提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法技术

提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法，它包括：利用一氧化碳气体通过半导体一氧化碳传感器输出正弦波的特性排除其他气体的干扰；找出一氧化碳浓度与半导体一氧化碳传感器输出波形周期(P-T)曲线的图形特征；利用曲线在一氧化碳气体浓度拐点后与坐标横轴趋于平行的特征寻找报警点；对浓度拐点（约170ppm）进行判定及计算；根据标定平均注气速度V标和测量平均注气速度ν测比较，判断标定起振浓度对应的测量起振浓度。无论半导体一氧化碳传感器处在任何检测环境和泄漏速度的条件下，对采集的数据处理和修正后，都可以把所有因素对半导体一氧化碳传感器测量造成的系统误差函括其中，并通过找到检测曲线与标定曲线的关系来准确检测一氧化碳气体浓度；具有很好的应用和推广价值。

Method for improving measurement accuracy of semiconductor carbon monoxide gas sensor

Methods to improve measurement precision of semiconductor CO gas sensor includes the interference by characteristics of semiconductor carbon monoxide sensor output sine wave of the exclusion of other gases using carbon monoxide gas; find out the concentration of carbon monoxide and semiconductor carbon monoxide sensor output waveform cycle (P-T) graph characteristic curve; the curve in the concentration of carbon monoxide gas after the inflection point and the coordinate axis parallel to the search feature the alarm point of inflection point; concentration (about 170ppm) are determined and calculated according to the calibration; average gas injection rate of V standard and measuring the average gas injection speed V measurement, calibration of measuring concentration corresponding to determine the vibration concentration. No matter in any semiconductor carbon monoxide sensor detection environment and the leakage rate under the condition of data processing and correction after the acquisition, can put all the factors on the semiconductor sensor measurement system error caused by the carbon monoxide which covers, and find the relationship through the detection curves and calibration curves to detect the concentration of carbon monoxide gas; has a very good application and promotion value.

