环境气体浓度测量装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术的一种环境气体浓度测量装置及其使用方法涉及到监测污染气体浓度的装置及其使用方法，目的是为了克服现有污染监测系统中固态传感器容易受到环境影响导致检测结果误差、以及操作复杂的问题，其包括机箱、数据处理模块、数据采集模块和气体浓度传感器阵列，还包括气路模块。使用方法包括气体浓度传感器的测试方法和气体浓度传感器输出的浓度值曲线的拟合方法，本装置中降低了系统的成本。并且设计了气路模块，使得气体污染传感器能够在最佳工作环境中工作，极大地减少了环境对于检测结果的影响，令相对误差保持在±2％左右。同时相对于傅利叶光谱仪(FTIR)、气相色谱仪和质谱仪等设备，自动化程度高，对专业人员的需求较少。

Environmental Gas Concentration Measuring Device and Its Application Method

The invention relates to an environmental gas concentration measuring device and its use method, which relates to a device for monitoring the concentration of polluted gas and its use method. The purpose is to overcome the problems of the solid-state sensor in the existing pollution monitoring system which is vulnerable to environmental impact, resulting in the error of detection results, and the complex operation, including a chassis, a data processing module, a data acquisition module and a gas concentration transmission module. Sensor arrays also include air circuit modules. The use method includes the test method of gas concentration sensor and the fitting method of the concentration curve of the gas concentration sensor output. The device reduces the cost of the system. The gas circuit module is designed to make the gas pollution sensor work in the optimum working environment, which greatly reduces the impact of the environment on the test results, and keeps the relative error at about (+2%). At the same time, compared with Fourier spectrometer (FTIR), gas chromatography and mass spectrometer and other equipment, the automation level is high, and the demand for professionals is less.

【技术实现步骤摘要】
环境气体浓度测量装置及其使用方法
本专利技术涉及到一种监测污染气体浓度的装置及其使用方法，尤其涉及到监测多种污染气体测量装置和该装置的使用方法。
技术介绍
国内外环境污染气体监测仪器在不断的升级改进，对于检测精度、灵敏度和准确性等方面有了很大提高，并研制了可实时自动监测系统。但是国内外污染气体监测系统的调查分析，发现当前没有传感器能够100％对于某种气体产生响应，广泛应用的大气污染物监测方法是利用光学仪器分析光谱，如傅利叶光谱仪(FTIR)、气相色谱仪和质谱仪等。这类仪器优点在于其灵敏度高、选择性好，但价格昂贵，监测系统普遍基于光学仪器，仪器的制造和维护成本较高；体积大，目前使用的监测仪器体积都较大，监测点的位置选择和周围条件要求严格，监测地点相对固定；操作复杂，监测仪器设备组成比较复杂，通常需要专业人员操作。这些因素导致了监测仪器的分布密度小，亟需成本低廉，可分布广泛的监测系统。但是固态传感器虽然成本低廉，性能大幅提升，然而其选择性较差，所以很少用于气体量值分析中。另外，湿度、温度和气体流速对传感器都有影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有污染监测系统中固态传感器容易受到环境影响导致检测结果误差、以及操作复杂的问题，提供了一种环境气体浓度测量装置及其使用方法。