(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210903306.2 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 地址 113122 辽宁省抚顺市沈抚示范区滨 河路11号 申请人 中国矿业大 学 （北京） (72)发明人 田富超　王金成　谭波　宋双林　 邵壮壮　郭岩　许亚洲　郭宝龙　 白洁琪　李世豪　 (74)专利代理 机构 沈阳易通专利事务所 21 116 专利代理师 邢慧清 (51)Int.Cl. G01N 21/33(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种紫外差分光谱气体传感器环境压力补 偿结构及方法 (57)摘要 本发明公开了一种紫外差分光谱气体传感 器环境压力补偿结构， 紫外差分光谱气体传感器 环境压力补偿结构， 包括密闭箱体、 紫外差分光 谱气体传感器、 数字压力传感器、 恒温控制器、 工 控机、 调压组件和限位隔板； 密闭箱体内部设有 调压组件及限位隔板， 所述调压组件包括活塞、 调节杆及驱动电机， 所述活塞的左侧连接有调节 杆， 调节杆的前端穿出密闭箱 体后与驱动电机相 连接， 活塞将密闭箱体内部分为调压气室及工作 气室。 本发 明同时公开了一种紫外差分光谱气体 传感器环 境压力补偿方法。 本发 明的补偿结构及 方法能够对不同环境压力条件下的气体浓度进 行补偿， 克服了由于环境压力条件变化导致测量 气体浓度不精确的缺陷， 为工业环 境气体浓度测 量提供理论基础。 权利要求书3页 说明书11页 附图3页 CN 115128027 A 2022.09.30 CN 115128027 A 1.一种紫外差分光谱气体传感器环境压力补偿结构， 其特征在于， 包括密闭箱体、 紫外 差分光谱气体传感器、 数字 压力传感器、 恒温控制器、 工控机、 调压组件和限位隔板； 所述密闭箱体为长方体结构， 所述密闭箱体内部设有调压组件及限位隔板， 所述调压 组件包括活塞、 调节杆及驱动电机， 所述活塞的左侧连接有调节杆， 调节杆的前端穿出密闭 箱体后与驱动电机相连接， 活塞将密闭箱体内部分为调压气室及工作气室， 活塞与密闭箱 体内壁面之间密封滑动连接， 且设置在限位隔板的左侧， 限位隔板用于限定活塞位移， 在工 作气室的上 方设有待测气体入口， 工作气室的右端设有 待测气体出口； 在所述工作气室内设有紫外差分光谱气体传感器、 数字压力传感器和恒温控制器， 所 述待测气体入口待测气体出口分别通过管路与紫外差分光谱气体传感器的气体吸收池连 接， 紫外差分光谱气体传感器用于检测气体浓度， 数字压力传感器用于测定工作气室内部 的实时压力， 恒温控制 器用于控制密闭箱体内温度恒定； 所述工控机安装在密闭箱体的外 部， 与驱动电机、 紫外差分光谱气体传感器、 数字压力传感器和恒温控制器分别连接， 紫外 差分光谱气体传感器检测的气体浓度值及数字压力传感器检测的实时压力值传递给工控 机， 通过工控机控制驱动电机驱动所述调节杆进而带动活塞在密闭箱体内移动， 以及通过 工控机控制恒温控制器工作。 2.如权利要求1所述的一种紫外差分光谱气体传感器环境压力补偿结构， 其特征在于， 所述紫外差分光谱气体传感器为H2S气体传感器或NH3气体传感器。 3.如权利要求1所述的一种紫外差分光谱气体传感器环境压力补偿结构， 其特征在于， 所述限位隔板设置2个， 对称固定在 密闭箱体内壁上。 4.如权利要求1所述的一种紫外差分光谱气体传感器环境压力补偿结构， 其特征在于， 所述调节杆与密闭箱体之间密封连接 。 5.一种紫外差分光谱气体传感器环境压力补偿方法， 采用权利要求1 ‑4中任意一项所 述的紫外 差分光谱气体传感器环境压力补偿结构实现， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 采用上述紫外差分光谱气体传感器环境压力补偿结构， 向密闭箱体内通入不同 浓度的气体， 测得在不同压力ph条件下得到的气体浓度值Cb； 步骤2、 基于步骤1得到的压力补偿前不同浓度的气体在不同压力ph条件下的气体浓度 值Cb与参考标准浓度值的比值k， 建立比值k与气压差值参量Δp的关系公式模型， 通过线性 拟合的方法对公式模型相关参数进行确定， 拟合公式为： K＝a+b*x+c *x2+d*x3+e*x4+f*x5                            (2) 式中K为气压补偿系数； a、 