檢測(cè)至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的方法和裝置以及氣體監(jiān)控裝置的使用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種檢測(cè)氣體或氣體混合物(20)(尤其是空氣)中的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的方法，其中：a)所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的第一測(cè)量值(11)以預(yù)定方式被保存為所述第一測(cè)量值(11)，且接著b)所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)(10)因氣體屏蔽裝置(2)而保持遠(yuǎn)離傳感器(1)達(dá)預(yù)定時(shí)間段，因此由所述傳感器測(cè)量的所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度改變，c)在屏蔽所述傳感器(1)結(jié)束之前，由所述傳感器(1)檢測(cè)到的所述測(cè)量濃度的幅值和/或所述氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的改變方向被保存為第二測(cè)量值(12)，d)所述傳感器(1)接著再次暴露到具有所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的氣體(20)，同時(shí)e)基于所述第一測(cè)量值(11)與所述第二測(cè)量值(12)之差，通過(guò)計(jì)算器(30)測(cè)定所述氣體(20)中的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的實(shí)際濃度。本發(fā)明還涉及一種氣體監(jiān)控裝置和這種裝置的使用。
【專利說(shuō)明】檢測(cè)至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的方法和裝置以及氣體監(jiān)控裝置的使用
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求2012年6月28日提交的德國(guó)專利申請(qǐng)第10 2012 211 215.4號(hào)的優(yōu)先權(quán),其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。
[0003]發(fā)明背景
[0004]提供以下信息來(lái)幫助讀者理解下文公開的技術(shù)以及通?？墒褂眠@些技術(shù)的環(huán)境。本文使用的術(shù)語(yǔ)無(wú)意受限于任何特定的狹隘解釋，除非本文獻(xiàn)中另外明確闡釋。本文所述的參考可利于理解所述技術(shù)或其背景。本文闡釋的全部參考的公開內(nèi)容以引用方式并入。
[0005]本發(fā)明涉及用于檢測(cè)氣體中至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的方法和裝置以及氣體監(jiān)控或氣體測(cè)量裝置的使用。
[0006]用于氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(例如氨)的檢測(cè)器基本是常見(jiàn)的(CH 686981 A5，DE 3841622Al)。例如，電化學(xué)氨氣傳感器是基于氨的直接氧化原理或?qū)H值變化的測(cè)量。
[0007]已經(jīng)觀察到氨氣傳感器的性能減弱了即使在微小濃度下的長(zhǎng)期暴露。對(duì)于恒定氣體濃度來(lái)說(shuō)，氨氣傳感器的測(cè)量值在整個(gè)時(shí)間段趨向于零。這意謂即使氨存在于環(huán)境中也指示無(wú)氨環(huán)境。
[0008]因此，問(wèn)題是開發(fā)出允許隨時(shí)間檢測(cè)氣體濃度(例如周圍環(huán)境中的氨濃度)的穩(wěn)定測(cè)量的方法和裝置。
發(fā)明概要
[0009]舉例來(lái)說(shuō)，上述問(wèn)題通過(guò)具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的特征的方法解決。本文方法和傳感器提供了氣體或氣體混合物(舉例來(lái)說(shuō)，尤其是空氣)中的氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的測(cè)量。在這點(diǎn)上，用于檢測(cè)氣體中至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的方法包括:a)至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的第一測(cè)量值以預(yù)定方式被保存為第一測(cè)量值(參考值)。
[0010]b)至少一種目標(biāo)物質(zhì)因氣體屏蔽裝置而保持遠(yuǎn)離傳感器達(dá)一段時(shí)間，因此由傳感器測(cè)量的至少一種目標(biāo)物質(zhì)的所述濃度改變。目標(biāo)物質(zhì)可由過(guò)濾器連同氣體或者還選擇性地屏蔽。
