一种水下气体传感器校准设备及校准方法转让专利

申请号 : CN201710758435.6

文献号 : CN107607672B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 梁前勇董一飞

申请人 : 广州海洋地质调查局

摘要 :

本发明公开了一种水下气体传感器校准设备及校准方法,属于仪器校准技术领域,该水下气体传感器校准设备包括校准桶、传感器安装架和温控机,校准桶包括桶体和桶盖,桶体的内部设有校准室,桶体的顶部为开口端,桶体的侧壁在靠近开口端的部位设有第一循环口,桶体的侧壁在靠近桶体的底部的部位设有第二循环口,桶盖设置于桶体的开口端,桶盖上设有进气口和数据终端接口,校准室的底部设有溢气泡头,溢气泡头与进气口通过管道连通,传感器安装架设置于校准室内,第一循环口和第二循环口分别通过管道与温控机连通。其结构简单,使用方便。本校准方法其操作简单,效率快,精度高。

权利要求 :

1.一种水下气体传感器校准方法,其特征在于,采用水下气体传感器校准设备,所述水下气体传感器校准设备包括校准桶、传感器安装架和温控机,所述校准桶包括桶体和桶盖,所述桶体的内部设有校准室,所述桶体的顶部为开口端,所述桶体的侧壁在靠近所述开口端的部位设有第一循环口,所述桶体的侧壁在靠近所述桶体的底部的部位设有第二循环口,所述桶盖设置于所述桶体的开口端,所述桶盖上设有进气口和数据终端接口,所述进气口用于与标准气体瓶通过管道连通,所述数据终端接口用于与测试仪器连接,所述校准室的底部设有溢气泡头,所述溢气泡头与所述进气口通过管道连通,所述传感器安装架设置于所述校准室内,所述第一循环口和所述第二循环口分别通过管道与所述温控机连通;所述传感器安装架包括桁架、导轨件和悬挂件,所述导轨件的一端与所述桁架连接,另一端为自由端,所述悬挂件与所述导轨件可滑动连接,所述悬挂件的下端设有挂钩;所述桶盖上还设有安全阀;

所述桶盖上设有用于对校准室内的温度进行监测的温度计;

所述桶盖上还设有用于对校准室内的压力进行监测的压力表;

所述桶体的侧壁靠近桶体的底部位置设有排水口,所述排水口处设有阀门;

所述水下气体传感器校准设备还包括支撑架,所述支撑架的底部设有滚轮,所述桶体设置于所述支撑架上;

所述桶体的外侧壁设有至少两个用于吊装所述桶体的吊耳;

该方法包括以下步骤:

步骤一:准备五个装有不同浓度的甲烷的钢瓶,五个钢瓶分别编号为S1、S2、S3、S4和S5,五个钢瓶中的甲烷的浓度大小依次为:S1

步骤二:将待校准的气体传感器固定于传感器安装架上,并将传感器安装架设置于校准室内,然后将待校准的气体传感器通过数据终端接口与测试仪器连接好,向校准室内注入一定量的水,保证校准室内的气体传感器被水完全淹没;

步骤三:使用管道将编号为S1的钢瓶与桶盖上的进气口连通,调节温控机的设计温度值为3.31℃,打开S1的钢瓶上的阀门,使S1的钢瓶中的甲烷流入校准室内,利用温控机将校准室内的水从第二循环口抽出,然后从第一循环口回流至校准室内,以使气体充分溶解于水中,并且使水的温度达到3.31℃;

步骤四:当校准室内的水的温度达到3.31℃后,测定校准室顶部的气体浓度,当校准室的顶部的气体浓度与S1的钢瓶中的气体浓度相同时,调小S1的钢瓶上的减压阀,使甲烷缓慢流入校准室内;

步骤五:通过测试仪器控制校准室内的气体传感器测量校准室内的水中的甲烷的值,当所述水中的甲烷的值稳定后,记录气体传感器的测量值A1-1;

步骤六:利用气密进样针抽取一定量的校准室内与液体,利用吹扫捕集-气相色谱仪测定液体中甲烷的含量,得到液体中甲烷在水中的标准浓度C1-1;

