专利名称：一种利用电化学传感器测量气体浓度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量气体中物质浓度的装置。
背景技术：
用电化学气体传感器测量气体浓度时，其信号S通常满足如下测量方程S = kC0 + k0(I)其中，参数1 与k分别为一个传感器的零点与灵敏度参数。传感器在使用过程中其响应信号会受到包括气流速率、压力、温度、湿度以及其它干扰气体组分的影响，且传感器灵敏度也会由于老化、失活、活化或中毒等影响而发生变化，因而传感器的使用一般都要求在与使用条件接近的气流速率、压力、温度、湿度以及气·体组分、条件下进行利用至少两个浓度已知的标准样品对传感器进行标定，以确定方程(I)的适用性及两个参数k与1 (标定)，而且标定时间与测量时间尽可能接近以避免上述干扰。在实际应用过程中上述标定过程还存在一系列的问题，如低浓度、高挥发性、高反应活性及高危险性(有毒有害易燃易爆)等标定样品不易配制、储存、携带或使用，存在技术及安全风险；标定样品及标定条件通�：苣涯Ｄ馐导是榭觯嬖诳煽坑胗行苑缦眨患幢惚甓芄荒Ｄ馐导是榭觯行┦褂孟殖∫材岩越斜甓ú僮鳎患幢憧梢韵殖”甓ú僮鳎矶嘤没б餐ǔ：雎越斜甓ㄊ褂�。例如，甲醛、苯等有机挥发物的标定样品就难以获得或使用；即便在应用最为广泛的工业与环境安全监测领域，尤其是煤矿及石油集输等场地，也难以现场标定，而忽视或不当标定所导致的误报或不报的安全事故则时常发生；尤其是民用领域，例如家庭个人用血糖检测及室内燃气泄漏预警等，用户很少进行标定，由此引起的问题也常有报道。目前解决这一问题的努力主要是提供安全、方便与可靠的自动标定仪。例如，Honeywell最近几年公开了多项传感器标定与自标定方法的专利(US7975525B2，US7661290B2, US2006/0266097A1, US2005/0262924A1, US7401493B2, US7581425B2,US7655186B2, US7071386B2, US6918281, US2006/0042351A1), Drager 最近也公开了几项传感器标定专利(US7704356B2，US7645362B2),这些专利的一个共同点就是它们都需要标准气体，只是产生标准气体的方法各有不同。有没有不需要标准气体的标定方法呢？1987年和1989年City Tech和Drager在分别公开了不依靠标定样品进行标定的专利(US4829809，US4833909)，将一个电化学传感器放在充满样品的密闭容器内，让被测物质电解消耗殆尽后，按库仑电解法确定气体浓度，进而对传感器进行标定。Industrial Scientific 在 2000 年公开了一项专利(US6055840),描述了一种通过定量调整控制气体扩散通道阻力求解气体浓度的方法，该方法需要知道待测气体的扩散系数及至少一个气体扩散通道的物理尺寸，因而实际应用也不方便。然而，这些还属于实验室研究或分析方法，难以实际应用。目前，气体传感器的标定还一直依赖于使用由标准计量部门提供的标准浓度物质进行标定的方法。发明内容本实用新型将揭示一种利用电化学传感器搭建循环分析气路直接测量气体浓度的装置。该装置由第一、第二样品室、电化学传感器、泵及阀门组成，所述第一样品室、电化学传感器、泵及阀门组成第一循环气路；所述第二样品室、过滤器、泵及阀门组成第二循环气路，两循环气路并联；所述样品室为细长管路，体积大于循环气路总体积的95%，分析时气体在其中的流动为活塞流，用于储存待分析流体样品；所述电化学传感器封闭于循环流路中，用于测量响应信号及对待测电化学活性组分进行电解；所述泵用于推动流体在循环流路中循环流动，可至少两次通过传感器。利用该装置可现场测量传感器零点并计算气体浓度，克服了温度、湿度、压力及部分干扰气体对测量的影响，无需对传感器进行标定，可大大提高了测量的稳定性与可靠性。
图I是本发明的气路设计示意图具体实施方式
