專利名稱：用于比色管的視覺及電子讀取的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體檢測器管及用于取樣的設(shè)備。所述設(shè)備的實(shí)施例能夠檢測并確定氣體混合物的至少一種組分的近似濃度。所述設(shè)備的實(shí)施例包括用于通過化學(xué)試劑的顏色改變對氣體的特定組分進(jìn)行比色檢測的系統(tǒng)。所得顏色改變可光學(xué)測量為與目標(biāo)氣體的反應(yīng)數(shù)量成比例的著色長度或測量為化學(xué)反應(yīng)顏色的未改變與改變之間的色差水平。在氣體檢測器管的實(shí)施例中，可視覺或電光學(xué)地確定著色長度及/或顏色改變。
背景技術(shù)：
存在用于測量氣體混合物的特定氣態(tài)組分的濃度的多種設(shè)備。一種簡單設(shè)備(稱為氣體檢測器管或氣體指示管)通常包括玻璃或其它透明管及化學(xué)試劑，所述化學(xué)試劑能夠與目標(biāo)化學(xué)化合物反應(yīng)從而產(chǎn)生所述試劑的顏色改變。常規(guī)氣體檢測器管為填充有與特定化學(xué)品或化學(xué)品族群反應(yīng)的化學(xué)試劑的玻璃管。所述化學(xué)試劑密封于所述玻璃管內(nèi)且通過所述玻璃管的任一端上的透氣插塞而保持在適當(dāng)位置中。在一些情形中，所述化學(xué)試劑可液體浸潰到多孔化學(xué)中性固體襯底中。所述化學(xué)試劑通過在每一端處密封所述管而被保護(hù)以免暴露于污染物及化學(xué)化合物直到使用，且因此延長貯藏壽命。為了使用氣體檢測器管，將尖端打破以打開穿過所述管且跨越所述試劑的流動路徑。將取樣的空氣可接著使用(舉例來說)固定體積取樣泵吸入所述管且與所述試劑接觸。試劑層能夠在將取樣的空氣被吸入所述管時與目標(biāo)化學(xué)化合物迅速反應(yīng)。所述試劑的反應(yīng)量及顏色改變與所取樣氣體中的目標(biāo)化學(xué)化合物的濃度及跨越所述試劑吸入的氣體的體積相關(guān)。為了確定氣體濃度，可將已知體積的氣體吸取到所述管中且氣體的濃度為唯一變量。所述試劑的顏色改變的長度或顏色改變的程度則對應(yīng)于目標(biāo)化合物的濃度。通過著色長度或顏色改變的長度測量氣體濃度的檢測器管為可靠的且使用簡單。當(dāng)前，由于在形成適當(dāng)顏色標(biāo)準(zhǔn)集來指示氣體的濃度中的困難而不使用依賴于測量所產(chǎn)生顏色的強(qiáng)度或密度的檢測器管。在制造一批著色長度檢測器管之后，使已知濃度的目標(biāo)氣體通過氣體檢測器管以形成使著色長度與對應(yīng)氣體濃度相關(guān)的批次特有校準(zhǔn)曲線。所述校準(zhǔn)曲線包含于檢測器管內(nèi)以允許視覺讀取所取樣體積中的氣體的濃度。依據(jù)其首次介紹，所述檢測器管使其標(biāo)度單獨(dú)印刷，參見(舉例來說)頒予J.B.Littlefield的美國專利2，174,349。由于檢測器管中的試劑的顏色改變的引導(dǎo)邊緣并非總 是被良好界定，因此標(biāo)度分格可標(biāo)識為具有大于變色的擴(kuò)散前部的長度的距離。因此，所述標(biāo)度具有不良分辨率，且最近，所述標(biāo)度直接印刷于管的表面上。舉例來說，Dreager > Gastec > Kitagava > Auer >MSA > RAY 以及檢測器管的其它制造商使在其管上標(biāo)度的開始-第一標(biāo)度分格標(biāo)識為距第一輸入插塞的端3mm到5_。由于可能通道效應(yīng)導(dǎo)致可在管的每一側(cè)上看到不同長度，因此將所述分格印刷為圍繞管的環(huán)且表示濃度的數(shù)值緊密接近于所述環(huán)的斷開部分或在所述斷開部分中。已知技術(shù)的缺陷為此些檢測器管由于濃度線、濃度量及所述管上的其它標(biāo)識阻礙著色長度的光學(xué)讀取而無法由電子裝置讀取。舉例來說，所述標(biāo)識可由所述裝置解釋為顏色改變。早已感覺到需要一種借助氣體檢測器管讀取氣體濃度的更好、更準(zhǔn)確且客觀方式。Heim等人在美國專利4，123，227中展示一種基于不具有任何印刷物的檢測器管的著色長度管電子讀取器。所述檢測器管充當(dāng)警報裝置且在一時間周期內(nèi)被周期性地詢問。Leichnitz等人在美國專利5，069，879中建議一種在表面的可讀部分上不具有標(biāo)度的管及將所述管的包含校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的所有特定數(shù)據(jù)引入到電子讀取器中的經(jīng)印刷構(gòu)件。經(jīng)制造以僅由電子讀取器讀取的管存在顯著缺陷；其還不能在視覺上讀取。比色讀取裝置的現(xiàn)代技術(shù)沿甚至更具體地針對光電子讀取器設(shè)計的裝置的方向發(fā)展。頒予May的美國專利5，089，232展示一種僅用于電子讀取的管狀裝置的布置。頒予Stark等人的美國專利5，397, 538、頒予Rieger等人的美國專利5，415, 838及頒予Bather等人的美國專利5，464，588描繪用于變色區(qū)的電子讀取的特定管狀裝置的開發(fā)。