一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统及方法技术方案

一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统及方法，所述测算系统，包括：非氧环境、气室、VOC气体传感器、信号采集与传输系统及上位机；气室为非氧环境的气室；所述测算方法包括：S1.获得真空环境的气室；S2.将VOC气体传感器与分压电阻串接组成分压电路；S3.配气；S4.测量分压电阻的输出电压，计算得到VOC气体传感器吸附时在被测气体中的电压；选择合适的分压电阻；S5.使VOC气体传感器脱附，测量分压电阻的输出电压，计算得到VOC气体传感器脱附后在空气中的电压；S6.运算获得气体响应灵敏度S。本发明专利技术可以获得无氧环境下VOC气体传感器在待测气体中的响应特性。

【技术实现步骤摘要】
一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统及方法
本专利技术涉及一种气体灵敏度的测算系统及方法，尤其涉及一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统及方法。
技术介绍
目前，在气体传感器的研制过程中需要研究传感器在不同环境和工作条件下的气体响应特性，衡量传感器的优劣，总结摸索出传感器的最佳工作状态，这离不开良好的测试设备。一般地，当可检知的气体存在时，该气体的浓度越高，传感器的电导率就越高。将这种电导率的变化转换为与气体浓度对应的输出信号。VOC气体传感器在有氧环境下的特性被广泛研究，然而，在工业实际应用中，气体检测时常需要在一些较为恶劣的环境下进行，特别是一些如矿井等缺氧环境中，在这些环境中传感器的响应特性与有氧环境中存在较大差异，其检测精度必然受到影响，为了得到VOC气体传感器在无氧环境下对气体检测数据的支持，测试传感器无氧环境下在待测气体中的响应特性尤为重要。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统及方法，以获得无氧环境下VOC气体传感器在待测气体中的响应特性。本专利技术采用如下技术方案：一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，包括：非氧环境、气室、信号采集与传输系统及上位机；所述气室内为非氧环境；所述信号采集与传输系统，包括分压电路，所述分压电路为VOC气体传感器与分压电阻RL串接组成，用于输出VOC气体传感器脱附后在空气中的输出电压Vair和VOC气体传感器吸附时在被测气体中的输出电压Vgas；A/D转换模块，与分压电路连接，用于将分压电路输出的Vair和Vgas的电压模拟信号转换为电压数字信号；微处理器，与A/D转换模块连接，用于A/D转换，并将转换后Vair和Vgas的电压信号进行预处理，输出Vair和Vgas可供显示及传输的数字信号；数据传输模块，与微处理器连接，用于使微处理器输出的Vair和Vgas的数字信号传输至上位机；所述上位机，与数据传输模块连接，接收数据传输模块传输的Vair和Vgas的数字信号，运算得到非氧环境下VOC气体传感器在气室内的被测气体中的气敏响应灵敏度。进一步的，本系统还包括加热装置，使液体原料气样品加热汽化为气态原料气，其安装在气室内，为对准液体原料气样品的进样口放置。进一步的，本系统还包括显示模块，与微处理器连接，用于显示微处理器输出的Vair和Vgas的数值一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算方法，包括如下步骤：S1、获得真空环境的气室；S2、将VOC气体传感器与分压电阻RL串接组成分压电路；S3、配气；S4、测量分压电阻RL的输出电压，计算得到VOC气体传感器吸附时在被测气体中的输出电压Vgas；S5、使VOC气体传感器脱附，测量分压电阻RL的输出电压，计算得到VOC气体传感器脱附后在空气中的输出电压Vair；S6、运算获得气体响应灵敏度S；S7、改变通入气室内原料气的浓度，重复步骤S2-S6；S8、更换通入气室内的原料气的种类，重复步骤S1-S7。进一步的，运算气体响应灵敏度的方法为：对于P型VOC气体传感器，气体响应灵敏度S为元件在空气中阻值与元件吸附气体后阻值的比：对于N型VOC气体传感器，气体响应灵敏度S定义为元件在空气中阻值与元件吸附气体后阻值的比：其中，Vair和Vgas分别为VOC气体传感器脱附后在空气中的输出电压和VOC气体传感器吸附时在被测气体中的输出电压，V为分压电路的供电电压，RL为分压电阻。进一步的，获得真空环境的气室采用的方法为下述中的一种：(1)使用抽气泵将气室内的空气抽出法：把抽气泵的进样口密封，从气室的抽气口把气室内的空气抽出，抽气口的橡胶管收缩变瘪后，气室内为真空环境或接近真空；(2)惰性气体排气法：向气室内通入惰性气体，其中，氦气和氖气使用向下排气法充入气室，氩气、氪气和氙气使用向上排气法充入气室；进一步的，所述配气的步骤为：把一定量的气态或蒸汽态的原料气加入已知容积的气室中，充入稀释气后混匀制成被测气体，所述原料气是单一气体或已知浓度的混合气体，其中，得到原料气的浓度的方法为：(1)在直接向气室通入原料气时，使用质量流量计测量通入的原料气的量；(2)使用的原料气为液态时，抽取一定量液态原料气注入气室内的加热装置中，使液态加热汽化为气态，通过下述公式计算得知气化后的原料气的浓度值；ρ×v×ω％/M＝c×VL/(22.4×(273+T)/273)v＝(273/(273+T))×VL×c×M/(22.4×ρ×ω％)式中，ρ是有机液体的密度，ω％是有机液体中被测成分的质量分数，M是被测气体的摩尔质量，T气室内的摄氏温度，VL为气室的体积。进一步的，获得气体响应灵敏度的方法为：A/D转换模块将步骤S4和步骤S5中的分压电路输出的Vair和Vgas的电压模拟信号转换为电压数字信号；微处理器接收经A/D转换模块转换后的Vair和Vgas的电压数字信号；数据传输模块使微处理器输出的Vair和Vgas的数字信号传输至上位机；显示模块实时显示微处理器输出的Vair和Vgas的数值；上位机接收数据传输模块传输的Vair和Vgas的数字信号，根据权利要求5中的公式运算得到非氧环境下VOC气体传感器在被测气体中的气体响应灵敏度。更进一步的，上位机还绘制出Vair和Vgas的实时变化曲线，显示VOC气体传感器的电阻信号Rg，并绘制出电阻变化曲线；还绘制出VOC气体传感器的气敏响应灵敏度变化曲线，显示出气敏响应灵敏度的实时数值。有益效果：本专利技术提供了一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统及方法，其中，测算系统实现了VOC气体传感器在待测的已知浓度的气体中的气体响应灵敏度自检测、自显示，给数据监测过程带来极大便利，数据采集与显示的自动化过程的实现使得VOC气体传感器的气体灵敏度检测水平无论在精度还是时效上都得以提高。测算方法提供了一种在无氧环境下获得VOC气体传感器在已知浓度的气体中的气体响应灵敏度的方法，由于在有氧环境和无氧环境下，VOC气体响应灵敏度存在差异，因此本方法解决了由于缺少无氧环境下VOC气体传感器的响应数据支持，导致的缺氧或无氧环境下现有的VOC气体传感器对气体检测存在较大误差的问题，弥补了无氧环境下VOC气体传感器响应特性缺失的缺陷。附图说明图1为本专利技术的实施例中的测算系统的结构框示意图；图2为本专利技术的测算方法的流程图；图3为实施例中，不同浓度的乙醇在有氧环境和无氧环境下VOC气体传感器响应特性的曲线图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术进一步说明。实施例：一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，包括：非氧环境、气室、信号采集与传输系统及上位机；所述气室内为非氧环境；所述信号采集与传输系统，包括分压电路，所述分压电路为VOC气体传感器与分压电阻RL串接组成，用于输出VOC气体传感器脱附后在空气中的输出电压Vair和VOC气体传感器吸附时在被测气体中的输出电压Vgas；A/D转换模块，与分压电路连接，用于将分压电路输出的Vair和Vgas的电压模拟信号转换为电压数字信号；微处理器，与A/D转换模块连接，用于A/D转换，并将转换后Vair和Vgas的电压信号进行预处理，输出Vair和Vgas本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，其特征在于，包括：非氧环境、气室、VOC气体传感器、信号采集与传输系统及上位机；所述气室内为非氧环境；所述信号采集与传输系统，包括分压电路，所述分压电路为VOC气体传感器与分压电阻RL串接组成，用于输出VOC传感器脱附后在空气中的输出电压Vair和VOC传感器吸附时在被测气体中的输出电压Vgas；A/D转换模块，与分压电路连接，用于将分压电路输出的Vair和Vgas的电压模拟信号转换为电压数字信号；微处理器，与A/D转换模块连接，用于A/D转换，并将转换后Vair和Vgas的电压信号进行预处理，输出Vair和Vgas可供显示及传输的数字信号；数据传输模块，与微处理器连接，用于使微处理器输出的Vair和Vgas的数字信号传输至上位机；所述上位机，与数据传输模块连接，接收数据传输模块传输的Vair和Vgas的数字信号，运算得到非氧环境下VOC气体传感器在气室内的被测气体中的气敏响应灵敏度。

