CN200972475Y

CN200972475Y - 空气质量监测仪

Info

Publication number: CN200972475Y
Application number: CN 200620148809
Authority: CN
Inventors: 孙海岩; 孙士宏; 张殿国; 郭振宗
Original assignee: BEIJING KANGERXING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Beijing Ruiming Technology Development Co. Ltd.
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2016-10-27

Abstract

本实用新型涉及一种空气质量监测仪，特别是矿用多功能空气质量监测仪。包括气路部分和电路部分，气路部分包括采样泵和过滤器，电路部分包括红外传感器、电化学传感器、信号收集转换器、数据处理控制器和输入/输出电路等。本实用新型采用红外/电化学传感器阵列，以及配套的电子技术和计算机技术，实现了同时监测多种气体组分的功能，如CH₄、CO₂、CO、H₂S、O₂等组分的监测。本实用新型空气质量监测仪具有测量精度高、稳定性好、使用寿命长、体积小、实时检测等优势。可以广泛用于各种环境空气质量监测，特别适用于煤矿中空气质量监测。

Description

空气质量监测仪

技术领域

本实用新型涉及一种空气质量监测仪，特别是一种可以同时监测多种组分的矿用空气质量监测仪。

背景技术

空气质量是重要的环境监测指标，普通环境及特殊环境的空质量监测均具有重要意义。煤矿等特殊环境的空气组成不但对工作人员的健康具有重要影响，而且是影响安全生产重要因素。

目前在煤矿上广泛应用的气体监测完全是安全监测的方式，使用的监测仪(工作原理图见图1)主要是采用电化学或单一的化学传感器探头，监测煤矿空气中瓦斯的浓度，为安全生产提供基础数据或提示报警。此类监测仪不具有监测煤矿等环境中空气质量的功能，不能为改善工作环境提供任何参考作用。

随着安全、健康、环境(SHE)观念的普及和相关制度的建立，煤矿等行业也不能仅仅从安全的角度考虑其生产环境，因而现有的空气监测仪器并不能满足使用要求，需提供一种新型空气质量监测设备。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种功能齐全、精确度和灵敏度高的空气质量监测仪，特别是用于煤矿环境的空质量监测仪。

本实用新型空气质量监测仪，包括气路部分和电路部分，所述的气路部分包括采样泵和过滤器，采样泵与过滤器、红外传感器和电化学传感器以气路方式相联通；电路部分包括红外传感器、电化学传感器、信号收集转换器、数据处理控制器和输入/输出电路，信号收集转换器通过电路连接方式与红外传感器和电化学传感器连接，数据处理控制器通过电路连接方式与信号收集转换器和输入/输出电路连接。

本实用新型空气质量监测仪中，红外传感器包括CH₄红外传感器和CO₂红外传感器，电化学传感器包括CO电化学传感器、H₂S电化学传感器和O₂电化学传感器。也可以根据需要设置其它种类气体的传感器，如NH₃、SO₂、Cl₂、HCN、HF等电化学传感器等。还可以包括温度传感器、压力传感器或湿度传感器等，以获得工作环境大气的综合质量指标。输入/输出电路包括键盘、数据显示、数据存储、数据通讯、超限报警等部分，可以根据需要设置其中的一种或几种。为了在煤矿等特殊环境中应用，本实用新型空气质量监测仪按防爆、抗腐蚀、防水等设计。

本实用新型空气质量监测仪利用不同类型传感器对不同气体的敏感特性不同，设置一个电化学传感器组，来测量空气中的CO、H₂S、O₂等组分的浓度或含量，并可以根据需要增补监测气体的种类。同时利用红外传感器技术，测量环境中CO₂与CH₄气体的浓度。本实用新型充分利用电化学传感器的高精度、高灵敏度、体积小、重量轻、可扩展性好的特性；以及红外传感器高稳定性、长寿命的特性，使得本实用新型产品具有体积小、高稳定性、高精度、实时检测等优势。

煤矿等特殊行业环境空气质量监测是一个新领域，同时，本实用新型空气监测仪可以监测CH₄、CO等煤矿安全监测的核心气体种类，所以本检测仪也可以作为矿用安全检查的实用仪器。现阶段各地大中小型煤矿多不胜数，由于气体安全隐患的存在不断发生事故，本实用新型空气监测仪可以很好预防此类事故的发生，进而监控环境空气质量，降低对工作人员健康的损害。

