本發明專利技術公開了一種基于熱導氣體傳感器和熱式氣體流量計的氣體檢測方法及裝置。所述裝置包括測量氣室，其用于容納樣品氣體和傳感器；采樣泵，其以一定流速采樣樣品氣體并將其輸送至測量氣室；熱式氣體流量計，其用于得到與樣品氣體采樣流速及樣品氣體比熱有關的響應信號；傳感器，其用于得到與樣品氣體導熱系數及測量氣室中環境參數有關的一種或多種信號。本發明專利技術通過綜合反映樣品氣體比熱的熱式氣體流量計輸出信號和反映樣品氣體導熱系數的熱導傳感器輸出信號，得到樣品氣體中各組分的濃度信息。采用本發明專利技術的方案可以實現多組分樣品氣體中各組分濃度的檢測，而且有效提高檢測精度。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種基于熱導氣體傳感器和熱式氣體流量計的氣體檢測方法及裝置。所述裝置包括測量氣室，其用于容納樣品氣體和傳感器；采樣泵，其以一定流速采樣樣品氣體并將其輸送至測量氣室；熱式氣體流量計，其用于得到與樣品氣體采樣流速及樣品氣體比熱有關的響應信號；傳感器，其用于得到與樣品氣體導熱系數及測量氣室中環境參數有關的一種或多種信號。本專利技術通過綜合反映樣品氣體比熱的熱式氣體流量計輸出信號和反映樣品氣體導熱系數的熱導傳感器輸出信號，得到樣品氣體中各組分的濃度信息。采用本專利技術的方案可以實現多組分樣品氣體中各組分濃度的檢測，而且有效提高檢測精度。【專利說明】一種氣體檢測方法及裝置
本專利技術屬于氣體檢測領域，特別涉及一種基于熱導氣體傳感器及熱式氣體流量計的氣體檢測方法及裝置。
技術介紹
氣體傳感器及氣體檢測一直是傳感
的重要組成部分。由于不同氣體導熱系數不同，而且由于多種氣體組成的混合氣體，若彼此之間無化學反應，其導熱系數可近似認為是個組分導熱系數的體積濃度加權平均值，這樣當混合氣體中某一組分的氣體含量發生變化時，必然會引起混合氣體的導熱系數發生變化，熱導傳感器正是根據這一物理特性實現對氣體濃度的檢測。在各種氣體傳感器中，熱導氣體傳感器具有檢測范圍大、可靠性高、裝置簡單、價格便宜、維護方便等優點，但熱導傳感器也存在檢測靈敏度低、檢測誤差大、溫度漂移大、環境溫度補償困難、存在交叉敏感線性等缺陷，限制了熱導傳感器的廣泛使用。利用熱導氣體傳感器檢測某種氣體的傳統方法是將傳感器置于充滿待測氣體的氣室中央，用恒定的電流將傳感器加熱，傳感器通過周圍氣體向氣室壁四周散熱。達到熱平衡后傳感器的溫度取決于被測氣體的導熱系數及環境溫度，熱導傳感器熱電阻的變化反映了被測氣體導熱系數的變化，從而實現對氣體濃度的檢測。這種傳統檢測方法的基本特征是熱導傳感器的溫度隨被測氣體濃度的變化而變化，這個變化的傳感器溫度造成熱對流、輻射的變化，導致氣體檢測精度差、靈敏度低、溫度漂移大，造成了低濃度氣體以及氣體相對導熱系數介于0.7與1.2之間的氣體檢測困難，只能對導熱系數比較大的如氫氣、導熱系數比較小的如二氧化碳、二氧化硫、氬氣等氣體以及濃度較高的氣體進行檢測。熱導傳感器能檢測多種氣體的“廣譜性”沒有發揮出來。為了解決熱導氣體傳感器傳統檢測方法的問題，一些文獻如“黃為勇，童敏明，任子暉，采用熱導傳感器檢測氣體濃度的新方法研究，傳感技術學報2006，19 (4):973-975”、“杜彬賢，陳今潤，尹軍，熱導式氣體傳感器工作原理及檢測方法改進，化學工程與裝備2010，2:64-66”提出恒溫檢測方法，即采用一種在氣體檢測過程中保持傳感器溫度不變的檢測方法。這種方法克服了傳統檢測方法中傳感器溫度隨被測氣體濃度變化導致的很多缺陷，提高了整個系統的檢測能力和性能。但這種方法只能反映被測氣體在其工作溫度下的導熱系數變化，只能用于測量背景氣體中的單組分氣體。利用不同氣體導熱系數隨溫度的變化規律不同，文獻“S.Udina, M.Carmona,A.Pardo, C.Calaza，J.Santander，L Fonseca，S.Marco,A micormachined thermoelectricsensor for natural gas analysis:Multivariate calibration results Sensors andActuators B166-167 (2012) 238-248”通過控制熱導氣體傳感器的加熱電壓，利用模式識別方法處理不同工作溫度下傳感器的輸出從而得到多組分混合氣體(甲烷、乙烷、二氧化碳、氮氣)中各組分的濃度信息。