CN203259458U

CN203259458U - 一种红外甲烷传感器校准***

Info

Publication number: CN203259458U
Application number: CN 201320191678
Authority: CN
Inventors: 于东波; 郭京义; 张鹏
Original assignee: BEIJING CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2023-04-16

Abstract

本实用新型公开一种红外甲烷传感器校准***，包括气路部分、校准部分、温度控制部分与电路部分。其中，通过气路部分向校准部分提供校准所需的气体；校准部分设置待校准传感器；温度控制部分用来使校准部分的温度保持在设定的标定温度；电路部分用来对气路部分、校准部分与温控部分进行控制；由此通过控制计算机获取各种校准气体下待校准甲烷传感器、温度表A、压力表、浓度计的测量值，通过控制计算机内部安装的校准软件中校准算法，拟合出待校准传感器的多个校准点，最终便可得到传感器的校准曲线。本实用新型的优点为：可实现不同传感器在同一环境下同时批量校准，校准条件统一、产品基准一致，校准精度高，并可联机工作。

Description

一种红外甲烷传感器校准***

技术领域

本实用新型涉及工业控制技术领域，具体来说，是一种红外甲烷传感器校准***。

背景技术

煤矿甲烷检测一直是煤矿安全生产管理中非常重要的环节，甲烷检测传感器直接关系到煤矿安全监控***的可靠性和灵敏度，对甲烷监测监控起着关键作用。近年来红外光谱技术已经应用于甲烷检测，在煤矿甲烷检测应用上红外光谱吸收法相比于传统的催化燃烧型具有突出的优点：精度和灵敏度高，稳定性和可靠性好，可以快速和连续监测，是煤矿用甲烷传感器的更新换代产品，具有良好的发展前景。在红外甲烷传感器研制生产过程中，关键的设备就是红外甲烷传感器校正***。由于红外信号传感器的特异性，红外气体检测元件输出各不相同，离散性比较大，为实现甲烷浓度测量的同一性，必须对红外气体检测传感器进行校准，确定传感器的测量基准。红外甲烷传感器校准***的研究在我国处于起步阶段，其校准***采用单台校准方法，现在不能满足大批量工业生产的需求。不同的红外传感器件，其校准条件及校准方法皆有差别，并没有统一规定，这一类的设备是为了满足特定的条件而设计建造的，所以国内外市场没有通用的校准设备。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决在红外甲烷传感器批量生产时，校准环境不统一、校准效率很低、校准精度不高的技术问题，提出一种红外甲烷传感器校准***，该***是通过实现对温度、压力、流量的控制，建立传感器校准的环境，实现传感器校准条件的统一性，保证校准精度及批量校准的一致性。

本实用新型红外甲烷传感器校准***，包括气路部分与与校准部分；

所述气路部分包括五通阀、流量计、截止阀、三通阀、针阀、真空泵、温度表A、压力表与浓度计；校准部分包括温箱、换热管、红外甲烷传感器安装座；其中，五通阀中的四个通路分别连接甲烷供给设备A、甲烷供给设备B、零点气体供给设备以及空气供给设备；五通阀另一个通路通过进气管路依次连接流量计与截止阀后，与温箱内设置的换热管进气端相连。

所述换热管出气端连接温箱内设置的红外甲烷传感器安装座进气口；红外甲烷传感器安装座的出气口通过出气管路依次连接温箱外部设置的温度表A、压力表与浓度计后，与三通阀中一个通路相连，三通阀另两个通路分别通过排气管路与抽气管路；排气管路上安装有针阀、抽气管路与真空泵相连；温度控制部分包括压缩机、温控器、储液槽、循环泵、换热器，温度表B、温度传感器A与温度传感器B；其中，温度表B安装在温箱内部；温度传感器A与温度传感器B分别安装在温箱内壁与外壁上；所述储液槽底面上安装有加热器；压缩机的排气管路与储液槽底面连通；循环泵的进口通过进液管路与储液槽内部液体介质连通，出口通过出液管路与设置在温箱内的换热器进液端相连；换热器的出液端通过循环管路与储液槽底面连通。

