第三容纳空间内部后，第三容纳空间出现“冷岛”，可以使第三容纳空间中的小型化气体传感器的检测更加准确。
在本发明的一些示例中，所述气体通道包括：进气通道和出气通道，所述进气通道连接有进气口，所述出气通道连接有出气口，所述第三容纳空间设置于所述进气通道和所述出气通道之间。
在本发明的一些示例中，所述进气通道有蜿蜒设置，以尽量在所述小型化气体传感装置的恒温模块的有限体积内实现尽可能长的加热通道。
在本发明的一些示例中，所述进气通道包括：多个平直段和弧形连接段，多个所述平直段平行设置，所述弧形连接段连接于相邻的两个所述平直段之间。
在本发明的一些示例中，所述外壳包括：第一外壳和第二外壳，所述热绝缘件包括：第一热绝缘件和第二热绝缘件，所述导热件包括：第一导热件和第二导热件，所述第一热绝缘件设置于所述第一外壳，所述第一导热件设置于所述第一热绝缘件，所述第二热绝缘件设置于所述第二外壳，所述第二导热件设置于所述第二热绝缘件，所述第一导热件和所述第二导热件相对设置且共同限定出所述第三容纳空间和所述气体通道。
在本发明的一些示例中，所述第一导热件和所述第二导热件之间设置有第一密封件，所述第一密封件周向环绕设置于所述气体通道的外侧，所述第一密封件为弹性密封件，所述第一密封件同时与所述第一导热件和所述第二导热件弹性抵接配合。
在本发明的一些示例中，所述小型化气体传感装置的恒温模块还包括：气泵，所述气泵与所述气体通道相连接。
在本发明的一些示例中，所述加热件为加热片和电热阻丝中的至少一种，所述加热件贴设于所述导热件。
在本发明的一些示例中，在所述加热件不加热时，所述温度传感器检测的测量温度值为T1，所述控制电路板设定的所述加热件的目标温度值为T2，T2和T1始终满足关系式：T2＞T1。
本发明的小型化气体传感装置，包括：以上所述小型化气体传感装置的恒温模块；小型化气体传感器，所述传感器搭配其的供电与信号放送电路板，整体设置于所述第三容纳空间内。
在本发明的一些示例中，所述加热件与所述控制电路板之间设置有第一飞线，所述第一飞线一端与所述控制电路板电连接，另一端穿设所述外壳和所述热绝缘件与所述加热件电连接。
在本发明的一些示例中，所述传感器的所述供电与信号放送电路板与外界电源及信号采集系统之间设置有第二飞线，所述第二飞线与所述导热件之间设置有第二密封件，所述第二密封件为弹性密封件。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的小型化气体传感装置的示意图；
图2是根据本发明实施例的小型化气体传感装置的示意图；
图3是根据本发明实施例的小型化气体传感装置的局部示意图。
附图标记：
1000、小型化气体传感装置；
100、恒温模块；200、小型化气体传感器；
10、外壳；11、第一外壳；12、第二外壳；13、第一容纳空间；
20、热绝缘件；21、第二容纳空间；22、第一热绝缘件；
30、导热件；32、气体通道；33、进气通道；331、进气口；332、平直段；333、弧形连接段；34、出气通道；341、出气口；35、第一导热件；36、第一密封件；
50、控制电路板；51、第一飞线；60、气泵。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的小型化气体传感装置1000的恒温模块100，小型化气体传感装置1000的恒温模块100可以应用于小型化气体传感装置1000。
结合图1-图3所示，根据本发明的小型化气体传感装置1000的恒温模块100可以主要包括：外壳10、热绝缘件20、导热件30、加热件、温度传感器和控制电路板50，其中，外壳10内形成有第一容纳空间13，热绝缘件20设置于第一容纳空间13内，热绝缘件20内开设有第二容纳空间21，导热件30设置于第二容纳空间21内，加热件设置于导热件30，以向导热件30传递热量。具体地，将热绝缘件20设置于外壳10的第一容纳空间13内，并且将导热件30设置于热绝缘件20的第二容纳空间21内，外壳10可以对热绝缘件20和导热件30起到保护的作用，可以防止外界的异物侵蚀或者外力撞击热绝缘件20和导热件30，导致热绝缘件20和导热件30的损坏，这样可以提升小型化气体传感装置1000的恒温模块100的结构可靠性。