【技术实现步骤摘要】
提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法
本专利技术公开了一种提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法。
技术介绍
天然气、液化气是我们日常生活中经常接触和使用到的气体；当使用人工煤气发生泄露和使用天然气、液化气不完全燃烧时都会产生一氧化碳气体的聚集；由于一氧化碳是一种无色、无味、无刺激、无法用五官感知的有毒气体，使得一般人在意外中毒时无法自我察觉，最终酿成重大伤害甚至死亡，因此成为日常生活中的“隐形杀手”。半导体一氧化碳气体传感器即是一种用于检测空气中一氧化碳是否超出安全标准的报警装置，它通过半导体一氧化碳传感器感应空气中一氧化碳气体的浓度将其转变成电流或电压信号，再经过一级或两级信号放大，传送给单片机进行信号比较与处理，当超过预定的阈值时单片机就发出声光报警信号，或驱动相应的执行机构，或信号传输。根据传感器工作原理的不同，气体传感器大致可分为：光谱型气体传感器，电化学型气体传感器，半导体气敏传感器等。其中光谱型气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度，然而该类仪器价格昂贵，多适用于实验室精确测定，在民用上并不经济。电化学型传感器在灵敏度、选择性、稳定性方面也比较突出，是以往制造一氧化碳报警器的主要传感元件；但电化学型传感器造价高、寿命短、维护要求高的缺点使其难以进一步作为民用报警器来推广。而一氧化碳半导体气敏传感器则具有体积小、造价低、灵敏度高、寿命长、易于维护等优点，是制造普及型一氧化碳报警器的理想元件，非常适合居家使用。但它也同时存在两个致命缺陷：一是稳定性差，零点输出随时间漂移严重；另一缺点是对一氧化碳气体的选择性差，半导体一氧化碳传感器易受其它气体干扰，造成误报警现象。这两个缺陷使得半导体一氧化碳传感器技术和相关产品在市场中的应用受到限制。半导体一氧化碳传感器其输出波型为正弦波，其振荡频率与浓度成正比，即其振荡周期与浓度成反比。如图1所示，从图中可以看到随着一氧化碳气体浓度的增加，振荡周期逐渐减小，频率逐渐变快，波峰电压逐渐升高。图1和图2为同一半导体一氧化碳传感器分别在不同条件下的测量图形。由于半导体一氧化碳传感器材料的改性和掺杂，其输出波形不是传统的抛物线形态，而是一个正弦波，且正弦波的频率和一氧化碳气体浓度成正比的关系。该特性为研究半导体一氧化碳传感器的应用开辟了一个崭新的途径。利用各种气体对这种半导体一氧化碳传感器反复验证，只有一氧化碳气体才能对此产生正弦波，而别的气体都不会。因此该半导体一氧化碳传感器有效地解决了一氧化碳气体浓度测量的选择性，使得半导体一氧化碳气传感器器不会有误报现象。从图1和图2中还可以看出，即使是对同一只半导体一氧化碳传感器测量条件不同、注气的速率不同等因素都会导致半导体一氧化碳传感器正弦波的形态不同，但首个脉冲的产生都是在特定浓度条件下才会发生，这就为研究提高半导体一氧化碳传感器的测量精度提供了又一技术关键。理论上半导体一氧化碳传感器测量一氧化碳气体浓度的方法即是在标定过程中记录下设定报警浓度所对应的脉冲周期值，在测量曲线中每个正弦波振荡周期与标定周期值相比较，如果小于等于标定周期值即可输出报警信号。然而由于半导体一氧化碳传感器稳定性较差，实际工作中受工作环境(如压力、温度、湿度以及一氧化碳气体泄漏速度等外界因素)的影响较大，还会随着材料的老损，使得半导体一氧化碳传感器的灵敏度下降，起振时间也会延长。如果只是简单就检测脉冲周期值与标定周期值相比较，则气体测量精度会相差甚远。因此半导体一氧化碳传感器精确测量难以保障。图2为同一半导体一氧化碳传感器在另一实验条件下显示的振荡波形，对比图一可观察到，该正弦波的起振时间明显较长且初始振荡波的周期较大。如图3所示，以一氧化碳气体浓度为横坐标，以波形振荡周期为纵坐标，任取同一半导体一氧化碳传感器数次实验测定的浓度、周期作P-T曲线图。图3是同一只半导体一氧化碳传感器反复测试浓度和振荡周期的曲线图。从图中不难看出该半导体一氧化碳传感器的重复性很难趋同，但其曲线的形态和走势显示一氧化碳气体浓度与波形周期所成的反比关系与实验条件无关，都会通过拐点浓(约170ppm)后进入饱和区间，然后逐渐走平。然而由于各曲线的起始点(起振时间)不同、斜率变化不同，我们不能利用简单的数量比例关系从周期、频率或电压中推算气体浓度。经过多次实验后统计发现，由于半导体一氧化碳传感器存在稳定性较差的特点，即便是同一个传感器在相同环境条件和相同气体浓度下每一次测量对应的周期、频率和电压也不尽相同。若将半导体一氧化碳传感器标定周期值和测量周期值直接比较，就会使半导体一氧化碳气体传感器这种以点概面的测定方法忽视了现实环境的众多影响因素，在实际测量中势必是行不通的，为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法。本专利技术通过以下技术方案实现：提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法，它包括以下步骤：S1、利用一氧化碳气体通过半导体一氧化碳传感器输出正弦波的特性排除其他气体的干扰；S2、找出一氧化碳浓度与波形周期以及P-T曲线的关系；S3、利用曲线在拐点后与坐标横轴趋于平行的特征确定报警点；S4、对拐点浓度170ppm进行判定及计算；S5、根据已知的标定注气速度判断测量曲线平均注气速度ν测，并进行计算，找到标定起振浓度对应的测量起振浓度；S6、判断报警点。进一步地，如权利要求1所述的提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法，如S2中所述：一氧化碳气体浓度与波形周期成反比例关系，浓度增加至拐点浓度(见浓度周期(P-T)曲线图)，约在170ppm左右。在0-170ppm的区间里，波形周期随浓度升高而迅速减小，浓度超过170ppm后曲线趋于平缓，逐渐与X轴平行，曲线与坐标轴横轴间距趋于常数。进一步地，如权利要求1所述的提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法，如S3中所述，当气体浓度接近170ppm左右时，相邻波形前后周期之差约为0.5s，当气体浓度接近230ppm左右时，相邻波形前后周期之差一般不超过0.2s(见表一)。进一步地，如权利要求1所述的提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法，如S6中所述，根据标定起振浓度找到测量起振浓度，首个标定和测量(如P-T曲线图中所示第n个)波形周期值对应后通过计算找到测量的拐点浓度(约170ppm)对应的测量周期值,然后根据进入饱和区间后P-T曲线走平(周期变化较小)以及标定曲线与测量曲线平行(随着浓度增加标定周期与测量周期的差值约成定值)，通过计算找到报警点。本专利技术在利用波形周期和气体浓度反比例关系不变的前提下，通过对大量实验生成的数据的统计和分析，找出一种针对不同曲线图形变化规律的数据分析处理方法；半导体一氧化碳传感器经过初始标定后，存储标定曲线数据；当半导体一氧化碳传感器实际测量时，无论其处在何种检测环境、何种泄漏速度的条件下，对采集的数据处理和修正后，都可以把所有因素对半导体一氧化碳传感器测量造成的系统误差函括其中，并通过找到检测曲线与标定曲线的关系来准确检测一氧化碳气体浓度；具有很好的应用和推广价值。附图说明图1为半导体一氧化碳传感器的输出波形；图2为同一半导体一氧化碳传感器在另一实验条件下显示的振荡波形；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、利用一氧化碳气体通过半导体一氧化碳传感器输出正弦波的特性排除其他气体的干扰；S2、找出一氧化碳浓度与波形周期以及P?T曲线的关系；S3、利用曲线在拐点后与坐标横轴趋于平行的特征确定报警点；S4、对拐点浓度170ppm进行判定及计算；S5、根据已知的标定注气速度判断测量曲线平均注气速度ν测，并进行计算，找到标定起振浓度对应的测量起振浓度；S6、判断报警点。

