CN207798779U - 一种气体校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气体校准装置，尤其涉及一种利用自动混气气体对传感器进行气体校准的装置。该气体校准装置中，标准气体源和缓冲气体源分别与气体配置系统密封连通，以分别向气体配置系统内通入标准气体和缓冲气体，标准气体和缓冲气体在气体配置系统内以至少一种预设比例混合成校准气体；气体配置系统与校准容器密封连通，以将校准气体通入校准容器内，通过校准气体对校准容器内的待测传感器进行校准。该装置能够实现灵活混气，以自动调配多种浓度的校准气体，以使该装置适用于各种浓度校准气体的配气、以及传感器的校对工作，且有效降低校对难度。

Description

一种气体校准装置

技术领域

本实用新型涉及一种气体校准装置，尤其涉及一种利用自动混气气体对传感器进行气体校准的装置。

背景技术

气体传感器长期使用会产生零点漂移和长期漂移现象，影响传感器的测量准确性，因此需要对该传感器进行使用前校准和定期校准。

电化学气体传感器通常根据厂家提供的数据手册，拟合电化学传感器的输出特性方程进行校准。这种方法虽然简便，但是由于其提供的数据手册上的数据是一个范围，并且同一型号传感器之间具有个体差异，导致各传感器之间的输出特性不尽相同，不能准确校准每一个传感器；半导体等其他传感器对不同传感器还会出现交叉影响，同时测量精度相对较差，使用前需要校对。目前，还有利用标气钢瓶对电化学传感器进行校准的方法，但是这样非常浪费气体且不能够动态调整标气气体含量，从而不能够经济合理的对传感器进行较准。

目前，现有的自动校准装置由两个回路组成，其一是由阀门、气泵及电流型电化学传感器构成的稳态电流测量气路，另一个是由相同的阀门、气泵、电流型电化学传感器与样品室构成库仑分析气路。这两个气路可通过阀门控制实现测量与分析功能的切换。另有一种气体校准装置包括具有通讯转换模块的传感器老化工装，微处理器电路和气体传感器，当气体传感器暴露在空气和高浓度待测气体中时，微处理器电路收到气体传感器传递的信号，根据信号进行校准。

上述的两种现有装置中，均需要为带校准的气体提供一定浓度的标准气体进行校对，但在实际应用过程中，待测的特殊气体通常存在多种梯度浓度，导致校对时需要很多气瓶，体积大，人工操作多，校对时因接触有毒气体而存在安全隐患，校对耗时长。同时上述现有的校对装置并不能很好的适用低浓度气体的配气和校对工作，导致校对难度增加。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种气体校准装置，能够实现灵活混气，从而自动调配多种浓度的校准气体，以使该装置适用于各种浓度校准气体的配气、以及传感器的校对工作，且有效降低校对难度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气体校准装置，包括气体配置系统、标准气体源、缓冲气体源和校准容器，所述标准气体源和缓冲气体源分别与气体配置系统密封连通，以分别向所述气体配置系统内通入标准气体和缓冲气体，所述标准气体和缓冲气体在气体配置系统内以至少一种预设比例混合成校准气体；所述气体配置系统与校准容器密封连通，以将所述校准气体通入所述校准容器内，通过所述校准气体对校准容器内的待测传感器进行校准。

优选的，所述校准容器的顶部分别连通有校准管路和排气管路，所述校准管路的进气端与所述气体配置系统的出气口连通，所述校准管路的出气端伸入校准容器内，所述排气管路的进气端伸入校准容器内，所述排气管路的出气端连通废气处理机构。

