專利名稱：用于非色散紅外設(shè)備的校準方法和校準設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前述部分所述的校準方法。
本發(fā)明還涉及一種校準裝置。
在較低檔次的非色散紅外(NDIR)測量設(shè)備通常所采用的結(jié)構(gòu)中，隨著設(shè)備使用的年限加大，輸出信號呈現(xiàn)出漂移趨勢。在諸如日本公開專利59-173734等專利文獻中詳細地說明了這類NDRI設(shè)備的技術(shù)。常規(guī)的測量設(shè)備經(jīng)常需要移到實驗室進行校準工作，而測量物體在校準操作期間處于非受控狀態(tài)。這樣的實驗室校準是一項費錢又費時的工作，而且必須每間隔一定時間就重復(fù)進行以使設(shè)備保持所需的測量精度。上述問題在用NDIR設(shè)備來監(jiān)控循環(huán)氣體中的二氧化碳濃度這樣的空調(diào)設(shè)備中時特別令人惱火，因為此時測量設(shè)備的信號漂移影響了空調(diào)系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明的一個目的是克服上述技術(shù)的缺點，并且得到一種全新的校準方法和裝置。
本發(fā)明是基于對NDRI設(shè)備進行校準，校準的方式是將一個在實驗室校準過的NDRI設(shè)備與待校準設(shè)備并列放置，然后使周圍氣體進行循環(huán)，使流經(jīng)待校準設(shè)備的氣體隨后進入在實驗室條件下被預(yù)先校準過的參考測量設(shè)備的樣品腔中。
更具體地說，本發(fā)明方法的特征在于權(quán)利要求1的特征部分。
此外，本發(fā)明裝置的特征在于權(quán)利要求5的特征部分。
本發(fā)明的效果顯著。應(yīng)用本發(fā)明時，在場校準過程中不再需要單獨的校準氣體混合物或者進行有關(guān)溫度壓力襝的實驗室校準。這類單獨的校準氣體混合物價格昂貴，難于使用。此外，如果常規(guī)校準過程采取的是通常的場校準方式時，如忽視了對壓力和溫度補償，則會帶來過大的不確定因素。本發(fā)明的方法實現(xiàn)了簡單、快速和費用低廉的場校準，而測量設(shè)備本身在校準過程中也不需從控制系統(tǒng)上拆下來。
以下，將參考附圖借助于一些典型的實施例對本發(fā)明作更詳細的分析。


圖1是本發(fā)明校準裝置的示意圖。
圖2是本發(fā)明另一種校準裝置的示意圖。
圖3是NDIR設(shè)備典型的輸出電壓—濃度曲線族圖形。
圖4是常規(guī)的校準裝置的示意圖。
圖5是本發(fā)明校準裝置的示意圖。
參見圖1，本發(fā)明的一種校準裝置主要包括四部分，即一個待校準的NDIR測量裝置1、在實驗室校準過的另一個NDIR測量裝置2、待校準裝置電子學(xué)部分21和參考裝置的電子學(xué)部分20。在本發(fā)明中，實驗室校準一詞指采用至少兩種濃度和組分不同且確切知道的不同的校準氣體混合物在已知的溫度和壓力下把測量裝置的顯示讀數(shù)或輸出信號調(diào)整到正確值的過程。對二氧化碳測量而言，所用的典型的校準氣體混合物包括氮氣，用它來建立裝置的零點，同時待校準的另一個濃度點通常是測量范圍的上限(如對二氧化碳而言為2000ppm)。
通常，NDIR測量裝置包括一個適于向一個測量腔6發(fā)出紅外輻射的光源3。用一個帶通濾波器5來濾過所述的穿過測量腔的輻射，并用檢測器4檢測所述輻射。由光源3、測量腔6、帶通濾波器5和探測器4組成的單元也被稱為光學(xué)校準臺。由此得到的測量結(jié)果在一個電子學(xué)單元21中處理，所述單元21中的輸出信號正比于氣體濃度并且需要的話還可在顯示器23上表示為氣體濃度讀數(shù)。在圖中示出的實施例中，氣體借助于加熱引起的流動通過旁路流動管路9流到測量腔6，所述的旁路流動管路9通過入口管11和出口管8與光學(xué)校準臺相連。該旁路管有一個透氣管路部分10，待測氣體就是通過該部分從測量裝置周圍的環(huán)境大氣中進入到裝置的氣體循環(huán)，進而進入測量腔6中。