CN210742134U

CN210742134U - 一种气体检测***

Info

Publication number: CN210742134U
Application number: CN201921750467.2U
Authority: CN
Inventors: 周芬
Original assignee: Hefei Meiti Health Industry Co Ltd
Current assignee: Hefei Meiti Health Industry Co Ltd
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2029-10-18

Abstract

本实用新型公开了一种气体检测***，包括检测原理不同的气体检测机构一和气体检测机构二，还包括气体采样机构、气体存储机构一和气体存储机构二，所述气体存储机构一的进气口和所述气体存储机构二的进气口分别与所述气体采样机构的出气口连通，所述气体存储机构一的出气口与所述气体检测机构一连通，所述气体存储机构二的出气口与所述气体检测机构二连通。本实用新型气体检测***包括两种检测原理不同的气体检测机构，这样设计，在检测时可以用其中一种气体检测机构的检测结果来实时修正另一种气体检测机构的检测结果偏差，从而保证测试修正结果的可靠性，具有良好的推广前景。

Description

一种气体检测***

技术领域

本实用新型涉及气体分析检测领域，具体地说涉及一种气体检测***。

背景技术

通过人体呼出气体成分及其浓度的测量可以辅助医生诊断患者所患疾病，监控疾病状态及观察治疗效果等，例如呼气一氧化氮测哮喘，呼气一氧化碳测煤气中毒。

呼出气一氧化氮检测在国际和国内已成为临床判断呼吸道疾病的一项关键指标，但是目前商业化的呼出气一氧化氮分析仪的检测模块为电化学方法，如Circassia的NIOXVERO型号产品，其灵敏度和稳定性无法保证，虽然可以用标准气进行标定，但是由于人体呼气中的一氧化氮浓度为ppb量级(10^-9L/L)，最好用ppb量标准气进行标定，但是市售的标气为保证精度和存储，均为ppm量级，直接用ppm量级标准气标定会引入较大的误差；电化学检测易受环境温度、湿度的影响产生背景的偏移，而且随着使用时间的增长而产生的自然衰减。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种检测更加准确的气体检测***。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种气体检测***，包括检测原理不同的气体检测机构一和气体检测机构二，还包括气体采样机构、气体存储机构一和气体存储机构二，所述气体存储机构一的进气口和所述气体存储机构二的进气口分别与所述气体采样机构的出气口连通，所述气体存储机构一的出气口与所述气体检测机构一连通，所述气体存储机构二的出气口与所述气体检测机构二连通。

进一步地，所述气体检测机构一为电化学法气体检测设备，所述气体检测机构二为化学发光法气体检测设备。

进一步地，所述气体存储机构一上连接有排气管，所述排气管上安装有阀门。

进一步地，所述气体采样机构包括采样管，所述采样管上安装有流量调节阀、压力传感器和流速传感器。

进一步地，所述气体存储机构一与所述气体检测机构一之间连接有湿度平衡机构。

进一步地，还包括臭氧发生机构，所述气体检测机构二为化学发光法气体检测设备，所述气体存储机构二的出气口与所述气体检测机构二之间连接有反应室，所述臭氧发生机构的出气口与所述反应室连通。

进一步地，还包括排空管和臭氧发生机构进气管，所述臭氧发生机构进气管上安装有过滤机构，所述气体采样机构包括采样管，所述采样管的出气口通过阀门阵列一与所述气体存储机构一的进气口和所述气体存储机构二的进气口连通，所述臭氧发生机构进气管的出气口通过阀门阵列二与所述臭氧发生机构的进气口和所述排空管的进气口连通，且所述阀门阵列一与所述阀门阵列二之间通过衔接管连通；

所述阀门阵列一可控制所述采样管的出气口、所述气体存储机构一的进气口、所述气体存储机构二的进气口及所述衔接管相互之间的通断，所述阀门阵列二可控制所述臭氧发生机构进气管的出气口、所述臭氧发生机构的进气口、所述排空管的进气口及所述衔接管相互之间的通断。

进一步地，所述气体存储机构一与所述气体检测机构一之间连接有泵一，所述阀门阵列二与所述臭氧发生机构的进气口之间连接有泵二，还包括泵三，所述泵三的进气口与所述气体存储机构一连通。

本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型气体检测***包括两种检测原理不同的气体检测机构，这样设计，在检测时可以用其中一种气体检测机构的检测结果来实时修正另一种气体检测机构的检测结果偏差，具体的修正方法见具体实施方式部分，能够保证较高的检测准确性，而且本实用新型的设计，能够保证进入气体存储机构一和气体存储机构二中的气体样品相同，从而保证测试修正结果的可靠性，另外，气体样品在进入气体检测机构一、二之前，先在气体存储机构一、二中缓存，可以保证有足量的气体样品进行检测，更加稳定可靠，而且这样设计，结构简单，操作方便，具有良好的推广前景。