优选的，所述校准气体的密度大于或等于空气密度时，所述待测传感器设置在所述校准容器的底部，且所述校准管路的出气端的位置不低于所述排气管路的进气端的位置；

所述校准气体的密度小于空气密度时，所述待测传感器设置在所述校准容器的顶部，且所述校准管路的出气端的位置低于所述排气管路的进气端的位置。

优选的，所述校准容器的顶部通过密封塞密封，所述校准管路和排气管路分别贯穿所述密封塞，以分别伸入所述校准容器内。

优选的，所述废气处理机构为盛有吸收溶液的烧杯，所述排气管路的出气端伸入至所述吸收溶液内。

优选的，所述排气管路与烧杯之间设有防倒吸漏斗。

优选的，所述标准气体源通过进气管路与所述气体配置系统的标准气体进气口连通，所述缓冲气体源通过平衡管路与所述气体配置系统的缓冲气体进气口连通。

优选的，所述进气管路和平衡管路上分别设有减压阀。

优选的，所述标准气体配置系统为痕量级标准气体配置系统。

优选的，所述待测传感器连接有主控芯片。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：本实用新型所述的气体校准装置中，标准气体源和缓冲气体源分别与气体配置系统密封连通，以分别向气体配置系统内通入标准气体和缓冲气体，标准气体和缓冲气体在气体配置系统内以至少一种预设比例混合成校准气体气体配置系统与校准容器密封连通，以将校准气体通入校准容器内，通过校准气体对校准容器内的待测传感器进行校准，从而实现灵活混气，自动调配多种浓度的校准气体，以使该装置适用于各种浓度校准气体的配气、以及传感器的校对工作，且有效降低校对难度。

本装置还能避免人体暴露在有毒有害的校准气体的环境下，即避免人体与实验用气体直接接触，提高实验安全性。

本装置还可以通过气体配置系统调控通入的标准气体与缓冲气体的流量和速率，从而产生不同浓度的校准气体，以便对非线性待测传感器进行校验校准工作。

本装置将缓冲气体混入标准气体中，从而利用混合后的校准气体在密闭的校准容器内对待测传感器进行零点标定，避免了实际空气中含有传感器敏感物质对其产生电流影响的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的气体校准装置的结构示意图。

其中，1、气体配置系统；2、进气管路；3、平衡管路；4、校准管路；5、待测传感器；6、校准容器；7、排气管路；8、吸收溶液；9、烧杯；10、11、减压阀；12、标准气体源；13、缓冲气体源；14、主控芯片；15、导线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实施例所述的气体校准装置中，标准气体源12和缓冲气体源13分别与气体配置系统1密封连通，以分别向气体配置系统1内通入标准气体和缓冲气体，标准气体和缓冲气体在气体配置系统1内以至少一种预设比例混合成校准气体气体配置系统1与校准容器6密封连通，以将校准气体通入校准容器6内，通过校准气体对校准容器6内的待测传感器5进行校准，从而实现灵活混气，自动调配多种浓度的校准气体，以使该装置适用于各种浓度校准气体的配气、以及传感器的校对工作，且有效降低校对难度。

为了便于使校准容器6相对于外界密封，且能够通入校准气体并将使用后的废气及时排除，在校准容器6的顶部分别连通有校准管路4和排气管路7，校准管路4的进气端与气体配置系统1的出气口连通，校准管路4的出气端伸入校准容器6内，排气管路7的进气端伸入校准容器6内，排气管路7的出气端连通废气处理机构；混合后的校准气体由气体配置系统1的出气口流出后，通过校准管路4进入校准容器6内，在校准容器6中与待测传感器5发生接触，完成校准后的废气经由排气管路7进入废气处理机构中，通过废气处理机构进行吸收净化，以避免流入大气造成污染。

本实施例的校准容器6的顶部通过密封塞密封，校准管路4和排气管路7分别贯穿密封塞，以分别伸入校准容器6内，利用密封塞对校准容器6进行密封，并容许校准管路4和排气管路7伸入校准容器6内，既能防止校准容器6内部的校准环境受到外界破坏，影响校准准确率，又能保证校准气体的正常通入，还能避免避免人体暴露在有毒有害的校准气体的环境下，即避免人体与实验用气体直接接触，提高实验安全性。

优选的，待测传感器5通过导线15连接有主控芯片14，主控芯片14用于接收并分析待测传感器5的示数和电流参数；除了通过导线15连接外，还可以通过无线连接实现待测传感器5与主控芯片14之间的数据传递。

为了便于校准气体的顺利流入和废气的及时排除，优选预先比较校准气体的密度与空气密度，根据两者的密度比较结果，确定校准容器6内的待测传感器5、校准管路4出气端和排气管路7进气端的位置关系。

具体的，当校准气体的密度大于或等于空气密度时，待测传感器5设置在校准容器6的底部，且校准管路4的出气端的位置不低于排气管路7的进气端的位置；反之，当校准气体的密度小于空气密度时，待测传感器5设置在校准容器6的顶部，且校准管路4的出气端的位置低于排气管路7的进气端的位置。