[0011]c)在屏蔽傳感器結(jié)束之前，由傳感器檢測(cè)到的測(cè)量濃度的幅值和/或氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的改變方向被保存為第二測(cè)量值，d)傳感器接著再次暴露到具有至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的氣體。
[0012]e)基于第一測(cè)量值與第二測(cè)量值之差，通過(guò)計(jì)算器或處理器測(cè)定所氣體中的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的輸出濃度。
[0013]使用本文方法，可校準(zhǔn)傳感器使得觀測(cè)到的飽和效應(yīng)沒(méi)有負(fù)面結(jié)果。除了這個(gè)校準(zhǔn)之外，人員還可以用測(cè)試氣體在更大距離處實(shí)施校準(zhǔn)。術(shù)語(yǔ)氣體(或氣體混合物)還包括蒸汽(或蒸汽混合物)。
[0014]在一個(gè)有利實(shí)施方案中，氣體屏蔽裝置包括沖洗裝置或系統(tǒng)，用所述沖洗裝置或系統(tǒng)使用氣態(tài)沖洗介質(zhì)(舉例來(lái)說(shuō)，尤其是空氣)可進(jìn)行自動(dòng)或按要求沖洗傳感器。舉例來(lái)說(shuō)，使用者可在當(dāng)他覺(jué)察到測(cè)量值不再正確時(shí)按要求實(shí)施沖洗。在自動(dòng)控制的情況下，人員可設(shè)置沖洗持續(xù)時(shí)間和發(fā)生沖洗期間的定義時(shí)間間隔。
[0015]在有利實(shí)施方案的另一實(shí)例中，傳感器的沖洗是用來(lái)自加壓氣體瓶或氣體發(fā)生器的空氣進(jìn)行。舉例來(lái)說(shuō)，具有加壓氣體瓶的加壓空氣呼吸器由消防員常備攜帶，且因此組成消防員可用的沖洗氣體源。
[0016]替代地或此外，另一有利實(shí)施方案具有選擇性燃燒氣體的構(gòu)件、機(jī)械氣體屏障和/或過(guò)濾器裝置，目標(biāo)物質(zhì)因其而保持遠(yuǎn)離傳感器達(dá)預(yù)定時(shí)間段。
[0017]在方法的一個(gè)有利實(shí)施方案中，屏蔽氣體的時(shí)間多于傳感器的響應(yīng)時(shí)間(t9CI)的0.7倍且少于30分鐘。在另一有利實(shí)施方案中，用目標(biāo)物質(zhì)屏蔽氣體與傳感器每次介于10秒與5分鐘之間，尤其介于20秒與2分鐘之間或介于40秒與2分鐘之間。在另一有利實(shí)施方案中，氣態(tài)沖洗介質(zhì)沖洗是以1分鐘到24小時(shí)，尤其是每5分鐘到30分鐘的間隔時(shí)間進(jìn)行。
[0018]有利地，方法的實(shí)施方案可在當(dāng)氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)是含氮?dú)怏w(舉例來(lái)說(shuō)，尤其是氨、肼或胺)或含硫磺氣體(例如H2s、硫醇或噻吩)時(shí)使用。
[0019]在另一實(shí)施方案中，上述問(wèn)題還可由本文的裝置或傳感器來(lái)解決。在這點(diǎn)上，傳感器(舉例來(lái)說(shuō)，電化學(xué)傳感器)取決于氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度(即，上述測(cè)定的第一測(cè)量值)來(lái)輸出測(cè)量信號(hào)。氣體屏蔽裝置暫時(shí)屏蔽傳感器與氣體。計(jì)算器或處理器基于在屏蔽之前實(shí)施的濃度測(cè)量(第一測(cè)量值)或在屏蔽期間實(shí)施的另一濃度測(cè)量(第二測(cè)量值)來(lái)測(cè)定至少一種目標(biāo)物質(zhì)的輸出濃度。理論上，這種方法中可使用任何給定的傳感器。
[0020]在傳感器的一個(gè)有利實(shí)施方案中，氣體屏蔽裝置或系統(tǒng)包括用于沖洗介質(zhì)的沖洗裝置，其中沖洗介質(zhì)來(lái)自于貯存器和/或氣體發(fā)生器。舉例來(lái)說(shuō)，貯存器可以是加壓空氣貯存器、加壓或供應(yīng)空氣呼吸器和/或取得沖洗介質(zhì)的周圍環(huán)境。
[0021]替代地或此外，一個(gè)有利實(shí)施方案包括選擇性燃燒氣體的構(gòu)件、機(jī)械氣體屏障和/或過(guò)濾器裝置，氣體因其而保持遠(yuǎn)離傳感器達(dá)預(yù)定時(shí)間段。
[0022]對(duì)于傳感器有利的是具有實(shí)質(zhì)慣性或?qū)ο鄬?duì)濕度的改變相當(dāng)不敏感。這尤其有益，舉例來(lái)說(shuō)，因?yàn)樵S多電化學(xué)氨傳感器在相對(duì)濕度改變之后展示顯著瞬時(shí)現(xiàn)象。接著這個(gè)瞬時(shí)現(xiàn)象重疊到全部其它改變。這些改變包括本文正討論的濃度改變，舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)沖洗介質(zhì)(例如)具有不同于被測(cè)周圍環(huán)境的相對(duì)濕度時(shí)。這將尤其是當(dāng)沖洗氣體來(lái)自于加壓氣體瓶且因此十分干燥時(shí)的情況。
[0023]在傳感器測(cè)量原理的許多實(shí)施方案中，還有利的是基于氨的直接氧化原理或?qū)H值變化的測(cè)量。同樣已知后者，使得實(shí)施方案可與這個(gè)已知特征結(jié)合。
