一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器的制造方法
【专利摘要】一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器属于安全防护领域。它并没有采用经典的活性炭等滤除硫、硅干扰气体，而是利用常规气体传感器对硫、硅等干扰气体的吸附、中毒特性以及对高湿度响应的差别，对数种不同工作机制气体传感器进行专门的并行复合。所述的并行复合气体传感器单元至少包括一种中毒老化信号为正斜率特性的气体传感器和一种中毒老化信号为负斜率特性的气体传感器，并且使用单片计算机软、硬件进行故障自诊断、信号调理、修正和补偿，构成一种高可靠、高性能的气体报警器。可应用在化工、炼油、石油井、煤矿、气体制造、冶金工业、工矿开采、大气污染检测、农业、医疗卫生等领域。
【专利说明】一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器，特别涉及一种利用热传导式气体传感器、半导体式气体传感器、电位电解式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、红外吸收式气体传感器等数种不同工作机制的多个气体传感器并行复合，再配合单片机软、硬件构成的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器，属于安全防护领域。该装置体积小，对可燃性气体具有优良选择性、快响应、耐高湿、抗污染特性佳的高可靠可燃气体报警器、投资成本和运行成本低廉。它不仅能够消除由于被测气体中的高湿度给可燃气体检测带来的误差，而且还能够修正、补偿由于被测气体中的硫、硅蒸汽(例如，硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷等)导致催化剂中毒、灵敏度特性的下降，避免发生误报现象。因此可以应用在各种化工厂、炼油厂、石油井、煤矿、气体制造厂、冶金工业、工矿开采、大气污染检测、农业、医疗卫生等领域以及移动装置(例如:汽车、火车、轮船、飞机、火箭等)等部门的工艺装置、储运设施、可燃性气体扩散与聚集场所、天然气传送管道、容器、石油传送管道等的可燃、有害气体的检漏和报警。
【背景技术】
[0002]众所共知，目前国内、外的很多国家安全防护和环保管理机构已经对化工厂、气体燃料加工和传送运输企业、石油化工企业等在工艺装置、储运设施、可燃气体和/或有毒气体扩散与聚集场所等分别对检测点的位置、距离、风向和数量上提出要求；并且对有毒有害气体检测报警系统的构成和技术指标、检测器的选用、检测器的采样方式、指示报警器或报警器的基本功能和选用、报警值的设定和报警误差、检测报警仪的安装等也有了详细的规定，但是真正能够完全符合所述规定特性的可燃气体和/或有毒气体报警器商品却少得可怜。特别是在抗干扰气体(国内、外很多人称作杂气或噪声气体)方面，绝大多数气体报警器不尽人意。
[0003]具体表现在目前商品化的催化燃烧式气体传感器、半导体陶瓷式气体传感器等抗击硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体的能力脆弱，对于某些工业部门种类繁多的杂气，防不胜防；尤其是近年来，很多行业的材料和工艺都进行了改进和创新，就连建筑材料都发生了较大的变化:例如油灰也开始大量使用硅油，硅橡胶也进入了百姓生活，因而硅材料产品几乎到处可见。实验表明，硅材料，特别是有机硅的聚合度比较低、易挥发，给气体传感器带来致命的伤害，导致气体传感器灵敏度下降，老化加剧，可靠性丧失。
[0004]此外，硫化氢、二氧化硫等也给气体传感器带来巨大伤害。由于被测气体中存在硫化氢、二氧化硫，气体传感器的检测准确度、灵敏度和长期稳定度将很快发生大幅度下降:对于应检测气体，其灵敏度下降，而对于勿需检测的气体(硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体)，其灵敏度反而增大，所谓“敏化效应”，因而误报警的概率大大地增力口。例如:氧化锡半导体陶瓷式气体传感器当作为甲烷敏感器使用时，由于上述干扰气体的附着，使得它对需要检测的气体——甲烷的灵敏度下降，而对勿需检测的气体——乙醇的灵敏度却增大，有时甚至对于乙醇的灵敏度高于对甲烷的灵敏度。另外，对于催化燃烧式气体传感器而言，由于上述硅成分的附着，使得它对烷类灵敏度将急剧下降，有时甚至丧失对烷类的敏感性。上述现象即所谓的“中毒”现象，它严重地影响了气体报警器应用的可靠性。更严重的“中毒”现象是检测信号的巨大漂移，虽然气体报警探头提供的信号电平和可燃气体浓度的指示值还远远低于爆炸下限值，可是实际上可燃气体浓度已经达到或超过可燃气体爆炸下限浓度值。这种误报给人类的生命财产带来多么大的危险啊。