b、 c、 d、 e、 f分别为拟合 参数； x为气压 差值参量Δp， kPa； 步骤3、 计算 不同压力ph条件下气压补偿后的气体浓度值Ca； 步骤4、 建立环境压力变化引起的测量气体浓度误差 △V模型； 步骤5、 将气体浓度误差值 △V与气体浓度的最大允许误差W进行比较， 如果 △V≤W， 完 成迭代； 如果 △V＞W， 则通过公式(5)计算得到 Ca'， Ca'＝Ca/K                        (5) 通过公式(6)计算得到 △V'， △V'＝Ca'‑C0                          (6) 重新判断 △V'与W的大小关系， 直到满足 △V'≤W为止完成迭代， 否则重 复公式(5)和公 式(6)的计算。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115128027 A 26.如权利要求5所述的一种紫外差分光谱气体传感器环境压力补偿方法， 其特征在于， 具体包括以下步骤： 步骤1、 采用上述紫外差分光谱气体传感器环境压力补偿结构， 向密闭箱体内的紫外差 分光谱气体传感器 通入不同浓度的气体， 测得在不同压力ph条件下得到的气体浓度值Cb， 具 体实现步骤 包括步骤101和步骤102： 步骤101、 工控机控制恒温控制器工作， 使密闭箱体的达到环境温度t并恒定， 恒温控制 器保证密闭箱体环境温度变化非常小， 可以忽略其对压力的影响； 步骤102、 由密闭箱体的待测气体入口向紫外差分光谱气体传感器依次通入预设不同 浓度的气体， 经过紫外差分光谱气体传感器检测完毕后 从待测气体出 口排出， 每次通入气 体时， 当紫外差分光谱气体传感器测得 的气体浓度值达到稳定的气体浓度值时， 保持气体 持续输入， 分别通过改变工作气室的内部压力， 模拟环境压力的变化， 达到预设压力值时， 通过紫外差分光谱气体传感器测定气体浓度达到稳定值， 并传递给工控机输出， 最终得到 压力补偿前不同浓度的气体在不同压力ph条件下的气体浓度值Cb； 步骤2、 基于步骤1得到的压力补偿前不同浓度的气体在不同压力ph条件下的气体浓度 值， 建立气体浓度与检测环境气压的关系公式模型， 通过线性拟合的方法对公式模型相关 参数进行确定， 具体实现步骤 包括步骤201～步骤20 3： 步骤201、 定义气压 差值参量Δp， 其表达式为： Δp＝ph‑p0                             (1) 式中， ph为不同压力条件的气压值， kPa； p0为紫外差分光谱气体传感器标定时 的环境压 力值， kPa； 步骤202、 选取紫外差分光谱气体传感器满 量程50％的预设通入的气体浓度值C0作为参 考标准浓度值， 计算在该参考标准浓度值时， 各个气压差值参量Δp下紫外差分光谱气 体传 感器在不同压力ph条件下测定气体浓度值Cb与参考标准浓度值的比值k， 然后采用5阶多项 式拟合出比值 k和气压差值参量Δp的变化关系， 拟合公式为： K＝a+ b*x +c*x2+d*x3+e*x4+f*x5                            (2) 式中K为气压补偿系数； a、 b、 c、 d、 e、 f分别为拟合 参数； x为气压 差值参量Δp， kPa； 步骤203、 将公式(1)得到的各个Δp作为x代入公式(2)中， 可以得到拟合后对应各个气 压差值参量Δp的气压补偿系数值 k'； 步骤3、 通过公式(3)计算 不同压力ph条件下气压补偿后的气体浓度值Ca， Ca＝Cb/k'                           (3) 式中， Cb为压力补偿前不同浓度的气体在不同压力ph条件下的气体浓度值， ppm； k'为拟 合后对应各个气压 差值参量Δp的气压补偿系数值； 步骤4、 建立环境压力变化引起的测量气体浓度误差模型如下： ΔV＝Ca‑C0                          (4) 式(4)中： ΔV为气体浓度误差值， p pm， C0为预设通入的气体浓度值， p pm； 步骤5、 将气体浓度误差值ΔV与气体浓度的最大允许误差W进行比较， 如果 △V≤W， 完 成迭代； 如果 △V＞W， 则通过公式(5)计算得到 Ca'， Ca'＝Ca/K                        (5) 通过公式(6)计算得到 △V'，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115128027 A 3