具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，包括带有气体进出结构的封闭腔体，腔体内装设有光源、气体测量元件和气体参考元件，气体测量元件上具有测量滤光片，气体参考元件上具有参考滤光片，腔体内还装设有气压传感探头。腔体的一个壁为透气壁，透气壁的外表面敷贴有阻水透气膜，气体通过阻水透气膜、透气壁进出腔体。在传感器腔体内增设气压传感探头，检测时，可以同时获得甲烷浓度信号和气体压力信号，通过后续处理和计算后便可以得到经过压力补偿的甲烷浓度数据，消除了由气压因素带来的测量误差，使传感器具备了气压补偿功能，提高了检测精度，可适用于－２０Ｋｐａ～－８０Ｋｐａ压力环境中的甲烷气体检测。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种红外可燃碳氢化合物气体传感器。
技术介绍
现有的可燃碳氢化合物气体检测装置比如甲烷气体检测装置主要利用载体催化燃烧原理、热导原理、化学原理、光干涉原理的气敏传感器和相应的信号处理电路检测气体中的甲烷浓度，但上述传感器都不同程度的存在检测精度低、使用寿命短、需要频繁标校等缺点。利用红外吸收原理的光学甲烷传感器是目前较先进的甲烷检测器件，这种传感器包括一封闭的腔体，腔体内装设有LED光源、甲烷测量元件和甲烷参考元件，LED光源与甲烷测量元件、甲烷参考元件可以相对布设，也可以同侧布设，同侧布设时，腔体上相对器件的壁面具有反射镜面；待检气体进出腔体的方式也有两种，一种是在腔体壁上直接设置气体进出口，通过气体进出口形成循环，一种则是将腔体的一个壁面设置成具有透气性能的壁面，气体通过该壁面进出腔体形成循环；在甲烷测量元件的顶面还设有测量滤光片，甲烷参考元件的顶面设有参考滤光片，由于甲烷气体对波长3.3μm的红外光有强烈的吸收效应，所以甲烷测量元件选用只对3.3～3.39μm波长红外光敏感的测量滤光片，而甲烷参考元件选用对4.0μm波长红外光敏感的参考滤光片。检测时，因为绝大多数气体对4.0μm波长红外光没有吸收效应，当进入腔体内的气体甲烷浓度发生变化时，即会引起甲烷测量元件输出电信号的变化，甲烷参考元件将LED光源光强转换为电信号输出，两路信号经过后续电路的滤波放大和比较计算后，即可得到甲烷气体的浓度。这种红外甲烷传感器的检测结果易受气压、温度的影响，如果气压温度发生变化，测量结果将会出现误差，因此其检测的甲烷浓度值只在标定气压、温度条件下是准确的，不能够代表被检气体在其所处管道环境压力、温度下的浓度，尤其是在检测高负压如-20Kpa或者高正压如-80Kpa的管道气体甲烷浓度时误差很大，这时的测量结果就没有太大的参考价值，目前也没有能够在高负压或者高正压环境条件下检测甲烷浓度的传感器。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，以解决现有红外甲烷传感器测量结果易受气压因素影响的问题。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：具备气压补偿功能的红-->外可燃碳氢化合物气体传感器，包括带有气体进出结构的封闭腔体，腔体内装设有光源、气体测量元件和气体参考元件，气体测量元件上具有测量滤光片，气体参考元件上具有参考滤光片，腔体内还装设有气压传感探头。腔体的一个壁为透气壁，透气壁的外表面敷贴有阻水透气膜，气体通过阻水透气膜、透气壁进出腔体。所述阻水透气膜为丙纶透气膜。腔体内装设有温度传感探头。所述腔体呈管形或者是半球形腔体，所述光源、气体测量元件、气体参考元件和气压传感探头、温度传感探头均布设于腔体底面，腔体顶壁为透气壁，透气壁的内表面为透气镀金烧结金属反射镜面。在腔体内，腔体底面和侧面均为漫反射表面。所述漫反射表面为镀金磨砂表面。管形腔体的底面为凹弧面或者凹球形面。所述测量滤光片是对3.33～3.39μm波长红外光敏感的滤光片，参考滤光片是对4.0μm波长红外光敏感的滤光片。本技术在传感器腔体内增设气压传感探头，在检测气体时，可以同时获得甲烷浓度信号和气体压力信号，通过后续的处理和计算后便可以得到经过压力补偿的甲烷浓度数据，消除了由气压因素带来的测量误差，使传感器具备了气压补偿功能，提高了检测精度，扩大了适用范围，可适用于-20Kpa～-80Kpa压力环境中的甲烷检测。在透气壁上敷贴阻水透气膜，气体经过阻水透气膜、透气壁两道过滤进入腔体内，保护措施更完善。腔体内再设置温度传感探头，使得传感器同时具备气压、温度补偿功能，检测精度进一步得到提高，该传感器尤其适用于高负压或者高正压管道气体的检测。腔体内的镀金磨砂表面和凹弧面底、凹球形面底管形腔体以及半球形腔体都有利于在腔体内形成光线漫反射环境，使腔体内光线均匀，有助于提高采样的准确性。腔体内所有器件均布设在腔体的底面，便于安装，使用方便。附图说明图1是本技术腔体呈柱形时的结构示意图；图2是本技术腔体呈半球形时的结构示意图；图3是本技术光源与气体测量元件和参考元件相对布设时的结构示意图。