[發明專利]高壓環境下恒電位電化學氣體傳感器的校準方法

有效

• 申請號: 201410146034.1
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103884750A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 閆碩;陳杰;方以群;魯剛;李丹;黃新宇;姚健
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍醫學研究所
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及氣體檢測技術領域，尤其涉及一種高壓環境下恒電位電化學氣體傳感器的校準方法。

背景技術

在隧道、高壓氧艙、潛水加壓艙、失事潛艇等高氣壓環境中，監測環境中各氣體組分的濃度，如氧、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等，直接關系到在該環境下作業的人的生命安全。

電化學氣體傳感器依據化學能和電能相互轉換原理，能夠檢測多種氣體的成分濃度，例如氧氣、一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、三氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等。恒電位電化學氣體傳感器將工作電極控制在某一指定電位，當被測氣體通過電極時，在該指定電位下進行氧化或還原反應，產生的信號電流與氣體成分濃度成正比，故是一種常用的氣體成分濃度測量裝置。目前常見的用于混合氣體成分濃度檢測的恒電位電化學氣體傳感器都是在常壓下操作使用的，研究表明，環境靜壓力的升高會導致恒電位電化學氣體傳感器的響應增大、零點漂移。

有鑒于此，實有必要提供一種校準方法，以實現高壓環境下恒電位電化學氣體傳感器的校準。

本領域中，恒電位電化學氣體傳感器的校準是指氣體成分濃度與電解電流的響應曲線的較準。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種校準方法，以實現高壓環境下恒電位電化學氣體傳感器的校準。

為解決上述問題，本發明提供一種高壓環境下恒電位電化學氣體傳感器的校準方法，包括：

在同一熱力學溫度下，獲取傳感器對特定氣體的一系列氣體成分濃度對應輸出的電解電流，得到不同高壓環境壓強P1、P2……Pn下的響應曲線I=f1（C）、I=f2（C）……I=fn（C），其中，P1、P2……Pn為固定值且依次遞增，C為氣體成分濃度，I為電解電流；

高壓環境壓強固定時，I=f（C）=Ka·D·C，其中Ka為常數，D為擴散系數且在高壓環境壓強為固定值時也為常數，對不同高壓環境壓強對應的響應曲線系數擬合Ka·D，得到響應曲線系數中的擴散系數在固定溫度下隨環境壓強變化的規律Ka·D=g（P），其中P為環境壓強，根據I=Ka·D·C=g（P）·C，即可得到該恒電位電化學傳感器在[P1，Pn]區間內任一壓強下的響應曲線，即達到了對該傳感器在高壓下進行校準的目的。

可選地，所述校準方法采用耐壓腔體實現，所述耐壓腔體具有艙體、進氣閥、排氣閥、氣體采樣口、電連接件和溫壓一體傳感器。

可選地，獲取不同環境壓強P1、P2……Pn下的響應曲線I=f1（C）、I=f2（C）……I=fn（C）的方法為：

向耐壓腔體內充入氣體成分濃度已知為C1的標準氣體，使腔內環境壓強為Px，x=1，2……n，測量耐壓腔體內的熱力學溫度為固定值時所述恒電位電化學氣體傳感器所輸出的電解電流I1；

向耐壓腔體內充入氣體成分濃度已知為C2、C3……Cm的標準氣體，使腔內環境壓強仍為Px，x=1，2……n，測量耐壓腔體內的溫度為固定值時所述恒電位電化學氣體傳感器輸出的電解電流I2、I3……Im，m≥3；

根據已知氣體成分的濃度C1、C2……Cm，以及上述各自濃度C1、C2……Cm下恒電位電化學氣體傳感器所輸出的電解電流I1、I2……Im，進行線性擬合，獲得該熱力學溫度固定值對應的I=fx（C）；

x遍歷1，2……n，即可獲得同一熱力學溫度，高壓環境壓強P1對應的I=f1（C）、高壓環境壓強P2對應的I=f2（C）……高壓環境壓強Pn對應的I=fn（C）。

可選地，氣體成分濃度C1的供氣源為所述特定氣體的零點氣。

可選地，獲取不同環境壓強P1、P2……Pn下的響應曲線I=f1（C）、I=f2（C）……I=fn（C）的方法為：

向耐壓腔體內充入氣體成分濃度已知為C1的標準氣體，使腔內環境壓強為Px，x=1，2……n，測量耐壓腔體內的熱力學溫度為固定值時所述恒電位電化學氣體傳感器所輸出的電解電流I1；

向所述氣體成分濃度為C1的耐壓腔體內充入氣體成分濃度已知為C’的標準氣體，使耐壓腔體內壓力達到Ps，在熱力學溫度不變的前提下，通過C2=C’+(C1-C’)·Px/Ps，計算獲得耐壓腔體內的氣體成分濃度C2；對所述耐壓腔體排氣，使耐壓腔體內壓力下降至Px，此時耐壓腔體內氣體成分濃度仍為C2，測量耐壓腔體內的溫度為固定值時所述恒電位電化學氣體傳感器所輸出的電解電流I2；

……