CN213658642U - 超声波气体浓度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超声波气体浓度测量装置，包括呈中空设置并且具有进气口和出气口的气室腔体，用于发射和接收超声波信号的超声波换能器，用于测量所述气室腔体内多处被测气体的温度的多个温度传感器，以及用于根据超声波换能器发射的超声波信号的飞行时间以及多个温度传感器探测的温度数据得到被测气体的浓度的温度传感器。本实用新型提出的技术方案的有益效果是：通过在气室腔体中布置多个温度传感器，采用多温度传感器、多点测量温度的方法，精准测量被测气体的温度，从而实现气体浓度的准确测量及修正。

Description

超声波气体浓度测量装置

技术领域

本实用新型涉及气体浓度测量技术领域，尤其涉及一种超声波气体浓度测量装置。

背景技术

目前常采用超声飞行时间技术测量混合气体的浓度，根据超声波信号在被测气体中的飞行时间以及被测气体的温度数据可以计算出被测气体浓度，因此准确测量被测气体温度是准确测量被测气体浓度的先决条件。

在制氧机领域，需要监测管路上的氧气浓度，由于在制氧机内部压缩机的工作温度较高，在制氧机内部的不同位置元器件布局不同，导致在制氧机内部的气流温度非常不均匀，而超声氧气传感器位于制氧机内部，在环境温度不均匀的情况下，超声氧气传感器的进气口和出气口之间的气流温度相差较大，请参见图1，将超声氧气传感器放置于制氧机内部，随着制氧机开启，制氧机内部温度变化，导致超声氧气传感器进出气口温度随之变化，位于传感器内部中间位置的温度传感器测量的温度也随之变化，氧气传感器的进气口和出气口之间存在温差，温度误差为1℃时，对氧气浓度的测量精度影响是2％，因此在超声氧气传感器的不同位置进行温度测量计算得到氧气浓度差别很大，进气口和出气口之间温度的不均匀性，给氧气浓度测量精度带来很大的影响，而对于制氧机而言，氧气浓度测量精度关系到患者的生命安全，因此在环境温度不均匀的情况下，提高被测气体温度测量的准确性进而提高氧气浓度测量精度具有重大意义。

如专利文献CN103207235A中公开的一种氧氮二元气体声速氧气浓度在线测量系统，其通过将两个超声波换能器设置为对射结构以增长两个超声波换能器之间的有效传播距离，虽然此方案结构简单，可实时测量被测气体的浓度，但其在超声波气体浓度测量装置的管道中仅设置一个温度传感器，当传感器的进气口和出气口温差较大时，其并不能消除温度测量误差对气体浓度测量精度造成的影响。

在专利文献CN106768111A以及专利文献CN203069224U中分别公开了采用了两个温度传感器的流量计和燃气表，但是两个温度传感器的作用并不是为了提高气体温度测量的准确性。

综上所述，在环境温度不均匀的情况下，现有技术中并无一种能够准确测量被测气体温度，进而准确测量被测气体浓度的超声波气体浓度测量装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种超声波气体浓度测量装置，旨在提高对被测气体温度测量的准确性，从而提高对被测气体浓度测量的精确度。

本实用新型的实施例提供一种超声波气体浓度测量装置，包括气室腔体，所述气室腔体呈中空设置并且具有进气口和出气口；

超声波换能器，所述超声波换能器设置于所述气室腔体中，所述超声波换能器用于发射和接收超声波信号；

多个温度传感器，多个所述温度传感器设于所述气室腔体内，用于测量所述气室腔体内多处气体的温度。

进一步地，所述气室腔体的内侧壁在自所述进气口向所述出气口的方向上呈平直设置。

进一步地，所述进气口和所述出气口相对设置，分别开设于所述气室腔体的两端。

进一步地，所述进气口和所述出气口开设于所述气室腔体的侧壁上。

进一步地，所述进气口和所述出气口位于所述气室腔体的同一侧。

进一步地，所述温度传感器的个数为两个，且位于所述进气口和所述出气口之间。

进一步地，其中一所述温度传感器靠近所述进气口设置，另一所述温度传感器靠近所述出气口设置。

进一步地，所述超声波换能器的个数为两个，分别为第一超声波换能器及第二超声波换能器，所述第一超声波换能器与所述第二超声波换能器可以相互发射和接收超声波信号。

进一步地，在所述气室腔体一侧的外壁上向外凸出设置有一对换能器安装座，两个所述超声波换能器分别位于两个所述换能器安装座内，两个换能器安装座在自所述进气口向所述出气口的方向上间隔设置。

