帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀及校準方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測控領(lǐng)域，尤其涉及一種帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀及 校準方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣體分析儀是一種測量氣體成分的流程分析儀表。在很多生產(chǎn)過程中，特別是在 存在化學反應(yīng)的生產(chǎn)過程中，僅僅根據(jù)溫度、壓力、流量等物理參數(shù)進行自動控制常常是不 夠的。由于被分析氣體的千差萬別和分析原理的多種多樣，氣體分析儀的種類繁多。常用 的氣體分析方法主要有：紅外吸收法、紫外吸收法和傅里葉紅外法。
[0003] 傅里葉紅外法測量儀器屬于高溫測量原理需要進行其實的保溫處理且需要提供 外部輔助計算裝置，因此體積大、重量輕，不適合用在便攜式測量儀中；紫外吸收法儀器雖 然精度較高但其中的關(guān)鍵部件（紫外光燈）不適合時斷時續(xù)的工作且體積大、發(fā)熱量高也 不太適合便攜式攜帶。因此目前使用的便攜式分析儀大多采用電化學原理的傳感器，但其 缺點十分明顯：一方面，其監(jiān)測范圍受限；監(jiān)測范圍不能超過其暴露能力范圍；不能負荷超 載，否則影響它的準確性，傳感器也相應(yīng)地時常處于飽和狀態(tài)；另一方面，當氣體濃度低于 常規(guī)范圍，會削弱反映的信號，加上環(huán)境噪聲干擾，使儀器讀數(shù)不準確，從而降低了儀器的 準確性和分辨率。
[0004] 另外，利用氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流是電化學傳感器的基本工作原理，而這種原理 對于絕大多數(shù)氣體都是成立的，而現(xiàn)實檢測環(huán)境中幾乎不存在單一氣體，因此必然導(dǎo)致待 測氣體交叉影響。這種交叉影響目前只能通過實驗室數(shù)據(jù)進行固定修正，而沒有根本的解 決方法，從而導(dǎo)致其精度真實性降低。其次，由于設(shè)備采用氧化還原反應(yīng)原理，待測氣體濃 度越大，氧化反應(yīng)越劇烈，設(shè)備消耗相應(yīng)也就越大。如果經(jīng)常檢測高濃度氣體，傳感器每次 只能分析幾分鐘后就失效，大大影響了整體工作進度，并提高檢測成本。再次，由于傳感器 以前曝光的時間和溫度（ArrheniusLaw)相互交叉影響，從而導(dǎo)致NO傳感器的零點漂移， 而這種零點漂移，不能單一通過溫度補償來解決，從而降低了NO氣體的檢測精度。特別是 濃度較高的一氧化碳對二氧化硫的影響，高濃度二氧化硫?qū)σ谎趸臏y量影響非常大， 從而導(dǎo)致這兩種氣體的檢測精度較低。
[0005] 傳統(tǒng)的電化學傳感器只能通過外供被測氣體通過消耗傳感器實現(xiàn)標定，無法自動 標定。而現(xiàn)場標定需要提供各種標準氣體，不便于使用。而紅外吸收法的分析儀器，作為氣 體分析設(shè)備，工業(yè)煙氣（樣氣）不能直接進入分析儀器，需要外部提供預(yù)處理裝置和儀器標 定裝置。這樣的外置標定裝置一般體積龐大，且需要組裝調(diào)試，不利于攜帶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀及校準方 法，用于解決目前采用電化學分析原理的便攜式分析儀器，儀器的準確性和分辨率較低、 使用成本高、不便于攜帶的問題。
[0007] 本發(fā)明提供的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀的校準方法，包括
[0008] c.構(gòu)建不同指定濃度的氣體環(huán)境，并獲取對應(yīng)濃度下的輸出電壓值；
[0009] d.利用如下公式獲取環(huán)境變化導(dǎo)致的偏移增量：
【主權(quán)項】
1. 一種帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀的校準方法，其特征在于：包括 C.構(gòu)建不同指定濃度的氣體環(huán)境，并獲取對應(yīng)濃度下的輸出電壓值； d. 利用如下公式獲取環(huán)境變化導(dǎo)致的偏移增量：
