用于非色散红外设备的校准方法和校准设备技术

本发明专利技术涉及一种用于校准ＮＤＩＲ气体分析仪的方法和装置。根据该方法，借助于一个处于受控状态下的参考装置（２）校准待校准的装置（１）。根据本发明专利技术，参考装置（２）是按照基于如下步骤的一个方案受过实验室校准的ＮＤＩＲ测量装置，这个试验方案包括使环境空气通过处于校准状态下的测量装置（１）的测量腔（６）以及在实验室中校准过的测量装置（２）的测量腔（１６）循环，以及调节显示器（２３）的读数或者处于校准状态下的测量装置的输出信号分别等于显示器（２２）的读数或等于参考装置（２）的输出信号。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求1的前述部分所述的校准方法。本专利技术还涉及一种校准装置。在较低档次的非色散红外(NDIR)测量设备通常所采用的结构中，随着设备使用的年限加大，输出信号呈现出漂移趋势。在诸如日本公开专利59-173734等专利文献中详细地说明了这类NDRI设备的技术。常规的测量设备经常需要移到实验室进行校准工作，而测量物体在校准操作期间处于非受控状态。这样的实验室校准是一项费钱又费时的工作，而且必须每间隔一定时间就重复进行以使设备保持所需的测量精度。上述问题在用NDIR设备来监控循环气体中的二氧化碳浓度这样的空调设备中时特别令人恼火，因为此时测量设备的信号漂移影响了空调系统的性能。本专利技术的一个目的是克服上述技术的缺点，并且得到一种全新的校准方法和装置。本专利技术是基于对NDRI设备进行校准，校准的方式是将一个在实验室校准过的NDRI设备与待校准设备并列放置，然后使周围气体进行循环，使流经待校准设备的气体随后进入在实验室条件下被预先校准过的参考测量设备的样品腔中。更具体地说，本专利技术方法的特征在于权利要求1的特征部分。此外，本专利技术装置的特征在于权利要求5的特征部分。本专利技术的效果显著。应用本专利技术时，在场校准过程中不再需要单独的校准气体混合物或者进行有关温度压力裣的实验室校准。这类单独的校准气体混合物价格昂贵，难于使用。此外，如果常规校准过程采取的是通常的场校准方式时，如忽视了对压力和温度补偿，则会带来过大的不确定因素。本专利技术的方法实现了简单、快速和费用低廉的场校准，而测量设备本身在校准过程中也不需从控制系统上拆下来。以下，将参考附图借助于一些典型的实施例对本专利技术作更详细的分析。附图说明图1是本专利技术校准装置的示意图。图2是本专利技术另一种校准装置的示意图。图3是NDIR设备典型的输出电压—浓度曲线族图形。图4是常规的校准装置的示意图。图5是本专利技术校准装置的示意图。参见图1，本专利技术的一种校准装置主要包括四部分，即一个待校准的NDIR测量装置1、在实验室校准过的另一个NDIR测量装置2、待校准装置电子学部分21和参考装置的电子学部分20。在本专利技术中，实验室校准一词指采用至少两种浓度和组分不同且确切知道的不同的校准气体混合物在已知的温度和压力下把测量装置的显示读数或输出信号调整到正确值的过程。对二氧化碳测量而言，所用的典型的校准气体混合物包括氮气，用它来建立装置的零点，同时待校准的另一个浓度点通常是测量范围的上限(如对二氧化碳而言为2000ppm)。通常，NDIR测量装置包括一个适于向一个测量腔6发出红外辐射的光源3。用一个带通滤波器5来滤过所述的穿过测量腔的辐射，并用检测器4检测所述辐射。由光源3、测量腔6、带通滤波器5和探测器4组成的单元也被称为光学校准台。由此得到的测量结果在一个电子学单元21中处理，所述单元21中的输出信号正比于气体浓度并且需要的话还可在显示器23上表示为气体浓度读数。在图中示出的实施例中，气体借助于加热引起的流动通过旁路流动管路9流到测量腔6，所述的旁路流动管路9通过入口管11和出口管8与光学校准台相连。该旁路管有一个透气管路部分10，待测气体就是通过该部分从测量装置周围的环境大气中进入到装置的气体循环，进而进入测量腔6中。在一个低档的装置中，这样一个气体循环是由光源3所放出的热量所致的热致流动实现的。单独的泵也可用于使气体循环。根据本专利技术，待校准的测量装置带有一个第二出口管25，该管通过一个软管17与参考装置2的光学校准台相连。参考装置2在实验室条件下经预校准以在参考装置的显示器22上显示出正确的浓度读数。与装置1相似，参考装置了包括一个光源13、测量腔16、带通滤波器15和检测器14，检测器14与一个电子学单元20相连，单元20的输出信号被取出送到气体浓度显示器22。