专利名称：测量湿度和氧的分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及烟气排放领域，具体而言，涉及一种测量湿度和氧的分析仪。
背景技术：
随着 CEMS (Continuous Emission Monitoring System，烟气自动监控系统)项目 的增多，湿度测量的问题也越来越多(主要是探头损坏和仪器测量不准确)。由于湿度和氧 是CEMS中重要的湿基系数的计算因数，而现有的湿度仪已不能满足市场需求，而且近年来 轻纺、医院、木材干燥、食品加工及燃烧等行业对高温下(100°C以上)湿度测量与控制方面 的需求也日益迫切。现有技术中对排气中水分含量的测量主要有冷凝法、干湿球法和重量法。对比三 种方法，都表现出结构比较复杂，计算比较烦琐，而且不能同时在线测量氧浓度和湿度。

实用新型内容本实用新型提供一种测量湿度和氧的分析仪，用以现有技术中不能同时在线测量 氧浓度和湿度的问题。为达到上述目的，本实用新型提供了一种测量湿度和氧的分析仪，其包括第一采 样探头、第二采样探头、第一广域比电流式传感器、第二广域比电流式传感器和计算控制模 块，其中第一采样探头与第一广域比电流式传感器相连接，第一广域比电流式传感器用于 对第一采样探头采集的烟气进行分析，得到第一电流信号；第二采样探头与第二广域比电流式传感器相连接，第二广域比电流式传感器用于 对第二采样探头采集的烟气进行分析，得到第二电流信号；计算控制模块分别与第一广域比电流式传感器和第二广域比电流式传感器相连 接，用于对第一电流信号和第二电流信号进行处理得到烟气中的湿度和氧含量。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪还包括机箱，计算控制模块设置在机箱内。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，机箱为壁挂式密闭机箱。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，第一广域比电流式传感器和第二广域比 电流式传感器分别为博世氧传感器。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，第一采样探头和第二采样探头分别采用 直插式、可反吹的结构。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，第一采样探头和第二采样探头的内部分 别设置有加热棒和热电阻。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，计算控制模块包括电流-电压转换单 元、信号处理单元、AD转换单元、中央处理单元和DA转换单元，其中，电流-电压转换单元 与第一采样探头和第二采样探头相连接，用于将第一电流信号和第二电流信号分别转换为 第一电压信号和第二电压信号；信号处理单元连接在电流-电压转换单元与AD转换单元之间，用于将第一电压信号和第二电压信号进行放大和滤波，并经AD转换单元转换为数字信 号；中央处理单元与AD转换单元相连接，用于根据第一电压信号对应的数字信号计算得到 烟气中的氧浓度，并根据第一电压信号对应的数字信号与第二电压信号对应的数字信号的 差值计算得到烟气中的湿度，以及将氧浓度和湿度分别转化为电流信号并输出；DA转换单 元连接在中央处理单元与第一采样探头和第二采样探头之间。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，计算控制模块还包括液晶显示器，与中 央处理单元相连接，用于显示氧浓度和湿度；总线接口，用于将氧浓度和湿度输出到通信设 备。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，计算控制模块还包括输入单元，与中央 处理单元相连接，用于接收用户输入。上述实施例通过两个探头采集烟气，进而利用广域比电流式传感器可以同时测氧 浓度和湿度的特性，计算得到烟气中的氧浓度和湿度，克服了现有技术中不能同时在线测 量氧浓度和湿度的问题。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前 提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本实用新型一个实施例的测量湿度和氧的分析仪示意图；图2是根据本实用新型一个实施例的采用机箱的测量湿度和氧的分析仪示意图；图3是根据本实用新型一个实施例的探头结构示意图；图4是图3中探头沿A-A的右视图；图5是根据本实用新型一个实施例的测量湿度和氧的分析仪工作流程示意图。