本实用新型红外甲烷传感器校准***温度控制部分与电路部分；温度控制部分包括压缩机、温控器、储液槽、循环泵、换热器，温度表B、温度传感器A与温度传感器B；其中，温度表B安装在温箱内部；温度传感器A与温度传感器B分别安装在温箱内壁与外壁上；所述储液槽内安装有加热器；压缩机的排气管路与储液槽连通；循环泵的进口通过进液管路与储液槽连通，出口通过出液管路与设置在温箱内的换热器进液端相连；换热器的出液端通过循环管路与储液槽连通。

电路部分包括第一交流电源、第二交流电源、第一DC变换器、第二DC变换器以及由总电源开关、辅助电源开关、真空泵开关、循环电源、制冷开关、循环泵开关构成的开关组件；所述第一交流电源为220V交流电源；第一交流电源与总电源开关连接后，分别连接第一DC变换器、第二DC变换器、温度表A、温度表B、压力计、流量计；其中，第一DC变换器连接辅助电源开关后与温度传感器A与温度传感器B相连；第一DC变换器连接真空泵开关后与真空泵相连；第一DC变换器还直接连接浓度计；第一交流电源还通过连接循环电源开关、制冷开关与循环泵开关后，连接加热器、压缩机、循环泵相连。

所述第二交流电源通过AC电源适配器与串口服务器相连，串口服务器连接控制计算机，并分别与温度表A、温度表B、压力表、浓度计、流量计、温度传感器A、温度传感器B、待校准甲烷传感器以及真空泵、加热器、压缩机、循环泵相连。

本实用新型中所述温箱上安装有风扇，风扇与串口服务器相连，且风扇通过风扇开关控制，风扇开关通过第二DC变换器连接第一交流电源，并与风扇相连。

本实用新型的优点在于：

（1）本实用新型一种红外甲烷传感器校准***，可实现不同传感器在同一环境下同时批量校准，校准条件统一、产品基准一致，校准精度高，并可联机工作；

（2）本实用新型一种红外甲烷传感器校准***，可实现自动控制校准温度，达到稳定温度后自动开始校准过程；

（3）本实用新型一种红外甲烷传感器校准***，可以选择性的接入校准甲烷、量程甲烷、零点气体作为气源，且可实现气体的流量控制；

（4）本实用新型一种红外甲烷传感器校准***，可通过真空泵排空校准***中的残留气体，并可进行检漏工作。

附图说明

图1是本实用新型红外甲烷传感器校准***气路部分与校准部分结构示意图；

图2是本实用新型红外甲烷传感器校准***中温控部分结构示意图；

图3是本实用新型红外甲烷传感器校准***中电路部分结构示意图。

图中：

1-气路部分 2-校准部分 3-温度控制部分 4-电路部分

101-五通阀- 102-流量计 103-截止阀 104-三通阀

105-针阀 106-真空泵 107-温度表A 108-压力表

109-浓度计 201-温箱 202-换热管 203-红外甲烷传感器

安装座

204-风扇 301-压缩机 302-加热器 303-储液槽

304-循环泵 305-换热器 306-温度表B 307-温度传感器A

308-温度传感器B 401-第一交流电源 402-第二交流电源 403-第一DC变换器

404-第二DC变换器 405-总电源开关 406-辅助电源开关 407-真空泵开关

408-风扇开关 409-循环电源 410-制冷开关 411-循环泵开关

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型是一种红外甲烷传感器校准***，包括气路部分1、校准部分2、温度控制部分3与电路部分4。

所述气路部分1包括五通阀101、流量计102、截止阀103、三通阀104、针阀105、真空泵106、温度表A107、压力表108与浓度计109；校准部分2包括温箱201、换热管202、红外甲烷传感器安装座203，如图1所示；其中，五通阀101中的四个通路分别连接甲烷供给设备A、甲烷供给设备B、零点气体供给设备以及空气供给设备，分别用来向五通阀101中通入浓度为2%的校准甲烷、浓度为10%的量程甲烷、标定零点气体（氮气）与空气共四种校准用气体。五通阀101另一个通路通过进气管路依次连接流量计102与截止阀103后，与温箱201内设置的换热管202进气端相连；由此通过五通阀101控制向校准部分2中所提供的校准用气体；通过开关截止阀103控制校准用气体的流通，并通过流量计102测量校准用气体的流量。上述氮气和空气都可作为零点气体，用于标定传感器的零点；由于氮气更纯净，因此本实用新型中选用氮气作为零点气体，使红外传感器的校准精度更高；校准甲烷用于标定传感器的测量点；量程甲烷用于标定传感器的满量程点。