附图说明

图1是本实用新型一实施例气体检测***的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例气体检测***的工作原理图。

附图中各部件的标记为：1采样管、2气体检测机构一、3气体检测机构二、4气体存储机构一、5气体存储机构二、6臭氧发生机构、7反应室、8阀门阵列一、9阀门阵列二、10排空管、11臭氧发生机构进气管、12过滤机构、13衔接管、14排气管、15阀门、16流量调节阀、17压力传感器、18流速传感器、19泵一、20泵二、21泵三、22湿度平衡机构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参见图1和图2。

本实用新型气体检测***包括检测原理不同的气体检测机构一2和气体检测机构二3，还包括气体采样机构、气体存储机构一4和气体存储机构二5，所述气体存储机构一4的进气口和所述气体存储机构二5的进气口分别与所述气体采样机构的出气口连通，所述气体存储机构一4的出气口与所述气体检测机构一2连通，所述气体存储机构二5的出气口与所述气体检测机构二3连通。

本实用新型气体检测***包括两种检测原理不同的气体检测机构，这样设计，在检测时可以用其中一种气体检测机构的检测结果来实时修正另一种气体检测机构的检测结果偏差，具体的修正方法为：(1)分析采集气体样品，将气体样品分别通入气体检测机构一和气体检测机构二中进行检测，得到气体检测机构一的检测浓度结果值C1和气体检测机构二的检测浓度结果值C2；(2)判断算出结果差值△C和结果百分差值&C，△C＝∣C1－C2∣，

将△C与预先设定的结果差值判断值A进行比较，&C与预先设定的结果百分差值判断值B进行比较，若满足△C≤A和/或&C≤B，则以C1作为最终检测结果，若满足△C＞A和&C＞B，则以C2作为最终检测结果，实践证明，这样修正能够保证较高的检测准确性，并且通过结果差值△C和结果百分差值&C这两种方式结合进行判断，可以避免在检测浓度结果值基数小时，以结果百分差值&C判断准确性低和在检测浓度结果值基数大时，以结果差值△C判断准确性低的情况出现，更加准确、可靠和稳定。

而且本实用新型的设计，能够保证进入气体存储机构一和气体存储机构二中的气体样品相同，从而保证测试修正结果的可靠性，另外，气体样品在进入气体检测机构一、二之前，先在气体存储机构一、二中缓存，可以保证有足量的气体样品进行检测，更加稳定可靠，而且这样设计，结构简单，操作方便，具有良好的推广前景。

优选地，所述气体检测机构一采用电化学法检测原理，所述气体检测机构二采用化学发光法检测原理。在实施本实用新型的过程中，发明人发现，以化学发光法检测来修正电化学法检测，最为适合，修正效果更加可靠，准确性更高。

具体实施中，气体检测机构一可采用CityTech的MNO-LO型传感器或Membrapor的NO/C-1型传感器，气体检测机构二可采用ThermoFisher的42i型痕量氮氧化物分析仪或北京是卓科技有限公司的i11 NO-NO₂-NOx分析仪。具体实施中，气体存储机构一、二可以采用任何具有内腔用来存储气体的容器。

上述的预先设定的结果差值判断值A和预先设定的结果百分差值判断值B可以根据需要检测的气体成分进行选择，只要能保证结果的准确性即可，下面提供几种常见气体的判断值的较优的选择范围：

对于一氧化氮(NO)，A为3ppb～10ppb，B为5％～20％；

对于硫化氢(H₂S)，A为3ppb～10ppb，B为5％～20％；

对于一氧化碳(CO)，A为0.1ppm～2ppm，B为5％～20％；

对于氢气(H₂)，A为0.1ppm～2ppm，B为5％～20％；

对于甲烷(CH₄)，A为0.1ppm～2ppm，B为5％～20％。

优选地，在使用所述气体检测***进行检测之前，预先对所述气体检测机构一2和所述气体检测机构二3进行标定，标定的具体过程为：分别向气体检测机构一2和气体检测机构二3中通入已知浓度C(浓度C是基于待测成分而言)的标准气体进行检测，得到气体检测机构一2的已知浓度C的标准气体的响应信号S1和气体检测机构二3的已知浓度C的标准气体的响应信号S2，继而算出气体检测机构一2的响应信号与气体浓度的相关系数K1和气体检测机构二3的响应信号与气体浓度的相关系数K2，K1＝S1/C，K2＝S2/C。标定是现有大多气体检测机构所需的必要步骤，后续的检测结果均是通过相关系数和响应信号反推得到的。

