CN201803969U - 可连续工作的气体检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可连续工作的气体检测仪，包括气体取样管道、信号处理模块，电源模块、控制电路、显示电路及显示装置，还包括抽吸式气敏传感器及连续气泵，该抽吸式气敏传感器的进气口连通气体取样管道，可以抽取外界待取样气体，该抽吸式气敏传感器的出气口连接所述连续气泵的进气口，该连续气泵的排气口连通外界；该气体检测仪连续工作时，控制电路控制所述连续气泵，该连续气泵的进气口进行连续抽气，取样气体自所述抽吸式气敏传感器的进气口进入以进行反应，反应后的取样气体自所述抽吸式气敏传感器的出气口排入所述连续气泵，再自所述连续气泵的排气口连续排出。本实用新型可以连续对气体进行取样及测试，提高了测试效率。

Description

可连续工作的气体检测仪 

技术领域

本实用新型涉及一种气体检测仪，尤其涉及一种可连续工作的气体检测仪。 

背景技术

气体检测仪是人们工作生活中经常用到的检测仪器，根据其内部设置的气敏传感器的类型，可以用于测量各种气体，如酒精、一氧化碳或硫化氢等有毒气体。多数气体检测仪在工作原理上大致相同，因此其结构也大致相同，主要包括气敏传感器、微型气泵、信号处理模块、电源模块、控制电路、显示电路及外壳等组成。 

气体检测仪根据有无微型气泵可以分为两类，一类是扩散式气体检测仪，另一类是抽吸式气体检测仪。相应地，传感器也分为扩散式气敏传感器及抽吸式气敏传感器。气敏传感器根据检测原理的不同，可以分为半导体式、电化学式及红外光学式等；其中，检测有毒气体的气体检测仪多采用电化学气敏传感器。 

如图1所示，其为扩散式气敏传感器的结构示意图。环境中的气体通过扩散式气敏传感器5上面的小孔51扩散进入到传感器内部，通过铂丝52的催化，与扩散式气敏传感器5内的敏感元件55进行电化学反应，在敏感元件55表面产生电流反应信号，信号处理电路通过阳极54及阴极53得到电流反应信号，该电流的大小与参与反应的气体浓度成比例，因此通过测量电流的大小可以知道气体的浓度。但有时待测量的气体位于管道内，气体检测仪不能直接进入以与待测气体接触，因此，人们设计了泵吸式扩散式气体检测仪；如图2所示，其为泵吸式扩散式气敏传感器的结构示意图，泵吸式扩散式气体检测仪所采用的泵吸式扩散式气敏传感器6位于一个密闭的外壳66内，该外壳66一般是仪器外壳的一部分；在该外壳66的前面接有细长的吸 管61，该吸管61可以进入到待测管道内；在该外壳66的后部留有气泵接口65，通过气泵的吸引，管道内的气体63能够进入到该外壳66内，当气体63经过泵吸式扩散式气敏传感器6前面的扩散孔62时，气体扩散进入到泵吸式扩散式气敏传感器6内部进行反应，反应后产生的电流信号通过电极64引出到信号处理电路中进行分析。 

如图3所示，其为抽吸式气敏传感器的结构示意图；抽吸式气敏传感器1的表面没有扩散孔，因此，在出气口13处必须接有取样气泵；这样，气泵工作时，一定量的气体通过进气口11被抽吸到抽吸式气敏传感器1内部的反应室15内，与敏感元件14接触后起电化学反应，产生的电流信号通过电极12引出到信号处理电路中。采用抽吸式气敏传感器的气体检测仪中的气泵的取样精度会直接影响到测量精度，因此，抽吸式气体检测仪中一般采用活塞式电磁微型气泵(简称活塞式气泵)，该类气泵一般只单次工作，每次抽气后活塞必须复位，并需要等待一段时间直到残留在传感器或气泵内的气体完全消耗完后才进行下次工作，这样，抽吸式气体检测仪测量精度比扩散式要高，但检测效率比较低。而泵吸式扩散式气体检测仪中的气泵一般可以连续工作，因此，对于该类气泵基本上没有取样精度的要求；但扩散式气敏传感器工作时，从气体进入传感器到得到稳定的输出信号，即响应时间(T90)，一般要几十秒时间。因此，扩散式检测仪的检测效率也不高。 