【技术特征摘要】
1.提高半导体一氧化碳气体传感器测量精度的方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、利用一氧化碳气体通过半导体一氧化碳传感器输出正弦波的特性排除其他气体的干扰；S2、将半导体一氧化碳传感器置于密封且体积已知的实验箱中，以恒定注气速度将一氧化碳气体注入实验箱内，找出一氧化碳气体浓度与半导体一氧化碳传感器输出波形周期之间的曲线关系以形成P-T标定曲线；S3、利用P-T标定曲线在一氧化碳气体浓度拐点后与坐标横轴趋于平行的特征来确定一氧化碳气体的标定拐点浓度170ppm和标定报警点浓度230ppm；S4、对标定拐点浓度170ppm和标定报警点浓度230ppm进行判定及计算，具体为：a、记录从注入一氧化碳气体至半导体一氧化碳传感器输出波形起震所经历的时间t1标；b、记录从半导体一氧化碳传感器开始反应到半导体一氧化碳传感器输出波形出现第二个波形经历的时间t2标以及第二个波形的周期T2标；c、记录从半导体一氧化碳传感器开始反应到标定报警点浓度230ppm时所对应波形所经历的时间t230标；d、计算一氧化碳气体平均注气速度ν标＝230/t230标；e、计算半导体一氧化碳传感器在第二个波形时所对应的一氧化碳气体浓度：P2＝t2标·ν标；f、计算注入一氧化碳气体浓度达到标定拐点浓度170ppm的时间：t170标＝170/ν标；g、查询t170标所对应的波形周期T170标；h、记录标定报警点浓度230ppm所对应的波形周期T230标；S5、根据一氧化碳气体浓度与半导体一氧化碳传感器输出波形的周期呈反比的关系，建立P-T测量曲线，根据已知的标定注气速度判断并通过公式一V标＝V测(1-γ)计算P-T测量曲线平均注气速度V测，公式一中γ＝(T1测-T1标)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋阳，何文，张艳艳，
申请(专利权)人：深圳市戴维莱实业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：