本实施例采用的废气处理机构为盛有吸收溶液8的烧杯9，优选排气管路7为硅胶管；排气管路7的出气端伸入至吸收溶液8内，校准容器6内的废气通过排气管路7通入烧杯9内，并与吸收溶液8之间发生反应，从而被吸收溶液8吸收转化为对环境无害的成分。优选的，若校准气体极易溶于水时，则在排气管路7与烧杯9之间设置防倒吸漏斗。

本实施例中，标准气体源12通过进气管路2与气体配置系统1的标准气体进气口连通，缓冲气体源13通过平衡管路3与气体配置系统1的缓冲气体进气口连通。优选进气管路2和平衡管路3上分别设有减压阀10、11，以控制气体压力和流速，保证系统稳定性强。

当进行气体配置的标准气体为一定浓度的硫化氢或氨气等带有腐蚀性的气体时，进气管路2上的减压阀10应选用不锈钢材质或其他能够免受气体损害的减压阀，以避免影响使用寿命。本实施例采用的氮气作为标准气体的缓冲气体，所以在选择稀释标准气体用的缓冲气体时，优选99.9％的高纯氮气，则平衡管路3上的减压阀11可以为普通减压阀。同理，当标准气体为腐蚀性气体时，进气管路2应选用不锈钢或者其他能够免受气体腐蚀的材质。

优选的，标准气体配置系统1为痕量级标准气体配置系统1。该气体配置系统1上分别设有标准气体进气口、缓冲气体进气口和出气口，这三种端口均为1/8卡套式接头，进气管路2和平衡管路3上的减压阀10、11的气体输出接口均为φ3卡套式接头，因此进气管路2和平衡管路3的规格优选为φ3，并使用对应的卡套式接口的螺母固定住管路两端，以保证管路密闭不透气，防止有毒气体逸出影响人体健康。

本实施例所述的装置能够灵活混气，可以配置多种不同浓度的校准气体。具体的，据零点调整和传感器校准的需求、以及所采用各类气体的含量，通过调整气体配置系统1的标准气体进气量和缓冲气体进气量的比例，能够得到至少一种标准气体和缓冲气体在气体配置系统1内混合的预设比例，从而得到不同浓度的校准气体。当待测传感器5的校准需要多种不同浓度的校准气体时，可以将按照多种不同的预设比例混合的校准气体分别通过待测传感器5，以实现待测传感器5的校准。

为了得到所需浓度的气体，需要利用气体配置系统1进行气体的混合，本实施例以氮气作为混合气体为例，在调配不同浓度的校准气体时，需要将标准气体和氮气按照多种预设比例逐次混合，以得到不同浓度的气体。

以标准气体的浓度为a，需要得到浓度为b的校准气体，且有标准气体的流速为v，缓冲气体氮气的流速为w，通气时间为t，则有：

从而得出：

由上述可知，根据浓度为a的标准气体，混氮气后得到浓度为b的校准气体，则标准气体与缓冲气体氮气之间的流量比为b/(a-b)。

本实施例的装置能为待测传感器5实现零点调整和气体校准。由于气体传感器普遍具有零点漂移的特性，即当外部环境中没有电化学传感器所监测成分时，传感器输出电压或电流并不为零；同一类型的电化学气体传感器还具有个体差异，即每个传感器的敏感度在该传感器的数据手册标明范围波动，因此需要在使用该气体传感器之前，对其进行校准，以了解其输出特性，更好的监测被测气体；此外，气体传感器还普遍具有线性输出的特性，即每输出1ppm浓度(百万分比浓度)的测量气体，对应的传感器输出电流增加固定的电流值。

本实施例的装置根据上述原理实现对待测传感器5进行零点调整或者气体校准，以满足气体传感器的使用，解决使用长时间会导致的零点漂移现象。具体的，设置校准气体的浓度为X₁时，通过电控芯片获取待测传感器5的输出电流为Y₁；设置校准气体的浓度为X₂时，通过电控芯片获取待测传感器5的输出电流为Y₂；设置校准气体的浓度为0时，通过电控芯片获取待测传感器5的输出电流为Y，其中，Y即为待测传感器5的零点漂移值。以上述的三组值作为横纵坐标作图，即(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)和(0，Y)，可以得出该被测传感器的输出特性曲线。

