CN204255852U - 一种具有温度气压自动补偿的co2气体浓度监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有温度气压自动补偿的CO₂气体浓度监测装置，包括红外光源(1)、聚光镜(2)、压力传感器(3)、温度传感器(4)、反射镜(5)、集光器(6)、双通道红外探测器(7)、参比滤光片(8)、测量滤光片(9)、气室(10)、信号处理板(11)、加热元件(12)、保温材料(13)、引气管(14)、出气口(15)、进气口(16)、信号输出接口(17)、金属外壳(18)、骨架(19)和反射镜座(20)；本实用新型可以实现在更宽的温度范围和气压范围中对CO₂气体浓度的精确检测，适应于低温低压环境中CO₂气体浓度监测。

Description

一种具有温度气压自动补偿的CO2气体浓度监测装置

技术领域

本实用新型属于CO₂气体浓度监测领域，具体涉及一种具有温度气压自动补偿的CO₂气体浓度监测装置。

背景技术

日常环境中存在一定浓度的CO₂气体，但是若CO₂气体浓度过高将对人的生命安全造成威胁，因此在某些特殊场合对环境中CO₂气体浓度的实时监测越来越受到重视。

红外气体浓度监测技术是目前CO₂气体浓度监测方法的热点之一，红外气体浓度监测技术具备灵敏度高、精度高、稳定性好、具有良好的选择性、可靠性高、寿命长等优点。但是，目前常见的红外CO₂气体浓度监测技术存在温度补偿范围较小，且不带压力补偿等问题，对于高海拔地区无法进行精确监测，使得红外CO₂气体浓度监测技术在高海拔地区的应用受到限制。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种高精度和高可靠性的吸入式CO₂气体浓度监测装置，带有加热保温措施、温度气压自动补偿处理程序，可以实现在更宽的温度范围和气压范围中对CO₂气体浓度的精确检测，适应于低温低压环境的CO₂气体浓度监测。

本实用新型采用的技术方案为：一种具有温度气压自动补偿的CO₂气体浓度监测装置，包括红外光源、聚光镜、压力传感器、温度传感器、反射镜、集光器、双通道红外探测器、参比滤光片、测量滤光片、气室、信号处理板、加热元件、保温材料、引气管、出气口、进气口、信号输出接口、金属外壳、骨架和反射镜座；内部中空的骨架形成一个气室，其上设出气口和进气口，气室左端装有红外光源，红外光源前设置聚光镜，气室右端装有反射镜，反射镜通过反射镜座固定，双通道红外探测器前面设置有测量滤光片和参比滤光片，测量滤光片和参比滤光片的前端设有锥形集光器，在双通道红外探测器侧面设置一个温度传感器，实时监测双通道红外探测器的温度，在双通道红外探测器和红外光源之间设置引气管，将压力传感器置于引气管中，从而获得气压信号，双通道红外探测器和红外光源左侧与信号处理板相接，将获得的气体浓度、气压和双通道红外探测器的温度信号送入信号处理板中，然后通过信号传输接口向外输出信号，紧贴骨架环绕一圈加热元件，对装置进行加热，在加热元件外层包裹保温材料，以防热量的散失，整个装置外安装金属外壳进行固定和保护。

本实用新型与现有装置相比的优点为：

本实用新型采用双波长红外监测原理和吸入式结构进行CO₂气体的浓度监测，具有适应于低温低压环境、精度和可靠性高等优点。采用双通道红外探测器消除了光源不稳定等因素的干扰、采用反射镜增加红外光的吸收长度、采用加热元件和保温材料增强装置环境适应性、采用锥形集光器增强了接收光强以及进行温度气压自动补偿、修正，有效地提高了CO₂气体监测的精度。根据CO₂气体特性建立的计算模型、标定及算法，保证了CO₂气体监测的准确性。测试结果数字输出，带有温度气压自动补偿等，使得输出结果更加准确、便利。

附图说明

图1为本实用新型的装置的结构示意图；

图中：1为红外光源；2为聚光镜；3为压力传感器；4为温度传感器；5为反射镜；6为集光器；7为双通道红外探测器；8为参比滤光片；9为测量滤光片；10为气室；11为信号处理板；12为加热元件；13为保温材料；14为引气管；15为出气口；16为进气口；17为信号输出接口；18为金属外壳；19为骨架；20为反射镜座。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本实用新型。