【技术特征摘要】
1.一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，其特征在于，包括：非氧环境、气室、信号采集与传输系统及上位机；所述气室内为非氧环境；所述信号采集与传输系统，包括分压电路，所述分压电路为VOC气体传感器与分压电阻RL串接组成，用于输出VOC气体传感器脱附后在空气中的输出电压Vair和VOC气体传感器吸附时在被测气体中的输出电压Vgas；A/D转换模块，与分压电路连接，用于将分压电路输出的Vair和Vgas的电压模拟信号转换为电压数字信号；微处理器，与A/D转换模块连接，用于A/D转换，并将转换后Vair和Vgas的电压信号进行预处理，输出Vair和Vgas可供显示及传输的数字信号；数据传输模块，与微处理器连接，用于使微处理器输出的Vair和Vgas的数字信号传输至上位机；所述上位机，与数据传输模块连接，接收数据传输模块传输的Vair和Vgas的数字信号，运算得到非氧环境下VOC气体传感器在气室内的被测气体中的气体响应灵敏度。2.如权利要求1所述的在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，其特征在于：还包括加热装置，使液体原料气样品加热汽化为气态原料气，其安装在气室内，为对准液体原料气样品的进样口放置。3.如权利要求1所述的在非氧环境下气体响应灵敏度的测算系统，其特征在于：还包括显示模块，与微处理器连接，用于显示微处理器输出的Vair和Vgas的数值。4.一种在非氧环境下气体响应灵敏度的测算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获得真空环境的气室；S2、将VOC气体传感器与分压电阻RL串接组成分压电路；S3、配气；S4、测量分压电阻RL的输出电压，计算得到VOC气体传感器吸附时在被测气体中的输出电压Vgas；S5、使VOC气体传感器脱附，测量分压电阻RL的输出电压，计算得到VOC气体传感器脱附后在空气中的输出电压Vair；S6、运算获得气体响应灵敏度S；S7、改变通入气室内原料气的浓度，重复步骤S2-S6；S8、更换通入气室内的原料气的种类，重复步骤S1-S7。5.如权利要求4所述的在非氧环境下气体响应灵敏度的测算方法，其特征在于，运算气体响应灵敏度的计算公式为：对于P型VOC气体传感器，气体响应灵敏度S为元件在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙炎辉，杜海英，宋鹏，钱瑞，陈诗尧，
申请(专利权)人：大连民族学院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21