然而，此些裝置為高度特定的且無法在不借助專門化電子構(gòu)件的情況下讀取。由試劑的比色反應(yīng)指示的所有顏色改變均在某種程度上取決于周圍條件-溫度、相對濕度及氣壓。針對特定試劑及目標(biāo)化合物的溫度及相對濕度校正因子通常由制造商提供。如同校準(zhǔn)曲線一樣，可在批次基礎(chǔ)上計算校正因子。校正因子應(yīng)施加于由檢測器管中的著色長度指示的濃度且應(yīng)經(jīng)施加以更準(zhǔn)確地確定實(shí)際目標(biāo)氣體濃度。大氣壓力具有兩個分量:海平面以上海拔及天氣因子。在確定大氣壓力方面，所述海拔分量通常為比天氣因子(通常遠(yuǎn)小于1% )大的因子。天氣因子可視為可忽略的。然而，氣體檢測器的海平面以上海拔可對確定實(shí)際濃度有顯著后果。在一些情形中，所測量濃度可大大低于實(shí)際濃度。表I
權(quán)利要求
1.一種氣體檢測器管讀取器，其包括: 夾具，其用于接納氣體檢測器管； 信息讀取器，其能夠讀取關(guān)于所述氣體檢測器管的電子或經(jīng)光學(xué)編碼管信息； 光學(xué)讀取器，其能夠確定所述氣體檢測器管中的著色長度 '及 中央處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的氣體檢測器管讀取器，其包括: 至少一個環(huán)境傳感器，其選自溫度傳感器、壓力傳感器或相對濕度傳感器；其中每一傳感器與所述中央處理單元通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體檢測器管讀取器，其中所述中央處理單元能夠從光學(xué)確定著色長度、顏色改變及經(jīng)反射光的光學(xué)密度中的至少一者來估計樣本中的目標(biāo)氣體的濃度且基于所述環(huán)境傳感器的輸出而使用補(bǔ)償因子校正所述濃度以確定經(jīng)校正濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體檢測器管讀取器，其中所述夾具及氣體檢測器管包括用于將所述氣體檢測器管準(zhǔn)確放置于所述氣體檢測器管讀取器中的定位系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體檢測器管讀取器，其中所述定位系統(tǒng)包括銷子及凹部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體檢測器管讀取器，其中所述信息讀取器為光學(xué)讀取器或射頻識別讀取器中的一者。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體檢測器管讀取器，其中所述管信息包括以下各項中的至少一者:管的類型、與試劑反應(yīng)的目標(biāo)氣體、氣體濃度范圍的極限、校準(zhǔn)曲線、到期日期、所述試劑的未反應(yīng)或原始顏色及經(jīng)反應(yīng)試劑的可允許顏色改變范圍、所述試劑的環(huán)境校正因子或曲線、所述經(jīng)反應(yīng)試劑的預(yù)期顏色改變及顏色密度/飽和度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體檢測器管讀取器，其包括: 溫度傳感器，其與所述中央處理單元通信 '及 相對濕度傳感器，其與所述中央處理單元通信； 其中所述電子或經(jīng)光學(xué)編碼管信息包含溫度及相對濕度兩者的校正因子或曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣體檢測器管讀取器，其包括:氣壓傳感器，其與所述中央處理單元電通信；其中所述電子或經(jīng)光學(xué)編碼管信息包含溫度及相對濕度兩者的校正因子或曲線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體檢測器管讀取器，其包括: 泵連接器，其用于將檢測器管取樣泵附接到所述氣體檢測器管讀取器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氣體檢測器管讀取器，其包括用于在所述氣體檢測器管與所述氣體檢測器管讀取器之間形成經(jīng)密封連接的密封件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氣體檢測器管讀取器，其包括和所述泵連接器與所述密封件之間的導(dǎo)管流體連通的泵送壓力傳感器，其中所述泵送壓力傳感器與所述中央處理單元通信。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體檢測器管讀取器，其中所述光學(xué)讀取器包括至少一個照明燈及能夠區(qū)分顏色的至少一個光學(xué)傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣體檢測器管讀取器，其中所述夾具包括兩個夾鉗，所述夾鉗用于將所述氣體檢測器管緊固于所述夾鉗之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的氣體檢測器管讀取器，其中所述光學(xué)讀取器包括至少一個照明燈及能夠區(qū)分所述夾鉗中的每一者上的顏色的至少一個光學(xué)傳感器。