本专利技术的环境气体浓度测量装置，包括机箱、数据处理模块、数据采集模块和气体浓度传感器阵列，还包括气路模块；气路模块包括测量气室和辅助气室，辅助气室的入口与机箱外部连通、出口和测量气室的入口连通、测量气室的出口与机箱外部连通，气体由机箱外部依次通过辅助气室和测量气室后排出机箱；辅助气室内设有辅助气室加热模块和辅助气室温湿度传感模块；辅助气室加热模块用于加热辅助气室内的气体、辅助气室温湿度传感模块用于采集辅助气室内的温湿度数据输出至数据采集模块；测量气室内设有测量气室温湿度传感模块和气体浓度传感器阵列；测量气室温湿度传感模块采集测量气室内的温湿度数据输出至数据采集模块、气体浓度传感器阵列用于采集测量气室内气体的浓度值输出至数据采集模块；气体浓度传感器阵列包括至少一个气体浓度传感器组、不同的气体浓度传感器组用于采集不同气体的浓度值，且每个气体浓度传感器组中包括有奇数个用于采集相同气体的浓度值的气体浓度传感器；测量气室外侧壁固定有恒温控制模块，恒温控制模块用于保持测量气室内部温度；数据采集模块用于将采集到的辅助气室内的温湿度数据、测量气室内的温湿度数据和测量气室内气体的浓度值输出至数据处理模块；数据处理模块用于接收辅助气室内的温湿度数据、测量气室内的温湿度数据和测量气室内气体的浓度值、并通过数据采集模块分别输出辅助气室加热控制信号和恒温控制信号至辅助气室加热模块和恒温控制模块。本专利技术的环境气体浓度测量装置的使用方法，包括气体浓度传感器的测试方法，该气体浓度传感器的测试方法如下：步骤七一、启动环境气体浓度测量装置，向气路模块内通入标准空气进行预热，待测量气室内温湿度达到且保持在设定温度、气体浓度传感器输出的传感器电压响应曲线稳定；设定温度为25℃～35℃；步骤七二、将采样气体浓度为a的待测气体通入环境气体浓度测量装置；待测气体是由100％浓度的采样气体和标准空气按体积比均匀混合制成；步骤七三、待测气体在测量气室内与相应的气体浓度传感器反应，相应的气体浓度传感器输出传感器电压响应曲线，待输出的传感器电压响应曲线平稳后，停止通入待测气体；步骤七四、向环境气体浓度测量装置通入标准空气，令传感器电压响应曲线恢复，完成一个周期测量；步骤七五、气体浓度传感器输出的传感器电压响应曲线再次稳定后，多次重复步骤七二至步骤七四，完成一个以上的周期测量，并保存气体浓度传感器的输出数据；步骤七六、分别使用混合有不同浓度采样气体的待测气体，重复步骤七二至步骤七五。本专利技术的环境气体浓度测量装置的使用方法，包括气体浓度传感器输出的浓度值曲线的拟合方法，该气体浓度传感器输出的浓度值曲线的拟合方法如下：步骤九一、向环境气体浓度测量装置依次通入标准空气、采样气体浓度为b的待测气体、采样气体浓度为c的待测气体、采样气体浓度为d的待测气体和采样气体浓度为100％的待测气体；其中，0＜b＜c＜d＜100％；步骤九二、气体浓度传感器采集该待测气体中的采样气体浓度值，对应于步骤九一中的混合有不同浓度采样气体的待测气体，分别得到奇数个采样气体浓度测量值；步骤九三、采用中位值滤波法，将每个浓度对应的奇数个采样气体浓度测量值依照数值大小排序，并取中间值作为该浓度下采集的采样气体浓度测量值；步骤九四、根据采样气体浓度测量值，通过非线性最小二乘拟合的方法得到气体浓度响应曲线。本专利技术的有益效果是：本装置中的气体污染传感器采用低成本的半导体氧化物型传感器和固态电解质型传感器，大大降低了系统的成本。并且设计了气路模块，使得气体污染传感器能够在最佳工作环境中工作，极大地减少了环境对于检测结果的影响，令相对误差保持在±2％左右。同时相对于傅利叶光谱仪(FTIR)、气相色谱仪和质谱仪等设备，自动化程度高，对专业人员的需求较少。附图说明图1为本专利技术的环境气体浓度测量装置的结构示意图；图2为本专利技术的环境气体浓度测量装置的模块结构示意图；图3为NO2气体浓度传感器检测1ppmNO2时的电压响应曲线；图4为O3气体浓度传感器检测1ppmO3时的电压响应曲线；图5为SO2气体浓度传感器检测1ppmSO2时的电压响应曲线；图6为CO气体浓度传感器检测10ppmCO时的电压响应曲线；图7为CO气体浓度传感器检测25ppmCO时的电压响应曲线；图8为CO气体浓度传感器检测40ppmCO时的电压响应曲线；图9为CO气体浓度传感器检测50ppmCO时的电压响应曲线；图10为CO气体浓度传感器的敏感电阻阻值曲线；图11为CO气体浓度传感器的灵敏度曲线；图12为CO气体浓度传感器的1ppm最低检测限电压响应曲线；图13为CO气体浓度传感器的连续测量不同浓度的电压响应曲线；图14为CO气体浓度传感器的连续测量不同浓度的灵敏度曲线；图15为CO气体浓度传感器的拟合气体浓度曲线；图16为专利技术的一种环境气体浓度测量装置零点标定和满度标定显示界面；图17为专利技术的一种环境气体浓度测量装置满量程电压信号和灵敏度值显示界面；图18为CO气体浓度传感器测量100％气体浓度显示界面；图19为CO气体浓度传感器测量80％气体浓度显示界面；图20为CO气体浓度传感器测量50％气体浓度显示界面；图21为CO气体浓度传感器测量20％气体浓度显示界面；图22为CO气体浓度传感器测量标准空气浓度显示界面；图23为CO气体浓度传感器的零点恢复曲线显示界面；图24为气路模块流程结构图。