在一個低檔的裝置中，這樣一個氣體循環(huán)是由光源3所放出的熱量所致的熱致流動實現(xiàn)的。單獨的泵也可用于使氣體循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明，待校準的測量裝置帶有一個第二出口管25，該管通過一個軟管17與參考裝置2的光學(xué)校準臺相連。參考裝置2在實驗室條件下經(jīng)預(yù)校準以在參考裝置的顯示器22上顯示出正確的濃度讀數(shù)。與裝置1相似，參考裝置了包括一個光源13、測量腔16、帶通濾波器15和檢測器14，檢測器14與一個電子學(xué)單元20相連，單元20的輸出信號被取出送到氣體濃度顯示器22。適合于將氣體從周圍的環(huán)境大氣泵入?yún)⒖佳b置1的抽吸管29被連接到參考裝置2的出口管，或者入口管上，這樣，向參考裝置2的測量腔16供給基本上與參考裝置2相同的環(huán)境氣體混合物。必須保證氣體的溫度在校正測量過程中基本恒定，這要依靠由于氣體流動通道的長度有限而使測量得以保持長時間恒定不變。此外，在校正測量中還可以使用不同的氣體濃度，條件是兩個測量腔的響應(yīng)時間和電子單元是相同的并且流速是已知的。而后，借助于例如由已知的流動延遲校正讀數(shù)的方法完成這些測量值的比較，或者使用計算機方法將對測量曲線進行最優(yōu)化擬合。
在校準過程中，比較電子裝置20和21的顯示讀數(shù)或輸出信號比較后，利用校正控制器24將顯示器23的讀數(shù)或處于校正狀態(tài)下參考裝置1的輸出信號分別調(diào)節(jié)到等于顯示器22的讀數(shù)或參考裝置2的輸出信號。實際中校準控制器24例如可以是電子學(xué)單元21中的一個電位差計。另一種方案是，校準工作可以自動進行，這樣處于校正狀態(tài)下的裝置1的電子單元21帶有一個由于參考裝置2的信號的連接器，校正信號在程序器的控制下由參考裝置20被輸送到電子單元21。
上述本發(fā)明的系統(tǒng)適用于單點濃度的校準。另外一個簡單的兩點校準裝置也可用在此處，這只需向裝置1的連接器26(或軟管17的T形連接器36)中充入一種濃度粗略已知的參考氣體混合物。對二氧化碳而言，這樣的參考氣體可以用諸如以下方法來提供向一個氣球或類似容器中吹入一定量的呼出氣體、排出氣體或其它從燃燒器排出的含有過量二氧化碳的氣體，然后用氣泵向氣球的剩余容積中充入大氣。這樣充好氣的氣球經(jīng)連接器26向測量腔6放氣，校準臺上的泵由此將氣體泵入?yún)⒖佳b置2的測量腔16中。通常用一個氣密保護蓋27來蓋住校準入口連接器26。相應(yīng)地，用一個類似的保護蓋37蓋住T形連接36。
泵10按常規(guī)是一個吸入泵，而使用正壓頭的泵形成過壓的技術(shù)也被認為是處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
參見圖2，待校準的NDIR測量裝置可配有一個帶一個擴散濾過器的長方形的流動狹縫35，這樣圖1中所示的旁路流動通道就不必要了。
參見圖3，圖中示出了一個理想的NDIR測量裝置的檢測器輸出信號與氣體濃度的相關(guān)性。圖中，垂直軸是檢測器輸出電壓，而水平軸代表氣體濃度。實線31表示圖1中所示的裝置2在三個不同環(huán)境溫度或大氣1壓下的校準輸出曲線。點劃線30表示裝置1在三個不同環(huán)境條件下校準時相應(yīng)的輸出曲線。在根據(jù)本發(fā)明進行校準時，可以假定氣體濃度取例如線32所示水平，而溫度為T2，兩個測量腔中的壓強基本相等。校準過程中，氣體濃度不必準確知道，但要滿足使裝置1和2中氣體濃度相等。當用圖1中泵19經(jīng)過參考裝置2將環(huán)境氣體吸入時，顯示器22和23中的讀數(shù)應(yīng)當相等。在前述情況下，輸出電位差與圖中34所示的線相等。通過調(diào)節(jié)電位差計24或輸送數(shù)字形式的修正因子來修正輸出電壓的誤差，只是這樣的一種便利是在NDIR裝置中完成的。相應(yīng)地，可以采用“氣球技術(shù)”(balloon technique)以上述方式進行兩點校準，用該技術(shù)獲得另一種參考氣體濃度33，同時可以根據(jù)預(yù)先校準過的裝置輸出曲線的斜率T2來校正校準中的測量裝置1的輸出曲線的斜率。如果需要的話，可以用任何在提高了的或大氣壓力下充滿參考氣體的其它容器來代替氣球技術(shù)，這時可以用一個電動泵或人力泵來使氣體流動。