进一步地，将导热件30设置于热绝缘件20的第二容纳空间21中，在加热件开始工作，并且将热量传递至导热件30上后，热绝缘件20可以将导热件30上的热量与外界隔开，防止导热件30上的热量快速持续地传递至外壳10的外侧，导致热量的损耗过高及加热件的能耗过高，同时因与外界的热耦合过强而造成导热件30自身温度的稳定性差，这样可以进一步地提升小型化气体传感装置1000的恒温模块100的可靠性。
需要说明的是，导热件30需要选用导热性能良好的材料制成，这样可以使加热件的热量更加快速均匀地传递至导热件30的各个位置，可以使导热件30上各处的温差较小。进一步地，导热件30在选材时还需要易于机械加工，并且制成导热件30的材料成本需要较低，从而可以适于规模化生产。其中，导热件30可以为铝、铜等金属或铝镁、铝铜或铝硅合金等金属合金，也可以为导热陶瓷等非金属材料。
结合图2和图3所示，导热件30上设置有用于容纳小型化气体传感器200的第三容纳空间和气体通道32，气体通道32与第三容纳空间相连通。具体地，在加热件将热量传递至导热件30后，导热件30内的第三容纳空间中的温度将上升并最终恒定在目标温度值，又因为第三容纳空间用于容纳小型化气体传感器200，故小型化气体传感器200也将处于恒定温度，从而使小型化气体传感器200的基线读数保持稳定，不再受外界温度变动的影响，使小型化气体传感器200对空气中物质浓度的测量更加准确可靠。与此同时，加热导热件30后，导热件30内部的气体通道32的温度将上升，气体进入气体通道32后会因加热效应而使得自身的温度上升；合理设计的气体通道32及气体流速可以确保气体在流入第三容纳空间之间被加热足够长的时间，故气体可以被加热上升至与导热件30一致的温度，从而不至于在导热件30内部形成“冷岛”，并使小型化气体传感器200受到冷空气的冲击。
结合图1-图3所示，控制电路板50和加热件电连接，控制电路板50可以对加热件的加热工作进行调节，在小型化气体传感装置1000的恒温模块100开始工作时，先给导热件30设置一个目标温度，然后使控制电路板50控制加热件工作，对导热件30进行加热，控制电路板50对加热件的控制目的是使导热件30内置的温度传感器测得的温度值与设定的目标温度值相同。常用的控制方法可以采用“比例-积分-微分”逻辑，即根据导热件内置的温度传感器的实测温度值与设定的目标温度值的当前(对应比例项)和历史(对应积分项)读数的差异、及该差异值的变化速度(对应微分项)控制加热件的加热功率，在实测温度低于目标温度时提升加热功率，反之则降低加热功率，由此形成有效负反馈从而实现导热件30内部的恒温。
如上，热绝缘件20可以对导热件30与环境的热交换而导致的热量的散失起到显著的减慢作用，进而降低上述恒温过程的控制难度，也降低整个小型化气体传感装置1000的恒温模块100的功耗，后者对在电力供应受限的环境实施本方案意义重大。综上，本方案通过为小型化气体传感器200提供稳定的工作环境温度，可以进一步地提升小型化气体传感器200对空气中的物质浓度的测量的准确性和稳定性。其中，热绝缘件20可以是能承受目标设定温度同时导热系数较小的保温泡沫或塑料。
客观上，由于热量的传递时间因素、控制逻辑的的延时因素、温度测量及一些客观的环境因素的影响，气体通道32的温度无法完全正好维持在目标温度值并且始终毫无偏差。可选地，导热件30的温度与目标温度的差值可控制在±0.1℃左右，具体此处不作限定，但理论上两者之间的差异越小越好。
