本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)大氣中常規(guī)氣體監(jiān)測設(shè)備體積大、價(jià)格高、安裝維護(hù)復(fù)雜，限制了其大規(guī)模的加密觀測應(yīng)用，目前市場上越來越多的小型化、低成本氣體傳感器不斷在涌現(xiàn)，基于氣體傳感器組建便攜式或者組網(wǎng)式監(jiān)測儀，對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行加密觀測成為了一種趨勢(shì)。

基于氣體傳感器的監(jiān)測儀與傳統(tǒng)在線常規(guī)氣體監(jiān)測儀相比，具有響應(yīng)速度快、體積小、成本低、維護(hù)少等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也普遍具有如下缺點(diǎn)：檢測下限高、氣體間交叉干擾大、受環(huán)境因素影響大。因此有必要搭建系統(tǒng)對(duì)氣體傳感器進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)測與校準(zhǔn)，如發(fā)明專利一種氣體傳感器的標(biāo)定工裝及標(biāo)定方法(公開號(hào)105572307A)，將每個(gè)傳感器與適配底座通過O圈密封的形式進(jìn)行固定，將底座通過串聯(lián)和并聯(lián)的連接形式來進(jìn)行校準(zhǔn)，但這種方式不具有普適性，不同氣體傳感器的大小尺寸不同、接口也不同，采用O圈密封存在個(gè)別氣體傳感器泄漏的可能，以及標(biāo)定工裝沒有進(jìn)行濕度的前處理和無法進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié)等問題。

因此希望有一種氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)可以克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)來克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)，所述氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)包括：配氣單元、調(diào)理單元、校準(zhǔn)單元和參考單元；所述配氣單元的氣體出口連接所述調(diào)理單元，所述配氣單元配置不同濃度的校準(zhǔn)用氣體，并通過所述調(diào)理單元對(duì)校準(zhǔn)用氣體進(jìn)行濕度控制，所述調(diào)理單元連接所述校準(zhǔn)單元，經(jīng)過所述調(diào)理單元的校準(zhǔn)用氣體進(jìn)入所述校準(zhǔn)單元對(duì)箱內(nèi)的氣體傳感器的進(jìn)行評(píng)測與校準(zhǔn)，所述參考單元可通過切換閥的方式分別連接所述調(diào)理單元的氣體入口和所述校準(zhǔn)單元的氣體出口，所述參考單元對(duì)進(jìn)入校準(zhǔn)單元前后的校準(zhǔn)用氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測。

優(yōu)選地，所述配氣單元包括：標(biāo)準(zhǔn)氣體單元、質(zhì)量流量控制器組和氣體混合器，標(biāo)準(zhǔn)氣體單元將高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣與零空氣通過質(zhì)量流量控制器組在氣體混合器中進(jìn)行稀釋混合，得到不同濃度的校準(zhǔn)用氣體。

優(yōu)選地，所述標(biāo)準(zhǔn)氣體單元包括壓縮空氣源、過濾器組、零空氣發(fā)生器、第一高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣、第二高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣和臭氧發(fā)生器；所述零空氣發(fā)生器為氣體傳感器標(biāo)定的零點(diǎn)校準(zhǔn)氣和高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣的稀釋氣，所述第一高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣為對(duì)應(yīng)檢測氣體傳感器類型的標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶氣，所述第二高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣為對(duì)應(yīng)檢測氣體傳感器的干擾氣。

優(yōu)選地，所述質(zhì)量流量控制器組包括四組質(zhì)量流量控制器，分別對(duì)零空氣發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、第一高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣、第二高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行質(zhì)量流量控制。

優(yōu)選地，所述的臭氧發(fā)生器為紫外燈型臭氧發(fā)生器，可通過通入氣體流量和紫外燈照射氣路面積來調(diào)節(jié)臭氧濃度。

優(yōu)選地，經(jīng)過所述零空氣發(fā)生器、臭氧發(fā)生器和經(jīng)過質(zhì)量流量控制器組的第三第四路氣體進(jìn)入所述氣體混合器進(jìn)行充分混合，達(dá)到均勻混合的狀態(tài)，稀釋后的校準(zhǔn)用氣體濃度根據(jù)鋼瓶氣的標(biāo)稱濃度、高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣的流量和稀釋氣的流量并結(jié)合分子量獲得。