[0005]下面让我们回顾一下业已商品化的可燃、有毒气体报警器之现状。众所共知，热传导式气体传感器和半导体式气体传感器都是属于快响应的广谱气体传感器门类。其中，利用混合气体的总导热系数随着被检测气体含量的多寡而改变的原理工作的热传导式气体传感器特点是:
[0006](I)检测气体范围最宽。不仅可检测天然气、液化气、煤气、烷类等可燃性气体以及汽油、醇、酮、苯等有机溶剂蒸汽，而且还能够检测二氧化碳、四氯化碳、氟里昂等非可燃气体。
[0007](2)可检测气体浓度的范围广，为O — 100%V0L。
[0008](3)其通电的寿命长，通常为5?6年。
[0009](4)具有良好的重复性。
[0010](5)不存在催化剂中毒问题。
[0011]其缺点是选择性最差。而半导体式气体传感器的优点如下:
[0012](I)灵敏度高，特别是对低浓度可燃性气体、有毒、有害气体灵敏度高。
[0013](2)响应速度快。
[0014](3)成本低，功耗低，通常为500mW。
[0015](4)其通电的寿命长，通常为4?5年。
[0016]( 5 )其输出电压信号大，可以直接驱动蜂鸣器或继电器。
[0017]其缺点如下:
[0018](I)由于半导体式气体传感器的选择性(交叉灵敏度)差，甚至对水蒸汽都敏感。
[0019](2)对较高浓度可燃性气体、有毒、有害气体灵敏度较低，出现饱和现象，因此不适宜作为中高或高浓度可燃性气体、有毒、有害气体报警器使用。
[0020](3)重复性(或称作再现性)欠佳。
[0021](4)输出电压信号与被测气体浓度的函数关系复杂，不适宜高精度检测使用。
[0022](5)对某些气体，例如有机硅、硫化物等存在催化剂中毒问题。
[0023]催化燃烧式气体传感器的优点如下:
[0024](I)传感器的应用面广、体积小，催化燃烧式气体传感器的输出电压信号与被测气体浓度的函数关系呈线性，因此分辨率高。
[0025](2)稳定性好，重复性(或称作再现性)佳，检测精度高。
[0026](3)灵敏度几乎不受湿度的影响。
[0027](4)结构简单、选择性较好。
[0028]其缺点如下:
[0029]( I)选择性优于半导体式传感器，可是在其可燃性气体敏感范围内，选择性欠佳，特别是对在不完全燃烧中产生的一氧化碳检测精度不佳；
[0030](2)功耗大；
[0031](3)大部分有机蒸汽都可以使其产生中毒现象。
[0032](4)通电的寿命较短，寿命通常为I?2年。
[0033]红外吸收式气体传感器作为一种快速、准确的气体分析装置。在2008年以前其体积都比较大，但是近些年，随着以MEMS技术为基础的红外线气体传感器工业的发展，红外线气体传感器的体积已经由数百mm长度，数kg重的装置，减小到拇指大小。它的优点是:
[0034](I)红外吸收式气体传感器是利用被测气体对于特定波长的红外光之吸收特性(Lambert-Beer定律)进行检测的，因此根据吸收红外光之波长，就可以准确地判定检测被测气体的种类，显然选择性好，分辨率高。
[0035](2)红外吸收式气体传感器是利用被测气体对于特定波长的红外光之吸收强度判定检测被测气体的浓度，显然灵敏度高，检测精度高。
[0036](3)重复性(或称作再现性)好。
[0037](4)稳定性好,使用寿命长。
[0038](5)在概念上适合检测的气体多，性价比高，但是受材料和结构限制，每台红外吸收式气体传感器可检测的气体种类较少。
[0039](6)没有催化剂中毒问题，受环境干扰因素较小。
[0040](7)维护成本低。
[0041]其缺点如下:
[0042](I)红外吸收式气体传感器为了保证读数呈线性关系，当被测气体组分浓度大时，分析器的测量气室较短，最短的为0.3mm;当浓度低时，测量气室较长，最长的为> 200mm。不同的气体组分经吸收后，剩余的光能必须采用不同规格的红外检测器检测。因此产品的规格较多，不能一机多用。
[0043](2)功耗大；
[0044](3)技术壁垒高，价格不菲，基本为千元左右。