结合图2所示，气体通道32包括：进气通道33和出气通道34，进气通道33连接有进气口331，出气通道34连接有出气口341，第三容纳空间设置于进气通道33和出气通道34之间。具体地，通过将第三容纳空间设置于进气通道33和出气通道34之间，在外界的气体从进气口331进入进气通道33后，进气通道33会使气体的温度上升至与导热件30一致的温度，之后预加热好的气体将通过进气通道33进入第三容纳空间并接受小型化气体传感器200的检测。对进气气体做上述预加热处理的目的是避免第三容纳空间内部因与冷空气接触降温而出现“冷岛”，并进而使得小型化气体传感器20的基线因温度波动而不稳定。
进一步地，进入第三容纳空间的气体在被小型化气体传感器200检测完毕后，可以从第三容纳空间中流出至出气通道34，并且从出气通道34的出气口341中流向外界，这样可以使流向小型化气体传感装置1000的恒温模块100内部的气体持续流动更新，避免小型化气体传感器200在检测不同环境中空气中物质的浓度时，检测结果受到滞留在第三容纳空间内的空气中的物质浓度的影响，从而导致小型化气体传感器200的检测结果的不准确。
由此，通过在导热件30上设置加热件，将导热件30设置于热绝缘件20的第二容纳空间21中，并且使控制电路板50控制加热件的加热，加热件可以将热量传递至导热件30，使导热件30的温度上升并最终恒定在一个稳定的温度值附近，从而使小型化气体传感器200始终处在一个温度稳定的工作环境内。同时，在气体从气体通道32流至第三容纳空间的过程中，气体温度可以因加热而上升至与导热模块温度相同的值，这样可以避免第三容纳空间内部出现“冷岛”，使第三容纳空间内的小型化气体传感器200的温度出现抖动，影响检测结果的准确可靠性。
结合图2所示，进气通道33采用蜿蜒设置的方式，如此设置可以在不显著增加小型化气体传感装置1000的恒温模块100尺寸的前提下使进气通道33尽可能地得到延长，从而使流入气体通道32的气体在气体通道32内的停留时间得到延长，从而实现气体的有效升温，优化了小型化气体传感装置1000的恒温模块100的结构设计。
结合图2所示，进气通道33包括：多个平直段332和弧形连接段333，多个平直段332平行设置，弧形连接段333连接于相邻的两个平直段332之间。具体地，通过将多个平直段332平行设置，并且在两个相邻的平直段332之间设置弧形连接段333，使弧形连接段333将两个相邻的平直段332连接起来，这样可以在保证两个相邻的平直段332之间的间隔距离一定的前提下，尽可能地延长两个相邻的平直段332之间气体流过的长度，从而可以进一步地提升流入气体通道32的气体在气体通道32内的停留时间，从而可以提升气体通道32中气体的加热效率。
结合图1-图3所示，外壳10可以主要包括：第一外壳11和第二外壳12，热绝缘件20可以主要包括：第一热绝缘件22和第二热绝缘件，导热件30包括：第一导热件35和第二导热件，第一热绝缘件22设置于第一外壳11，第一导热件35设置于第一热绝缘件22，第二热绝缘件设置于第二外壳12，第二导热件设置于第二热绝缘件，第一导热件35和第二导热件相对设置，并且共同限定出第三容纳空间和气体通道32。具体地，将第一热绝缘件22设置于第一外壳11内，将第二热绝缘件设置于第二外壳12内，第一热绝缘件22和第二热绝缘件分别包裹第一导热件35和第二导热件。在将第一外壳11和第二外壳12相互连接后，可以使第一导热件35和第二导热件相对设置，并且使第一导热件35和第二导热件共同限定出第三容纳空间和气体通道32，这样不仅可以使第三容纳空间和气体通道32的结构更加稳定，而且还可以方便小型化气体传感装置1000的恒温模块100的组装生产。
需要说明的是，第一导热件35和第二导热件上均开设有第三容纳空间和气体通道32的一半，在第一外壳11和第二外壳12相互连接，并且第一导热件35和第二导热件相对设置后，便可以形成完整的第三容纳空间和气体通道32。