步骤七:依次调节温控机的设计温度值为10.2℃、15.13℃、23.01℃和29.93℃,重复步骤三至步骤六的操作,分别得到气体传感器的测量值A1-2、A1-3、A1-4和A1-5,及甲烷在水中的标准浓度C1-2、C1-3、C1-4和C1-5;

步骤八:依次更换编号为S2、S3、S4和S5的钢瓶,更换钢瓶前,将校准室内的液体排空,重新注入一定量的水,保证校准室内的气体传感器被水完全淹没,重复步骤三至步骤七的操作,分别得到气体传感器的测量值A2-1、A2-2、A2-3、A2-4、A2-5,A3-1、A3-2、A3-3、A3-4、A3-5,A4-1、A4-2、A4-3、A4-4、A4-5,A5-1、A5-2、A5-3、A5-4和A5-5,及甲烷在水中的标准浓度C2-1、C2-2、C2-3、C2-4、C2-5,C3-1、C3-2、C3-3、C3-4、C3-5,C4-1、C4-2、C4-3、C4-4、C4-5,C5-1、C5-2、C5-3、C5-4和C5-5;

步骤九:对气体传感器测得的各测量值对应的标准值做散点图,得到测量值和标准值的线性方程Y=1.002X+0.059,其中,X为甲烷传感器所测的待测校准液体的甲烷浓度,Y为气相色谱仪测定的对应的待测校准液体的甲烷浓度;求解得到相关系数R2,若相关系数R2大于0.95,则说明气体传感器完好,反之,说明气体传感器存在问题,需要检修。

2.根据权利要求1所述的水下气体传感器校准方法,其特征在于,温控机的设计温度值为1-50℃。

说明书 :