以常见的酒精检测仪为例，其为一种通过对人体呼出气体进行取样然后分析出其中的酒精含量的设备；酒精检测仪主要包括吹气管道、酒精传感器、微型气泵、信号处理模块、电源模块、控制电路、气体压力传感器及显示电路等，通过取样人体呼出气体中酒精气体的含量实现对被测人员酒后驾驶情况的检测。 

酒精检测仪所采用的传感器分类也有扩散式与抽吸式两类。扩散式多用于个人检测用，抽吸式多用于警察执法用，并以燃料电池型电化学传感器为主。作为执法用的酒精检测仪需要进行定量分析，因此，必须采用比较精确的气泵，目前多采用活塞式气泵。该类气泵只能单次工作，一次抽气后必须复位后才能进行下次工作。图4为进行一次取样后燃料电池型酒精传感器的电化学反应信号曲线图，一个完整的反应信号曲线的持续时间取决于参与反应的酒精浓度的高低，但对于处罚范围内的酒精浓度，一次测量的时间至少 在5秒以上，因此，不管采用何种类型的气泵，如果警用酒精检测仪采用电化学传感器，这类仪器只能进行单次取样及分析。显然，这类酒精检测仪的检测效率不高；交警上路进行酒后驾驶检测时造成道路堵塞的情况已经时有发生，现有的酒精检测仪已经不满足快速酒精检测的需要。 

同时，从统计数据来看，酒后驾驶的人员在所有被检测的驾驶员中的所占比例并不高，也就是，大部分驾驶员并不需要进行很高精度的测量，因此，有必要开发一种可以进行快速筛查的仪器。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可连续工作的气体检测仪，解决现有气体检测仪只能单次间断取样气体、检测效率低的缺点，能够连续取样并分析待测量气体，提高测试效率。 

为实现上述目的，本实用新型提供了一种可连续工作的气体检测仪，包括气体取样管道、信号处理模块、电源模块、控制电路、显示电路及显示装置等，还包括抽吸式气敏传感器及可连续抽取气体的微型气泵(简称连续气泵)，该抽吸式气敏传感器的进气口连通气体取样管道，可以抽取外界待取样气体，该抽吸式气敏传感器的出气口连接所述连续气泵的进气口，该连续气泵的排气口连通外界；该气体检测仪连续取样时，所述连续气泵的进气口进行连续抽气，取样气体自所述抽吸式气敏传感器的进气口进入到传感器内以进行反应，反应后的取样气体自所述抽吸式气敏传感器的出气口排入所述连续气泵，再由所述连续气泵的排气口连续排出。 

