专利名称：一种气体分析仪标定装置及标定方法
技术领域：
本发明涉及环境监测仪器，具体地说涉及一种对气体分析仪进行标定的装置及标定的方法。
背景技术：
环境监测仪器可以实时给出大气中的各种成份及含量，以作为人们在治理大气污染时的依据。目前这类监测仪器的型号很多，其工作原理基本是由一标定系统、一零气发生器以及若干个气体分析仪组成。其中标定系统是给出一个标准的污染物浓度，用来标定不同的气体分析仪；零气发生器的作用是制造出不含任何杂质的纯净空气，用这种气体对若干个气体分析仪进行标零点，即当这种纯净空气送给气体分析仪时，该仪器得到的数据应该是零，即使这个不是零，在使用时也把这个数当零点，对测得的数据进行修正。
在实际使用时，还需要根据待测大气的污染情况设定污染浓度的一个最大值，如果这个最大值设定的过大，则影响环境监测仪器数据的精度，如果这个最大值设定的过小，就无法采集到大于设定的污染的气体。一般在标定跨度时只是标定设定污染浓度最大值的百分之八十。
以美国热电子公司生产的环境监测仪器为例，由146标定系统、111零气发生器连接各种气体分析仪。其中每台仪器有一个进气口和一个排气口，进气口通过管子把外面的空气抽到仪器的内部，由仪器对抽进来的空气进行分析，不同的分析仪器给出不同的污染物浓度，外面的空气抽到仪器内部是由仪器的内置抽气泵完成的。
146标定系统给出标准的污染物浓度，标定不同的仪器。它有三个标气进气口、一个零气进气口和一个出气口及一个排空口。三个进气口用来进不同的标准浓度的气体，此气体是由国家标准计量院提供，另外还有一个零气进气口，它可以把标准浓度的气体和零气进行混合，根据不同的比例加以混合而提供出不同浓度的标准气体，由出气口提供给不同的气体分析仪，从而来达到对不同的气体分析仪标定的目的。排空口是为了排除多余的气体，因为出气口提供给不同的气体分析仪的气体流量一定大于该分析仪所需要的气体流量。
但是气体分析仪在工作了一段时间后，由于外界温度和湿度的变化使仪器的零点移动了，这就是零点漂移。同样的，工作了一段时间后，由于外界温度和湿度的变化使气体分析仪产生了跨度漂移。所以在实际使用时要经常对仪器的零点和跨度进行标定。
传统的标定方法是先把不同的标准气体经过减压表接到146标定系统的进气口上，再从146标定系统的出气口上接一根管子，手动的在管子的另一头接到要标定的仪器上。因为146标定系统的进气口只有三个进气口，当要标定四台以上的环境监测仪器时，就发须把一个进气口的标准气瓶拆下来，换上另一台欲标定的气体分析仪。这样做既浪费大量的人力、时间，又减少仪器的使用寿命。

发明内容
本发明的目的是提供一种对气体分析仪进行标定的装置。
本发明的另一目的是提供用上述装置进行标定的方法。
本发明可以自动对气体分析仪的零点和跨度进行标定，并对采集的气体分析数据进行修正。
为了实现上述目的，本发明的标定装置是在标定系统的一个进气口上连接一进气总管，该进气总管上连接若干个标准气瓶，每个标准气瓶与进气总管之间连接一个开关电磁阀(即，不工作时该电磁阀为关闭状态)。标定系统的出气口上连接一根出气总管，该出气总管的另一端连接若干分析仪，每台分析仪与出气总管之间均各连接一个三通电磁阀；该三通电磁阀的具体连接关系是常闭端口与出气总管相连，常开端口与大气相通，公共端口与分析仪的进气口连接。
一计算机，通过D/A转换器控制该些电磁阀分别或同时开或闭。
同一计算机，通过A/D转换器采集各气体分析仪的数据。
由上述装置，在正常监测时，标准气瓶连接的电磁阀为关闭，进气总管没有任何标准气体进入标定系统；同样地，各分析仪连接的三通电磁阀与出气总管之间为不相通。各分析仪是通过三通电磁阀的常开端口采集环境大气进行分析。
在标定零点时，由计算机开启分析仪连接的三通电磁阀，各分析仪通过出气总管与标定系统相连接。由于标准气瓶的电磁阀为关闭状态，与标定系统不相通，而标定系统只与零气发生器相连接，因此标定系统流经各分析仪的只有零气，达到对各仪器标定零点的目的。
在标定跨度时，由计算机导开启某一种气体分析仪连接的三通电磁阀以及该标准气瓶连接的电磁阀。标准气在标定系统中与零气混合成某一标准浓度的气体，该气体再经出气总管流入该种气体分析仪中，达到对该仪器标定跨度的目的。分别对不同标准气瓶和相应的气体分析仪重复上述过程，可以完成对各分析仪跨度的标定。