[0024]在本文另一方面，一種用傳感器檢測(cè)氣體中的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的方法包括:a)測(cè)量氣體中至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的第一測(cè)量值；b)隨后屏蔽至少一種目標(biāo)物質(zhì)與傳感器達(dá)預(yù)定時(shí)間段，因此由傳感器測(cè)量的至少一種目標(biāo)物質(zhì)的濃度改變，c)在屏蔽傳感器期間，測(cè)量至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的第二測(cè)量值，d)在停止屏蔽傳感器之后，使傳感器再次暴露到具有至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的氣體，和e)基于第一測(cè)量值與第二測(cè)量值之差，使用處理器測(cè)定至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的輸出濃度。
[0025]舉例來(lái)說(shuō)，屏蔽傳感器與至少一種目標(biāo)物質(zhì)可包括用氣態(tài)沖洗介質(zhì)沖洗傳感器。舉例來(lái)說(shuō)，氣態(tài)沖洗介質(zhì)可包括空氣。舉例來(lái)說(shuō)，沖洗傳感器可自動(dòng)或按要求開始。在許多實(shí)施方案中，沖洗傳感器是用來(lái)自加壓氣體瓶或來(lái)自氣體發(fā)生器的空氣進(jìn)行。
[0026]舉例來(lái)說(shuō)，屏蔽傳感器可包括選擇性燃燒氣體、使用保護(hù)電極、使用機(jī)械氣體屏障或使用過(guò)濾器裝置中的至少一種，至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)因其而保持遠(yuǎn)離傳感器達(dá)預(yù)定時(shí)間段。保護(hù)電極可意謂氣體屏蔽裝置可包括當(dāng)在適當(dāng)施加的電位下開始氧化過(guò)程時(shí)能夠用作為屏障的電極?；旧希@個(gè)保護(hù)電極能夠氧化NH3來(lái)避免NH3到達(dá)施加到“氣體屏蔽裝置”的NH3傳感器的感測(cè)電極。移除施加電位將容許氣體擴(kuò)散通過(guò)保護(hù)電極。在有利的實(shí)施方案中，這個(gè)保護(hù)電極實(shí)際上甚至可安裝在感測(cè)電極頂部的NH3傳感器自身中；替代方法可以是將這個(gè)保護(hù)電極安裝在獨(dú)立“氣體屏蔽裝置”中?？傊@個(gè)保護(hù)電極應(yīng)允許用除了已經(jīng)提及的氣體燃燒、機(jī)械屏障和/或過(guò)濾器裝置之外的替代方式來(lái)使目標(biāo)物質(zhì)保持遠(yuǎn)離傳感器。
[0027]在許多實(shí)施方案中，屏蔽氣體的時(shí)間多于傳感器的響應(yīng)時(shí)間(t9CI)長(zhǎng)度的0.7倍且少于30分鐘。舉例來(lái)說(shuō),屏蔽氣體可介于10秒與5分鐘之間。在許多實(shí)施方案中，屏蔽氣體持續(xù)介于20秒與2分鐘之間。舉例來(lái)說(shuō)，屏蔽氣體可以I分鐘到24小時(shí)的時(shí)間間隔進(jìn)行。在許多實(shí)施方案中，屏蔽氣體以5分鐘到30分鐘的時(shí)間間隔進(jìn)行。
[0028]舉例來(lái)說(shuō)，屏蔽可包括用氣態(tài)沖洗介質(zhì)沖洗。在許多實(shí)施方案中，氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)是含氮?dú)怏w。舉例來(lái)說(shuō)，氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)可以是氨、肼或胺或含硫磺物質(zhì)。
[0029]在另一方面，一種用于檢測(cè)氣體中的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度的裝置包括:(a)傳感器，其取決于至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的濃度來(lái)輸出測(cè)量信號(hào)，(b)氣體屏蔽系統(tǒng)，其用于暫時(shí)屏蔽傳感器與氣體，和(C)處理器，其取決于在屏蔽之前實(shí)施的濃度測(cè)量或在屏蔽期間實(shí)施的另一濃度測(cè)量來(lái)測(cè)定至少一種目標(biāo)物質(zhì)的輸出濃度。
[0030]舉例來(lái)說(shuō)，氣體屏蔽系統(tǒng)可包括沖洗裝置，其用于從貯存器輸送沖洗介質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，沖洗介質(zhì)可從加壓或供應(yīng)空氣呼吸器輸送或從周圍環(huán)境取得。在許多實(shí)施方案中，氣體屏蔽系統(tǒng)包括用于選擇性燃燒至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)的系統(tǒng)、機(jī)械氣體屏障和/或過(guò)濾器裝置，至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)因其而保持遠(yuǎn)離傳感器達(dá)預(yù)定時(shí)間段。
[0031]在許多實(shí)施方案中，傳感器的響應(yīng)展示對(duì)相對(duì)濕度的升高大致不敏感。在許多實(shí)施方案中，傳感器的測(cè)量原理是基于氨的直接氧化原理或?qū)H值變化的測(cè)量。
[0032]本文裝置的有利用途包括用于固定或便攜式氣體檢測(cè)系統(tǒng)中。