其中，气体取样管道可以是吹嘴及与之相连的管路，也可以是泵吸式扩散式气体检测仪中所用的细长吸管。 

其中，所述连续气泵为微型振动膜气泵，又称隔膜泵。 

其中，所述连续气泵为微型转子泵。 

其中，所述抽吸式气敏传感器为半导体式气敏传感器、电化学式气敏传感器或红外光学式气敏传感器。 

其中，所述抽吸式气敏传感器为抽吸式燃料电池型酒精传感器。 

其中，所述抽吸式气敏传感器为抽吸式一氧化碳电化学传感器。 

本实用新型中采用连续取样的气泵，待反应的气体都是通过抽吸方式而不是通过扩散方式进入到传感器内部，因此，反应速度较快，仪器可以连续工作，可以用于快速筛查。 

本实用新型的气体检测仪除可以连续工作外，通过结合一活塞式气泵，同样可以精确取样气体；将该活塞式气泵的进气口也与所述抽吸式气敏传感器的出气口连接，或者，将该活塞式气泵的进气口与所述抽吸式气敏传感器的又一出气口连接；在控制电路控制下，所述连续气泵和活塞式气泵可以分别进行工作。这样，如果要进行快速筛查时，活塞式气泵停止工作，连续气泵通电工作，气体将通过连续气泵从气体取样管道中进入到抽吸式气敏传感器。如果要进行精确测量时，连续气泵停止工作，活塞式气泵通电工作，检测仪进行单次精确取样及分析。本实用新型中采用活塞式气泵时，待反应的气体得到精确的定量，因此，检测精度较高，检测结果可以作为执法依据。 

在本实用新型中，取样气体的测量结果通过显示装置以数值或文字的形式进行显示。 

在本实用新型中，该气体检测仪连续工作时，所述抽吸式气敏传感器检测连续输入的取样气体并输出连续的反应信号，所述显示装置连续实时地显示出所述反应信号随时间变化的图形。 

在本实用新型中还包括报警装置，该报警装置以习知方式与气体检测仪中的其它组件电性连接，在该气体检测仪连续工作时，报警装置将取样气体的测量结果或所述抽吸式气敏传感器输出的反应信号与预设的报警限进行实时比较，对超过此限的测量结果或传感器输出的反应信号实时地进行声光提示。 

本实用新型的有益效果：本实用新型可以连续对气体进行取样及分析，提高测试效率；还可以进行精确取样及分析，方便用户既可以进行快速检测，又可以进行高精度检测；可以通过数值或文字的形式显示检测到的气体浓度检测结果，还可以通过曲线、图形等形式，连续实时显示传感器输出的反应信号；可以设定报警极限，当测量结果或传感器的反应信号超过报警极限后用声光进行提示。 

为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。 

附图说明

下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。 

图1为扩散式气敏传感器  的结构示意图； 

图2为泵吸式扩散式气敏传感器的结构示意图； 

图3为抽吸式气敏传感器的结构示意图； 

图4为进行一次取样后燃料电池型酒精传感器的反应信号曲线图； 

图5为实用新型一较佳实施例中连续气泵与抽吸式气敏传感器的连接结构示意图； 

图6为实用新型又一较佳实施例中连续气泵与抽吸式气敏传感器的连接结构示意图； 

图7为本实用新型再一较佳实施例中连续气泵与抽吸式气敏传感器的连接结构示意图； 

图8为本实用新型实时显示传感器输出的反应信号的曲线示意图。 

具体实施方式

如图5所示，其为本实用新型一较佳实施例中连续气泵与抽吸式气敏传感器的连接结构示意图，该抽吸式气敏传感器的结构可参见图3，在此具体以抽吸式燃料电池型酒精传感器来说明。该较佳实施例的气体检测仪包括抽吸式燃料电池型酒精传感器10及可连续抽取气体的连续气泵2。连续气泵2可采用可连续抽取气体的微型振动膜气泵，又称隔膜泵，或者采用转子泵等，与活塞式气泵相比，这类气泵工作时气体可以连续地从进气口进入并从排气口排出，避免了活塞式气泵进气口工作时一次抽气后活塞必须复位后才能进行另一次抽气的间断工作的弊端；由于该较佳实施例应用于酒精检测仪中，因此抽吸式燃料电池型酒精传感器10的进气口被连接到吹气管道3即吹嘴上，以抽取被测人的呼出气体。抽吸式燃料电池型酒精传感器10的出气口 连接到连续气泵2的进气口，该连续气泵2的排气口连通外界；如图5中气体流向的箭头所示，该气体检测仪连续取样气体时，连续气泵2的进气口进行连续单向抽气，取样气体自抽吸式燃料电池型酒精传感器10的进气口进入到反应室，与敏感元件接触后进行反应，反应后的取样气体自抽吸式燃料电池型酒精传感器10的出气口排入连续气泵2，再由连续气泵2的排气口连续排出。通过该较佳实施例的结构，配合以信号处理模块、显示电路、电源模块、控制电路、气体压力传感器、显示装置及壳体等，即可制成一个酒精测试仪。对于本领域的普通技术人员来说，怎样连接这些电路及结构单元是公知技术，本实用新型中不作详细介绍。本领域技术人员可以理解，如果调换图5中抽吸式燃料电池型酒精传感器10与连续气泵2之间的位置，也即连续气泵2位于吹嘴与抽吸式燃料电池型酒精传感器10之间时，也能达到与图5所示连接结构相同的工作效果。 