结合图2所示，第一导热件35和第二导热件之间设置有第一密封件36，第一密封件36周向环绕设置于导热件30四周，第一密封件36为弹性密封件，第一密封件36同时与第一导热件35和第二导热件弹性抵接配合。具体地，在第一导热件35和第二导热件之间设置第一密封件36，在第一外壳11和第二外壳12相连接，使第一导热件35和第二导热件相对设置后，可以使第一密封件36同时与第一导热件35和第二导热件抵接配合，由于第一密封件36为弹性密封件，这样可以使弹性密封件与第一导热件35和第二导热件同时弹性抵接配合，从而可以提升第一导热件35和第二导热件之间的密封性。
进一步地，第一密封件36周向环绕设置于导热件30四周、气体通道32的外侧，如此，可以防止外部气体通过第一导热件35和第二导热件之间的缝隙而非正确的进气通道33进入第三容纳空间。这样可以确保采样气体始终来自设备外部并被正确加热，进一步地提升小型化气体传感装置1000的恒温模块100的结构可靠性。
结合图1所示，小型化气体传感装置1000的恒温模块100还包括气泵60，气泵60与气体通道32相连接。具体地，通过将气泵60与气体通道32相连接，可以将外界的气体从进气口331吸入气体通道32中，并继而被小型化气体传感器200检测。
气体在从进气口331进入气体通道32后，需要充分预热至目标温度，才可以进入第三容纳空间中被小型化气体传感器200检测，这样可以避免外部低温气体对小型化气体传感器200的温度冲击。其中，可以采用在小型化气体传感装置1000的恒温模块100内部，第三容纳空间的上游预先加工成型一段加热通道，以使得气体的预加热可以借助加热件自身热量完成而无需外部辅助部件，可以简化小型化气体传感装置1000的恒温模块100的结构设计。进一步地，如此设置，还可以将后续进入气体通道32的气体始终准确稳定地加热到与第三容纳空间内相同的温度，从而最小化两者之间的温差，并且降低两者之间的温差对小型化气体传感器200输出电信号的影响。
在本发明的另一些实施例中，可以通过在小型化气体传感装置1000的恒温模块100外侧设置一个独立的预热管来实现对气体预热，不同的设计可以采用不同流速的气泵60(因此气体流速会相应发生变化)、不同的气体通道32直径及长度。此时需要根据气体流速与气体通道32的体积，计算气体在气体通道32内的停留时间，并通过适当的热模拟方法，确保在该时间内足以将外部气体加热至目标温度。
进一步地，加热件为加热片和电热阻丝中的至少一种，加热件贴设于导热件30。具体地，由于导热件30的导热性能较好，将加热件贴设在导热件30上，并且可以通过导热胶、施加压力等方式确保加热件和导热件30之间有良好的热接触，加热件的热量可以通过导热件30的导热作用传递至第三容纳空间及气体通道32中，这样不仅可以使第三容纳空间内部及气体通道32的热量分布更加均匀，而且还可以防止加热件距离第三容纳空间中的小型化气体传感器200过近，导致加热件灼伤小型化气体传感器200，这样可以优化小型化气体传感装置1000的恒温模块100的结构设计。
另外，将加热件设置成加热片和电热阻丝中的至少一种，可以根据不同小型化气体传感装置1000的恒温模块100的尺寸，应用环境和制造成本等因素选择性地将加热件设置成加热片或者电热阻丝，这样可以提升加热件的适用性。另外，加热件的最大加热功率值需要能够保证在外部环境温度达测量时段的最低值即小型化气体传感装置1000的恒温模块100散热最快时，通过加热件的加热始终能达到设定的目标温度值。