[0033]鑒于下文結(jié)合附圖和代表性實(shí)施方案作出的【具體實(shí)施方式】將最好地了解和理解本發(fā)明方法和裝置連同其屬性和附屬優(yōu)點(diǎn)。
[0034]附圖簡(jiǎn)述
[0035]圖1圖示了在沖洗之前氨氣傳感器的一個(gè)實(shí)施方案的基本圖。
[0036]圖2圖示了在用氣態(tài)沖洗介質(zhì)沖洗期間圖1的實(shí)施方案的基本圖；
[0037]圖3圖示了在用氣態(tài)沖洗介質(zhì)沖洗之后圖1的實(shí)施方案的基本圖；
[0038]圖4圖示了在沖洗下電流計(jì)NH3傳感器的第一濃度測(cè)量；
[0039]圖5圖示了在若干沖洗和NH3的濃度暴露下的第二次濃度測(cè)量
[0040]圖5A圖示了根據(jù)圖5的測(cè)量的沖洗細(xì)節(jié)；
[0041]圖6圖不了用機(jī)械氣體屏蔽的另一實(shí)施方案。
【具體實(shí)施方式】
[0042]將易于理解如本文附圖中大體描述和圖示，實(shí)施方案的組件可用除了所述示例性實(shí)施方案之外的多種不同構(gòu)造予以配置和設(shè)計(jì)。因此，如附圖中呈現(xiàn)，下文對(duì)示例性實(shí)施方案的更詳細(xì)描述無(wú)意限制實(shí)施方案的范圍，如要求，而是僅代表示例性實(shí)施方案。
[0043]本說(shuō)明書全文參考“一個(gè)實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”(或類似詞)意謂結(jié)合至少一個(gè)實(shí)施方案中包括的實(shí)施方案所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。因此，本說(shuō)明書中各個(gè)地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施方案中”或“在實(shí)施方案中”或類似短語(yǔ)不一定全指相同實(shí)施方案。
[0044]另外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可用任何合適方式結(jié)合。在下文描述中，提供了許多特定細(xì)節(jié)來(lái)全面理解實(shí)施方案。然而，熟悉相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到可在不需要一個(gè)或多個(gè)特定細(xì)節(jié)的情況下或用其它方法、組件、材料等實(shí)踐各個(gè)實(shí)施方案。在其它情況中，并未示出或詳細(xì)描述熟知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免混淆。
[0045]如本文使用且附屬權(quán)利要求中，單數(shù)形式“一一個(gè)(a/an) ”和“所述”包括復(fù)數(shù)個(gè)參考，除非上下文另外明確指示。因此，舉例來(lái)說(shuō)，參考“屏蔽系統(tǒng)”包括熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的多個(gè)這種屏蔽系統(tǒng)及其等效系統(tǒng)等，且參考“屏蔽系統(tǒng)”是參考熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的一個(gè)或多個(gè)這種屏蔽系統(tǒng)及其等效系統(tǒng)等。
[0046]圖1示意性圖示了傳感器1，用傳感器1可測(cè)量氣體(本文中是空氣20 (舉例來(lái)說(shuō)，周圍環(huán)境或外界空氣))的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)10的濃度。舉例來(lái)說(shuō)，這種裝置可以是便攜式或固定氣體檢測(cè)器的部分。
[0047]基本上，下文將不討論傳感器1的設(shè)計(jì)和功能原理；可使用能夠測(cè)量空氣20中氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)10的濃度的任何傳感器1。
[0048]本文描述的裝置的功能和本文描述的方法獨(dú)立于至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)10的類型。在下文中，我們應(yīng)舉實(shí)例涉及空氣中氣態(tài)氨(nh3)的濃度測(cè)量。還可由傳感器1用類似方式測(cè)量其它氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)10(優(yōu)選地包含氮)，例如肼、胺或含硫磺物質(zhì)。
[0049]圖1圖示了由傳感器1檢測(cè)的氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)10的濃度，且測(cè)量結(jié)果被轉(zhuǎn)送到計(jì)算系統(tǒng)或處理器30。舉例來(lái)說(shuō)，處理器30可以是微芯片，其安裝在手持式裝置或固定裝置中用于氣體監(jiān)控。
[0050]不久，至少一種氣體物質(zhì)10 (在這種情況中是氨)的實(shí)際濃度無(wú)法再被準(zhǔn)確測(cè)量，這是因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)生一種傳感器1飽和。舉例來(lái)說(shuō)，即使在空氣20中氨10的濃度已經(jīng)保持恒定，但由傳感器1測(cè)量的氨10濃度的測(cè)量值下降。
