一种通用氧气体分析仪及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体分析装置，特别是指一种氧气体分析仪。
【背景技术】
[0002]电化学式氧传感器的工作原理是当被测气体氧分子通过透气膜即可在传感器内发生氧化-还原反应，当氧分子到达正极表面时，发生还原反应，同时负极发生氧化反应，化学反应过程如下:
[0003]阴极:02+2H20+4e-— 40H-
[0004]阳极:2Pb+40H-一 2Pb0+2H20+4e_
[0005]电池综合反应:02+2Pb — 2Pb0
[0006]阴极和阳极两个反应发生生成电流，电流大小相应地取决于氧气反应速度(法拉第定律)，可外接一只已知电阻来测量产生的电势差，这样就可以准确测量出氧气的浓度。电化学反应中，铅极参与到氧化反应中，使得这些电化学氧传感器具有一定的使用期限，一旦所有可利用的铅完全被氧化，电化学式氧传感器将停止运作。
[0007]微量氧气体分析仪采用微量的电化学式氧传感器，由于微量的电化学式氧传感器设计使用范围是微量或痕量氧气，因此化学反应速度快，在氧浓度很低时输出信号才具有较大的性噪比。但是也导致了微量的电化学式氧传感器在高浓度氧的环境中化学反应急剧加快，大大降低了电化学氧传感器的设计使用寿命，甚至导致电化学氧传感器直接失效。如常用微量氧气体分析仪的测量范围为O-1Oppm氧气浓度，而空气中氧气浓度约为206000ppm左右，超出该分析仪的设计使用范围20600倍。如果空气进入微量的电化学式氧传感器就极易导致氧传感器直接失效。
[0008]传统的微量氧气体分析仪在制造商出厂后运输过程、用户储存、用户使用等过程中，由于间隔时间较长，空气中的高浓度氧气会扩散到传感器中，导致传感器可能长期处于高浓度氧的空气环境中。另外，在使用现场，测量气体中氧气的浓度未知，有可能氧气的浓度会较高，或者在使用现场由于工艺条件变化导致氧气浓度升高，也会导致微量氧传感器接触到高浓度的氧气，会大大减少微量电化学氧传感器的寿命，甚至可能导致微量氧传感器直接失效。
[0009]常量氧传感器可以测量较高浓度的氧气，在高浓度氧气环境下工作寿命较长。但是测量低浓度氧时，信号值非常小，灵敏度极低，不能用于测量O-1Oppm浓度范围内的氧气测量。
[0010]中国专利公开了一种授权公开号为CN 202614720 U的双通道氧气分析仪，包括依次连接的氧气传感器、信号放大电路、数据采集电路及显示操作单元，还包括一组并列的氧气传感器和信号放大电路。该装置虽然实现了多点氧气测量的情况，可以一定程度上减少仪器使用成本，但是不能既可以用于高浓度氧气环境也可以用于低浓度氧气环境。
【发明内容】
[0011]本发明提出一种通用氧气体分析仪及其控制方法，既可以用于高浓度氧气环境，也可以用于低浓度氧气环境，同时延长了微量氧传感器的使用寿命。
[0012]本发明的技术方案是这样实现的:包括机箱及设置于机箱内的控制电路，机箱上开设有气体进口和气体出口，机箱内设置有管道。管道包括:用于与气体进口连通的第一微量气管；用于与气体出口连通的第二微量气管，第二微量气管与第一微量气管形成微量分析气路；用于与气体进口连通的第一常量气管；用于与气体出口连通的第二常量气管，第二常量气管与第一常量气管形成常量分析气路。控制电路包括:用于检测微量分析气路的氧气的微量氧传感器，微量氧传感器将第二微量气管与第一微量气管连通；用于检测常量分析气路的氧气的常量氧传感器，常量氧传感器将第二常量气管与第一常量气管连通；与微量氧传感器相连的第一数据处理电路，第一数据处理电路用于接收微量氧传感器的输出信号并进行处理；与常量氧传感器相连的第二数据处理电路，第二数据处理电路用于接收常量氧传感器的输出信号并进行处理；用于控制第一微量气管开关的第一电磁阀，第一电磁阀设置于第一微量气管上；用于控制第二微量气管开关的第二电磁阀，第二电磁阀设置于第二微量气管上；用于检测气体出口处的气体流量的流量计，流量计输出流量信号；微处理器，第一数据处理电路的输出端、第二数据处理电路的输出端和流量计的输出端均与微处理器相连，第一电磁阀和第二电磁阀均与微处理器相连，微处理器根据第一数据处理电路、第二数据处理电路和流量计的输入控制第一电磁阀和第二电磁阀的开闭；与微处理器相连的显示器；及与显示器相连的键盘。