優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)單元采用Nafion管加濕的方式，包括：Nafion管、濕度監(jiān)測模塊、風(fēng)機(jī)、高效過濾器、加濕器；Nafion管對(duì)所述校準(zhǔn)用氣體進(jìn)行加濕，外界空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)和高效過濾器為加濕器提供動(dòng)力，風(fēng)機(jī)為可調(diào)風(fēng)機(jī)，加濕器連接Nafion管對(duì)通過Nafion管的所述校準(zhǔn)用氣體進(jìn)行加濕，濕度監(jiān)測模塊對(duì)經(jīng)過加濕的所述校準(zhǔn)用氣體進(jìn)行濕度監(jiān)測。

優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)單元包括不銹鋼箱體、混合風(fēng)扇、氣體傳感器支撐轉(zhuǎn)接板、數(shù)據(jù)采集控制板和電腦，不銹鋼箱體的材質(zhì)為316不銹鋼，為防止氣體在箱體內(nèi)表面吸附，不銹鋼箱體采用合頁、鎖扣和密封條的設(shè)計(jì)；混合風(fēng)扇設(shè)置在不銹鋼箱體內(nèi)用于幫助不銹鋼箱體內(nèi)的氣體進(jìn)行充分的混合，氣體傳感器支撐轉(zhuǎn)接板用于放置和連接待測氣體傳感器，數(shù)據(jù)采集控制板包括64通道的16位模擬信號(hào)輸入和8通道的16位模擬信號(hào)輸出，數(shù)據(jù)采集控制板對(duì)不銹鋼箱體內(nèi)的溫度、濕度、壓力和氣態(tài)傳感器信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過USB接口傳輸?shù)诫娔X，數(shù)據(jù)采集控制板的模擬信號(hào)輸出口對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行控制，從而對(duì)所述加濕氣路的濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)校準(zhǔn)用氣體的相對(duì)濕度。

優(yōu)選地，所述氣體傳感器支撐轉(zhuǎn)接板包括：主板、氣體傳感器和信號(hào)板、溫度傳感器、濕度傳感器和壓力傳感器；主板固定氣體傳感器和信號(hào)板，方便進(jìn)行整體操作，并對(duì)所有氣體傳感器和信號(hào)板進(jìn)行統(tǒng)一供電和信號(hào)的接頭轉(zhuǎn)換，將每個(gè)傳感器的信號(hào)綜合到一個(gè)接頭并連接至所述數(shù)據(jù)采集控制板，氣體傳感器和信號(hào)板可接入30個(gè)氣體傳感器信號(hào)，模擬信號(hào)輸入端可同步將不銹鋼箱體內(nèi)的30個(gè)氣體傳感器信號(hào)和溫濕度壓力信息進(jìn)行采集，主板上設(shè)置有溫度傳感器、濕度傳感器和壓力傳感器，溫度傳感器、濕度傳感器和壓力傳感器對(duì)所述不銹鋼箱體內(nèi)溫度、濕度和壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和后期的數(shù)據(jù)修正。

優(yōu)選地，參考單元包括參考儀器、第一三通接頭、第二三通接頭和三通球閥；參考儀器對(duì)所述校準(zhǔn)用氣體濃度進(jìn)行參照對(duì)比，第一三通接頭連接所述調(diào)理單元的氣體入口，第二三通接頭連接所述校準(zhǔn)單元的氣體出口，三通球閥的公共端連接至參考儀器，參考儀器分別測量上下游氣體濃度，測量數(shù)據(jù)通過網(wǎng)口連接至電腦，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取和記錄。