[0051]在實(shí)施沖洗之前，作為暫時(shí)屏蔽傳感器1的一個(gè)選項(xiàng)，在預(yù)定時(shí)間段(舉例來(lái)說(shuō)，在已經(jīng)消逝的某一時(shí)間段之后)，實(shí)施氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)10的濃度測(cè)量(即用飽和或至少部分飽和的傳感器1)。測(cè)量濃度被處理器30保存為第一測(cè)量值11。
[0052]圖2圖示了與圖1相同的構(gòu)造，但其中沖洗介質(zhì)3從沖洗裝置2傳送跨過(guò)傳感器1達(dá)某一時(shí)間。氣態(tài)沖洗的長(zhǎng)度處于傳感器1的正常響應(yīng)時(shí)間(t9CI)級(jí)，舉例來(lái)說(shuō)，2Xt9Q。對(duì)于t9(l = 45s來(lái)說(shuō)，這將是1.5分鐘的校準(zhǔn)時(shí)間。屏蔽(或本文是氣態(tài)沖洗)長(zhǎng)度的可行上界是30分鐘。
[0053]舉例來(lái)說(shuō)，沖洗介質(zhì)3可以是干凈的空氣，其以小型加壓容器或氣體檢測(cè)器自身中的氣體發(fā)生器的形式配置。，然而此外或替代地，干凈的空氣還可來(lái)自于加壓或供應(yīng)空氣呼吸器或跨管線被供應(yīng)到氣體檢測(cè)器。沖洗介質(zhì)3應(yīng)沒(méi)有被傳感器1測(cè)量到的目標(biāo)物質(zhì)10。
[0054]用沖洗介質(zhì)3沖洗傳感器I組成校準(zhǔn)。在結(jié)束沖洗傳感器I之前，由傳感器I檢測(cè)到的測(cè)量濃度的幅值和/或氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)10的濃度的改變方向被保存為第二測(cè)量值12。
[0055]在本發(fā)明情況中，基于沖洗獲得的第二測(cè)量值12將導(dǎo)致氨10的測(cè)量值下降。如果氨10的測(cè)量值已經(jīng)由于傳感器I的飽和效應(yīng)而下降到零，那么第二測(cè)量值12可為負(fù)(見(jiàn)圖4)。這個(gè)第二測(cè)量值12被處理器30保存且用作為用于計(jì)算氨10的實(shí)際本底濃度的測(cè)量值。第一測(cè)量值11與第二測(cè)量值12之差是傳感器I的偏離或錯(cuò)誤測(cè)量的估量。
[0056]圖3示出了方法的下一步驟，其中傳感器I再次暴露到具有氨10的空氣20。第二測(cè)量值12相對(duì)于第一測(cè)量值11的任何改變提供了傳感器I的偏離的估量。
[0057]圖4示出了用一個(gè)上述裝置的一個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行的第一濃度測(cè)量。對(duì)于第一個(gè)四小時(shí)，傳感器I暴露到純空氣。當(dāng)時(shí)間t = 4h，空氣20中濃度為25ppm的氨10突然被施加。這個(gè)測(cè)量的結(jié)果用來(lái)校準(zhǔn)傳感器I且提供了傳感器的敏感度信息(例如ΙΟΟηΑ/ppm NH3)。接著，這個(gè)敏感度之后被用來(lái)基于電流值實(shí)施全部進(jìn)一步濃度計(jì)算。電流計(jì)設(shè)計(jì)中的傳感器的主要任務(wù)始終是電流測(cè)量。
[0058]雖然之后氨濃度保持恒定在5ppm(t > 4h)，但在時(shí)間t = 18h時(shí)的測(cè)量值下降到幾乎Oppm。這可被稱為飽和效應(yīng)。
[0059]在18h之后，用沖洗介質(zhì)3以上述方式?jīng)_洗傳感器I。顯然，現(xiàn)在氨10的測(cè)量值成為負(fù)測(cè)量值，即_5ppm。這個(gè)值僅可相對(duì)于先前測(cè)量的Oppm飽和值才能理解。
[0060]根據(jù)圖1到圖3描述的實(shí)施方案，第一測(cè)量值11對(duì)應(yīng)于t = 4h時(shí)的測(cè)量值，即5ppm。t = 18h時(shí)的第二測(cè)量值12 (即，Oppm)對(duì)應(yīng)于下降_5ppm。第一測(cè)量值11與第二測(cè)量值12之差的幅值對(duì)應(yīng)于在沖洗之前呈現(xiàn)的實(shí)際NH3濃度，即5ppm。
[0061]圖5示出了第二測(cè)量系列，其中傳感器I暴露到具有1ppm氨濃度的空氣20。在這種情況中，1ppm的NH3濃度模擬了 NH3可行本底濃度且因25ppm NH3的氣體暴露而中斷且用干凈的空氣沖洗。25ppm NH3的氣體暴露和用空氣沖洗發(fā)生在測(cè)量系列的開始時(shí)且還會(huì)每12h發(fā)生一次。沿著y軸的測(cè)量值在本文中指示為nA，其中1ppm粗略對(duì)應(yīng)于ΙΟΟΟηΑ。
[0062]顯然，如同圖4中的測(cè)量，在大約24h之后傳感器I示出飽和效應(yīng)。氨濃度的測(cè)量值已經(jīng)從大約100nA下降到OnA(第一測(cè)量值11)。通過(guò)在12h時(shí)用干凈的空氣沖洗，通過(guò)針對(duì)干凈的空氣測(cè)量-1OOOnA的第二測(cè)量值12而建立傳感器I的新基線值(第二測(cè)量值12)。當(dāng)傳感器I再次暴露到具有氨10的空氣20時(shí)，測(cè)量值再次上升到OnA。第一測(cè)量值11 (大約OnA)與第二測(cè)量值(大約-1OOOnA)之差是傳感器I的偏離的估量。