如果得到输出特性曲线为一条直线，则计算该曲线的斜率，即为该待测传感器5的敏感值，将该敏感值与传感器数据手册上标明的范围进行对比，如待测传感器5的敏感值在数据手册上标明的范围内，则表示实验数据正确，校准过程有效。在此过程中，即可得出待测传感器5的零点漂移值和其输出值特性，从而完成校准。可以通过上述的待测传感器5的零点漂移值和其输出值特性这两个参数，并根据监测到的待测传感器5的输出量，计算出环境中的校准气体的浓度。

此外，对于非线性的传感器而言，在校准该类传感器时，则需要混合多种标准气体按照上面方式进行分段校对，以提高测量精度。

综上所述，本实施例所述的气体校准装置中，标准气体源12和缓冲气体源13分别与气体配置系统1密封连通，以分别向气体配置系统1内通入标准气体和缓冲气体，标准气体和缓冲气体在气体配置系统1内以至少一种预设比例混合成校准气体气体配置系统1与校准容器6密封连通，以将校准气体通入校准容器6内，通过校准气体对校准容器6内的待测传感器5进行校准，从而实现灵活混气，自动调配多种浓度的校准气体，以使该装置适用于各种浓度校准气体的配气、以及传感器的校对工作，且有效降低校对难度。

本装置还能避免人体暴露在有毒有害的校准气体的环境下，即避免人体与实验用气体直接接触，提高实验安全性。

本装置还可以通过气体配置系统1调控通入的标准气体与缓冲气体的流量和速率，从而产生不同浓度的校准气体，以便对非线性待测传感器5进行校验校准工作。

本装置将缓冲气体混入标准气体中，从而利用混合后的校准气体在密闭的校准容器6内对待测传感器5进行零点标定，避免了实际空气中含有传感器敏感物质对其产生电流影响的问题。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种气体校准装置，其特征在于，包括气体配置系统、标准气体源、缓冲气体源和校准容器，所述标准气体源和缓冲气体源分别与气体配置系统密封连通，以分别向所述气体配置系统内通入标准气体和缓冲气体，所述标准气体和缓冲气体在气体配置系统内以至少一种预设比例混合成校准气体；所述气体配置系统与校准容器密封连通，以将所述校准气体通入所述校准容器内，通过所述校准气体对校准容器内的待测传感器进行校准。

2.根据权利要求1所述的气体校准装置，其特征在于，所述校准容器的顶部分别连通有校准管路和排气管路，所述校准管路的进气端与所述气体配置系统的出气口连通，所述校准管路的出气端伸入校准容器内，所述排气管路的进气端伸入校准容器内，所述排气管路的出气端连通废气处理机构。

3.根据权利要求2所述的气体校准装置，其特征在于，所述校准气体的密度大于或等于空气密度时，所述待测传感器设置在所述校准容器的底部，且所述校准管路的出气端的位置不低于所述排气管路的进气端的位置；

所述校准气体的密度小于空气密度时，所述待测传感器设置在所述校准容器的顶部，且所述校准管路的出气端的位置低于所述排气管路的进气端的位置。

4.根据权利要求2所述的气体校准装置，其特征在于，所述校准容器的顶部通过密封塞密封，所述校准管路和排气管路分别贯穿所述密封塞，以分别伸入所述校准容器内。

5.根据权利要求2所述的气体校准装置，其特征在于，所述废气处理机构为盛有吸收溶液的烧杯，所述排气管路的出气端伸入至所述吸收溶液内。

6.根据权利要求5所述的气体校准装置，其特征在于，所述排气管路与烧杯之间设有防倒吸漏斗。

7.根据权利要求1-6任一项所述的气体校准装置，其特征在于，所述标准气体源通过进气管路与所述气体配置系统的标准气体进气口连通，所述缓冲气体源通过平衡管路与所述气体配置系统的缓冲气体进气口连通。

8.根据权利要求7所述的气体校准装置，其特征在于，所述进气管路和平衡管路上分别设有减压阀。

9.根据权利要求1-6任一项所述的气体校准装置，其特征在于，所述标准气体配置系统为痕量级标准气体配置系统。

10.根据权利要求1-6任一项所述的气体校准装置，其特征在于，所述待测传感器连接有主控芯片。