在标定零点和跨度时，是由计算机按照预先设定的程序进行控制，所以整个标定是自动完成的。
该计算机通过测试每台气体分析仪，得到测试的零点和跨点以及标准的零点和跨点，对该四个点的数据处理，得到每台分析仪数据的输出斜率，用该斜率对分析仪测量的大气中该成份的数据进行修正，得到大气中该种气体成份的实际数据，从而有效地解决仪器的漂移问题。


图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的程序主流程图。
具体实施例方式
为更明确地了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作详细地描述。
请结合图1。仍以前面提到的美国热电子公司生产的环境监测仪器为例。各分析仪分别为二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳分析仪。各分析仪中，二氧化硫分析仪能实时直接给出大气中的二氧化硫的浓度；氮氧化物分析仪能实时直接给出大气中的一氧化氮、二氧化氮及氮氧化物的浓度；一氧化碳分析仪能实时直接给出大气中的一氧化碳的浓度；二氧化碳分析仪能实时直接给出大气中的二氧化碳的浓度。给出的浓度单位是PPB(每立方米多少微克)。这些仪器都有模拟量输出(0-10伏)，有的有数据量输出(RS232)。
如图1所示，一个进气总管(IN)，在该进气总管上连接有二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)标准浓度的钢瓶标准气体，由于钢瓶标准气体的压力很大，在各钢瓶的出口处串接一个减压表(a、b、c、d)，各减压表连接了一个电磁阀(1、2、3、4)，该些电磁阀的另一端口连接到进气总管上。在没有对气体分析仪进行跨度标定时，该些电磁阀(1、2、3、4)为关闭状态，因此进气总管上没有任何标准气体流入。为了检测标准气钢瓶到146标定系统之间是否有漏气，进气总管和146标定系统之间加了一个流量计A。流量计一方面可以检测是否有漏气，而另一方面可以检测每一个钢瓶气到146标定系统的气体流量。
每台气体分析仪(9、10、11、12)的进气口处接一个三通电磁阀(5、6、7、8)，该些三通电磁阀的具体连接是其公共端口与气体分析仪的进气口相连接，电磁阀的常开端口接一根管子(e、f、g、h)伸到室外，把室外的空气通过仪器的内置抽气泵(图中未示)抽到分析仪内部，对空气加以分析。该些气管(e、f、g、h)在实现使用时可以连接到一根总气管上。附图是为了说明各部件的连接关系和相互之间的作用，因此将气管分别标成4根。三通电磁阀的常闭端口直接连到146标定系统的出气口的总管(OUT)上。在146标定系统的出气口的总管上设有一个流量计B，这个流量计B一方面可以检测分析仪相连接的三通电磁阀(9、10、11、12)是否有漏气现象，另一方面可以检测在146标定系统到分析仪的气体流量。
上述的各电磁阀由一计算机控制，通过计算机的时钟来设置采集数据的间隔时间，一般对环境的监测是一分钟或十分钟采集一组数据，经过A/D转化器，把摸拟信号转换成数据信号，再传给计算机，计算机把数据保存到硬盘上，如果计算机的硬盘足够大，可以几年不用管它，让它自己工作。
对分析仪进行标定，可以选择两重方法，1)可以选择时间间隔来标定仪器，既工作几个小时或几十个小时标定一次环境监测仪器。2)可以选择每天或几天的几点来标定环境监测仪器。在标定时可以选择每台仪器的标定顺序，标定仪器所用的时间长短都由计算机完成。
零点的标定根据需要，设置标定的开始时间和结束时间。一般是以计算机的时间为准。零点的标定可以有两种方法1)把所有的监测仪器一起标零点。即通过把所有分析仪后面的三通电磁阀打开，使三通电磁阀的公共端口和常闭端口连通，这样所有的分析仪就和146标定系统的出气口相连接，而146标定系统的进气口只有和1 11零气发生器相连接，这时所有的标准气和146标定系统不相通，所以146标定系统只有零气流出来，从而达到对监测仪器标定零点的目的。2)单台监测仪器标零点。即按标定顺序分别打开某个分析仪后面的三通电磁阀，使三通电磁阀的公共端口和常闭端口连通，零气的气路和上面相同，从而达到对某台分析仪标定零点的目的。