16.一種氣體檢測器管，其包括: 經(jīng)密封透明管； 化學(xué)試劑，其能夠與所述經(jīng)密封透明管內(nèi)的氣態(tài)化學(xué)化合物進(jìn)行比色反應(yīng)； 至少一個伸長延伸部，其從所述管延伸 '及 至少一個著色長度測量標(biāo)度，其在所述延伸部上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其包括粘附到所述透明管的表面及所述伸長延伸部的表面的透明塑料。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述透明管不包括著色長度測量標(biāo)度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氣體檢測器管，其中不存在印刷或蝕刻于所述透明管的表面上的標(biāo)記。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述化學(xué)試劑包括多孔固體，所述多孔固體具有允許氣體流動穿過所述多孔固體的路徑。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述試劑保持于所述管內(nèi)兩個多孔插塞之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氣體檢測器管，其中所述透明塑料通過物理手段、收縮包裹或粘合劑中的至少一者粘附到所述管。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的氣體檢測器管，其中所述粘合劑為永久中性透明粘合劑層。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氣體檢測器管，其中所述透明塑料可保形于所述管的外部的至少一部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述延伸部為伸長矩形形狀。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述延伸部包括能夠接納包括至少一個著色長度標(biāo)度的部件的凹窩。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述延伸部沿所述管的長度延伸至少長達(dá)所述兩個多孔插塞之間的距離。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述延伸部包括包含視覺可讀著色長度標(biāo)度及電子可讀信息兩者的標(biāo)記。
29.根據(jù)權(quán)利要求38所述的氣體檢測器管，其中所述電子可讀信息包括以下各項中的至少一者:管的類型、目標(biāo)氣體、所述試劑的氣體濃度范圍的極限、校準(zhǔn)曲線、到期日期、所述試劑的初始顏色、在特定邊緣化之后的可允許顏色改變、在與比色反應(yīng)接觸之后的試劑顏色、經(jīng)反應(yīng)試劑的顏色密度/飽和度，或未經(jīng)改變試劑材料的預(yù)期顏色改變及顏色密度/飽和度。
30.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述視覺可讀信息包含以下各項中的至少一者:管的類型、暴露范圍、所取樣 氣體的所推薦體積、到期日期、件號與批號，或在取樣期間的流動方向的指示。
31.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述延伸部包括凹窩，著色長度標(biāo)度在所述凹窩內(nèi)且所述著色長度標(biāo)度包括印刷于所述標(biāo)度上的視覺可讀標(biāo)度及電子可讀信息兩者。
32.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體檢測器管，其中所述氣體檢測器管包括附接于所述透明管的與所述延伸部相對的側(cè)上的第二延伸部。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的氣體檢測器管，其中所述兩個延伸部大致在同一平面中。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的氣體檢測器管 ，其中所述兩個延伸部在不同但大致平行的平面中。
全文摘要
氣體檢測器管可用以確定空氣中的目標(biāo)氣體的濃度。所描述的所述氣體檢測器管可由光學(xué)讀取器讀取或由用戶在視覺上讀取。具有光學(xué)讀取器的氣體檢測器管讀取器能夠讀取氣體檢測器管中的試劑的著色長度、顏色改變及顏色密度。所述氣體檢測器管可進(jìn)一步包括用于在取樣期間測量環(huán)境條件的傳感器。
文檔編號G01N27/00GK103180712SQ201180051269
公開日2013年6月26日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者布賴恩·I·特魯克斯, 格奧爾基·米海勒夫 申請人:耐斯特科技有限公司