[0063]之后多次重復(fù)過(guò)程。在50h內(nèi)，用新鮮空氣作為沖洗介質(zhì)實(shí)施四次沖洗且使用25ppm NH3實(shí)施四次驗(yàn)證。
[0064]圖5A呈現(xiàn)了電流測(cè)量曲線，其示出與y軸相同比例的圖5的小時(shí)間區(qū)段(25h和26.5h)。詳細(xì)呈現(xiàn)了圖5的實(shí)驗(yàn)系列的第二次沖洗過(guò)程中的事件。
[0065]在開始時(shí)(t = 25h到t = 25.1h)，即使周圍環(huán)境中存在1ppm的NH3(即，目標(biāo)物質(zhì))濃度，但測(cè)量到OnA電流。當(dāng)從傳感器I去除1ppm的NH3時(shí)(t = 25.1h)，測(cè)量電流下降到幾乎-1OOOnA,即，相當(dāng)于-1Oppm的NH3。當(dāng)目標(biāo)物質(zhì)以25ppm的濃度再次存在時(shí)(大約在t = 25.25h)，電流值上升到大約1500nA，對(duì)應(yīng)于15ppm。
[0066]通過(guò)提出的方法，測(cè)量值可被校正，即，在t = 25h到t = 25.1h之間的區(qū)域中是1ppm 的 NH3,在 t = 25.1h 到 t = 25.25h 的區(qū)域中是 Oppm,且在 t = 25.1h 到 t = 25.4h之間的區(qū)域中是25ppm。
[0067]圖5A還示出了再次在t = 25.4h到t = 25.6h的區(qū)域中取得的目標(biāo)物質(zhì)，因此開始有大約-ΙΟΟΟηΑ的電流。在t = 25.6時(shí)，目標(biāo)物質(zhì)的濃度再次被設(shè)置在lOppm，因此再次測(cè)量到OnA。經(jīng)過(guò)校正，值是Oppm和lOppm。
[0068]圖6以示意性方式圖示了氣體屏蔽裝置2，其中傳感器1可由一種蓋子而被屏蔽遠(yuǎn)離至少一種目標(biāo)物質(zhì)10。本文的蓋狀配置可通過(guò)按扣機(jī)構(gòu)鉸接在傳感器1上。在其它實(shí)施方案中，氣體屏蔽裝置2還可被推動(dòng)跨過(guò)傳感器1或類似于照相隔膜來(lái)設(shè)計(jì)。此外，機(jī)械屏蔽還可能具有目標(biāo)物質(zhì)10專用的過(guò)濾器。
[0069]參考符號(hào)列表
[0070]1 傳感器
[0071]2 沖洗裝置/氣體屏蔽裝置
[0072]3 沖洗介質(zhì)
[0073]10 氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)
[0074]11 第一測(cè)量值(在屏蔽/沖洗之前的測(cè)量值)
[0075]12 第二測(cè)量值
[0076]20 氣體或氣體混合物，尤其是空氣
[0077]30 計(jì)算器
[0078]前述描述和附圖闡述了目前的許多代表性實(shí)施方案。當(dāng)然，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將根據(jù)前述不脫離本文范圍(由以上權(quán)利要求而非由前述描述指明)的教導(dǎo)顯而易知各種修改、添加和替代設(shè)計(jì)。落入權(quán)利要求的意義和等效范圍內(nèi)的全部改變和變更將包括在其范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用傳感器(I)檢測(cè)氣體(20)或氣體混合物(尤其是空氣)中的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的方法，其中: a)所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的所述濃度的第一測(cè)量值(11)以預(yù)定方式被保存為所述第一測(cè)量值(11)，且接著 b)所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)(10)因氣體屏蔽裝置(2)而保持遠(yuǎn)離傳感器(I)達(dá)預(yù)定時(shí)間段，因此由所述傳感器(I)測(cè)量的所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)(10)的所述濃度改變， c)在屏蔽所述傳感器(I)結(jié)束之前，由所述傳感器(I)檢測(cè)到的所述測(cè)量濃度的幅值和/或所述氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的改變方向被保存為第二測(cè)量值(12)， d)所述傳感器(I)接著再次暴露到具有所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的氣體(20)，同時(shí) e)基于所述第一測(cè)量值(11)與所述第二測(cè)量值(12)之差，通過(guò)處理器(30)測(cè)定所述氣體(20)中的所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的實(shí)際濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氣體屏蔽裝置(2)具有沖洗裝置，用所述沖洗裝置使用氣態(tài)沖洗介質(zhì)(3)(尤其是空氣)進(jìn)行自動(dòng)或按要求沖洗所述傳感器(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述傳感器(I)的所述沖洗是用來(lái)自加壓氣體瓶和/或氣體發(fā)生器的空氣進(jìn)行。