[0045]恒电位电解式电化学传感器是将被测气体在特定电场下电离，然后根据流经的电解电流检测被气体的浓度。这种传感器灵敏度高，改变电位可选择的检洌气体，大多数用于对毒性气体的检测。恒电位电解式电化学传感器的主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性。不足之处是寿命较短，通常为2年左右。
[0046]催化燃烧式气体传感器的优点如下:
[0047](I)体积小，催化燃烧式气体传感器的输出电压信号与被测气体浓度的函数关系呈线性，因此检测精度较高。
[0048](2)稳定性好，重复性(或称作再现性)佳。
[0049](3)检测精度较高，灵敏度几乎不受湿度的影响。
[0050](4)结构简单、选择性较好。
[0051]其缺点如下:
[0052]( I)选择性优于半导体式传感器，可是在对可燃性气体敏感范围内，选择性欠佳，特别是对不完全燃烧气体中的一氧化碳选择性欠佳；
[0053](2)功耗较大；
[0054](3)大部分有机蒸汽都可以使其产生中毒现象。
[0055](4)通电的寿命较短，寿命通常为I?2年，最长也仅5年。
[0056]综上所述，采用热传导式气体传感器、半导体式气体传感器、催化燃烧式气体传感器的气体报警器依靠着价格优势现在占据大部分低端市场，而使用电化学传感器、红外吸收式气体传感器的气体报警器，在精度要求高的低浓度毒性气体、有机蒸汽、酒精气体、氧气监测领域综合优势突出。换言之，目前单纯采用热传导式气体传感器、半导体式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、电化学传感器、红外吸收式气体传感器的可燃气体和/或有毒气体报警器各有千秋，但它们都不能完全满足各种行业的使用要求。
[0057]因此，人们迫切地需要一种适宜大多数行业使用的，特别能够适宜工厂、矿山、储运部门的工艺装置、储运设施、可燃气体和/或有毒气体扩散与聚集场所使用的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器。它不仅能够清除由于被测气体中的高湿度给可燃、有害气体检测带来的误差，而且还能够修正、补偿由于被测气体中的硫、硅蒸汽等导致催化剂中毒、灵敏度特性的下降，避免误报或大幅度地降低误报发生几率，延长使用寿命。
[0058]椐技术查新可知，现有技术也有利用多种气体传感器的组合制造气体报警器的资料或专利，但是其目的、方法和结构与本实用新型完全不同:现有技术通常仅是简单地利用气体传感器之并行复合方法增加报警器所能够敏感气体的种类、扩大气体报警器的量程等。我公司在气体传感器的复合技术方面已经有了长足的进步，不仅在气体传感器串行复合方法的研究方面迈出了可喜的一步，取得满意的成果，而且还开展了开发“并行复合方法”，其技术指标提高显著。
[0059]我们几位发明人也曾申报了一种利用多种气体传感器的复合方法制作的“具有优异选择性、广谱性、快响应、低功耗的高可靠串行复合式可燃、有毒气体报警器”中国专利，它大幅度地改善了气体报警器的技术指标。与该专利不同的是，本实用新型的多种气体传感器的复合方法并不是:“串行复合方法”，而是一种“并行复合方法”。目前还没有着眼于改善可燃性气体报警器的中毒老化特性和提高在高湿度环境的工作能力，延长可燃性气体传感器的使用寿命，提升报警器可靠性的并行复合式可燃性气体报警器之技术文献。
【发明内容】
[0060]本实用新型的目的
[0061]为了克服现有技术的不足，弥补目前单纯采用半导体式气体传感器、热传导式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、非色散红外吸收式气体传感器、恒电位电解式电化学气体传感器的可燃气体和/或有毒气体报警器的缺点，提供一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器。它是一种利用数种不同工作机制气体传感器的并行复合构成的一体化气体传感器并行复合单元，再配合外围调理电路以及单片机软、硬件技术构成的一种响应速度快、抗污染特性佳、可靠性高的并行复合式可燃性气体报警器。其体积小，寿命长，对可燃性气体、有毒、有害气体敏感灵敏度高、响应性快、可靠性佳、投资成本和运行成本低廉。特别应指出的，它不仅能够清除由于被测气体中的高湿度给可燃、有毒、有害气体检测带来的误差，而且还能够修正、补偿由于被测气体中的硫、硅(硫化氢、二氧化硫、六甲基硫、烷之类有机硅)蒸汽等导致催化剂中毒、灵敏度特性的下降，避免发生误报现象，延长可燃性气体传感器的使用寿命，降低可燃气体报警器的投资成本和运行成本。这些特性是现有的传统可燃气体报警器无可比拟的。