设置流量计，流量计检测到气体出口处流量较低时，关闭第一电磁阀和第二电磁阀，防止在使用过程中突然断气高浓度氧气进入到微量氧传感器中，对微量氧传感器进行保护。流量计检测到气体出口处流量处于正常情况下，进行正常工作，首先常量氧传感器检测常量分析气路的待测气体，当常量氧传感器检测到处于高浓度氧气环境下时，第一电磁阀和第二电磁阀关闭，微量氧传感器所在微量分析气路的气路关闭，高浓度氧气进入到常量氧传感器，通过常量氧传感器对所在环境氧气进行分析；当常量氧传感器检测到在低浓度氧气环境下时，第一电磁阀和第二电磁阀开启，微量氧传感器所在的微量分析气路打开，低浓度氧气进入到微量氧传感器，通过微量氧传感器对所在环境氧气进行分析。由于高浓度氧传感器对低浓度氧气反映不大，测量精度大大不如微量氧传感器，故低浓度氧气对常量氧传感器的消耗不大，不会有损耗，同时常量氧传感器也检测不了低浓度氧气，微量氧传感器的设置弥补了这一缺陷；同时，首先通过常量氧传感器进行检测，从而使得微量氧传感器只有在低浓度氧气环境下才使用，延长了微量氧传感器的使用寿命。
[0013]进一步的，所述第一常量气管上设置有第三阀门，第二常量气管上设置有第四阀门。在运输过程中，不需要检测分析氧气，因此为了保护常量氧传感器设置第三阀门和第四阀门，可以在使用时才打开常量检测气路，这样可以延长常量传感器的使用寿命。
[0014]进一步的，在气体进口处设置有用于第一微量气管和第一常量气管与气体进口相连的第一三通管，在气体出口处设置有用于第二微量气管和第二常量气管与气体进口相连的第二三通管。
[0015]再进一步的，所述流量计设置于第二三通管与气体出口之间。可以减少微量氧传感器和常量传感器之间的气路的接头数量，减小泄漏率，减小因泄漏对氧气浓度分析的影响。
[0016]再进一步的，所述第一微量气管、第一常量气管、第一三通管、第二微量气管、第二常量气管及第二三通管均为不锈钢管，第一微量气管和第一常量气管与气体进口通过第一三通管硬连接，第二微量气管和第二常量气管与气体进口通过第二三通管硬连接。仪器内部管道采用不锈钢管硬连接，泄漏率低。不但可以加快仪器的测量反应时间，而且还能使微量分析气路中氧气浓度不会增加
[0017]进一步的，第一数据处理电路及第二数据处理电路均包括放大器及与放大器相连的模数转换器。实现对采集数据的处理。
[0018]本发明还提供一种通用氧气体分析仪的控制方法，其特征在于，所述方法包括:
[0019]步骤1:流量计检测气体出口处的气体流量，得到流量信号；
[0020]步骤2:判断流量信号是否大于等于第一设定值，当流量信号大于等于第一设定值时，进行步骤3，当流量信号小于第一设定值时，进行步骤9 ;
[0021]步骤3:常量传感器检测常量分析气路的氧气，得到常量检测信号；
[0022]步骤4:判断常量检测信号是否小于等于第二设定值，当常量检测信号小于等于第二设定值时，进行步骤5，当常量检测信号大于第二设定值时，进行步骤9 ;
[0023]步骤5:发出启动第一电磁阀和第二电磁阀信号，第一电磁阀和第二电磁阀打开后，微量分析气路开通；
[0024]步骤6:延时等待；
[0025]步骤7:微量传感器检测微量分析气路的氧气，得到微量检测信号；
[0026]步骤8:判断微量检测信号是否大于第三设定值，当微量检测信号大于第三设定值时，进行步骤9，当微量检测信号小于等于第三设定值时，进行步骤10 ;
[0027]步骤9:发出关闭第一电磁阀和第二电磁阀信号，微量分析气路关闭；