一种水下气体传感器校准设备及校准方法

技术领域

[0001] 本发明涉及仪器校准技术领域,尤其涉及一种水下气体传感器校准设备及校准方法。

背景技术

[0002] 随着科技的不断发展,海水甲烷、二氧化碳、硫化氢等水下原位测量仪器的开发和使用受到越来越大的青睐,这类仪器在海洋科学的研究中的地位无可替代。由于目前相关水下气体传感器如甲烷传感器、二氧化碳传感器等是根据声学或光学原理制作而成,此类传感器在使用一段时间后,会形成一定的系统误差,需要对其进行校准。目前,这类水下气体测量传感器主要靠进口,受国外相关厂商对相关水下气体传感器校准方法及设备的垄断,国内尚没有这内水下气体传感器校准的设备及校准方法。将需要校准的气体传感器拿到国外进行校准,不仅周期长,而且费用较高。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种水下气体传感器校准设备,其能解决气体传感器校准的问题。
[0004] 本发明的另一个目的在于提供一种水下气体传感器校准方法,其操作简单,精度较高。
[0005] 本发明的目的采用以下技术方案实现:
[0006] 一种水下气体传感器校准设备,包括校准桶、传感器安装架和温控机,所述校准桶包括桶体和桶盖,所述桶体的内部设有校准室,所述桶体的顶部为开口端,所述桶体的侧壁在靠近所述开口端的部位设有第一循环口,所述桶体的侧壁在靠近所述桶体的底部的部位设有第二循环口,所述桶盖设置于所述桶体的开口端,所述桶盖上设有进气口和数据终端接口,所述进气口用于与标准气体瓶通过管道连通,所述数据终端接口用于与测试仪器连接,所述校准室的底部设有溢气泡头,所述溢气泡头与所述进气口通过管道连通,所述传感器安装架设置于所述校准室内,所述第一循环口和所述第二循环口分别通过管道与所述温控机连通。
[0007] 进一步的,所述传感器安装架包括桁架、导轨件和悬挂件,所述导轨件的一端与所述桁架连接,另一端为自由端,所述悬挂件与所述导轨件可滑动连接,所述悬挂件的下端设有挂钩。
[0008] 进一步的,所述桶盖上设有用于对校准室内的温度进行监测的温度计。
[0009] 进一步的,所述桶盖上还设有用于对校准室内的压力进行监测的压力表。
[0010] 进一步的,所述桶盖上还设有安全阀。
[0011] 进一步的,所述桶体的侧壁靠近桶体的底部位置设有排水口,所述排水口处设有阀门。
[0012] 进一步的,所述水下气体传感器校准设备还包括支撑架,所述支撑架的底部设有滚轮,所述桶体设置于所述支撑架上。
[0013] 进一步的,所述桶体的外侧壁设有至少两个用于吊装所述桶体的吊耳。
[0014] 一种水下气体传感器校准方法,采用上述所述的水下气体传感器校准设备,该方法包括以下步骤:
[0015] 步骤一:准备五个装有不同浓度的标准气体的钢瓶,五个钢瓶分别编号为S1、S2、S3、S4和S5,五个钢瓶中的标准气体的浓度大小依次为:S1
[0016] 步骤二:将待校准的气体传感器固定于传感器安装架上,并将传感器安装架设置于校准室内,然后将待校准的气体传感器通过数据终端接口与测试仪器连接好,向校准室内注入一定量的水,保证校准室内的气体传感器被水完全淹没;
[0017] 步骤三:使用管道将编号为S1的钢瓶与桶盖上的进气口连通,调节温控机的设计温度值为T1,打开S1的钢瓶上的阀门,使S1的钢瓶中的标准气体流入校准室内,利用温控机将校准室内的水从第二循环口抽出,然后从第一循环口回流至校准室内,以使气体充分溶解于水中,并且使水的温度达到T1;
[0018] 步骤四:当校准室内的水的温度达到T1后,测定校准室顶部的气体浓度,当校准室的顶部的气体浓度与S1的钢瓶中的气体浓度相同时,调小S1的钢瓶上的减压阀,使标准气体缓慢流入校准室内;
[0019] 步骤五:通过测试仪器控制校准室内的气体传感器测量校准室内的水中的标准气体的值,当所述水中的标准气体的值稳定后,记录气体传感器的测量值A1-1;
[0020] 步骤六:利用气密进样针抽取一定量的校准室内与液体,利用吹扫捕集-气相色谱仪测定液体中标准气体的含量,得到液体中标准气体在水中的标准浓度C1-1;
[0021] 步骤七:依次调节温控机的设计温度值为T2、T3、T4和T5,T1<T2<T3<T4<T5,重复步骤三至步骤六的操作,分别得到气体传感器的测量值A1-2、A1-3、A1-4和A1-5,及标准气体在水中的标准浓度C1-2、C1-3、C1-4和C1-5;
[0022] 步骤八:依次更换编号为S2、S3、S4和S5的钢瓶,更换钢瓶前,将校准室内的液体排空,重新注入一定量的水,保证校准室内的气体传感器被水完全淹没,重复步骤三至步骤七的操作,分别得到气体传感器的测量值A2-1、A2-2、A2-3、A2-4、A2-5,A3-1、A3-2、A3-3、A3-4、A3-5,A4-1、A4-2、A4-3、A4-4、A4-5,A5-1、A5-2、A5-3、A5-4和A5-5,及标准气体在水中的标准浓度C2-1、C2-2、C2-3、C2-4、C2-5,C3-1、C3-2、C3-3、C3-4、C3-5,C4-1、C4-2、C4-3、C4-
4、C4-5,C5-1、C5-2、C5-3、C5-4和C5-5;
[0023] 步骤九:对气体传感器测得的各测量值对应的标准值做散点图,得到测量值和标准值的线性方程,该线性方程即为待校准的气体传感器的校准曲线,根据所述校准曲线求解得到相关系数R2,若相关系数R2大于0.95,则说明气体传感器完好,反之,说明气体传感器存在问题,需要检修。
[0024] 进一步的,温控机的设计温度值为1-50℃。
[0025] 相比现有技术,本发明的有益效果在于:
[0026] 本发明实施方式提供的水下气体传感器校准设备,其结构简单,使用方便,温控机能够调节校准室内的液体的温度,温控机将校准室内的液体从第二循环口抽出,并从第一循环口回流至校准室内,以此往复循环以达到调节温度的目的,同时在液体循环过程中还能够使得气体最大限度的溶解到液体中,传感器安装架能够固定多种待测试的传感器,通用性较好。
[0027] 本发明实施方式提供的水下气体传感器校准方法,其操作简单,效率快,成本低,精度高,能够较准确的对气体传感器进行校准。