进一步地，小型化气体传感装置1000的恒温模块100在加热件不加热时，温度传感器检测的测量温度值为T1，控制电路板50设定的加热件的目标温度值为T2，T2和T1需始终满足关系式：T2＞T1。具体地，目标温度值T2可根据用户需要设置，但达到该目标温度值T2必须是通过加热而非冷却实现，即需要保证在使用环境下，导热件30在无加热时其温度始终不会超过提前设定的目标温度值T2。提出上述要求是基于两方面的原因：一，同时具备冷却和加热功能的温控单元其设计非常复杂，远超过单项加热的设计及实现难度；二，更高的目标温度值T2可以避免导热件30内部任何位置出现冷凝现象，进而导致第三容纳空间中的小型化气体传感器200的测量不稳定甚至损坏。同时，设定的目标温度值也不能超出小型化气体传感器200的正常工作温度范围，否则会导致小型化气体传感器200的损坏。具体目标温度值可以由有经验的小型化气体传感装置1000的使用者根据实际使用环境的湿度、季节等决定。
结合图1所示，根据本发明实施例的小型化气体传感装置1000可以主要包括：上述小型化气体传感装置1000的恒温模块100和小型化气体传感器200，其中，小型化气体传感器200设置于第三容纳空间，小型化气体传感器200搭配小型化气体传感器200的供电与信号放送电路板，整体设置于第三容纳空间内。具体地，将小型化气体传感器200设置于第三容纳空间中，在小型化气体传感装置1000的恒温模块100开始工作后，第三容纳空间中的温度将处于相对恒定的值，这样可以使小型化气体传感器200始终处于相对恒定的温度环境下，使其检测结果更加准确。在小型化气体传感器200检测到空气中的物质浓度并产生电信号后，小型化气体传感器200的供电与信号放送电路板将对电信号做处理转换，再发送到与供电与信号放送电路板相连接的系统供用户读取、查看。
需要说明的是，小型化气体传感器200可以包括但不限于PID(Photo-ionizationdetector,光电离)传感器和基于NDIR(Non-dispersive Infrared)技术的二氧化碳传感器等需要处于空气中并且对空气中的物质浓度进行测量的小型化气体传感器。将上述小型化气体传感器200设置于小型化气体传感装置1000的恒温模块100内，可以避免小型化气体传感器200在对空气中的待测痕量气体浓度进行检测时，受到持续变化的环境温度影响并进而导致测量结果不稳定。
此外，上述PID和CO2 NDIR传感器均为物理光电学传感器，其内部主要部件包括光源、离子收纳电极(PID传感器)、光探测器(NDIR传感器)及必要的电流导线等，这些部件在高于一般气温的加热环境下仍能正常工作且使用寿命不会受到明显影响，故加热小型化气体传感装置1000的恒温模块100可以作为消除这些气体传感器的强温度效应的有效方法。一些其他类型的小型化气体传感器不一定能满足上述条件，故加热恒温不能作为可供长期使用的方案。以电化学传感器为例，其内部有高浓度离子电解液，在加热时电解液内的水份会快速挥发从而使得传感器不能正常工作。
进一步地，待检测分子在第一导热件35和第二导热件表面上的吸附或者化学反应较强时，可以选择在第一导热件35和第二导热件的相对两侧面上涂覆聚四氟乙烯材料层或对第一导热件35和第二导热件的相对两侧面作硅烷化处理，如此设置可以尽可能地避免或抑制空气中的物质在第一导热件35和第二导热件的相对两侧表面发生化学反应和/或物理吸附，导致小型化气体传感器200的检测结果失真，这样可以进一步地提升测量结果的可靠性。另外，在导热件30选材时还需注意制造导热件30的材料表面是否适于涂覆聚四氟乙烯材料层或者作硅烷化处理。
结合图2所示，加热件与控制电路板50之间设置有第一飞线51，第一飞线51一端与控制电路板50电连接，另一端穿设外壳10和热绝缘件20，并且与加热件电连接，如此设置，不仅可以使加热件与控制电路板50之间的电连接更加简单直接，而且还可以提升加热件与控制电路板50电连接的稳定性与可靠性。
结合图1和图2所示，小型化气体传感器200的供电与信号采集电路板与外部系统电源和数据采集电路之间设置有第二飞线，第二飞线一端与供电与信号采集电路板电连接，另一端穿设外壳10、热绝缘件20和导热件30，与外部系统电源和数据采集电路电连接。进一步地，第二飞线与导热件30之间设置有第二密封件，第二密封件为弹性密封件。该第二密封件可以防止气体从导热件30与第二飞线之间的间隙吸入第三容纳空间，这样可以进一步地提升小型化气体传感装置1000的采样结构的密封与可靠性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种小型化气体传感装置的恒温模块，其特征在于，包括：