本發(fā)明提出了一種氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)，所述氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)是一種靈活的配氣系統(tǒng)，可用于對(duì)氣體傳感器進(jìn)行批量的標(biāo)定，同時(shí)可用于研究不同種類的氣體對(duì)某一類氣體傳感器的干擾影響，所述氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)具有可控的濕度調(diào)節(jié)單元，使得校準(zhǔn)用氣體具有較好的濕度條件，保證了氣體傳感器工作在正常工作濕度環(huán)境中，所述氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)中的不銹鋼箱體校準(zhǔn)箱的設(shè)計(jì)，極大的方便的批量性的氣體傳感器校準(zhǔn)，占用空間小，密封性好，保障了實(shí)驗(yàn)操作人員的安全，不銹鋼箱體內(nèi)托盤式的主板設(shè)計(jì)，方便了氣體傳感器固定和整體轉(zhuǎn)移，同時(shí)簡化了數(shù)據(jù)接口的連接，電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可實(shí)時(shí)采集到氣體傳感器的數(shù)值進(jìn)行展示，同時(shí)對(duì)氣路進(jìn)行定時(shí)調(diào)控，方便系統(tǒng)操作，并且參考儀器上下游監(jiān)測，保證了數(shù)據(jù)可靠性。

附圖說明

圖1是氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是氣體傳感器支撐轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

在本發(fā)明一寬泛實(shí)施例中：氣體傳感器評(píng)測與校準(zhǔn)系統(tǒng)包括：配氣單元、調(diào)理單元、校準(zhǔn)單元和參考單元；所述配氣單元的氣體出口連接所述調(diào)理單元，所述配氣單元配置不同濃度的校準(zhǔn)用氣體，并通過所述調(diào)理單元對(duì)校準(zhǔn)用氣體進(jìn)行濕度控制，所述調(diào)理單元連接所述校準(zhǔn)單元，經(jīng)過所述調(diào)理單元的校準(zhǔn)用氣體進(jìn)入所述校準(zhǔn)單元進(jìn)行氣體傳感器的校準(zhǔn)，所述參考單元可通過切換閥的方式分別連接所述調(diào)理單元的氣體入口和所述校準(zhǔn)單元的氣體出口，所述參考單元對(duì)校準(zhǔn)單元前后的校準(zhǔn)用氣體進(jìn)行監(jiān)測。

如圖1所示，壓縮空氣源1為空壓機(jī)，壓力為0.2-0.8MPa，壓縮空氣源1的出口連接過濾器組4，對(duì)壓縮氣進(jìn)行除水和對(duì)顆粒物的多級(jí)過濾，得到干燥的無顆粒物空氣，分別連接至質(zhì)量流量控制器組5的第一路入口和第二路入口；第一高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣2和第二高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣3為鋼瓶壓縮氣，出廠時(shí)壓力為15MPa，通過減壓閥調(diào)節(jié)至0.2-0.3MPa，一般情況下，對(duì)于測量某一特性種類氣體的氣體傳感器，如一氧化碳?xì)怏w傳感器，第一高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣2為一定濃度的一氧化碳標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶氣，載氣為氮?dú)猓诙邼舛葮?biāo)準(zhǔn)氣3為可能對(duì)一氧化碳傳感器造成干擾的干擾氣，載氣為氮?dú)?，將這兩路鋼瓶氣通過特氟龍管分別連接至質(zhì)量流量控制器組5的第三路入口和第四路入口；質(zhì)量流量控制器組5的第一路出口連接零空氣發(fā)生器6的入口，將經(jīng)過干燥和除顆粒物的空氣，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)和活性炭吸附作用得到零空氣；質(zhì)量流量控制器組5的第二路出口連接臭氧發(fā)生器7的入口，臭氧發(fā)生器將入口的空氣經(jīng)紫外燈照射生成臭氧；質(zhì)量流量控制器組5具有四路獨(dú)立的進(jìn)氣口和出氣口，當(dāng)進(jìn)出氣口壓差達(dá)到0.1MPa時(shí)，通過數(shù)據(jù)采集控制板18的模擬電壓輸出端口可對(duì)每一路的氣體流量進(jìn)行精確的控制，當(dāng)四路氣體中某一路暫時(shí)未啟用，可將對(duì)應(yīng)氣路的控制電壓設(shè)置為零即可將其關(guān)閉。

氣體混合器8有四個(gè)入口，分別連接零空氣發(fā)生器6的出口、臭氧發(fā)生器7的出口、質(zhì)量流量控制器組5的第三路出口和第四路出口，混合器為不銹鋼材質(zhì)，作用一是進(jìn)行緩沖，二是進(jìn)行湍流混合。