采用了本实用新型该较佳实施例的可连续工作的酒精测试仪最大的特点在于，连续气泵2可以连续不断的对气体进行取样，新取样的气体不间断的传送到抽吸式燃料电池型酒精传感器10，抽吸式燃料电池型酒精传感器10在排出上一次测量废气的同时，又开始对新一次传送进来的取样气体进行测量分析，该过程避免了传统酒精测试仪需要进行完一次完整测量并将测量废气排出仪器外部后才进行下一次气体采集而导致的测量时间长测试效率较低的弊端，达到了节约时间，提高测试效率的目的；可供给检查人员对大批量的驾驶员进行酒后驾驶的筛查，通过区分是否有酒精存在而迅速甄别有酒后驾驶嫌疑的驾驶员，从而进行进一步处理。根据燃料电池型酒精传感器10的性能特点，由于燃料电池型酒精传感器反应需要有一定时间，因此，在外界同样的气体浓度条件下，连续取样方式与单次抽气相比可以增加传感器内部的反应物的浓度，从而提高检测的敏感性。与带有泵吸的扩散式检测仪相比，由于本实用新型中抽取的气体是直接进入而不是扩散方式进入到传感器内部的，因此，本实用新型比带有泵吸的扩散式检测仪有更快的反应速度。 

采用了如图5所示结构的酒精测试仪，可对酒后驾驶的驾驶员进行筛查，但是在执法取证时还是需要采用传统的活塞式气泵才能够保证测得准确的酒精浓度。如图6所示，其为本实用新型又一较佳实施例中连续气泵与抽吸式气敏传感器的连接结构示意图，在此较佳实施例中，还包括一活塞式气 泵4，该活塞式气泵4的进气口也与所述抽吸式燃料电池型酒精传感器1的出气口连接，抽吸式燃料电池型酒精传感器10、活塞式气泵4及连续气泵2之间形成了三通结构，通过控制气泵的工作时间来选择气体的流向，可实现筛查和取证两种不同的功能。也即，如果要进行快速筛查时，活塞式气泵4停止工作，连续气泵2通电工作；如果要进行精确测量时，连续气泵2停止工作，活塞式气泵4通电工作。显而易见，进行快速筛查时，活塞式气泵4与连续气泵2也可以同时进行工作，但此时活塞式气泵4的工作并不能带来比只有连续气泵2单独工作时更加有益的帮助，反而会消耗更多的电能。 

如图7所示，其为本实用新型再一较佳实施例中连续气泵与抽吸式气敏传感器的连接结构示意图。在此较佳实施例中，活塞式气泵4的进气口直接与抽吸式燃料电池型酒精传感器10的又一出气口连接，同样可以同时实现筛查和取证两种不同的功能。在图6和图7所示的结构中，为了防止活塞式气泵4工作时连续气泵2出现漏气，也可以在连续气泵2后面串接一个电磁阀门，以确保活塞式气泵4抽气量的准确以测得准确的酒精浓度。 