优选地，所述气体检测***采用修正工作模式，修正工作模式的具体实施方式为：每当所述气体检测***出现以C2作为最终检测结果的检测情况时，则用该检测情况下的C1和C2修正K1，也即用修正值K1′代替K1，作为下次检测的依据，K1′＝C1*K1/C2。当出现以C2作为最终检测结果的检测情况时，说明气体检测机构一出现了漂移，而由于本实用新型采用了修正工作模式，在出现漂移时用修正值K1′代替K1，这样可以实时对***进行校准，并能减少长期使用过程中发生的漂移现象，确保长期使用的稳定性。

优选地，每隔一段时间(时间间隔根据需要确定)对所述气体检测***进行自标定，自标定的具体实施方式为：采集气体样品，将气体样品分别通入气体检测机构一2和气体检测机构二3中进行检测，得到气体检测机构一2的检测浓度结果值C1′和气体检测机构二3的检测浓度结果值C2′，然后用C1′和C2′修正K1，也即用修正值K1〞代替K1，作为后续的检测依据，K1〞＝C1′*K1/C2′。用具有标准品资质公司提供的标准气体对气体检测***进行标定是最权威准确的方法，但是标准气体储存在真空钢瓶中，难以及时在客户端使用，气体检测机构一由于其化学分析的特性，易受环境温湿度的影响，每段时间内都可能有波动，而气体检测机构二只需要用高浓度标准气每年定期标定即可维持长时间的稳定性，使用自标定的方法可以大大减少传统标定过程的成本和时间。

在一实施例中，还包括臭氧发生机构6，所述气体检测机构二3采用化学发光法检测原理，所述气体存储机构二5的出气口与所述气体检测机构二3之间连接有反应室7，所述臭氧发生机构6的出气口与所述反应室7连通。化学发光法检测原理需要用到臭氧，因此，在这种实施方式下，需要配置臭氧发生机构，臭氧发生机构产生的臭氧在反应室内与气体样品作用，之后进入气体检测机构二中进行检测，能够保证检测准确性，而且这样设计，结构简单，操作方便。

在一实施例中，所述气体存储机构一4上连接有排气管14，所述排气管14上安装有阀门15。这样设计，在气体样品进入气体存储机构一中时，将阀门打开，这样气体存储机构一中原有的气体可以经由排气管排出，防止干扰检测。具体实施中阀门15可以选用单向阀或截止阀。

在一实施例中，所述采样管1上安装有流量调节阀16、压力传感器17和流速传感器18。流量调节阀用于将气体样品的流量调节在合适的范围，压力传感器和流速传感器则用来监测气体样品的压力和流速，只有符合要求的气体样品才允许通入气体储存机构一、二，不符合要求的气体样品排入大气(根据“美国胸科学会(ATS)与欧洲呼吸学会(ERS)2005年下呼吸道与鼻呼出一氧化氮在线与离线测定技术标准指南”中的规定，对于呼出气一氧化氮检测的样品气采集需要满足呼气流量在50±5ml/s，呼气压力≥5cmH₂O，这样才能适用于统一的标准对测试结果进行判断)。

在一实施例中，所述气体存储机构一4与所述气体检测机构一2之间连接有湿度平衡机构22。湿度平衡机构用于调节气体样品的湿度，气体检测机构一的检测结果受样品气湿度影响很大，在每次气体进入气体检测机构一之前通过湿度平衡机构对气体的湿度进行平衡，若湿度大于当下环境湿度，则对样品气进行除湿，若湿度小于当下环境湿度，则对样品气进行加湿。

在一实施例中，还包括排空管10和臭氧发生机构进气管11，所述臭氧发生机构进气管11上安装有过滤机构12，所述气体采样机构包括采样管1，所述采样管1的出气口通过阀门阵列一8与所述气体存储机构一4的进气口和所述气体存储机构二5的进气口连通，所述臭氧发生机构进气管11的出气口通过阀门阵列二9与所述臭氧发生机构6的进气口和所述排空管10的进气口连通，且所述阀门阵列一8与所述阀门阵列二9之间通过衔接管13连通；

所述阀门阵列一8可控制所述采样管1的出气口、所述气体存储机构一4的进气口、所述气体存储机构二5的进气口及所述衔接管13相互之间的通断，所述阀门阵列二9可控制所述臭氧发生机构进气管11的出气口、所述臭氧发生机构6的进气口、所述排空管10的进气口及所述衔接管13相互之间的通断。