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一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。广域比电流式传感器阴极一侧所形成的极小孔洞对流入的气体具有限制作用，在 干燥气体中氧浓度一定时，传感器的输出电流值不随外加电压的增加而增加，而达到某一 恒定值，该恒定电流值称为在该氧浓度下的第一界限电流值；如果将该传感器置于含有水 蒸气的环境中并逐步提高传感器工作电压，就能测量到显著的第二界限电流值。第一界限 电流值(Ii)和第二界限电流值(1 分别与环境中的氧分压和含有水蒸气的氧分压成比 例。由此可得出广域比电流传感器的感湿特性当界限电流式湿度传感器处于干燥 空气中时，其界限电流值为一恒定值；当环境气氛中含有水蒸气时，则会出现二段台阶，在 第一段，由于水蒸气的存在，使环境气氛中的氧分压减少，因而第一界限电流值(Ii)出现下降，在第二段，由于气氛中的水蒸气被传感器阴极吸附并发生电解反应，产生了新的氧离 子，因此第二界限电流值增大。因此，通过检测二段界限电流值的差值Δ I ( Δ I = 12 — II)， 便可很方便地检测出环境气氛中的水蒸气分压值。广域比电流式传感器是专门测氧的，其测量电流在低电压(IV下)与氧含量有很 好的线性关系，所以将测氧和测湿度整合到一起是可行的。图1是根据本实用新型一个实施例的测量湿度和氧的分析仪示意图，其包括第 一采样探头10、第二采样探头20、第一广域比电流式传感器30、第二广域比电流式传感器 40和计算控制模块50，其中第一采样探头10与第一广域比电流式传感器30相连接，第一广域比电流式传感 器30用于对第一采样探头10采集的烟气进行分析，得到第一电流信号；第二采样探头20与第二广域比电流式传感器40相连接，第二广域比电流式传感 器40用于对第二采样探头20采集的烟气进行分析，得到第二电流信号；计算控制模块50分别与第一广域比电流式传感器30和第二广域比电流式传感器 40相连接，用于对第一电流信号和第二电流信号进行处理得到烟气中的湿度和氧含量。本实施例通过两个探头采集烟气，进而利用广域比电流式传感器可以同时测氧浓 度和湿度的特性，计算得到烟气中的氧浓度和湿度，克服了现有技术中不能同时在线测量 氧浓度和湿度的问题。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪还包括机箱，计算控制模块设置在机箱内。图2是根据本实用新型一个实施例的采用机箱的测量湿度和氧的分析仪示意图。 如图2所示，机箱为壁挂式密闭机箱，以满足室外使用要求。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，第一广域比电流式传感器和第二广域比 电流式传感器分别为博世氧传感器。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，第一采样探头和第二采样探头分别采用 直插式、可反吹的结构，可以解决现有技术中探头容易堵塞的问题，同时探头易于更换，使 用方便，并降低了维护成本。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，第一采样探头和第二采样探头的内部分 别设置有加热棒和热电阻，用以获得高温(100摄氏度以上)的标准水气。图3是根据本实用新型一个实施例的探头结构示意图。如图3所示，该探头包括 法兰组件1、采样组件2、过滤组件3、堵头4、堵头垫圈5、内六角圆柱头螺钉6、航空插座7、 十字槽小盘头螺钉8、加热棒、热电阻、和探头。图4是图3中探头沿A-A的右视图。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，计算控制模块包括电流-电压转换单 元、信号处理单元、AD转换单元、中央处理单元和DA转换单元，其中，电流-电压转换单元 与第一采样探头和第二采样探头相连接，用于将第一电流信号和第二电流信号分别转换为 第一电压信号和第二电压信号；信号处理单元连接在电流-电压转换单元与AD转换单元之 间，用于将第一电压信号和第二电压信号进行放大和滤波，并经AD转换单元转换为数字信 号；中央处理单元与AD转换单元相连接，用于根据第一电压信号对应的数字信号计算得到 烟气中的氧浓度，并根据第一电压信号对应的数字信号与第二电压信号对应的数字信号的 差值计算得到烟气中的湿度，以及将氧浓度和湿度分别转化为电流信号(如4-20mA)并输出；DA转换单元连接在中央处理单元与第一采样探头和第二采样探头之间。更换任意探头湿度要重新校准，如果更换氧探头，测氧也需校准。通过计算控制单 元进行校准，获得和出厂时一致的湿度测量值和氧浓度测量值。在暂时无法得到高温标准水气情况下，可先通过湿度箱产生湿度，再由高温湿度 计TPI597对其准确测量，得到准确的量程气(80°C、85% )，湿度分压40. 3kPa，用高纯氮气 作为零点气。进行零点、量程校准后可依此方法验证线性点。更换探头以后可由空气中的湿度作为某一线性点和零点进行两点校准，得到与出 厂时一致的湿度测量值。其理论依据是由于探头测量的从零点(OkPa)到终点(40.3kPa) 采样信号和湿度呈理想线性关系，(0-40. 3) Ua对应的4-20mA也和湿度呈线性关系，而更 换探头以后斜线只会发生偏移和斜率改变。所以如果能准确得到中间任何一点的湿度分压 值，就可以通过调节截距和斜率来达到更换探头前后两条斜线的重合，即而恢复出厂测量 值。测氧探头更换后校准方法与湿度的校准方法一样。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，计算控制模块还包括液晶显示器，与中 央处理单元相连接，用于显示氧浓度和湿度；总线接口，用于将氧浓度和湿度输出到通信设 备。较佳的，上述测量湿度和氧的分析仪中，计算控制模块还包括输入单元(如输入 按钮)，与中央处理单元相连接，用于接收用户输入。图5是根据本实用新型一个实施例的测量湿度和氧的分析仪工作流程示意图。