外壳，所述外壳内形成有第一容纳空间；
热绝缘件，所述热绝缘件设置于所述第一容纳空间内，所述热绝缘件内开设有第二容纳空间；
导热件，所述导热件设置于所述第二容纳空间内，所述导热件内设置有用于容纳整个小型化气体传感器的第三容纳空间和气体通道，所述气体通道与所述第三容纳空间相连通；
加热件，所述加热件设置于所述导热件的表面，以向所述导热件传递热量；
温度传感器，所述温度传感器设置于所述导热件内部，以测量所述导热件内部的实时温度；
控制电路板，所述控制电路板与所述加热件电连接，并能根据所述温度传感器的测量温度及设定的目标温度值之间的差异产生控制信号，以使导热件内部温度始终处于恒定目标值。
2.根据权利要求1所述的小型化气体传感装置的恒温模块，其特征在于，所述气体通道包括：进气通道和出气通道，所述进气通道连接有进气口，所述出气通道连接有出气口，所述第三容纳空间设置于所述进气通道和所述出气通道之间。
3.根据权利要求2所述的小型化气体传感装置的恒温模块，其特征在于，所述进气通道有蜿蜒设置，以尽量在所述小型化气体传感装置的恒温模块的有限体积内实现尽可能长的加热通道。
4.根据权利要求3所述的小型化气体传感装置的恒温模块，其特征在于，所述进气通道包括：多个平直段和弧形连接段，多个所述平直段平行设置，所述弧形连接段连接于相邻的两个所述平直段之间。
5.根据权利要求1所述的小型化气体传感装置的恒温模块，其特征在于，所述外壳包括：第一外壳和第二外壳，所述热绝缘件包括：第一热绝缘件和第二热绝缘件，所述导热件包括：第一导热件和第二导热件，所述第一热绝缘件设置于所述第一外壳，所述第一导热件设置于所述第一热绝缘件，所述第二热绝缘件设置于所述第二外壳，所述第二导热件设置于所述第二热绝缘件，所述第一导热件和所述第二导热件相对设置且共同限定出所述第三容纳空间和所述气体通道。
6.根据权利要求5所述的小型化气体传感装置的恒温模块，其特征在于，所述第一导热件和所述第二导热件之间设置有第一密封件，所述第一密封件周向环绕设置于所述气体通道的外侧，所述第一密封件为弹性密封件，所述第一密封件同时与所述第一导热件和所述第二导热件弹性抵接配合。
7.根据权利要求1所述的小型化气体传感装置的恒温模块，其特征在于，还包括：气泵，所述气泵与所述气体通道相连接。
8.根据权利要求1所述的小型化气体传感装置的恒温模块，其特征在于，所述加热件为加热片和电热阻丝中的至少一种，所述加热件贴设于所述导热件。
9.根据权利要求1所述的小型化气体传感装置的恒温模块，其特征在于，在所述加热件不加热时，所述温度传感器检测的测量温度值为T1，所述控制电路板设定的所述加热件的目标温度值为T2，T2和T1始终满足关系式：T2＞T1。
10.一种小型化气体传感装置，其特征在于，包括：
权利要求1-9中任一项的所述小型化气体传感装置的恒温模块；
小型化气体传感器，所述小型化气体传感器搭配其的供电与信号放送电路板，整体设置于所述第三容纳空间内。
11.根据权利要求10所述的小型化气体传感装置，其特征在于，所述加热件与所述控制电路板之间设置有第一飞线，所述第一飞线一端与所述控制电路板电连接，另一端穿设所述外壳和所述热绝缘件与所述加热件电连接。
12.根据权利要求10所述的小型化气体传感装置，其特征在于，所述小型化气体传感器的所述供电与信号放送电路板与外界电源及信号采集系统之间设置有第二飞线，所述第二飞线与所述导热件之间设置有第二密封件，所述第二密封件为弹性密封件。
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