具体实施方式图1所示的具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，包括封-->闭的管形腔体3，腔体的底面为凹球形面(也可以是凹弧面)；腔体的顶壁为透气壁2，透气壁2的内表面为透气镀金烧结金属反射镜面，透气壁的外表面敷贴有阻水透气膜1，气体通过阻水透气膜1、透气壁2进出腔体3，阻水透气膜1采用丙纶透气膜，可起到滤尘滤水又透气的作用；在腔体3内，腔体底面和侧面均为镀金磨砂表面，与腔体顶壁的透气镀金烧结金属反射镜面共同构成可使光线漫反射的环境。腔体3内，在腔体底面上装设有恒亮LED光源6、气体测量元件8、气体参考元件9和气压传感探头10、温度传感探头7，气体测量元件8的顶面有测量滤光片5，气体参考元件9的顶面有参考滤光片4，测量滤光片5和参考滤光片4根据所检测的可燃碳氢化合物气体的种类而选定，如检测甲烷气体浓度时，测量滤光片5选用对3.33～3.39μm波长红外光敏感的滤光片，参考滤光片4选用对4.0μm波长红外光敏感的滤光片。图2所示的具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，其与图1所示传感器的结构基本相同，所不同之处在于，封闭的传感器腔体3呈半球形腔体，所产生的漫反射效果优于图1的柱形腔体。图3所示的具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，其封闭腔体的结构、气体进出腔体的方式以及腔体内各器件的布局与图1、图2所示传感器的相应部分有所不同，而其他技术特征相同。该传感器气体进出是通过开设在封闭腔体壁上的气体进口11和出口12实现的，所以其封闭腔体3就不再需要透气壁；腔体内LED光源6与气体测量元件8和参考元件9相对装设在腔体壁面上，腔体内表面均为镀金磨砂表面，使腔体内形成光线漫反射环境。图3中，气体进口11和气体出口12设置在腔体的同一壁面上，具体实施时，气体进口和气体出口可以根据实际需要设置在腔体不同的壁面上。上述各例中的气压传感探头10和温度传感探头7都是布置在传感器腔体内的，这种一体式的传感器体积小，便于安装，但在实施时，气压传感探头10和温度传感探头7也可以独立设置在腔体3外，使用时分别安装，这种分体式的传感器适用于对现有红外可燃碳氢化合物气体传感器的改造。上述气压传感探头10选用单晶硅材料制成的压阻式气压探测器。当应力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生形变，它使载流子产生从一个能谷到另一个能谷的散射，载流子的迁移率发生变化，扰动了纵向和横向的平均有效质量，使硅的电阻率发生变化，这一变化经后续电路转换处理即可得到相应的气压值。上述温度传感探头7选用铂电阻温度探测器，铂电阻的物理、化学性质非常稳定，用其测量温度精度高、线性好，是国际上被广泛采用的一种测温元件。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】
具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，包括带有气体进出结构的封闭腔体，腔体内装设有光源、气体测量元件和气体参考元件，气体测量元件上具有测量滤光片，气体参考元件上具有参考滤光片，其特征在于：腔体内还装设有气压传感探头。

【技术特征摘要】
1.具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，包括带有气体进出结构的封闭腔体，腔体内装设有光源、气体测量元件和气体参考元件，气体测量元件上具有测量滤光片，气体参考元件上具有参考滤光片，其特征在于：腔体内还装设有气压传感探头。2.根据权利要求1所述的具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，其特征在于：腔体的一个壁为透气壁，透气壁的外表面敷贴有阻水透气膜，气体通过阻水透气膜、透气壁进出腔体。3.根据权利要求2所述的具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，其特征在于：所述阻水透气膜为丙纶透气膜。4.根据权利要求1或2或3所述的具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，其特征在于：腔体内装设有温度传感探头。5.根据权利要求4所述的具备气压补偿功能的红外可燃碳氢化合物气体传感器，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹宗保，王凯，赵彤宇，
申请(专利权)人：郑州市光力科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：41[中国|河南]