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述氣體屏蔽裝置(2)具有選擇性燃燒所述氣體(20)的構(gòu)件、保護(hù)電極、機(jī)械氣體屏障和/或過(guò)濾器裝置，所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)因其而保持遠(yuǎn)離所述傳感器(I)達(dá)預(yù)定時(shí)間段。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于屏蔽所述氣體(20)的時(shí)間多于所述傳感器的響應(yīng)時(shí)間(t9CI)長(zhǎng)度的0.7倍且少于30分鐘。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于用所述目標(biāo)物質(zhì)(10)，尤其是用沖洗屏蔽所述氣體(20)每次持續(xù)介于10秒與5分鐘之間，尤其介于20秒與2分鐘之間。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于用所述目標(biāo)物質(zhì)(10)屏蔽所述氣體(20)尤其在間隔時(shí)間為I分鐘到24小時(shí)，尤其是每5分鐘到30分鐘的沖洗下進(jìn)行。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)是含氮?dú)怏w，尤其是氨、肼或胺或含硫磺氣體。
9.一種用以下裝置檢測(cè)氣體(20)或氣體混合物(尤其是空氣)中的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的裝置: (a)傳感器(I)，尤其是電化學(xué)傳感器(I)，其取決于所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的測(cè)量濃度來(lái)輸出測(cè)量信號(hào)(2)，和 (b)氣體屏蔽裝置(3)，其用所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)暫時(shí)屏蔽所述傳感器(I)與所述氣體(20)，和 (c)處理器(30)，其取決于在結(jié)束所述屏蔽之前或結(jié)束時(shí)進(jìn)行的濃度測(cè)量來(lái)測(cè)定所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)(10)的實(shí)際濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述氣體屏蔽裝置(3)具有沖洗裝置，其用于來(lái)自貯存器的沖洗介質(zhì)(3)，尤其是來(lái)自加壓空氣呼吸器的沖洗介質(zhì)(3)和/或從周圍環(huán)境取得的沖洗介質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于所述氣體屏蔽裝置具有選擇性燃燒所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)的構(gòu)件、機(jī)械氣體屏障和/或過(guò)濾器裝置，所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)因其而保持遠(yuǎn)離所述傳感器達(dá)預(yù)定時(shí)間段。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述傳感器(I)對(duì)相對(duì)濕度的改變大致不敏感。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述傳感器(I)的測(cè)量原理是基于氨的直接氧化原理或?qū)H值變化的測(cè)量。
14.一種固定或便攜式氣體檢測(cè)系統(tǒng)中的根據(jù)權(quán)利要求9到13中一項(xiàng)所述的裝置的使用。
15.一種用傳感器(I)檢測(cè)氣體(20)中的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的方法，其包括: a)測(cè)量氣體(20)中所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的第一測(cè)量值(11)； b)隨后屏蔽所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)(10)與所述傳感器(I)達(dá)預(yù)定時(shí)間段，因此由所述傳感器(I)測(cè)量的所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)(10)的所述濃度改變， c)在屏蔽所述傳感器(I)期間，測(cè)量所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的第二測(cè)量值(12)， d)在停止屏蔽所述傳感器之后，使所述傳感器(I)再次暴露到具有所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的氣體(20)，和 e)基于所述第一測(cè)量值(11)與所述第二測(cè)量值(12)之差，使用處理器(30)測(cè)定所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的輸出濃度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中用所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)(10)屏蔽所述傳感器(I)包括用氣態(tài)沖洗介質(zhì)(3)沖洗所述傳感器(I)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述氣態(tài)沖洗介質(zhì)包括空氣。