附图说明

[0028] 图1为本发明实施方式一的水下气体传感器校准设备的结构示意图;
[0029] 图2为校准桶的结构示意图;
[0030] 图3为校准桶的剖视图。
[0031] 图中:10-校准桶;11-桶体;111-校准室;112-第一循环口;113-第二循环口;114-排水口;115-吊耳;12-桶盖;121-进气口;122-数据终端接口;123-温度计;124-压力表;125-安全阀;13-传感器安装架;131-桁架;132-导轨件;133-悬挂件;134-挂钩;14-支撑架;
141-滚轮;15-溢气泡头;20-温控机;30-标准气体瓶。

具体实施方式

[0032] 下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述:
[0033] 实施方式一
[0034] 参考图1-3所示,本发明实施方式一提供了一种水下气体传感器校准设备,包括校准桶10、传感器安装架13和温控机20。
[0035] 校准桶10包括桶体11和桶盖12。
[0036] 桶体11为柱状结构,桶体11的横截面形状可以为圆形、椭圆形、正多边形或不规则的形状等,本实施方式中,桶体11的横截面形状为圆形。桶体11的内部为校准室111,桶体11的顶部为开口端,桶体11的侧壁在靠近开口端的部位设有第一循环口112,桶体11的侧壁在靠近桶体11的底部的部位设有第二循环口113,第一循环口112和第二循环口113处均可以设置快接接头,这样便于快速拆装,能够大大提高工作效率。
[0037] 桶体11的侧壁靠近桶体11的底部位置还可以设有排水口114,这样便于将桶体11内部的液体排除,排水口114处设有阀门。需要说明的是,排水口114也可以设置在桶体11的底部。
[0038] 桶体11的侧壁还可以设有吊耳115,这样方便对桶体11进行吊装,吊耳115的数量至少为两个,对称设置在桶体11的相对侧。
[0039] 需要说明的是,桶体11采用不锈钢材料制成。
[0040] 桶盖12设置在桶体11的开口端,桶盖12用于打开或封闭桶体11的开口端。
[0041] 桶盖12上设有进气口121,进气口121用于与标准气体瓶30通过管道连通,标准气体瓶30内的气体可以从进气口121通入到校准室111内。当然,所述进气口121除可开设于桶盖12外,也可以开设于桶体11上部的侧面。
[0042] 桶盖12上还设有数据终端接口122,数据终端接口122用于与测试仪器连接。本实施例的测试仪器可以是安装有待校准传感器的控制软件的电脑,或者是安装有待校准传感器的控制软件及具备数据处理能力的终端。
[0043] 桶盖12上还设有温度计123,温度计123能够对校准室111内的温度进行监测,以便于操作人员能够随时了解校准室111内的温度情况。
[0044] 桶盖12上还设有压力表124,压力表124能够对校准室111内的压力进行监测,以便于操作人员能够随时连接校准室111内的压力情况。
[0045] 桶盖12上还设有安全阀125,安全阀125起到保护的作用,当校准室111内的压力超过一定值时,校准室111内的气体能够通过安全阀125排除到外界,避免校准室111内压力过大造成事故。
[0046] 传感器安装架13为框架结构,其包括桁架131、导轨件132和悬挂件133。
[0047] 桁架131为铝型材拼接成的矩形框结构,导轨件132为型材结构,导轨件132的一端与桁架131连接,另一端为自由端,本实施方式中,导轨件132的数量为四根,四根导轨件132设置于桁架131的四角位置处,悬挂件133与导轨件132可滑动连接,这样便于调节悬挂件133的位置,悬挂件133的下端设有挂钩134,挂钩134用于挂住需要校准的气体传感器。
[0048] 传感器安装架13设置在校准室111内。
[0049] 校准室111的底部还可以设有溢气泡头15,溢气泡头15与进气口121通过管道连通,从进气口121流入的气体经过溢气泡头15流出到校准室111内,能够较好的溶解到校准室111内的液体中。
[0050] 温控机20能够对液体进行加热或制冷。第一循环口112和第二循环口113分别通过管道与温控机20连通,温控机20能够将校准室111内的液体从第二循环口113抽出,经过温控机20加热或制冷后从第一循环口112回流到校准室111内,以此往复循环,以使校准室111内的液体温度达到所需要的温度。在液体循环过程中,还能够促进气体溶解在液体中。