本实用新型空气质量监测仪具有如下特点：

1、将五种环境监测气体传感器设置一台仪器同时监测；

2、将红外与电化学两种不同的传感器设计成一台仪器尚无先例；

3、可携带式红外原理检测仪用于煤矿尚无先例；

4、气体检测种类可扩展式，尚无先例。

附图说明

图1为现有煤矿瓦斯浓度监测仪工作原理框图；

图2为本实用新型监测仪的工作原理框图；

图3为本实用新型监测仪的气路图；

图4为本实用新型监测仪的电路工作原理图；

图5为本实用新型监测仪的软件控制工作原理图。

具体实施方式

本实用新型空气质量监测仪的部分技术参数如下：

1)工作电压：直流稳压电源：DC15V

电池：DC10.8V

2)工作电流：小于800mA

3)检测范围(体积浓度)：

CH₄ 0～5％

CO₂ 0～2％

H₂S 0～100ppm

CO 0～1000ppm

O₂ 0～25％

4)误差：±5％F.S

5)寿命：红外传感器5年

电化学传感器3年

6)报警点：根据标准设定，也可以跟据实际情况自行设定。

7)工作方式：连续在线式，也可以携带式间断采样。

下面结合附图进一步说明本实用新型各部分结构和工作原理。

1、气路

气路是影响及测数据准确性的重要环节，普遍意义来说，气体的流量会影响监测数据的量值，所以，采用恒定流量的气体标定，再以恒定流量进行气体监测会大大提高气体的测量精度，同时也会大幅度提高气体监测气体响应时间。另外，由于煤矿井下的特殊环境因数，矿井粉尘、水汽等都是影响测量精度和降低传感器使用寿命的致命因素。

本实用新型空气质量监测仪采用的恒定流量、无吸附特性的采样泵进行气体采样，保障了样气的稳定与检测的可靠。恒定流量采样泵的基本原理是离心式石墨转子刮板模式。改种方式完全避免了注塞泵和膜片泵在工作过程中因注塞或膜片的位置不同产生流量波动，同时也会给气室内部压力造成波动。恒定的流量和压力是保证检测数据准确的主要因素。在气流进入气泵及传感器之前设置过滤器，过波器具有滤尘和防止水气结露作用，使得监测气体的粉尘纯净度和相对湿度稳定的气体保障了仪器的正常使用时间和传感器寿命。本仪器所使用的传感器对防尘、防水要求并不是非常严格，主要是传感器本身具有这方面的保护，只是要求不能在传感器检测孔上结露和尘埃附着。但是，在煤矿井下这样的环境还必须在气路前端加一个过滤装置，该过滤装置采用金属烧结网制成，孔隙较小能有效防止粉尘进入，另外，近饱和气体经过金属网后，如果气体温度高于金属网则温度降低，气体可能结露析出，如果低于金属网，气温至多达到金属网温度。而且，气体进入气室后由于气室里又红外传感器的自身加热功能，所以温度不可能低于金属网温度，所以气体不可能在气室内部结露。这样达到了防尘、防结露的功能。采样泵驱动气流依次通过过滤器、红外传感器和电化学传感器。在气路设计中，充分考虑到检测气体、传感器原理、特性尺寸的因数，因为传感器材料都是无吸附材料，在气体经过这5支传感器的过程中无特殊处理，所以在理论上可以无顺序排放传感器，但考虑传感器本身外形尺寸的原因，气室先固定红外传感器、后固定电化学传感器比较合理、方便，所以最好气体先通过红外传感器后通过电化学传感器。

2、电路

硬件电路包含了一次电路和二次仪表电路两个主要部分：

其中一次电路包括将样气中不同气体产生模拟电信号的红外传感器和电化学传感器，以及将这些模拟电信号进行采集、放大、转换为数字信号的信号采收转换器。根据红外CH₄在3.4μm处有强吸收峰和CO₂在4.26μm处有强吸收峰的红外吸收原理制成的检测不同气体的传感器，将其放在同一位置检测同一环境的CH₄和CO₂。而电化学传感器是通过不同气体的化学特性在传感器内部填充不同电解质来检测不同气体，在所检测的这5种气体中，选择的传感器不产生交叉干扰的现象。CH₄、CO₂、CO、H₂S、O₂和温度T传感器的模拟信号采集放大后，在A/D转换板(数模转换板)上进行数字转换，然后传输到二次仪表电路。

二次仪表电路以数据处理控制器(MCU)为核心，包括各种输入/输出电路。二次仪表电路实现数据采集、运算、传输、存储、显示等功能，同时实现各种控制、报警等功能的一套系统电路。该电路是组成仪表的核心部分，系统的稳定性、可靠性、操作性、可维护性的关键因素都取决于该部分电路的设计方案。