所述换热管202出气端连接温箱201内设置的红外甲烷传感器安装座203进气口；红外甲烷传感器安装座203用来安装待校准红外甲烷传感器；由此校准用气体经换热管202达到设定的标定温度T后，到达红外甲烷传感器安装座203内部，由待校准红外甲烷传感器进行校准测量。红外甲烷传感器安装座203的出气口通过出气管路依次连接温箱201外部设置的温度表A107、压力表108与浓度计109后，与三通阀104中一个通路相连，三通阀104另两个通路分别通过排气管路与抽气管路；排气管路上安装有针阀105、抽气管路与真空泵106相连；由此使红外甲烷传感器安装座203内部的校准用气体可由排气管路经三通阀104后通过针阀105控制放空；且当截止阀103关闭时，可通过运行真空泵106将校准部分2中的气路进行抽真空操作，实现校准部分2气路检漏功能；温度表A107、压力表108与浓度计109分别用来测量排气管路中气体温度、压力与浓度，由此通过针阀105控制排气管道排气口的管道直径，对排气管道内气体的压力大小进行控制，同时通过流量计102控制进气管路进气口的气体流量，由此使本实用新型校准***中气路部分1管道内的压力保持基本恒定。

所述温度控制部分3采用恒温液体介质循环方式控制温箱201内温度，使温箱201内的温度保持在设定的标定温度。温度控制部分3包括压缩机301、加热器302、储液槽303、循环泵304、换热器305，温度表B306、温度传感器A307与温度传感器B308，如图2所示；其中，温度表B306安装在温箱201内部，用来测量温箱201内的温度；温度传感器A307与温度传感器B308分别安装在温箱201内壁与外壁上，分别用来测量温箱201内部与外部环境温度。所述储液槽303存放有用来进行温度控制的液体介质，如：酒精；储液槽303底面上安装有加热器302。压缩机301的排气管路与储液槽303底面连通，由此压缩机301通过吸气管路吸入制冷气体后，由排气管路排出到储液槽303内，实现储液槽303内液体介质的制冷。循环泵304的进口通过进液管路与储液槽303内部液体介质连通，出口通过出液管路与设置在温箱201内的换热器305进液端相连；换热器305的出液端通过循环管路与储液槽303底面连通；由此当温箱201内设定温度高于温箱201外部环境温度时，控制加热器302工作，使加热储液槽303内的液体介质达到温箱201内设定温度；当温箱201内设定温度低于环境温度时，控制压缩机301工作，对储液槽303内的液体介质制冷至温箱201内设定温度；通过上述过程，在储液槽303内的液体介质达到温箱201内设定温度后，通过控制循环泵304将储液槽303内液体介质泵送到换热器305，与温箱201中的空气进行热交换，使温箱201温度达到设定温度；换热器305内进行热交换后的液体介质可由换热器305的出液端经循环管路回流至储液槽303内，实现液体介质的循环使用。温箱201上还安装有风扇，用来加快温箱201内的空气流通，加快热交换过程，使温箱201内的温度尽快达到设定的温度。