进一步地，所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器相对设置，分别设于所述气室腔体的两端。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在气室腔体中布置多个温度传感器，采用多温度传感器、多点测量温度的方法，精准测量被测气体的温度，从而实现气体浓度的准确测量及修正。

附图说明

图1是将超声氧气传感器放置在制氧机内部进行实验得到的氧气传感器进出气口温度变化以及位于氧气传感器中间的温度传感器测量得到的温度数据变化图；

图2是本实用新型提供的超声波气体浓度测量装置第一实施例的结构示意图；

图3是本实用新型提供的超声波气体浓度测量装置第二实施例的结构示意图。

图中：气室腔体1、进气口11、出气口12、超声波换能器2、第一超声波换能器21、第二超声波换能器22、温度传感器3、换能器安装座4。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

实施例一

请参见图2，本实用新型的实施例提供一种超声波气体浓度测量装置，包括气室腔体1、超声波换能器2、多个温度传感器3以及处理单元。

所述气室腔体1呈中空设置并且具有进气口11和出气口12，所述进气口11用于将被测气体导入所述气室腔体1，所述出气口12用于将被测气体导出至所述气室腔体1外。

所述气室腔体1的内侧壁在自所述进气口11向所述出气口12的方向上呈平直设置，能够确保进入气室腔体1的被测气体更加均匀稳定，进而提高被测气体浓度测量精度。对气室腔体1横截面的具体形状不做具体限定，可以为方形、矩形或圆形等。

所述进气口11和所述出气口12开设于所述气室腔体1的侧壁上，本实施例中进气口11和出气口12位于气室腔体1的同一侧，气流路径为U形，进气口11和出气口12也可以设于气室腔体1的不同侧。为了增强被测气体流动的稳定性，所述进气口11和出气口12侧壁向外延伸以增大进气口11和出气口12的截面积。

所述第一超声波换能器21和所述第二超声波换能器22相对设置，分别设于所述气室腔体1的两端，第一超声波换能器21能够向第二超声波换能器22发射超声波信号，并且能够接收从第二超声波换能器22发射的超声波信号，用于对所述气室腔体1内的被测气体进行测量并输出测量数据。在本实施例中超声波信号在两个超声波换能器2之间呈直线传播。

多个所述温度传感器3设于所述气室腔体1内，用于测量所述气室腔体1内多处被测气体的温度。由于被测气体在气室腔体1内可能存在气流紊乱，导致被测气体温度不均匀，为了使温度测量更精确，可以在气室腔体1内设有多个温度传感器3，根据多个温度传感器3的测量结果得到修正后的被测气体温度。修正后的被测气体温度可以是多个温度传感器测量的温度的平均值，当然也可以是将多个被测气体温度进行其他拟合得到修正后的被测气体温度，将修正后的被测气体温度视为被测气体的温度，可避免单个温度传感器3不能准确测量被测气体温度的情况。

本实施例中，所述温度传感器3的个数为两个，且位于所述进气口11和所述出气口12之间，事实上，对此不作限定。由于气流路径为U形，被测气体在气室腔体1内可能会形成紊乱，在进气口11和出气口12之间测得的被测气体温度相对较准确。

处理单元，用于根据超声波换能器发射的超声波信号的飞行时间以及多个温度传感器探测的温度数据得到被测气体的浓度。

本实用新型提供的技术方案，通过在气室腔体1中布置多个温度传感器3，采用多温度传感器3、多点测量温度的方法，精准测量被测气体的温度，从而实现气体浓度的准确测量及修正。同时气室腔体1的内侧壁在自进气口11向出气口12的方向上呈平直设置，能够确保进入气室腔体1的被测气体更加均匀稳定，进而提高被测气体浓度测量精度。

实施例二

请参见图3，本实用新型的实施例提供一种超声波气体浓度测量装置，包括气室腔体1、超声波换能器2、多个温度传感器3以及处理单元。

所述气室腔体1呈中空设置并且具有进气口11和出气口12，所述进气口11用于将被测气体导入所述气室腔体1，所述出气口12用于将被测气体导出至所述气室腔体1外。

所述气室腔体1的内侧壁在自所述进气口11向所述出气口12的方向上呈平直设置，能够确保进入气室腔体1的被测气体更加均匀稳定，从而使被测气体的温度一致性更高，进而提高被测气体浓度测量精度。对气室腔体1横截面的具体形状不做具体限定，可以为方形、矩形或圆形等。