适合于将气体从周围的环境大气泵入参考装置1的抽吸管29被连接到参考装置2的出口管，或者入口管上，这样，向参考装置2的测量腔16供给基本上与参考装置2相同的环境气体混合物。必须保证气体的温度在校正测量过程中基本恒定，这要依靠由于气体流动通道的长度有限而使测量得以保持长时间恒定不变。此外，在校正测量中还可以使用不同的气体浓度，条件是两个测量腔的响应时间和电子单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动延迟校正读数的方法完成这些测量值的比较，或者使用计算机方法将对测量曲线进行最优化拟合。在校准过程中，比较电子装置20和21的显示读数或输出信号比较后，利用校正控制器24将显示器23的读数或处于校正状态下参考装置1的输出信号分别调节到等于显示器22的读数或参考装置2的输出信号。实际中校准控制器24例如可以是电子学单元21中的一个电位差计。另一种方案是，校准工作可以自动进行，这样处于校正状态下的装置1的电子单元21带有一个由于参考装置2的信号的连接器，校正信号在程序器的控制下由参考装置20被输送到电子单元21。上述本专利技术的系统适用于单点浓度的校准。另外一个简单的两点校准装置也可用在此处，这只需向装置1的连接器26(或软管17的T形连接器36)中充入一种浓度粗略已知的参考气体混合物。对二氧化碳而言，这样的参考气体可以用诸如以下方法来提供向一个气球或类似容器中吹入一定量的呼出气体、排出气体或其它从燃烧器排出的含有过量二氧化碳的气体，然后用气泵向气球的剩余容积中充入大气。这样充好气的气球经连接器26向测量腔6放气，校准台上的泵由此将气体泵入参考装置2的测量腔16中。通常用一个气密保护盖27来盖住校准入口连接器26。相应地，用一个类似的保护盖37盖住T形连接36。泵10按常规是一个吸入泵，而使用正压头的泵形成过压的技术也被认为是处于本专利技术的范围内。参见图2，待校准的NDIR测量装置可配有一个带一个扩散滤过器的长方形的流动狭缝35，这样图1中所示的旁路流动通道就不必要了。参见图3，图中示出了一个理想的NDIR测量装置的检测器输出信号与气体浓度的相关性。图中，垂直轴是检测器输出电压，而水平轴代表气体浓度。实线31表示图1中所示的装置2在三个不同环境温度或大气1压下的校准输出曲线。点划线30表示装置1在三个不同环境条件下校准时相应的输出曲线。在根据本专利技术进行校准时，可以假定气体浓度取例如线32所示水平，而温度为T2，两个测量腔中的压强基本相等。校准过程中，气体浓度不必准确知道，但要满足使装置1和2中气体浓度相等。当用图1中泵19经过参考装置2将环境气体吸入时，显示器22和23中的读数应当相等。在前述情况下，输出电位差与图中34所示的线相等。通过调节电位差计24或输送数字形式的修正因子来修正输出电压的误差，只是这样的一种便利是在NDIR装置中完成的。相应地，可以采用“气球技术”(balloon technique)以上述方式进行两点校准，用该技术获得另一种参考气体浓度33，同时可以根据预先校准过的装置输出曲线的斜率T2来校正校准中的测量装置1的输出曲线的斜率。如果需要的话，可以用任何在提高了的或大气压力下充满参考气体的其它容器来代替气球技术，这时可以用一个电动泵或人力泵来使气体流动。参见图4，根据常规的技术，对五个NDIR测量装置44进行校准时必需向每个测量装置输入在书籍温度和压力下浓度确知的两个参考气体混合物40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于ＮＤＩＲ气体分析仪（１）的校准方法，按照该方法，其中处于校准状态下的装置（１）是借助于受控状态的一个参考装置（２）被校准的，其特征在于参考装置（２）是按照基于如下步骤的一个方案受过实验室校准的ＮＤＩＲ测量装置，这个试验方案包括使环境空气通过处于校准状态下的测量装置（１）的测量腔（６）以及在实验室中校准过的测量装置（２）的测量腔（１６）循环，以及调节显示器（２３）的读数或者处于校准状态下的测量装置的输出信号分别等于显示器（２２）的读数或等于参考装置（２）的输出信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：P布兰利，RB丹尼斯，C海莱内隆，
申请(专利权)人：威易拉有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]