上述实施例中测氧和湿度的分析仪的技术指标如下湿度(0 40) Kpa ； 线性误差士 2 % FS ；零点漂移士2%FS. 7d ；量程漂移士2% FS. 7d ；重复性2%FS;氧(025)% ；线性误差士 1 % FS ；零点漂移士2%FS. 7d ；量程漂移士2% FS. 7d ；重复性2%FS;供电(220±10%)AVC 50/60Hz ；功率:50ff ；响应时间< 20s传感器工作温度(0 700) V ；主机工作环境(-20 50) 0C ；使用寿命≥1400d。本领域普通技术人员可以理解附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或 流程并不一定是实施本实用新型所必须的。本领域普通技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分 布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上 述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序 在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者 光盘等各种可以存储程序代码的介质。 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同 替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案 的精神和范围。
权利要求1.一种测量湿度和氧的分析仪，其特征在于，包括第一采样探头、第二采样探头、第 一广域比电流式传感器、第二广域比电流式传感器和计算控制模块，其中所述第一采样探头与所述第一广域比电流式传感器相连接，所述第一广域比电流式传 感器用于对所述第一采样探头采集的烟气进行分析，得到第一电流信号；所述第二采样探头与所述第二广域比电流式传感器相连接，所述第二广域比电流式传 感器用于对所述第二采样探头采集的烟气进行分析，得到第二电流信号；所述计算控制模块分别与所述第一广域比电流式传感器和所述第二广域比电流式传 感器相连接，用于对所述第一电流信号和所述第二电流信号进行处理得到所述烟气中的湿 度和氧含量。
2.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于，还包括 机箱，所述计算控制模块设置在所述机箱内。
3.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述机箱为壁挂式密闭机箱。
4.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述第一广域比电流式传感器和所述 第二广域比电流式传感器分别为博世氧传感器。
5.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述第一采样探头和所述第二采样探 头分别采用直插式、可反吹的结构。
6.根据权利要求5所述的分析仪，其特征在于，所述第一采样探头和所述第二采样探 头的内部分别设置有加热棒和热电阻。
7.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述计算控制模块包括电流-电压转 换单元、信号处理单元、AD转换单元、中央处理单元和DA转换单元，其中所述电流-电压转换单元与所述第一采样探头和所述第二采样探头相连接，用于将所 述第一电流信号和所述第二电流信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号；所述信号处理单元连接在所述电流-电压转换单元与所述AD转换单元之间，用于将所 述第一电压信号和所述第二电压信号进行放大和滤波，并经所述AD转换单元转换为数字 信号；所述中央处理单元与所述AD转换单元相连接，用于根据所述第一电压信号对应的数 字信号计算得到烟气中的氧浓度，并根据所述第一电压信号对应的数字信号与所述第二电 压信号对应的数字信号的差值计算得到烟气中的湿度，以及将所述氧浓度和所述湿度分别 转化为电流信号并输出；所述DA转换单元连接在所述中央处理单元与所述第一采样探头和所述第二采样探头 之间。
8.根据权利要求7所述的分析仪，其特征在于，所述计算控制模块还包括 液晶显示器，与所述中央处理单元相连接，用于显示所述氧浓度和所述湿度； 总线接口，用于将所述氧浓度和所述湿度输出到通信设备。
9.根据权利要求8所述的分析仪，其特征在于，所述计算控制模块还包括 输入单元，与所述中央处理单元相连接，用于接收用户输入。
专利摘要本实用新型公开了一种测量湿度和氧的分析仪，其包括第一采样探头、第二采样探头、第一广域比电流式传感器、第二广域比电流式传感器和计算控制模块，其中，第一采样探头与第一广域比电流式传感器相连接，第一广域比电流式传感器用于对第一采样探头采集的烟气进行分析，得到第一电流信号；第二采样探头与第二广域比电流式传感器相连接，第二广域比电流式传感器用于对第二采样探头采集的烟气进行分析，得到第二电流信号；计算控制模块分别与第一广域比电流式传感器和第二广域比电流式传感器相连接，用于对第一电流信号和第二电流信号进行处理得到烟气中的湿度和氧含量。
文档编号G01N27/60GK201852816SQ20102059116
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者曹慧琴, 项恩岩 申请人:北京航天益来电子科技有限公司