[0051] 水下气体传感器校准设备还包括支撑架14,桶体11设置在支撑架14上,支撑架14的底部设有滚轮141,这样便于移动设备。
[0052] 实施方式二
[0053] 本发明实施方式二提供了一种水下气体传感器校准方法,该方法采用实施方式一中的水下气体传感器校准设备进行校准,该方法包括以下步骤:
[0054] 步骤一:准备五个装有不同浓度的标准气体的钢瓶,五个钢瓶分别编号为S1、S2、S3、S4和S5,五个钢瓶中的标准气体的浓度大小依次为:S1
[0055] 步骤二:将待校准的气体传感器固定于传感器安装架13上,并将传感器安装架13设置于校准室111内,然后将待校准的气体传感器通过数据终端接口122与测试仪器连接好,向校准室111内注入一定量的水,保证校准室111内的气体传感器被水完全淹没。
[0056] 步骤三:使用管道将编号为S1的钢瓶与桶盖12上的进气口121连通,调节温控机20的设计温度值为T1,打开S1的钢瓶上的阀门,使S1的钢瓶中的标准气体流入校准室111内,利用温控机20将校准室111内的水从第二循环口113抽出,然后从第一循环口112回流至校准室111内,以使气体充分溶解于水中,并且使水的温度达到T1。
[0057] 步骤四:当校准室111内的水的温度达到T1后,测定校准室111顶部的气体浓度,当校准室111的顶部的气体浓度与S1的钢瓶中的气体浓度相同时,调小S1的钢瓶上的减压阀,使标准气体缓慢流入校准室111内;
[0058] 步骤五:通过测试仪器控制校准室111内的气体传感器测量校准室111内的水中的标准气体的值,当所述水中的标准气体的值稳定后,记录气体传感器的测量值A1-1。
[0059] 步骤六:利用气密进样针抽取一定量的校准室111内与液体,利用吹扫捕集-气相色谱仪测定液体中标准气体的含量,得到液体中标准气体在水中的标准浓度C1-1。
[0060] 步骤七:依次调节温控机20的设计温度值为T2、T3、T4和T5,T1<T2<T3<T4<T5,重复步骤三至步骤六的操作,分别得到气体传感器的测量值A1-2、A1-3、A1-4和A1-5,及标准气体在水中的标准浓度C1-2、C1-3、C1-4和C1-5。
[0061] 步骤八:依次更换编号为S2、S3、S4和S5的钢瓶,更换钢瓶前,将校准室111内的液体排空,重新注入一定量的水,保证校准室111内的气体传感器被水完全淹没,重复步骤三至步骤七的操作,分别得到气体传感器的测量值A2-1、A2-2、A2-3、A2-4、A2-5,A3-1、A3-2、A3-3、A3-4、A3-5,A4-1、A4-2、A4-3、A4-4、A4-5,A5-1、A5-2、A5-3、A5-4和A5-5,及标准气体在水中的标准浓度C2-1、C2-2、C2-3、C2-4、C2-5,C3-1、C3-2、C3-3、C3-4、C3-5,C4-1、C4-2、C4-3、C4-4、C4-5,C5-1、C5-2、C5-3、C5-4和C5-5。
[0062] 步骤九:对气体传感器测得的各测量值对应的标准值做散点图,得到测量值和标准值的线性方程,该线性方程即为待校准的气体传感器的校准曲线,根据校准曲线求解得到相关系数R2,若相关系数R2大于0.95,则说明气体传感器完好,反之,说明气体传感器存在问题,需要检修。
[0063] 需要说明的是,温控机20的设计温度值为1-50℃。
[0064] 还需要说明的是,钢瓶中的标准气体可以是甲烷、二氧化碳或硫化氢等。
[0065] 例如,采用甲烷作为标准气体,并对甲烷气体传感器进行校准,控制T1为3.31℃,T2为10.2℃,T3为15.13℃,T4为23.01℃,T5为29.93℃,分别得到甲烷气体传感器的测量值和甲烷气体在水中的标准值,对甲烷气体传感器测得的各测量值对应的标准值做散点图,得到测量值和标准值的线程方程为Y=1.002X+0.059,其中,X为甲烷传感器所测的待测校准液体的甲烷浓度,Y为气相色谱仪测定的对应的待测校准液体的甲烷浓度;求解得到相关系数R2为0.992,说明甲烷气体传感器完好。
[0066] 对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。