[0062]技术方案
[0063]仅单纯地依靠市售的一种可燃气体或有毒气体传感器和传统的电子电路技术开发一种快响应、耐高湿、抗污染、低成本、高可靠性的可燃性气体报警器是不可思议的。因此，为了实现本实用新型的目的，采用了如下所述的核心技术和创新方案:
[0064]1、被测气体中的硫、硅蒸汽、高湿等导致气体传感器中毒老化状态和程度的判断方法及其关键部件
[0065](I) 一体化气体传感器的并行复合单元和敏感检测电路单元。
[0066]因为绝大多数气体传感器是无源器件，所以气体传感器的并行复合单元应该与敏感检测电路单元配合使用。气体传感器的并行复合单元和敏感检测电路单元是本实用新型的快响应、耐高湿、抗污染、低成本、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器的核心部件，也是本实用新型的基础和关键。
[0067]与现有技术不同，本实用新型并没有采用活性炭、陶瓷过滤部件等滤除硫化氢、二氧化硫、六甲基硫、烷之类有机硅等干扰气体，而是巧妙地利用业已成熟的常规可燃、有毒气体传感器对硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等硫、硅干扰气体吸附、中毒特性的各自差别以及对被测气体中高湿之特性的响应的差别，对数种不同工作机制气体传感器进行有效的并行复合，构成气体传感器的并行复合单元，并且使用与其匹配的外围调理电路以及单片计算机软、硬件，构成敏感检测单元、故障自诊断电路单元、中毒老化判断单元、中毒老化特性的补偿修正单元，根据气体传感器复合单元中的每个气体传感器对硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体吸附、中毒特性的特性差别以及2个以上的气体传感器，并且这2个以上的气体传感器至少具有二种不同的工作机制，例如:热传导式气体传感器、半导体式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、电化学传感器、红外吸收式气体传感器等，并且根据所述的至少具有二种不同的工作机制之2个以上的气体传感器的输出信号能够判定2个以上的气体传感器的中毒老化状态和其中毒老化程度。
[0068]换言之，为了掌握气体传感器的中毒老化状态和其中毒老化程度，本实用新型的一种快响应、耐高湿、抗污染、低成本、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器至少要根据具有二种不同的工作机制的2个以上的气体传感器的输出信号特性之差异进行判断、处理和补偿。因此，气体传感器的并行复合单元必须满足下述要求:
[0069]①气体传感器的并行复合单元至少包括二种不同工作机制的气体传感器(例如:半导体式气体传感器、热传导式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、非色散红外吸收式气体传感器、恒电位电解式电化学气体传感器等中的2种以上传感器)，并且必须把二种不同工作机制的气体传感器置于同一枚不锈钢探头内。
[0070]②气体传感器的并行复合单元至少具有二支以上的气体传感器，并且必须置于同一枚不锈钢探头内。
[0071]③利用所述的不同工作机制的气体传感器之并行复合单元应能够改善气体报警器的气体检测灵敏度、检测准确度、气体敏感范围等技术性能中的任一项技术指标。
[0072]④当被测气体中包含高湿、硫化氢、二氧化硫、六甲基硫、烷之类有机硅等干扰气体时，所述的不同工作机制的气体传感器2个以上的气体传感器应具有不同的中毒老化特性或不同的高湿特性信号输出，至少也应具有不同的中毒老化程度信号输出以及对高湿响应特性的输出，以便能够根据所述的至少二种不同工作机制的气体传感器的不同中毒老化特性、对高湿响应特性信号的差值，能够判断中毒老化状态和中毒老化程度。