但是，由于不同氣體導熱系數的差異很小，而且一些氣體導熱系數隨溫度的變化規律也非常相似，很難利用只檢測氣體導熱系數變化的熱導氣體傳感器確定多組分混合氣體各組分的濃度。熱式質量流量計是一種量熱式傳感器，是利用熱傳導和熱耗散的原理，根據托馬斯提出的“氣體的放熱量或吸入量與該氣體的質量流量成正比”的理論制作的。熱式質量流量計主要包括加熱器和測溫元件。作為熱源的加熱器放置在中間，氣體流動時會帶走一部分熱量，使流量計測溫元件處溫度改變，通過測量因氣體流動而造成的溫度變化來反映氣體的質量流量。熱式質量流量計與被測氣體的流量、比熱以及氣體分子構成有關。當一定體積流量的不同氣體通過熱式氣體流量計時，流量計輸出信號的變化反映了氣體比熱、密度及分子構成的相關信息，但目前熱式質量流量計大多用于檢測特定氣體或氣體混合物的質量流量，而沒有用于一定流量的樣品氣體比熱、密度等信息的檢測。熱導氣體傳感器輸出信號只反映了樣品氣體的導熱系數信息。傳統工作模式或者恒溫工作模式下的熱導氣體傳感器只能測量背景氣體中的單組分氣體濃度。通過控制熱導氣體傳感器加熱電壓可以得到樣品氣體在不同溫度下的導熱系數信息，但由于不同氣體導熱系數的差異很小，而且一些氣體導熱系數隨溫度的變化規律也非常相似，很難準確檢測多組分樣品氣體中各組分的濃度。
技術實現思路
本專利技術的目的是多組分樣品氣體中各組分濃度的檢測方法及裝置。根據本專利技術一方面，其公開了一種基于熱導氣體傳感器和熱式氣體流量計的氣體檢測裝置，其包括:測量氣室，其用于容納樣品氣體和傳感器；采樣泵，其以一定流速采樣樣品氣體并將其輸送至測量氣室；熱式氣體流量計，其用于得到與樣品氣體采樣流速及樣品氣體比熱有關的響應信號;傳感器，其用于得到與樣品氣體導熱系數及測量氣室中環境參數有關的一種或多種信號。根據本專利技術另一方面，其公開了一種基于熱導氣體傳感器和熱式氣體流量計的氣體檢測方法，其包括:步驟1、利用采樣泵采樣樣品氣體，并將其輸送至測量氣室；步驟2、在測量氣室中，利用熱導氣體傳感器測量與所述樣品氣體的導熱系數相關的信息；步驟3、所述熱式氣體流量計測量與所述樣品氣體的流量和比熱相關的信息；步驟4、通過處理所測量的與所述導熱系數、氣體流量和比熱相關的信息獲得所述氣體中各組分的濃度信息。(I)本專利技術方法利用反映樣品氣體比熱信息的熱式氣體流量計輸出及反映樣品氣體導熱系數信息的熱導氣體傳感器輸出進行多組分樣品氣體中各組分濃度檢測，與已有技術相比增加了氣體比熱信息用于氣體檢測，即通過調控采樣泵運轉情況，可以使樣品氣體的采樣流量恒定。對于一定流量的氣體，熱式質量流量計的輸出信號與樣品氣體的比熱與密度的乘積成反比，這可以有效提高多組分樣品氣體中各組分濃度檢測的準確性。(2)通過使用多個熱導氣體傳感器并使其工作于不同溫度，可以同時得到被測氣體在不同溫度的導熱系數信息，有利于縮短氣體檢測時間。(3)在用熱式氣體流量計和熱導氣體傳感器檢測樣品氣體時同時檢測氣室氣壓、溫度等環境參量并進行修正，有利于減小環境因素的干擾。【專利附圖】【附圖說明】圖1是本專利技術優選實施例中基于熱導氣體傳感器和熱式氣體流量計的氣體檢測裝置；圖2是本專利技術另一優選實施例中基于熱導氣體傳感器和熱式氣體流量計的氣體檢測裝置。【具體實施方式】為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。本專利技術公開了一種基于熱導氣體傳感器和熱式氣體流量計的氣體檢測裝置。圖1示出了本專利技術優選實施例中所述基于熱導氣本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種氣體檢測裝置，其包括：測量氣室，其用于容納樣品氣體和傳感器；采樣泵，其以一定流速采樣樣品氣體并將其輸送至測量氣室；熱式氣體流量計，其用于得到與樣品氣體采樣流速及樣品氣體比熱有關的響應信號；傳感器，其用于得到與樣品氣體導熱系數及測量氣室中環境參數有關的一種或多種信號。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：高曉光，何秀麗，李建平，賈建，
申請(專利權)人：中國科學院電子學研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11
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