电路部分4用来对气路部分1、校准部分2与温控部分进行控制，包括第一交流电源401、第二交流电源402、第一DC变换器403、第二DC变换器404以及由总电源开关405、辅助电源开关406、真空泵开关407、风扇开关408、循环电源409、制冷开关410、循环泵开关411构成的开关组件；所述第一交流电源401为220V交流电源，用来为电路部分4提供220V交流电；第一交流电源401与总电源开关405连接后，分别连接第一DC变换器403、第二DC变换器404、温度表A107、温度表B306、压力计、流量计102。其中，第一DC变换器403连接辅助电源开关406后与温度传感器A307与温度传感器B308相连；第一DC变换器403连接真空泵开关407后与真空泵106相连；第一DC变换器403还直接连接浓度计109；由此220V交流电经第一DC变换器403转换为24V直流电源为真空泵106、浓度计109、温度传感器A307、温度传感器B308和待测红外甲烷传感器供电。第二DC变换器404连接风扇开关408后与温箱201风扇相连；由此220V交流电经第二DC变换器404转换为12V直流电源为温箱201风扇供电。第一交流电源401还通过连接循环电源409开关、制冷开关410与循环泵开关411后，连接加热器302、压缩机301、循环泵304相连；由此通过220V交流电直接为加热器302、压缩机301、循环泵304、温度表A107、温度表B306、压力计与流量计102提供220V交流电。

所述第二交流电源402同样为220V交流电源，通过AC电源适配器与串口服务器相连，串口服务器连接控制计算机，并分别与温度表A107、温度表B306、压力表108、浓度计109、流量计102、温度传感器A307、温度传感器B308、待校准甲烷传感器以及真空泵106、温箱201风扇、加热器302、压缩机301、循环泵304相连，由此控制计算机通过串口服务器获取温度表A107、温度表B306、压力表108、浓度计109、流量计102、温度传感器A307、温度传感器B308、以及测量数据，并控制真空泵106、温箱201风扇、加热器302、压缩机301、循环泵304的工作。由此通过向校准***中分别通入各中校准用气体，并通过控制计算机获取各种校准气体下待校准甲烷传感器、温度表A107、压力表108、浓度计109的测量值，通过控制计算机内部安装的校准软件中校准算法，拟合出待校准传感器的多个校准点，最终便可得到传感器的校准曲线。

Claims

1.一种红外甲烷传感器校准***，其特征在于：包括气路部分与校准部分；

所述气路部分包括五通阀、流量计、截止阀、三通阀、针阀、真空泵、温度表A、压力表与浓度计；校准部分包括温箱、换热管、红外甲烷传感器安装座；其中，五通阀中的四个通路分别连接甲烷供给设备A、甲烷供给设备B、零点气体供给设备以及空气供给设备；五通阀另一个通路通过进气管路依次连接流量计与截止阀后，与温箱内设置的换热管进气端相连；

2.如权利要求1所述一种红外甲烷传感器校准***，其特征在于：还包括温度控制部分，包括压缩机、温控器、储液槽、循环泵、换热器，温度表B、温度传感器A与温度传感器B；其中，温度表B安装在温箱内部；温度传感器A与温度传感器B分别安装在温箱内壁与外壁上；所述储液槽内安装有加热器；压缩机的排气管路与储液槽连通；循环泵的进口通过进液管路与储液槽连通，出口通过出液管路与设置在温箱内的换热器进液端相连；换热器的出液端通过循环管路与储液槽连通。

3.如权利要求1所述一种红外甲烷传感器校准***，其特征在于：还包括电路部分，包括第一交流电源、第二交流电源、第一DC变换器、第二DC变换器以及由总电源开关、辅助电源开关、真空泵开关、循环电源、制冷开关、循环泵开关构成的开关组件；所述第一交流电源为220V交流电源；第一交流电源与总电源开关连接后，分别连接第一DC变换器、第二DC变换器、温度表A、温度表B、压力计、流量计；其中，第一DC变换器连接辅助电源开关后与温度传感器A与温度传感器B相连；第一DC变换器连接真空泵开关后与真空泵相连；第一DC变换器还直接连接浓度计；第一交流电源还通过连接循环电源开关、制冷开关与循环泵开关后，连接加热器、压缩机、循环泵相连；

4.如权利要求1所述一种红外甲烷传感器校准***，其特征在于：所述温箱上安装有风扇。

5.如权利要求4所述一种红外甲烷传感器校准***，其特征在于：所述风扇与串口服务器相连，且风扇通过风扇开关控制，风扇开关通过第二DC变换器连接第一交流电源，并与风扇相连。