在应用了本实用新型上述较佳实施例的的酒精测试仪中，呼气中的酒精气体进入到传感器后，传感器输出的电流反应信号经过信号放大、模数转换后，控制电路根据一定的算法计算出检测到的气体中的酒精浓度，并以数值来显示得到的酒精浓度，如10mg/100ml，或以文字来显示是否通过了测试，如“无酒精”，“有酒精”等。本实用新型在以数值及文字的方式显示酒精浓度的测量结果的同时，还连续实时地把数字化后的传感器输出的反应信号以曲线或图标等其他图形形式在显示装置上显示出来，如采用随时间变化的柱形图或波形图形式。在现有的酒精测试仪中，传感器输出的反应信号只是作为中间过程用于内部计算，并不在显示装置上连续显示出来供使用者参考，因此，本实用新型比现有的酒精测试仪具有更大的优势。如图8所示，其为实时显示传感器输出的反应信号的曲线示意图，是通过点阵液晶屏来实时显示传感器输出的反应信号曲线，通过该曲线，使用者可以清晰地分辨出什么时候呼出气体中开始有酒精成分的存在，仪器靠近被测者哪个部位时酒精浓度比较高，从而可以帮助交警对测量结果的准确性作出判断，提高检出率。 

本实用新型还可以通过设定报警极限来对检测到的酒精浓度结果或传感器的反应信号进行提示。如图8所示，图中的点划线代表浓度为20mg/100ml 的酒精气体的反应信号，也即设定20mg/100ml的酒精浓度作为报警极限，那么，当任一时刻，检测到的传感器输出的反应信号的大小超过了该报警限，仪器就会把曲线显示成红色，并发出报警声，或在屏幕上显示出“有酒精”等字样。可以理解，显示传感器输出的反应信号的也可以是曲线以外的其他图形，如图标等。显示装置也不仅限于点阵液晶屏。 

以上通过采用抽吸式燃料电池型酒精传感器的酒精检测仪来对本实用新型进行了说明，可以理解，本实用新型同样适用于其他气敏传感器，如抽吸式一氧化碳传感器，来实现测量其他种类的气体。 

综上，本实用新型可以连续对气体进行取样及测试，提高了测试效率。采用了抽吸式气敏传感器以提高气体反应速度，有助于提高检出率。采用实时连续显示传感器反应信号曲线的方式有助于使用者准确判断测量结果。 

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本实用新型后附的权利要求的保护范围。 

Claims (8)

1.一种可连续工作的气体检测仪，包括气体取样管道、信号处理模块，电源模块、控制电路、显示电路及显示装置，其特征在于，还包括抽吸式气敏传感器及连续气泵，该抽吸式气敏传感器的进气口连通气体取样管道，可以抽取外界待取样气体，该抽吸式气敏传感器的出气口连接所述连续气泵的进气口，该连续气泵的排气口连通外界；该气体检测仪连续工作时，控制电路控制所述连续气泵。

2.如权利要求1所述的可连续工作的气体检测仪，其特征在于，还包括将取样气体的测量结果或所述抽吸式气敏传感器输出的反应信号与预设的报警限进行实时比较并对超过报警限的测量结果或传感器输出的反应信号实时地进行声光提示的报警装置。

3.如权利要求1所述的可连续工作的气体检测仪，其特征在于，所述连续气泵为微型振动膜气泵。

4.如权利要求1所述的可连续工作的气体检测仪，其特征在于，所述连续气泵为转子泵。

5.如权利要求1所述的可连续工作的气体检测仪，其特征在于，所述抽吸式气敏传感器为半导体式气敏传感器、电化学式气敏传感器或红外光学式气敏传感器。

6.如权利要求5所述的可连续工作的气体检测仪，其特征在于，所述抽吸式气敏传感器为抽吸式燃料电池型酒精传感器或抽吸式一氧化碳电化学传感器。

7.如权利要求1至6任一所述的可连续工作的气体检测仪，其特征在于，还包括一活塞式气泵，该活塞式气泵的进气口也与所述抽吸式气敏传感器的出气口连接，在控制电路控制下，所述连续气泵和活塞式气泵可以分别进行工作。

8.如权利要求1至6任一所述的可连续工作的气体检测仪，其特征在于，还包括一活塞式气泵，该活塞式气泵的进气口与所述抽吸式气敏传感器的又一出气口连接，在控制电路控制下，所述连续气泵和活塞式气泵可以分别进行工作。 

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