该装置由第一、第二样品室、电化学传感器、泵及阀门组成，所述第一样品室7、电化学传感器6、泵5及阀门1、2组成第一循环气路；所述第二样品室71、过滤器61、泵51及阀门3、4组成第二循环气路，两循环气路并联；所述样品室为细长管路，体积大于循环气路总体积的95%，最好大于99%，分析时气体在其中的流动为活塞流，用于储存待分析流体样品；所述电化学传感器封闭于循环流路中，用于测量响应信号及对待测电化学活性组分进行电解；所述泵用于推动流体在循环流路中循环流动，可至少两次通过传感器，循环气体流速可通过气室体积及循环周期获得。实际测量过程按下述三步进行(I)采样切换阀门1、2、3、4，通过泵9分两路将其他抽入第一样品室7和第二样品室71，一路经由阀门I、第一样品室7、阀门2、泵9入第一样品室7，一路经由阀门I、阀门
3、第二样品室71、阀门4、阀门2、泵9入第二样品室71。(2)循环测量通过阀门1、2切换，同时打开泵5让第一样品室7中的气体样品在泵5的作用下经阀门I、泵5、电化学传感器6、阀门2再回到第一样品室7循环流动，进行二次循环分析测量，气体经过传感器时被电解，其每次循环经过传感器时传感器的响应信号满足的测量方程可表达为i0= kC0 + k0(2)I1= IcC1 + k0(3)其中ItlU1是二次测量传感器的响应电流，k为传感器灵敏度，1 为传感器底电流，C0, C1分别为样品原始浓度及第2次测量时样品浓度，其未知数有k、k0, C0, C1四个。根据法拉第定律，传感器每次测量电解消耗样品导致其浓度变化关系质量方程可表达为nFV (C1-C0) = i0*t(4)其中η为反应电子数，F为法拉第常数、V为样品室体积，t为循环周期。[0027](3)零点测量分两步进行，首先在循环分析进行的同时，通过阀门3、4切换，同时打开泵51让第一样品室71中的气体在泵51的作用经阀门3、泵51、过滤器61、阀门4再回到第二样品室71循环流动，由于过滤器61为活性物质过滤器，如活性炭或高锰酸钾等，气体流经所述过滤器61后，活性成分被吸附或反应掉，这样经过一次循环后回到样品室的气体便是过滤活性成分后的零点气。当完成两次测量后，切换电磁阀门1、2、3、4，打开泵5，使气流方向变为第二样品室71、阀门3、阀门I、泵5、电化学传感器6、阀门，2、阀门4，再回到第二样品室71循环流动，此时在管路中流动的气体为零点气，传感器的响应信号为零点响应信号Iv这样通过联立方程(2)、(3)、(4)及直接测量的h可求解样品浓度Ctl及传感器灵敏度k。由该实施例可见该方法可以用于直接确定被测物质浓度，而无需在测量前对传感器进行标定；并且传感器的标定参数(如灵敏度与底电流)也可通过该方法直接求解出来，由于是在实际测量过程中计算传感器标定参数，因而该方法可以说是一种自标定方法；另夕卜，该方法使用的是传感器两次响应信号的差值，可以扣除温度、压力、流量与干扰物质对每次测量同等的贡献，因此相比于传统方法使用含有这些贡献的信号测量，具有更高的灵敏度、选择性与稳定性。
权利要求1 一种利用电化学传感器测量气体浓度的装置，由第一、第二样品室、电化学传感器、泵及阀门组成，其特征在于所述第一样品室、电化学传感器，泵及阀门组成第一循环气路；所述第二样品室、过滤器，泵及阀门组成第二循环气路，两循环气路并联；所述样品室为细长管路，体积大于循环气路总体积的95%，分析时气体在其中的流动为活塞流，用于储存待分析流体样品；所述电化学传感器封闭于循环流路中，用于测量响应信号及对待测电化学活性组分进行电解；所述泵用于推动流体在循环流路中循环流动，可至少两次通过传感器。
专利摘要一种利用电化学传感器测量气体浓度的装置，由第一、第二样品室、电化学传感器、泵及阀门组成，所述第一样品室，电化学传感器，泵及阀门由管路组成第一循环气路；所述第二样品室，过滤器，泵及阀门由管路组成第二循环气路，两循环气路并联；所述样品室为细长管路，体积大于循环气路总体积的95%，分析时气体在其中的流动为活塞流，用于储存待分析流体样品；所述电化学传感器封闭于循环流路中，用于测量响应信号及对待测电化学活性组分进行电解；所述泵用于推动流体在循环流路中循环流动，可至少两次通过传感器。
文档编号G01N27/416GK202693516SQ201220295770
公开日2013年1月23日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者沈立军, 韩杰, 谢雷 申请人:尚沃医疗电子无锡有限公司
专业数控铣床产品供应商
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