參見圖4，根據(jù)常規(guī)的技術(shù)，對五個NDIR測量裝置44進行校準時必需向每個測量裝置輸入在書籍溫度和壓力下濃度確知的兩個參考氣體混合物40及42的參數(shù)。由于在場條件下這樣獨特的條件非常難于確知，用已有技術(shù)進行校準時通常必須在實驗室或服務(wù)站中才能進行。
除了二氧化碳以外，本發(fā)明的校準裝置還可應(yīng)用于絕對濕度測量及一氧化碳濃度、碳氫化合物(如甲烷或乙烯)及氧化亞氮濃度的測量。
權(quán)利要求
1，一種用于NDIR氣體分析儀(1)的校準方法，按照該方法，其中處于校準狀態(tài)下的裝置(1)是借助于受控狀態(tài)的一個參考裝置(2)被校準的，其特征在于參考裝置(2)是按照基于如下步驟的一個方案受過實驗室校準的NDIR測量裝置，這個試驗方案包括使環(huán)境空氣通過處于校準狀態(tài)下的測量裝置(1)的測量腔(6)以及在實驗室中校準過的測量裝置(2)的測量腔(16)循環(huán)，以及調(diào)節(jié)顯示器(23)的讀數(shù)改者處于校準狀態(tài)下的測量裝置的輸出信號分別等于顯示器(22)的讀數(shù)或等于參考裝置(2)的輸出信號。
2，一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將用作校準氣體混合物的環(huán)境氣體從待校準的測量裝置(1)的測量腔(6)通過一個吸入泵(19)送到參考裝置(2)的測量腔(16)。
3，一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過向一個容器提供一種濃度不同于環(huán)境氣體的氣體混合物，然后向待校準的裝置(1)送入該混合物而得到一個第二校準點。
4，一種如前面任何一個權(quán)利要求所述的方法，用于測量二二氧化碳濃度，其特征在于通過向一個容器提供一種由呼出氣體或環(huán)境氣體組成的氣體混合物并且向待校準的裝置(1)送入該混合物，而得到一個第二校準點。
5，一種用于校準NDIR氣體分析儀的裝置，所述的裝置包括一個用于校準待校準的裝置(1)的參考裝置(2)，其持征在于所述的參考裝置(2)是一個實驗室校準過的NDIR測量裝置，包括通過待校準的裝置(1)的測量腔(6)以及參考裝置(2)的測量腔(16)傳送環(huán)境氣體的裝置(19)。
6，一種如權(quán)利要求5所述的用于校準NDIR氣體分析儀的裝置，其特征在于所述的參考裝置(2)包括直接得到參考裝置(2)與待校準的裝置(1)的測量結(jié)果之間差值的裝置。
7，一種如權(quán)利要求5或6所述的用于校準NDIR氣體分析儀的裝置，其特征在于所述的參考裝置(2)包括用于將基于在處理器控制下所述的不同的信號的校正因子直接送到待校準的裝置(1)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于校準NDIR氣體分析儀的方法和裝置。根據(jù)該方法，借助于一個處于受控狀態(tài)下的參考裝置(2)校準待校準的裝置(1)。根據(jù)本發(fā)明，參考裝置(2)是按照基于如下步驟的一個方案受過實驗室校準的NDIR測量裝置，這個試驗方案包括使環(huán)境空氣通過處于校準狀態(tài)下的測量裝置(1)的測量腔(6)以及在實驗室中校準過的測量裝置(2)的測量腔(16)循環(huán)，以及調(diào)節(jié)顯示器(23)的讀數(shù)或者處于校準狀態(tài)下的測量裝置的輸出信號分別等于顯示器(22)的讀數(shù)或等于參考裝置(2)的輸出信號。
文檔編號G01N21/31GK1148172SQ96106010
公開日1997年4月23日 申請日期1996年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月22日
發(fā)明者P·布蘭利, R·B·丹尼斯, C·海萊內(nèi)隆 申請人:外沙拉股份公司