所述进气口11和所述出气口12相对设置，分别开设于所述气室腔体1的两端，使得被测气体从进气口11进入至气室腔体1内再到出气口12，被测气体流动的路径为平直的。

在所述气室腔体1一侧的外壁上向外凸出设置有一对换能器安装座4，两个所述超声波换能器2分别位于两个所述换能器安装座4内，换能器安装座4凸出于气室腔体1的外侧，能够增加两个超声波换能器之间的声程，进而提高超声信号测量精度。两个换能器安装座4在自所述进气口11向所述出气口12的方向上间隔设置，其中第一超声波换能器21能够向第二超声波换能器22发射超声波信号，并且能够接收从第二超声波换能器22发射的超声波信号，用于对所述气室腔体1内的被测气体进行测量并输出测量数据。在本实施例中超声波信号在两个超声波换能器2之间呈V型路线传播，但事实上超声波信号在两个超声波换能器2之间还可以呈N型以及对射型等路线传播。

多个所述温度传感器3设于所述气室腔体1内，用于测量所述气室腔体1内多处被测气体的温度。由于被测气体在气室腔体1内可能存在气流紊乱，导致被测气体温度不均匀，为了使温度测量得更精确，可以在气室腔体1内设有多个温度传感器3，根据多个温度传感器3的测量结果得到修正后的被测气体温度。修正后的被测气体温度可以是多个温度传感器测量的温度的平均值，当然也可以是将多个被测气体温度进行其他拟合得到修正后的被测气体温度，将修正后的被测气体温度视为被测气体的温度，可避免单个温度传感器3不能准确测量被测气体温度的情况。

当进入气室腔体1内的气流处于低流速的情况下，被测气体在进气口11和出气口12处流速均较低，被测气体在整个气室腔体1内，气流较平稳，被测气体分布均匀，被测气体温度变化不大，因此在气室腔体1的所述进气口11和所述出气口12之间布置两个温度传感器3即可以准确快速测量出被测气体的温度。

当进入气室腔体1内的气流处于中高流速的情况下，被测气体在进气口11和出气口12处流速均较高，在气室腔体1内可能会出现气流紊乱的情况，导致被测气体分布不均匀，被测气体温度变化较大，采用两个温度传感器3或更多的温度传感器3，可以精确的测量出被测气体的温度，从而实现浓度的准确修正。

被测气流中含有的水蒸气也会对浓度测量结果造成影响，因此可以给气体浓度传感器增加一个湿度传感器，并对根据湿度数据对被测气体的浓度进行修正以降低水分对氧气浓度测量的影响。

处理单元，用于根据超声波换能器发射的超声波信号的飞行时间以及多个温度传感器探测的温度数据得到被测气体的浓度。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波气体浓度测量装置，其特征在于，包括气室腔体，所述气室腔体呈中空设置并且具有进气口和出气口；

超声波换能器，所述超声波换能器设置于所述气室腔体中，所述超声波换能器用于发射和接收超声波信号；

多个温度传感器，多个所述温度传感器设于所述气室腔体内，用于测量所述气室腔体内多处气体的温度。

2.如权利要求1所述的超声波气体浓度测量装置，其特征在于，所述气室腔体的内侧壁在自所述进气口向所述出气口的方向上呈平直设置。

3.如权利要求2所述的超声波气体浓度测量装置，其特征在于，所述进气口和所述出气口相对设置，分别开设于所述气室腔体的两端。

4.如权利要求1所述的超声波气体浓度测量装置，其特征在于，所述进气口和所述出气口开设于所述气室腔体的侧壁上。

5.如权利要求4所述的超声波气体浓度测量装置，其特征在于，所述进气口和所述出气口位于所述气室腔体的同一侧。

6.如权利要求1所述的超声波气体浓度测量装置，其特征在于，所述温度传感器的个数为两个，且位于所述进气口和所述出气口之间。

7.如权利要求6所述的超声波气体浓度测量装置，其特征在于，其中一所述温度传感器靠近所述进气口设置，另一所述温度传感器靠近所述出气口设置。

8.如权利要求1所述的超声波气体浓度测量装置，其特征在于，所述超声波换能器的个数为两个，分别为第一超声波换能器及第二超声波换能器，所述第一超声波换能器与所述第二超声波换能器可以相互发射和接收超声波信号。

9.如权利要求8所述的超声波气体浓度测量装置，其特征在于，在所述气室腔体一侧的外壁上向外凸出设置有一对换能器安装座，两个所述超声波换能器分别位于两个所述换能器安装座内，两个换能器安装座在自所述进气口向所述出气口的方向上间隔设置。

10.如权利要求8所述的超声波气体浓度测量装置，其特征在于，所述第一超声波换能器和所述第二超声波换能器相对设置，分别设于所述气室腔体的两端。

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