具体实施方式具体实施方式一本专利技术的一种环境气体浓度测量装置，包括机箱1、数据处理模块2、数据采集模块3和气体浓度传感器阵列4，其特征在于，还包括气路模块5；气路模块5包括测量气室6和辅助气室7，辅助气室7的入口与机箱1外部连通、出口和测量气室6的入口连通、测量气室6的出口与机箱1外部连通，气体由机箱1外部依次通过辅助气室7和测量气室6后排出机箱1；辅助气室7内设有辅助气室加热模块8和辅助气室温湿度传感模块9；辅助气室加热模块8用于加热辅助气室7内的气体、辅助气室温湿度传感模块9用于采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.环境气体浓度测量装置，包括机箱(1)、数据处理模块(2)、数据采集模块(3)和气体浓度传感器阵列(4)，其特征在于，还包括气路模块(5)；气路模块(5)包括测量气室(6)和辅助气室(7)，辅助气室(7)的入口与机箱(1)外部连通、出口和测量气室(6)的入口连通、测量气室(6)的出口与机箱(1)外部连通，气体由机箱(1)外部依次通过辅助气室(7)和测量气室(6)后排出机箱(1)；辅助气室(7)内设有辅助气室加热模块(8)和辅助气室温湿度传感模块(9)；辅助气室加热模块(8)用于加热辅助气室(7)内的气体、辅助气室温湿度传感模块(9)用于采集辅助气室(7)内的温湿度数据输出至数据采集模块(3)；测量气室(6)内设有测量气室温湿度传感模块(10)和气体浓度传感器阵列(4)；测量气室温湿度传感模块(10)采集测量气室(6)内的温湿度数据输出至数据采集模块(3)、气体浓度传感器阵列(4)用于采集测量气室(6)内气体的浓度值输出至数据采集模块(3)；气体浓度传感器阵列(4)包括至少一个气体浓度传感器组、不同的气体浓度传感器组用于采集不同气体的浓度值，且每个气体浓度传感器组中包括有奇数个用于采集相同气体的浓度值的气体浓度传感器；测量气室(6)外侧壁固定有恒温控制模块(11)，恒温控制模块(11)用于保持测量气室(6)内部温度；数据采集模块(3)用于将采集到的辅助气室(7)内的温湿度数据、测量气室(6)内的温湿度数据和测量气室(6)内气体的浓度值输出至数据处理模块(2)；数据处理模块(2)用于接收辅助气室(7)内的温湿度数据、测量气室(6)内的温湿度数据和测量气室(6)内气体的浓度值、并通过数据采集模块(3)分别输出辅助气室加热控制信号和恒温控制信号至辅助气室加热模块(8)和恒温控制模块(11)。...

【技术特征摘要】
1.环境气体浓度测量装置，包括机箱(1)、数据处理模块(2)、数据采集模块(3)和气体浓度传感器阵列(4)，其特征在于，还包括气路模块(5)；气路模块(5)包括测量气室(6)和辅助气室(7)，辅助气室(7)的入口与机箱(1)外部连通、出口和测量气室(6)的入口连通、测量气室(6)的出口与机箱(1)外部连通，气体由机箱(1)外部依次通过辅助气室(7)和测量气室(6)后排出机箱(1)；辅助气室(7)内设有辅助气室加热模块(8)和辅助气室温湿度传感模块(9)；辅助气室加热模块(8)用于加热辅助气室(7)内的气体、辅助气室温湿度传感模块(9)用于采集辅助气室(7)内的温湿度数据输出至数据采集模块(3)；测量气室(6)内设有测量气室温湿度传感模块(10)和气体浓度传感器阵列(4)；测量气室温湿度传感模块(10)采集测量气室(6)内的温湿度数据输出至数据采集模块(3)、气体浓度传感器阵列(4)用于采集测量气室(6)内气体的浓度值输出至数据采集模块(3)；气体浓度传感器阵列(4)包括至少一个气体浓度传感器组、不同的气体浓度传感器组用于采集不同气体的浓度值，且每个气体浓度传感器组中包括有奇数个用于采集相同气体的浓度值的气体浓度传感器；测量气室(6)外侧壁固定有恒温控制模块(11)，恒温控制模块(11)用于保持测量气室(6)内部温度；数据采集模块(3)用于将采集到的辅助气室(7)内的温湿度数据、测量气室(6)内的温湿度数据和测量气室(6)内气体的浓度值输出至数据处理模块(2)；数据处理模块(2)用于接收辅助气室(7)内的温湿度数据、测量气室(6)内的温湿度数据和测量气室(6)内气体的浓度值、并通过数据采集模块(3)分别输出辅助气室加热控制信号和恒温控制信号至辅助气室加热模块(8)和恒温控制模块(11)。2.根据权利要求1所述的环境气体浓度测量装置，其特征在于，机箱(1)外部固定有气体采样过滤装置(12)，该气体采样过滤装置(12)的出口与辅助气室(7)的入口连通。3.根据权利要求2所述的环境气体浓度测量装置，其特征在于，气体采样过滤装置(12)的出口与辅助气室(7)的入口之间设有第一电磁阀(13)、辅助气室(7)的出口与测量气室(6)的入口之间设有第二电磁阀(14)、测量气室(6)的出口设有第三电磁阀(15)；数据处理模块(2)通过数据采集模块(3)控制第一电磁阀(13)、第二电磁阀(14)和第三电磁阀(15)开启或闭合。4.根据权利要求2或3所述的环境气体浓度测量装置，其特征在于，气体采样过滤装置(12)的出口与辅助气室(7)的入口之间设有第一气泵(16)、辅助气室(7)的出口与测量气室(6)的入口之间设有第二气泵(17)、测量气室(6)的出口第三气泵(18)；数据处理模块(2)通过数据采集模块(3)控制第一气泵(16)、第二气泵(17)和第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯，陈寅生，徐世明，于泽程，徐鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23