其中，a、b為線性化修正系數(shù)；Vmtl為濃度為零時，檢測儀輸出的電壓值；Vetl為濃度為零 時，參考標定狀態(tài)下輸出端電壓值；Vm為待定氣體濃度下，參考標定狀態(tài)下輸出電壓值；V。 為待定濃度下，檢測儀輸出的電壓值，c為氣體濃度，Ad為因?qū)嶋H環(huán)境變化導(dǎo)致的偏移增 量； e. 根據(jù)偏移增量對測量結(jié)果進行自動校準。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀的校準方法，其特 征在于：步驟d包括將步驟c中的各指定濃度及相應(yīng)指定濃度下的輸出電壓值分別代入步 驟d中的公式，確定所述偏移增量和修正系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀的校準方法，其特 征在于：所述指定氣體濃度包括氣體濃度為零，并在測量前將偏移增量設(shè)置為零。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀的校準方法，其特 征在于：在步驟c前包括 b.將氣體非待測成份氣體進行過濾。 在步驟b之前還包括 a.將日?？諝庾鳛榱泓c氣體并在儀器開始測量前完成零點校正和量程標定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀的校準方法，其 特征在于：根據(jù)朗伯特一比爾定律測量出氣體吸收前后的能量差，獲取被測樣氣的濃度并 根據(jù)所述偏移增量對測量結(jié)果自動進行校準。
6. -種帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀，其特征在于：包括預(yù)處理單元、分 析單元、主監(jiān)控單元、標定單元和校正單元， 所述分析單元包括光源、吸收氣室和接收氣室，所述光源產(chǎn)生紅外線光并射入所述吸 收氣室，所述標定單元進行零點校正和量程標定并將標定完成后的氣體送入所述接收氣 室，所述校正單元通過計算實際環(huán)境變化導(dǎo)致的偏移增量對樣氣濃度的測量結(jié)果進行自動 修正。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀，其特征在于：所 述預(yù)處理單元包括樣氣預(yù)處理單元和信號預(yù)處理單元，所述樣氣預(yù)處理單元用于對待檢氣 體進行處理，使待檢氣體滿足氣體分析時所需達到的指標要求，所述信號預(yù)處理單元將被 測樣氣濃度信號進行處理并提供給主監(jiān)控單元。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀，其特征在于：所 述校正單元在儀器使用前將偏移增量設(shè)置為零，并構(gòu)建指定的不同濃度的氣體環(huán)境，獲取 相應(yīng)氣體濃度下的輸出電壓值，自動執(zhí)行零點校正和量程標定。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀，其特征在于：所 述接收氣室中設(shè)置有轉(zhuǎn)換裝置，所述轉(zhuǎn)換裝置將被測氣體濃度變化轉(zhuǎn)換為電信號并傳遞給 信號預(yù)處理單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀，其特征在于：所 述信號預(yù)處理單元包括電荷放大器、放大電路、整形電路和濾波電路，所述電信號變化通過 電荷放大器處理后，經(jīng)過所述放大電路、整形電路和濾波電路處理后將信號傳遞至主監(jiān)控 單元。
【專利摘要】本發(fā)明提供的帶自動量程校準的便攜式紅外氣體分析儀,包括預(yù)處理單元、分析單元、主監(jiān)控單元、標定單元和校正單元，所述分析單元包括光源、吸收氣室和接收氣室，所述光源產(chǎn)生紅外線光并射入所述吸收氣室，所述標定單元進行零點校正和量程標定并將標定完成后的氣體送入所述接收氣室，所述校正單元通過計算實際環(huán)境變化導(dǎo)致的偏移增量對樣氣濃度的測量接管進行自動修正；本發(fā)明可以對測量結(jié)果進行自動校正，不僅克服了測量環(huán)境對測量的影響，確保了系統(tǒng)的測量精度，無需另配置預(yù)處理單元的情況下就可長時間分析，節(jié)省成本、便于攜帶。
【IPC分類】G01N21-01, G01N21-3504
【公開號】CN104764693
【申請?zhí)枴緾N201510166896
【發(fā)明人】嚴玥, 嚴實
【申請人】重慶工商大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月9日