设置臭氧发生机构进气管是为了向臭氧发生机构通入原料气体，具体可以是空气，而设置的过滤机构则用于过滤空气中的水分、粉尘及待测物质(NO、CO等)，以避免干扰生成臭氧和检测；

而设置排空管以及通过阀门阵列一、二连接各部件，则是为了使用更加方便，比如当采样管采集的气体样品不符合要求时，则通过阀门阵列一，仅将采样管的出气口与衔接管之间导通，其它基于阀门阵列一的部件相互截断，通过阀门阵列二，仅将衔接管与排空管的进气口之间导通，其它基于阀门阵列二的部件相互截断，这样不符合要求的气体样品则可以依次经过衔接管和排空管排入大气；

另外，对于大部分气体检测机构而言，待测气体的响应信号是基于不含待测气体的空白气体的空白对照得到的，比如浓度为C的待测气体的检测信号为S_C，不含待测气体的空白气体的检测信号为S₀，则浓度为C的待测气体的响应信号S＝S_C－S₀，而通过上述设计则可以方便采集到空白气体，具体是，通过阀门阵列一，仅将衔接管与气体存储机构一的进气口和气体存储机构二的进气口之间导通，其它基于阀门阵列一的部件相互截断，通过阀门阵列二，仅将臭氧发生机构进气管的出气口与衔接管之间导通，其它基于阀门阵列二的部件相互截断，这样经过过滤的空气即为空白气体，通过衔接管进入到气体存储机构一、二中，继而被检测而得到S₀。

本实用新型气体检测***可以是从采样管的进气口呼出气体来采样，也可以是先将气体样品采集到气袋中，然后将气袋与采样管的进气口连接，测试时从气袋中抽出气体样品。

呼气采样时，由于呼气有一定的流速，因此，可以不需要在***中设置提供气体流动动力的设备，比如泵，呼气可以直接流动到气体检测机构一、二。

而如果采集的气体样品本身没有流速，比如上述的气袋采样方式，则需要在相应的通道上设置泵等可以提供气体流动动力的设备，以将气体样品通入气体检测机构一、二。比如在一实施中，所述气体存储机构一4与所述气体检测机构一2之间连接有泵一19，所述阀门阵列二9与所述臭氧发生机构6的进气口之间连接有泵二20，还包括泵三21，所述泵三21的进气口与所述气体存储机构一4连通。这里的泵一用于将气体存储机构一内气体样品抽入气体检测机构一，泵二用于将空气抽入臭氧发生机构，同时，由于臭氧发生机构与反应室连通，因此，也能够将气体样品挤入气体检测机构二中，这里的泵三则用于采样，可以将气袋内的气体样品抽入气体存储机构一，并同时挤入气体存储机构二。

以图1所示的一实施例气体检测***作为例子，下面概括说明下其使用方式：

呼气采样时，泵三常关闭，开启阀门，切换阀门阵列一，保持采样管连通气体存储机构一和气体存储机构二，这样经过流量调节阀调节符合要求的呼气进入气体存储机构一和气体存储机构二，再关闭阀门，开启泵一、泵二，切换阀门阵列二保持臭氧发生机构进气管与臭氧发生机构连通，这样，气体存储机构一存储的气体样品进入气体检测机构一，得到气体检测机构一的待测气体的检测信号S1_总，气体存储机构二存储的气体样品和臭氧发生机构产生的臭氧进入反应室，再进入气体检测机构二，得到气体检测机构二的待测气体的检测信号S2_总，检测完毕后，切换阀门阵列一和阀门阵列二保持臭氧发生机构进气管与气体存储机构一和气体存储机构二连通，经过过滤机构过滤得到空白空气进入气体存储机构一和气体存储机构二，再同上操作，得到气体检测机构一的空白空气的检测信号S1₀，气体检测机构二的空白空气的检测信号S2₀，最终得到气体检测机构一的待测气体的响应信号S1＝S1_总－S1₀，气体检测机构二的待测气体的响应信号S2＝S2_总－S2₀；

气袋抽气采样时，则将阀门常关闭，打开泵三，气体进入存储机构一、二，检测时，关闭泵三，检测步骤同上述呼气采样步骤。

当然具体检测顺序可以调整，只要能检测出S1_总、S1₀、S2_总、S2₀即可。

具体实施中，过滤机构可采用活性炭或是氧化铝负载的高猛酸钾，湿度平衡机构可采用采用美国Perma Pure的nafion管，臭氧发生机构可采用万格立(佛山)环保科技有限公司的臭氧配件KS-3G。

