本发明专利技术公开了一种基于热导气体传感器和热式气体流量计的气体检测方法及装置。所述装置包括测量气室，其用于容纳样品气体和传感器；采样泵，其以一定流速采样样品气体并将其输送至测量气室；热式气体流量计，其用于得到与样品气体采样流速及样品气体比热有关的响应信号；传感器，其用于得到与样品气体导热系数及测量气室中环境参数有关的一种或多种信号。本发明专利技术通过综合反映样品气体比热的热式气体流量计输出信号和反映样品气体导热系数的热导传感器输出信号，得到样品气体中各组分的浓度信息。采用本发明专利技术的方案可以实现多组分样品气体中各组分浓度的检测，而且有效提高检测精度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于热导气体传感器和热式气体流量计的气体检测方法及装置。所述装置包括测量气室，其用于容纳样品气体和传感器；采样泵，其以一定流速采样样品气体并将其输送至测量气室；热式气体流量计，其用于得到与样品气体采样流速及样品气体比热有关的响应信号；传感器，其用于得到与样品气体导热系数及测量气室中环境参数有关的一种或多种信号。本专利技术通过综合反映样品气体比热的热式气体流量计输出信号和反映样品气体导热系数的热导传感器输出信号，得到样品气体中各组分的浓度信息。采用本专利技术的方案可以实现多组分样品气体中各组分浓度的检测，而且有效提高检测精度。【专利说明】一种气体检测方法及装置
本专利技术属于气体检测领域，特别涉及一种基于热导气体传感器及热式气体流量计的气体检测方法及装置。
技术介绍
气体传感器及气体检测一直是传感
的重要组成部分。由于不同气体导热系数不同，而且由于多种气体组成的混合气体，若彼此之间无化学反应，其导热系数可近似认为是个组分导热系数的体积浓度加权平均值，这样当混合气体中某一组分的气体含量发生变化时，必然会引起混合气体的导热系数发生变化，热导传感器正是根据这一物理特性实现对气体浓度的检测。在各种气体传感器中，热导气体传感器具有检测范围大、可靠性高、装置简单、价格便宜、维护方便等优点，但热导传感器也存在检测灵敏度低、检测误差大、温度漂移大、环境温度补偿困难、存在交叉敏感线性等缺陷，限制了热导传感器的广泛使用。利用热导气体传感器检测某种气体的传统方法是将传感器置于充满待测气体的气室中央，用恒定的电流将传感器加热，传感器通过周围气体向气室壁四周散热。达到热平衡后传感器的温度取决于被测气体的导热系数及环境温度，热导传感器热电阻的变化反映了被测气体导热系数的变化，从而实现对气体浓度的检测。这种传统检测方法的基本特征是热导传感器的温度随被测气体浓度的变化而变化，这个变化的传感器温度造成热对流、辐射的变化，导致气体检测精度差、灵敏度低、温度漂移大，造成了低浓度气体以及气体相对导热系数介于0.7与1.2之间的气体检测困难，只能对导热系数比较大的如氢气、导热系数比较小的如二氧化碳、二氧化硫、氩气等气体以及浓度较高的气体进行检测。热导传感器能检测多种气体的“广谱性”没有发挥出来。为了解决热导气体传感器传统检测方法的问题，一些文献如“黄为勇，童敏明，任子晖，采用热导传感器检测气体浓度的新方法研究，传感技术学报2006，19 (4):973-975”、“杜彬贤，陈今润，尹军，热导式气体传感器工作原理及检测方法改进，化学工程与装备2010，2:64-66”提出恒温检测方法，即采用一种在气体检测过程中保持传感器温度不变的检测方法。这种方法克服了传统检测方法中传感器温度随被测气体浓度变化导致的很多缺陷，提高了整个系统的检测能力和性能。但这种方法只能反映被测气体在其工作温度下的导热系数变化，只能用于测量背景气体中的单组分气体。利用不同气体导热系数随温度的变化规律不同，文献“S.Udina, M.Carmona,A.Pardo, C.Calaza，J.Santander，L Fonseca，S.Marco,A micormachined thermoelectricsensor for natural gas analysis:Multivariate calibration results Sensors andActuators B166-167 (2012) 238-248”通过控制热导气体传感器的加热电压，利用模式识别方法处理不同工作温度下传感器的输出从而得到多组分混合气体(甲烷、乙烷、二氧化碳、氮气)中各组分的浓度信息。