跨度的标定选择要标定分析仪(例如一氧化碳分析仪)，将一氧化碳标准气连接的电磁阀和一氧化碳分析仪连接的三通电磁阀打开，这样一氧化碳标准气就和零气在146标定系统里混合，给出了一个标准的浓度的一氧化碳气体，这个气体通过146标定系统的输出口流入到一氧化碳分析仪的进气口，从而达到对一氧化碳分析仪标定跨度的目的。
重复以上的工作，就可以对不同的分析仪标定跨度。以上的所有工作都是由计算机控制完成，只要系统不停电，可以长时间的不用管，实现了完全的自动化。
以上的工作完成后，得到每台气体分析仪两个点的四个数据，这四个数据是实际测到的每台气体分析仪的零点和跨点及标准的零点和跨点，通过这四个点的数据，可以得到每台气体分析仪数据的输出的斜率，将该斜率带到气体分析仪实际测得数据中进行修正，得到大气中该种气体成份的实际值，可以解决分析仪器的漂移问题。
本发明使用一块D/A转换器控制电路，其作用是打开和关闭电磁阀，使气体按照要求的路线流动，从而达到对环境监测仪器的标定和控制。
本发明使用一块A/D转换器采集数据，可以根据预先设置的时间执行采集数据的频率，并把气体分析仪的数据保存在计算机里。
有关计算机如何通过D/A转换器和A/D转换器与标定装置及气体分析仪连接并进行控制，已是一公知技术，本发明对此不再赘述。
请参阅图2，本发明的标定方法举例说明本例是以一分钟采集一组数据并且保存在计算机中，该组数据包括由气体分析仪测得大气中的二氧化硫浓度、氮氧化物浓度、一氧化碳浓度和二氧化碳浓度；数据的保存格式为年月日、小时分钟、二氧化硫浓度、氮氧化物浓度、一氧化碳浓度和二氧化碳浓度的数值，每个数据中间以空格形式分开。
同时设定1)零点零分至零点十五分标定二氧化硫分析仪的零点，零点十六至零点三十分标定二氧化硫分析仪的跨度；2)零点三十一分至零点四十五分标定氮氧化物分析仪的零点，零点四十六至零点五十九分标定氮氧化物分析仪的跨度；3)一点零分至一点十五分标定一氧化碳分析仪的零点，一点十六至一点三十分标定一氧化碳分析仪的跨度；4)一点三十一分至一点四十五分标定二氧化碳分析仪的零点，一点四十六至一点五十九分标定二氧化碳分析仪的跨度。
在每台仪器标定完零点和跨度后程序就把斜率算出来代入采集保存在计算机中的各种大气浓度数据中，进行修正后得到实际的各种大气浓度。
文件是以扫描键盘的形式结束，如果输入一个E，则程序结束。
具体描述步骤S01建立文件。文件是以一天一个文件名的形式保存，以一天的开始到一天的结束为一个文件。
步骤S02读取计算机的日期和时间，分别把日期付给变量y0，m0，d0。时间的时分付给变量h0，t0。
步骤S03把日期的月、日加到文件名后面并保存，构成一个完整的文件名。本发明的文件名构成为“文件保+月、日”是为避免文件的重复。
步骤S04初始化，关闭所有电磁阀，所有变量付零，SO2、NOx、CO和CO2的浓度系数付1。
步骤S05判断时间是否到00:00-00:15；若是，打开二氧化硫分析仪的三通阀(S06)；若不是步骤S07判断时间是否到00:16-00:30；若是，打开二氧化硫标准气瓶电磁阀(S08)；若不是步骤S09判断时间是否到00:31-00:45；若是，计算出二氧化硫标定的斜率，把该斜率代入由二氧化硫气体分析仪测得的大气中二氧化硫的数据中，并对该数据进行修正。关闭二氧化硫分析仪和标准气瓶的电磁阀，打开氮氧化物分析仪三通阀(S10)；若不是步骤S11判断时间是否到00:46-00:59；若是，打开氮氧化物标准气瓶电磁阀(S12)；若不是步骤S13判断时间是否到01:00-01:15；若是，计算出氮氧化物标定的斜率，把该斜率代入由氮氧化物气体分析仪测得的大气中氮氧化物的数据中，并对该数据进行修正。关闭氮氧化物分析仪和标准气瓶的电磁阀，打开一氧化碳分析仪三通阀(S14)；若不是步骤S15判断时间是否到01:16-01:30；若是，打开一氧化碳标准气瓶电磁阀(S16)；若不是步骤S17判断时间是否到01:31-01:45；若是，计算出一氧化碳标定的斜率，把该斜率代入由一氧化碳气体分析仪测得的大气中一氧化碳的数据中，并对数据进行修正。关闭一氧化碳分析仪和标准气瓶的电磁阀，打开二氧化碳分析仪三通阀(S18)；若不是步骤S19判断时间是否到01:46-01:59；若是，打开二氧化碳标准气瓶电磁阀(S20)；若不是步骤S21判断时间是否到02:00；若是，计算出二氧化碳标定的斜率，把该斜率代入由二氧化碳气体分析仪测得的大气中二氧化碳的数据中，并对数据进行修正。关闭二氧化碳分析仪和标准气瓶的电磁阀(S22)；若不是步骤S23读取计算机的日期和时间及各个分析仪的浓度，保存一组数据。