[0073]⑤2个气体传感器的中毒老化输出信号——时间函数特性与其未中毒老化的输出信号——时间函数特性之间应该具有较大的差别。具体而言，本实用新型要求气体传感器之并行复合单元中所使用的不同工作机制气体传感器，例如:半导体式气体传感器、热传导式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、非色散红外吸收式气体传感器、恒电位电解式电化学气体传感器等，其中至少有一种气体传感器的中毒老化输出信号——时间函数特性为正斜率特性，即在相同温度、相同被测气体浓度情况下，其气体传感器的中毒老化输出信号——时间函数特性信号(气体传感器中毒老化时的输出信号与未中毒老化时的输出信号之差)随着时间增长而变大，例如半导体式气体传感器就具有此特性，这是一种“敏化”的中毒老化效应。此外，其中至少还有另外一种气体传感器的中毒老化输出信号——时间函数特性信号具有负斜率特性，即在相同温度、相同被测气体浓度情况下，气体传感器的输出信号随着时间增长而变化，其绝对值仍然变大，但是符号相反，为负数，例如催化燃烧式气体传感器就具有此特性，这是一种“钝化”的中毒老化效应。
[0074]显然，对于同时包含正斜率特性和负斜率特性中毒老化的一体化气体传感器的并行复合单元(例如半导体式气体传感器和催化燃烧式气体传感器的并行复合单元)和仅仅包含正斜率中毒老化特性的气体传感器(例如半导体式气体传感器)或者仅仅包含负斜率中毒老化特性(例如催化燃烧式气体传感器)的一体化气体传感器并行复合单元而言，对前者的中毒老化状态和中毒老化程度的判断、处理和补偿之准确度要比后者高得多，简单得多。
[0075](2)中毒老化状态和中毒老化程度的判别器单元。
[0076]它由单片计算机的模数转换器和数字处理器、故障自诊断电路单元与相应软件等完成。其技术要点如下所述:
[0077]①利用故障自诊断电路单元检测确认，一体化气体传感器的并行复合单元和敏感检测电路单元中的各个气体传感器及其外围电路皆不存在短路、断路故障问题；
[0078]②当测量敏感检测电路单元的输出信号时，如果具有至少二种不同工作机制之2个以上的气体传感器的输出信号之差应大于或等于所定的中毒老化特性极限值——阀值(根据气体报警器的技术规格要求确定的)时，那么就能判别至少有2个气体传感器已中毒老化。此时气体传感器的外围调理电路以及单片计算机软、硬件应该对它们分别进行中毒老化特性的补偿和修正。
[0079](3)故障自诊断电路单元
[0080]可燃性气体报警器中的任何传感器、元件、电路以及导线等发生故障都会影响报警器的性能指标，有时往往都归罪于气体传感器的中毒老化引起的，这不公平，也不能获得良好的中毒老化特性补偿和修正结果。为了准确地进行中毒老化特性的补偿修正，必须澄清事实，分清责任，因此本实用新型利用故障自诊断电路单元对气体传感器的并行复合单元和敏感检测电路单元进行自诊断，以便排除非中毒老化因素引起的误差。
[0081]故障自诊断电路单元是一种利用单片计算机软、硬件技术制作的功能电路。它能够对催化燃烧式气体传感器的加热器、气体传感器内部引线及其外围电路的短路、断路、运算放大器和桥路之间的短路、断路等故障，进行自诊断。我们对该技术正在申报中国专利。
[0082]2、被测气体中的硫、硅蒸汽、高湿等导致气体传感器中毒老化的补偿修正方法及其关键部件
[0083](I)中毒老化特性的补偿修正法和中毒老化的补偿修正电路单元。
[0084]在适宜的时间内，根据乃奎斯特原理，采用适当的取样率和多次实测数据的预老化特性估算法，以实测的中毒老化率估算的气体报警器信号输出合成值代替该气体报警器在今后一段时间内的信号输出值，从而实现了对气体传感器的中毒老化特性的修正和补偿。只要气体传感器的重复性、中毒老化率不是很高，该方法对气体传感器的中毒老化特性的修正和补偿精度都能令人满意。换言之，利用单片机软、硬件技术，例如:中毒老化判断电路单元、中毒老化特性数据的存储电路单元、中毒老化特性的补偿修正电路单元的配合，把所述的至少二种不同工作机制的气体传感器中的每一个气体传感器的中毒老化信号输出值与未中毒老化时对某一浓度气体的敏感信号输出值之差，迭加在现在的已中毒老化信号之上，从而补偿了由于中毒老化产生的信号误差，并把该补偿修正信号合成值作为气体报警器的输出信号。
[0085]总之，一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器的原理与现有技术不同，本实用新型有效地使用了目前业已商品化的气体传感器资源，构成置于同一探头内的至少二种不同工作机制的气体传感器并行复合单元、敏感检测电路单元、故障自诊断电路单元、中毒老化判断电路单元、中毒老化特性数据的存储电路单元、中毒老化特性的补偿修正电路单元、报警判断和其信号输出电路单元、报警信号放大电路单元、声光报警与控制电路单元、稳压电源电路单元等，最大限度利用一体化气体传感器并行复合单元中的气体传感器对硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体吸附、中毒特性的差别以及对被测气体中的高湿之特性的响应的差别，相互迭加、补偿，最廉价地弥补了它的中毒老化特性、对被测气体中的高湿的响应特性，提高了报警器的可靠性，延长气体传感器的更换周期，以最小的投资成本和运行成本获得最大的技术和经济回报。