但是，由于不同气体导热系数的差异很小，而且一些气体导热系数随温度的变化规律也非常相似，很难利用只检测气体导热系数变化的热导气体传感器确定多组分混合气体各组分的浓度。热式质量流量计是一种量热式传感器，是利用热传导和热耗散的原理，根据托马斯提出的“气体的放热量或吸入量与该气体的质量流量成正比”的理论制作的。热式质量流量计主要包括加热器和测温元件。作为热源的加热器放置在中间，气体流动时会带走一部分热量，使流量计测温元件处温度改变，通过测量因气体流动而造成的温度变化来反映气体的质量流量。热式质量流量计与被测气体的流量、比热以及气体分子构成有关。当一定体积流量的不同气体通过热式气体流量计时，流量计输出信号的变化反映了气体比热、密度及分子构成的相关信息，但目前热式质量流量计大多用于检测特定气体或气体混合物的质量流量，而没有用于一定流量的样品气体比热、密度等信息的检测。热导气体传感器输出信号只反映了样品气体的导热系数信息。传统工作模式或者恒温工作模式下的热导气体传感器只能测量背景气体中的单组分气体浓度。通过控制热导气体传感器加热电压可以得到样品气体在不同温度下的导热系数信息，但由于不同气体导热系数的差异很小，而且一些气体导热系数随温度的变化规律也非常相似，很难准确检测多组分样品气体中各组分的浓度。
技术实现思路
本专利技术的目的是多组分样品气体中各组分浓度的检测方法及装置。根据本专利技术一方面，其公开了一种基于热导气体传感器和热式气体流量计的气体检测装置，其包括:测量气室，其用于容纳样品气体和传感器；采样泵，其以一定流速采样样品气体并将其输送至测量气室；热式气体流量计，其用于得到与样品气体采样流速及样品气体比热有关的响应信号;传感器，其用于得到与样品气体导热系数及测量气室中环境参数有关的一种或多种信号。根据本专利技术另一方面，其公开了一种基于热导气体传感器和热式气体流量计的气体检测方法，其包括:步骤1、利用采样泵采样样品气体，并将其输送至测量气室；步骤2、在测量气室中，利用热导气体传感器测量与所述样品气体的导热系数相关的信息；步骤3、所述热式气体流量计测量与所述样品气体的流量和比热相关的信息；步骤4、通过处理所测量的与所述导热系数、气体流量和比热相关的信息获得所述气体中各组分的浓度信息。(I)本专利技术方法利用反映样品气体比热信息的热式气体流量计输出及反映样品气体导热系数信息的热导气体传感器输出进行多组分样品气体中各组分浓度检测，与已有技术相比增加了气体比热信息用于气体检测，即通过调控采样泵运转情况，可以使样品气体的采样流量恒定。对于一定流量的气体，热式质量流量计的输出信号与样品气体的比热与密度的乘积成反比，这可以有效提高多组分样品气体中各组分浓度检测的准确性。(2)通过使用多个热导气体传感器并使其工作于不同温度，可以同时得到被测气体在不同温度的导热系数信息，有利于缩短气体检测时间。(3)在用热式气体流量计和热导气体传感器检测样品气体时同时检测气室气压、温度等环境参量并进行修正，有利于减小环境因素的干扰。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术优选实施例中基于热导气体传感器和热式气体流量计的气体检测装置；图2是本专利技术另一优选实施例中基于热导气体传感器和热式气体流量计的气体检测装置。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术公开了一种基于热导气体传感器和热式气体流量计的气体检测装置。图1示出了本专利技术优选实施例中所述基于热导气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气体检测装置，其包括：测量气室，其用于容纳样品气体和传感器；采样泵，其以一定流速采样样品气体并将其输送至测量气室；热式气体流量计，其用于得到与样品气体采样流速及样品气体比热有关的响应信号；传感器，其用于得到与样品气体导热系数及测量气室中环境参数有关的一种或多种信号。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高晓光，何秀丽，李建平，贾建，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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