步骤S24读取计算机的日期和时间，分别把年、月、日付给变量y1、m1、d1，把时间的分钟付给变量t1。
步骤S25分别比较y1y0，m1m0，d1d0，若不相等，重新更换文件名，把y1m1d1分别加到文件名后面，并且把变量y1付给y0，变量m1付给m0，变量d1付给d0(S26)；若相等步骤S27比较t1、t0是否相等；若不相等，把变量t1付给t0，并转移执行步骤S05(S28)；若相等步骤S29扫描键盘是否有E输入；若是，整个程序结束；若不是步骤S30读取计算机的时间，把时间的分钟付给变量t1，并转移执行步骤S27。
权利要求
1.一种对气体分析仪进行标定的装置，包括有零气发生器、标定系统以及各气体分析仪；在标定系统的一个进气口上连接一进气总管，该进气总管上连接若干个标准气瓶，每个标准气瓶与进气总管之间连接一个开关电磁阀；标定系统的出气口上连接一根出气总管，该出气总管的另一端连接分析仪，分析仪与出气总管之间连接有一个三通电磁阀；该三通电磁阀的常闭端口与出气总管相连，常开端口与大气相通，公共端口与分析仪的进气口连接；一计算机，通过D/A转换器控制该些电磁阀分别或同时开或闭；由上述装置标定零点时，开启分析仪连接的三通电磁阀，分析仪通过出气总管与标定系统相连接；标准气瓶的电磁阀为关闭状态，与标定系统不相通；标定跨度时，开启气体分析仪连接的三通电磁阀以及该标准气瓶连接的电磁阀。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，各标准气瓶与电磁阀之间均连接一个减压阀。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进气总管与标定系统之间、出气总管与标定系统之间均连接一个流量计。
4.一种用上述任一项权利要求所述装置进行标定的方法，其主要步骤a)设定计算机采集气体分析仪测量数据的时间间隔；b)设定计算机对气体分析仪零点和跨度进行标定的时间；c)计算机按设定的时间间隔采集气体分析仪测量的大气数据，并保存；d)计算机设定的时间对气体分析仪的零点和跨度进行标定，得到测试的零点和跨点以及标准的零点和跨点，对该四个点的数据处理，得到该气体分析仪数据的输出斜率；e)用该斜率对分析仪测量的大气中该成份的数据进行修正，得到大气中该种气体成份的实际数据。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤c采集的数据是以一天一个文件名的形式保存。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的文件名构成是由任意设定的文件名加上当天的月、日，以保证所有文件不重名。
7.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，数据的保存格式是年月日、小时分钟、测量到的大气中欲测气体的浓度，每个数据以空格形式分开。
全文摘要
一种对气体分析仪进行标定的装置，包括有零气发生器、标定系统以及各气体分析仪；在标定系统的一个进气口上连接一进气总管，该进气总管上连接若干个标准气瓶，每个标准气瓶与进气总管之间连接一个开关电磁阀；标定系统的出气口上连接一根出气总管，该出气总管的另一端连接分析仪，分析仪与出气总管之间连接有一个三通电磁阀；该三通电磁阀的常闭端口与出气总管相连，常开端口与大气相通，公共端口与分析仪的进气口连接；一台计算机，通过D/A转换器控制该些电磁阀分别或同时开或闭。通过上述装置可以得到气体分析仪数据的输出的斜率，用该斜率修正气体分析仪测得数据，得到大气中该种气体成分的实际值，可以解决分析仪器的漂移问题。
文档编号G01N33/00GK1673738SQ200410031349
公开日2005年9月28日 申请日期2004年3月25日 优先权日2004年3月25日
发明者胡非, 石立庆 申请人:中国科学院大气物理研究所