本实施例的结构如图1所示，一种具有温度气压自动补偿的CO₂气体浓度监测装置，内部中空的骨架19形成一个气室10，其上设出气口15和进气口16，气室10左端装有红外光源1，红外光源1前设置聚光镜2，气室10右端装有反射镜5，反射镜5通过反射镜座20固定，双通道红外探测器7前设置有测量滤光片9和参比滤光片8，测量滤光片9和参比滤光片8的前端设有锥形集光器6，在双通道探测器7侧面设置一个温度传感器4，实时监测双通道红外探测器的温度，在双通道红外探测器7和红外光源1之间设置引气管14，将压力传感器3置于引气管14中，从而获得气压信号，双通道红外探测器7和红外光源1左侧与信号处理板11相接，将获得的气体浓度、压力和双通道红外探测器的温度信号送入信号处理板11中，然后通过信号传输接口17向外输出信号，紧贴骨架19环绕一圈加热元件12，对装置进行加热，在加热元件12外层包裹保温材料13，以防热量的散失，整个装置外安装金属外壳18进行固定和保护。

根据红外光谱理论，不同气体分子对其特定波长的红外光有明显的吸收作用。根据朗伯-比尔定律：I＝I₀exp(-μCL)其中I为出射光强，I₀为入射光强，μ为气体的吸收系数，C为待测气体浓度，L为透射光路的长度；从以上公式可知，当透射光路长度L和气体吸收系数μ已知时，可以通过测量I和I₀的比值计算出被测气体的浓度。实际应用中，由于红外光很容易受多种因素(如温度，气压，电源电压波动，光源老化等)影响，仅通过单一光束透射光强的衰减不能足以准确地监测气体的浓度。基于双波长红外监测原理在单波长红外监测的基础上增加一个参比波长，即使用双通道红外探测器、双滤光片及处理双波长信号对应的电子电路及算法实现对气体浓度的监测。一个滤光片为测量滤光片，监测被测气体对红外光的吸收，其中心波长对应被监测气体的吸收波长，另一个为参比滤光片，用于监测红外光源的波动，其中心波长为对所有气体均不吸收的波长。双波长监测方法就是通过监测，得到透过两个滤光片后，相应波长的红外吸收能量的变化，确定被测气体的存在及浓度信息。

装置工作时，启动加热元件，进行恒温控制，通过真空泵连接出气口，促使被测气体由进气口不断流入气室10，在气室中，红外光源1发出红外光，经过聚光镜2的聚焦、准直作用后，射向气室中的气体，经过被测气体吸收后，到达反射镜5上之后被反射，红外光再次通过气室并被吸收，锥形集光器6将反射镜5反射来的红外光进行汇聚，经过测量滤光片9和参比滤光片8到达双通道红外探测器7，双通道红外探测器7两个通道分别产生一个包含光源和环境信息的参比信号和一个包含被测气体浓度信息的信号，根据事先写入的CO₂气体浓度计算模型得到被测CO₂气体的浓度。与此同时，由压力传感器3获得的气压信号和由温度传感器4获得的双通道红外探测器7的温度信号输入到信号处理板11，信号处理板11再对CO₂气体浓度进行温度、压力自动补偿，从而得到真实的CO₂气体的浓度，将此CO₂气体浓度对外输出。

本实用新型未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种具有温度气压自动补偿的CO₂气体浓度监测装置，其特征在于：包括红外光源(1)、聚光镜(2)、压力传感器(3)、温度传感器(4)、反射镜(5)、集光器(6)、双通道红外探测器(7)、参比滤光片(8)、测量滤光片(9)、气室(10)、信号处理板(11)、加热元件(12)、保温材料(13)、引气管(14)、出气口(15)、进气口(16)、信号输出接口(17)、金属外壳(18)、骨架(19)和反射镜座(20)；内部中空的骨架(19)形成一个气室(10)，其上设出气口(15)和进气口(16)，气室(10)左端装有红外光源(1)，红外光源(1)前设置聚光镜(2)，气室(10)右端装有反射镜(5)，反射镜(5)通过反射镜座(20)固定，双通道红外探测器(7)前面设置有测量滤光片(9)和参比滤光片(8)，测量滤光片(9)和参比滤光片(8)的前端设有锥形集光器(6)，在双通道红外探测器(7)侧面设置一个温度传感器(4)，实时监测双通道红外探测器(7)的温度，在双通道红外探测器(7)和红外光源(1)之间设置引气管(14)，将压力传感器(3)置于引气管(14)中，从而获得气体压力值信号，双通道红外探测器(7)和红外光源(1)左侧与信号处理板(11)相接，将获得的气体浓度、气压和双通道红外探测器温度信号送入信号处理板(11)中，然后通过信号传输接口(17)向外输出信号，紧贴骨架(19)环绕一圈加热元件(12)，对装置进行加热，在加热元件(12)外层包裹保温材料(13)，以防热量的散失，整个装置外安装金属外壳(18)进行固定和保护。