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中沖洗所述傳感器(I)自動(dòng)或按要求開始。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中沖洗所述傳感器(I)是用來(lái)自加壓氣體瓶或來(lái)自氣體發(fā)生器的空氣進(jìn)行。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中屏蔽所述傳感器(I)包括選擇性燃燒所述氣體(20)、使用保護(hù)電極、使用機(jī)械氣體屏障或使用過(guò)濾器裝置中的至少一種，所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)因其而保持遠(yuǎn)離所述傳感器⑴達(dá)預(yù)定時(shí)間段。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中屏蔽所述氣體(20)的時(shí)間多于所述傳感器的響應(yīng)時(shí)間(t9CI)長(zhǎng)度的0.7倍且少于30分鐘。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中屏蔽所述氣體(20)持續(xù)介于10秒與5分鐘之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中屏蔽所述氣體(20)持續(xù)介于20秒與2分鐘之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中屏蔽所述氣體(20)以I分鐘到24小時(shí)的間隔時(shí)間進(jìn)行。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中屏蔽所述氣體(20)以5分鐘到30分鐘的間隔時(shí)間進(jìn)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中屏蔽包括用氣態(tài)沖洗介質(zhì)(3)沖洗。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)是含氮?dú)怏w。
28.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)是氨、肼或胺或含硫磺物質(zhì)。
29.一種用于檢測(cè)氣體(20)中的至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度的裝置，其包括: (a)傳感器(I)，其取決于所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的濃度來(lái)輸出測(cè)量信號(hào)⑵， (b)氣體屏蔽系統(tǒng)(3)，其用于暫時(shí)屏蔽所述傳感器(I)與所述氣體(20)，和 (c)處理器(30)，其取決于在屏蔽之前實(shí)施的濃度測(cè)量或在所述屏蔽期間實(shí)施的另一濃度測(cè)量來(lái)測(cè)定所述至少一種目標(biāo)物質(zhì)(10)的輸出濃度。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述氣體屏蔽系統(tǒng)(3)包括沖洗裝置，其用于從貯存器輸送沖洗介質(zhì)(3)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述沖洗介質(zhì)(3)從加壓空氣呼吸器輸送或從周圍環(huán)境取得。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述氣體屏蔽系統(tǒng)包括用于選擇性燃燒所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)的系統(tǒng)、機(jī)械氣體屏障和/或過(guò)濾器裝置，所述至少一種氣態(tài)目標(biāo)物質(zhì)(10)因其而保持遠(yuǎn)離所述傳感器(I)達(dá)預(yù)定時(shí)間段。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述傳感器(I)的響應(yīng)展示對(duì)相對(duì)濕度的改變大致不敏感。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述傳感器(I)的測(cè)量原理是基于氨的直接氧化原理或?qū)H值變化的測(cè)量。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK104428668SQ201380034289
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】R·瓦拉茨, M·韋布 申請(qǐng)人:Msa奧爾有限責(zé)任公司
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