通過所述氣體混合器8的校準(zhǔn)用氣體的相對(duì)濕度較低，通常小于氣體傳感器工作的相對(duì)濕度下限，所以需要對(duì)校準(zhǔn)用氣體的相對(duì)濕度進(jìn)行控制，氣體混合器8的出口通過特氟龍管連接第一三通接頭9，第一三通接頭9的第一出口通過特氟龍管連接三通球閥21的第一入口，第一三通接頭9的第二出口通過特氟龍管連接Nafion管10的樣氣入口；Nafion管10因半透膜兩側(cè)水蒸氣的分壓不同，通過水合作用實(shí)現(xiàn)加濕，半透膜的內(nèi)側(cè)是校準(zhǔn)用氣體的通路，半透膜的外側(cè)為加濕氣路；Nafion管10共有四個(gè)接口：樣氣入口、樣氣出口、調(diào)節(jié)氣入口和調(diào)節(jié)氣出口，樣氣出口通過特氟龍管連接濕度監(jiān)測模塊11來對(duì)濕度進(jìn)行監(jiān)測和反饋，Nafion管10的調(diào)節(jié)氣為與樣氣流向反向，濕度大的干凈氣體，風(fēng)機(jī)12依次連接高效過濾器13、加濕器14后，接入調(diào)節(jié)氣入口，調(diào)節(jié)氣的出口連接至大氣，加濕器14的工作原理是通氣鼓泡法，濕度監(jiān)測模塊11為三通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)氣口連接Nafion管10的樣氣出口，出氣口連接不銹鋼箱體15的入口，三通位置放置濕度傳感器，O圈密封，濕度傳感器信號(hào)連接至數(shù)據(jù)采集控制板18的模擬信號(hào)輸入端。不銹鋼箱體15為316不銹鋼材質(zhì)，方便操作的同時(shí)，保證了箱體密封性，極大的保障了實(shí)驗(yàn)操作人員的安全，不銹鋼箱體15內(nèi)置放置混合風(fēng)扇16、氣體傳感器支撐轉(zhuǎn)接板17、數(shù)據(jù)采集控制板18。

如圖2所示，氣體傳感器支撐轉(zhuǎn)接板17是以主板23為基體，放置了30個(gè)氣體傳感器和信號(hào)板24，同時(shí)安放了溫度傳感器25、濕度傳感器26、壓力傳感器27，對(duì)箱內(nèi)的溫濕度和壓力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，所有模擬信息通過一個(gè)統(tǒng)一的接頭連接到數(shù)據(jù)采集控制板18，當(dāng)需要評(píng)測不同溫度對(duì)氣體傳感器的影響時(shí)，通過溫度傳感器25的反饋進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)對(duì)所述不銹鋼箱體15進(jìn)行加熱和冷卻；濕度的調(diào)節(jié)由上游的調(diào)理單元進(jìn)行調(diào)節(jié)。

如圖1和2所示，數(shù)據(jù)采集控制板18為16位的多功能數(shù)據(jù)采集控制卡，共有64路16位模擬輸入端口，8路16位模擬輸出端口，64路模擬輸入端口分別連接：濕度監(jiān)測模塊11、溫度傳感器25、濕度傳感器26、壓力傳感器27和30個(gè)氣體傳感器和信號(hào)板24，8路模擬輸出端口分別連接質(zhì)量流量控制器組5、風(fēng)機(jī)12，數(shù)據(jù)采集控制板18通過USB接口與電腦19進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)采集控制板18的采樣頻率為10kHz，在電腦19端將每秒的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和顯示，同時(shí)在電腦19端實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量流量控制器組5的控制和對(duì)風(fēng)機(jī)12的閉環(huán)控制。常用的適合大氣低污染濃度監(jiān)測使用的是四電極電化學(xué)方法氣體傳感器，有兩路模擬信號(hào)輸出，數(shù)據(jù)采集控制板18通常最多可接入32個(gè)氣體傳感器和信號(hào)板24，當(dāng)需要接入更多時(shí)，可以通過使用多個(gè)數(shù)據(jù)采集控制板18疊加來實(shí)現(xiàn)。參考儀器22的入口連接三通球閥21的公共端，三通球閥21的第一入口連接第一三通接頭9，第二入口連接第二三通接頭20，通過三通球閥21的切換，可測量上下游的氣體濃度。

最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。