[0086]详细地讲，如图1的方块图所示，本实用新型的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器I是由稳压电源20和可燃性气体检测报警装置21构成，而所述的可燃性气体检测报警装置21包括置于不锈钢探头22内的气体传感器并行复合单元23、在气体传感器并行复合单元23中至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器3和至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器4、故障自诊断电路单元2、故障自诊断信号放大器单元24、敏感检测电路单元一 5、敏感检测电路单元二 6、放大器单元一 7、放大器单元二 8、中毒老化判断电路单元一 9、中毒老化判断电路单元二 10、中毒老化特性数据的存储电路单元一 11、中毒老化特性数据的存储电路单元二 12、中毒老化特性的补偿修正电路单元一 13、中毒老化特性的补偿修正电路单元二 14、报警判断电路单元15、声光报警与控制电路单元16、声报警信号放大电路单元17、液晶显示器18、蜂鸣器19。其连接关系如下:
[0087]如图1所示，至少把一种具有中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器3和至少把一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器4置于同一不锈钢探头22内，从而构成至少包括具有二种不同工作机制的气体传感器并行复合单元23，其中至少使一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器3和至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器4分别与敏感检测电路单元一 5和敏感检测电路单元二 6连接，而敏感检测电路单元一 5和敏感检测电路单元二 6分别与放大器单元一 7、放大器单元二 8相连，放大器单元一 7又与中毒老化判断电路单元一 9的第一个端子连接，放大器单元二 8与中毒老化判断电路单元二 10的第一个端子相连，而中毒老化判断电路单元一 9的第二个端子与中毒老化特性数据的存储电路单元一 11连接，中毒老化判断电路单元二 10的第二个端子与中毒老化特性数据的存储电路单元二 12相连，中毒老化特性数据的存储电路单元一 11的第二个端子与报警判断电路单元15的第一个端子连接，中毒老化特性数据的存储电路单元二 12的第二个端子与报警判断电路单元15的第二个端子连接；另外中毒老化判断电路单元一 9的第三个端子与中毒老化特性的补偿修正电路单元一 13连接，中毒老化判断电路单元二 10的第三个端子与中毒老化特性的补偿修正电路单元二 14相连，中毒老化特性的补偿修正电路单元一 13又与报警判断电路单元15的第三个端子连接，中毒老化特性的补偿修正电路单元二 14和报警判断电路单元15的第四个端子相连；而报警判断电路单元15的第五个端子和第六个端子分别与故障自诊断信号放大器单元24相连，故障自诊断信号放大器单元24又与故障自诊断电路单元2相连，故障自诊断电路单元2分别与气体传感器并行复合单元23中的各个气体传感器，例如至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器3和至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器4相连，故障自诊断电路单元2还分别与敏感检测电路单元一 5和敏感检测电路单元二 6相连接；此外，报警判断电路单元15的第七个端子与声光报警与控制电路单元16连接，声光报警与控制电路单元16的第一个端子与液晶显示器(LCD)IS相连，而声光报警与控制电路单元16的第二个端子与声报警信号放大电路单元17连接后，再与蜂鸣器19相连。
[0088]有益效果
[0089]与现有技术相比，本实用新型的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器具有下述优点和有益效果:
[0090]它并没有采用活性炭、陶瓷过滤部件等滤除硫化氢、二氧化硫、六甲基硫、烷之类有机硅等干扰气体，而是巧妙地利用业已成熟的常规可燃、有毒气体传感器——热传导式气体传感器、半导体式气体传感器、电位电解式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、非色散红外吸收式气体传感器等数种不同工作机制气体传感器对硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等硫、硅干扰气体吸附、中毒特性的差别以及对被测气体中的高湿之特性的响应的不同，对数种不同工作机制气体传感器进行有效的并行复合，构成一体化气体传感器的并行复合单元，配合外围调理电路并且使用与其匹配的单片计算机软、硬件，构成敏感检测单元、中毒老化判断单元、中毒老化特性的补偿修正单元等，扬长避短，利用迭加、补偿、预中毒老化等软件技术，改善对干扰气体响应的抑制，获得高性能的高可靠气体报警器。该报警器体积小，对可燃性气体具有优良选择性、快响应、耐高湿、抗污染特性佳、投资成本和运行成本低廉。它不仅能够清除由于被测气体中的高湿度给可燃气体检测带来的误差，而且还能够修正、补偿由于被测气体中的硫、硅蒸汽(硫化氢、二氧化硫、六甲基硫、烷之类有机硅等)干扰气体导致气体传感器中毒、灵敏度的下降或敏化，避免发生误报现象，从而延长了气体传感器的更换周期，降低了投资成本和运行成本。
[0091]因此一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器可以应用在各种化工厂、炼油厂、石油井、煤矿、气体制造厂、冶金工业、工矿开采、大气污染检测、农业、医疗卫生等领域以及移动装置(例如:汽车、火车、轮船、飞机)等部门的工艺装置、储运设施、可燃性气体扩散与聚集场所、天然气传送管道、容器、石油传送管道等的可燃、有毒、有害气体的检漏和报警。其性价比很高，投资成本和运行成本都低于现行传统高指标的气体报警器，具有较好的经济效益和社会效益。
[0092]
【专利附图】
【附图说明】
[0093]图1 一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器结构的示意方框图。
[0094]
【具体实施方式】
[0095]下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步描述:本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体装置结构，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0096]【具体实施方式】一:结合图1说明【具体实施方式】一，本实用新型实施方式所述的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器应选择使用至少二种不同工作机制的气体传感器，例如:半导体式气体传感器、热传导式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、非色散红外吸收式气体传感器、恒电位电解式电化学气体传感器等之中的二种以上，并且其数量不能低于二个。因为绝大多数气体传感器是无源器件，所以气体传感器的并行复合单元应该与敏感检测电路单元配合使用。气体传感器的并行复合单元和敏感检测电路单元是本实用新型的快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器的核心部件，也是本实用新型的基础和关键。
[0097]与现有技术不同，本实用新型并没有采用活性炭、陶瓷过滤部件等滤除硫化氢、二氧化硫、六甲基硫、烷之类有机硅等干扰气体，而是巧妙地利用业已成熟的常规可燃、有毒气体传感器对硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等硫、硅干扰气体吸附、中毒特性的各自差别以及对被测气体中高湿之特性的响应的差别，对数种不同工作机制气体传感器进行有效的并行复合，构成气体传感器的并行复合单元，并且使用与其匹配的外围调理电路以及单片计算机软、硬件，构成敏感检测单元、故障自诊断电路单元、中毒老化判断单元、中毒老化特性的补偿修正单元，根据气体传感器复合单元中的每个气体传感器对硫化氢、二氧化硫、六甲基硅烷之类有机硅等干扰气体吸附、中毒特性的特性差别以及2个以上的气体传感器，并且这2个以上的气体传感器至少具有二种不同的工作机制，例如:热传导式气体传感器、半导体式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、电化学传感器、红外吸收式气体传感器等，并且根据所述的至少具有二种不同的工作机制之2个以上的气体传感器的输出信号能够判定2个以上的气体传感器的中毒老化状态、中毒老化程度。