该仪器的电路可以用图4的工作原理框图进行描述。多路气体传感器组得到的模拟电信号进入信号采集放大电路，经过多路高精度A/D电路转换为数字信号，MCU电路采集上述电信号，进行计算、控制、输出、存储等过程，并通过键盘、显示、报警、控制、通讯等电路实现与外界进行信息交流。

3、软件

监测仪软件是将该仪器中大部分硬件通过MCU的采集、控制、通讯传输等联系有机的组成一个整体，通过合理、高效的组织、管理、运算等功能使得监测仪成为安全、环保监测仪表的精英仪器。该软件具有的功能如下：电子器件的管理、信号采集、数据转换、数据计算、数据显示、泵控制、数据存储、数据通讯、I/O键盘控制、电源控制监控、故障监测功能。具体实现过程如图5所述。软件控制过程开始后，按顺序进行初始化硬件、开泵、采集传感器数据、数据处理、存储、显示等过程，数据处理结果同时通过判断等过程进行报警、数据传输等过程，软件控制程序同时监控键盘操作和电源监测情况。上述智能软件程序自动监测控制仪器工作状态，直至关闭仪器为止。

4、整机与防爆设计

本实用新型仪器具有在线监测和便携监测两种使用方式，在外壳设计上要求既兼顾抗撞、碰、防水、防尘的结构，同时还必须轻便、体积小及操作方便的优点。由于该仪器同时应用于煤矿井下的特殊环境中，还必须具有防爆的设计和抗腐蚀、防水IP54设计。兼顾特殊使用环境的要求，对电池的使用寿命和一次工作时间和充电地点方式都进行专业的防爆、防护设计。上述设计按本领域成熟技术进行。

本实用新型空气质量监测仪涉及的器件可以选用现有各种产品，也可以根据需要按本领域知识制造，涉及的电子技术、计算机技术及防爆技术等均是本领域的成熟技术。

本实用新型空气质量监测仪为固定在线模式兼便携式检测环境气体的综合性仪器，采用红外传感器和电化学传感器的组合监测模式，集红外传感器和电化学传感器的双重优点，并采用软件自动监测传感器工作状态的智能程序。该仪器可同时监测多种气体，多种可供选择气体参数，不同气体参数可任意组合，用户可根据需求，任意组合监测参数或选用其它种类气体传感器。在有毒有害及具有爆炸危险性的场所进行工作，做为环境安全监测使用时可以进行数据超标报警、数据传输和数据存储功能。可以根据需要调整数据存储容量，可以设置多数据同时显示功能。本仪器性能稳定、可靠，连续工作时间长。

Claims

1、一种空气质量监测仪，包括气路部分和电路部分，其特征在于：所述的气路部分包括采样泵和过滤器，采样泵与过滤器、红外传感器和电化学传感器以气路方式相联通；电路部分包括红外传感器、电化学传感器、信号收集转换器、数据处理控制器和输入/输出电路，信号收集转换器通过电路连接方式与红外传感器和电化学传感器连接，数据处理控制器通过电路连接方式与信号收集转换器和输入/输出电路连接。

2、按照权利要求1所述的空气质量监测仪，其特征在于：所述的红外传感器包括CH₄红外传感器和CO₂红外传感器，所述的电化学传感器包括CO电化学传感器、H₂S电化学传感器和O₂电化学传感器。

3、按照权利要求1或2所述的空气质量监测仪，其特征在于：所述的空气质量监测仪包括温度传感器、压力传感器或湿度传感器。

4、按照权利要求1或2所述的空气质量监测仪，其特征在于：所述的输入/输出电路包括键盘、数据显示、数据存储、数据通讯或超限报警部分。

5、按照权利要求1或2所述的空气质量监测仪，其特征在于：所述的空气质量监测仪按防爆、抗腐蚀、防水设计。

6、按照权利要求1或2所述的空气质量监测仪，其特征在于：所述的采样泵为恒定流量、无吸附特性的离心式石墨转子刮板模式采样泵。

7、按照权利要求1或2所述的空气质量监测仪，其特征在于：所述的过滤器采用金属烧结网制成。

8、按照权利要求1或2所述的空气质量监测仪，其特征在于：所述的采样泵设置在气路中过滤器的后面。

9、按照权利要求1或2所述的空气质量监测仪，其特征在于：所述的采样泵驱动气流依次通过过滤器、红外传感器和电化学传感器。

10、按照权利要求1或2所述的空气质量监测仪，其特征在于：所述的空气质量监测仪采用智能软件程序自动监测控制仪器工作状态。