本实用新型中的阀门阵列一、二的主要作用就是切换部件之间的通断，将采样管采集的符合要求的气体样品通入气体存储机构一、二，使采样管采集的不符合要求的气体样品通过排空管排入大气，将臭氧发生机构进气管获得的经过过滤的气体通入臭氧发生机构来产生臭氧，以及将臭氧发生机构进气管获得的经过过滤的气体作为空白气体通入气体存储机构一、二，本实用新型阀门阵列一、二只要能够满足上述导通作用即可，可以是一个阀，也可以是多个阀组合，不做特别限制。

本实用新型的修正工作模式可随着数据量的累积，进行下述操作：

(1)通过标定获得一个先验模型数据库，其过程包括：记录不同温湿度条件下，不同已知浓度标准气所对应的结果值C1、结果值C2和气体检测机构1的分析参数K1，形成标准气体结果数据库；记录不同温湿度条件下，不同呼气值所对应的结果值C1、结果值C2和气体检测机构1的分析参数K1，形成测试结果数据库，计算实时检测时的环境温度T(t)、环境湿度RH(t)、结果值C1(t)、结果值C2(t)和气体检测机构1的分析参数K1(t)，与环境温度T(0)、环境湿度RH(0)及初始分析参数K1(0)的函数关系f；

(2)每次检测时结果值C1(t)通过环境温度T(t)、环境湿度RH(t)、初始分析参数K1(0)及其函数关系f计算，将其与结果值C2(t)比较，两个结果值的差值是否超过±Appb或±B％，按较大值，若未超过范围，则计算成功，显示C1(t)，若超过范围，则计算失败，最终结果显示结果值C2(t)，本次结果记录放入另一分类器，在其中对失败的数据进行增强学习，学习失败数据的相关特征，该分类器与现有函数一起确定结果值C1(t)。

以气体检测机构一采用电化学法检测原理，气体检测机构二采用化学发光法检测原理，待测成分为一氧化氮(NO)为例，使用标准气体浓度来验证本实用新型的准确性，结果见下表1和2所示：

表1

表2

通过表1和2可以看出，本实用新型通过化学发光法检测机构来实时修正电化学法检测机构的检测结果偏差，准确性高，能够保证较高的检测准确性。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本实用新型，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种气体检测***，其特征在于：包括检测原理不同的气体检测机构一和气体检测机构二，还包括气体采样机构、气体存储机构一和气体存储机构二，所述气体存储机构一的进气口和所述气体存储机构二的进气口分别与所述气体采样机构的出气口连通，所述气体存储机构一的出气口与所述气体检测机构一连通，所述气体存储机构二的出气口与所述气体检测机构二连通。

2.如权利要求1所述的气体检测***，其特征在于：所述气体检测机构一为电化学法气体检测设备，所述气体检测机构二为化学发光法气体检测设备。

3.如权利要求1或2所述的气体检测***，其特征在于：所述气体存储机构一上连接有排气管，所述排气管上安装有阀门。

4.如权利要求1或2所述的气体检测***，其特征在于：所述气体采样机构包括采样管，所述采样管上安装有流量调节阀、压力传感器和流速传感器。

5.如权利要求1或2所述的气体检测***，其特征在于：所述气体存储机构一与所述气体检测机构一之间连接有湿度平衡机构。

6.如权利要求1或2所述的气体检测***，其特征在于：还包括臭氧发生机构，所述气体检测机构二为化学发光法气体检测设备，所述气体存储机构二的出气口与所述气体检测机构二之间连接有反应室，所述臭氧发生机构的出气口与所述反应室连通。

7.如权利要求6所述的气体检测***，其特征在于：还包括排空管和臭氧发生机构进气管，所述臭氧发生机构进气管上安装有过滤机构，所述气体采样机构包括采样管，所述采样管的出气口通过阀门阵列一与所述气体存储机构一的进气口和所述气体存储机构二的进气口连通，所述臭氧发生机构进气管的出气口通过阀门阵列二与所述臭氧发生机构的进气口和所述排空管的进气口连通，且所述阀门阵列一与所述阀门阵列二之间通过衔接管连通；

8.如权利要求7所述的气体检测***，其特征在于：所述气体存储机构一与所述气体检测机构一之间连接有泵一，所述阀门阵列二与所述臭氧发生机构的进气口之间连接有泵二，还包括泵三，所述泵三的进气口与所述气体存储机构一连通。