[0098]换言之，为了能够掌握气体传感器的中毒老化状态、它们的中毒老化程度，本实用新型的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器要根据至少具有二种不同的工作机制的2个以上的气体传感器的输出信号进行判断。因此气体传感器的并行复合单元必须满足下述要求:
[0099]①气体传感器的并行复合单元至少包括二种不同工作机制的气体传感器(例如:半导体式气体传感器、热传导式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、非色散红外吸收式气体传感器、恒电位电解式电化学气体传感器等中的2种以上)，在本实施例中，一种选择为半导体式气体传感器，另一种为催化燃烧式气体传感器。
[0100]②气体传感器的并行复合单元至少具有2个以上的气体传感器。在本实施例中，半导体式气体传感器使用一枚，催化燃烧式气体传感器使用一枚。
[0101]③利用所述的不同工作机制的气体传感器之并行复合单元至少能够改善其气体报警器的气体检测灵敏度、检测准确度、气体敏感范围等技术性能中的任一项技术指标。
[0102]ITi当被测气体中包含高湿、硫化氢、二氧化硫、六甲基硫、烷之类有机硅等干扰气体时，所述的不同工作机制的气体传感器2个以上的气体传感器至少也应具有不同的中毒老化程度输出信号以及对高湿响应特性的输出信号，以便能够根据所述的不同工作机制的气体传感器之不同中毒老化特性差值以及对高湿响应特性信号的差值，能够判断中毒老化状态和中毒老化程度以及湿度老化程度。
[0103]⑤关于作为时间函数的中毒老化信号与未中毒老化时的输出信号问题。
[0104]本实用新型要求气体传感器之并行复合单元中所述的二种或二种以上不同工作机制的气体传感器(例如:半导体式气体传感器、热传导式气体传感器、催化燃烧式气体传感器、非色散红外吸收式气体传感器、恒电位电解式电化学气体传感器等)，其中至少有一种气体传感器的中毒老化信号应具有正斜率特性，即在相同温度、相同被测气体浓度情况下，其气体传感器的中毒老化信号(气体传感器中毒老化时的输出信号与未中毒老化时的输出信号之差)随着时间增长而变大，例如半导体式气体传感器就具有此特性，这是一种“敏化”的中毒老化效应；此外，其中至少还有一种气体传感器的中毒老化信号应具有负斜率特性，即在相同温度、相同被测气体浓度情况下，气体传感器的输出信号随着时间增长而变化，其绝对值仍然变大，但是符号相反，为负数，例如催化燃烧式气体传感器就具有此特性，这是一种“钝化”的中毒老化效应。
[0105]显然，倘若所述的气体传感器并行复合单元包含中毒老化特性为正斜率特性和负斜率特性的几种气体传感器(例如，半导体式气体传感器和催化燃烧式气体传感器)，那么要比仅仅包含正斜率中毒老化特性的气体传感器(例如半导体式气体传感器)或者仅仅包含负斜率中毒老化特性(例如催化燃烧式气体传感器)的气体传感器之并行复合单元好得多，对前者的中毒老化状态和中毒老化程度的判断、处理和补偿之准确度要比后者高得多，简单得多。
[0106]下面详细地介绍一下【具体实施方式】:
[0107]如图1的方块图所示，本实用新型的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器I是由稳压电源20和可燃性气体检测报警装置21构成，而所述的可燃性气体检测报警装置21包括置于同一不锈钢探头22内的气体传感器并行复合单元23、在气体传感器并行复合单元23中至少包含一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器3以及至少包含一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器4(在【具体实施方式】一中所述的置于同一不锈钢探头22内的气体传感器并行复合单元23的气体传感器3为半导体式气体传感器，气体传感器4为催化燃烧式气体传感器)、故障自诊断电路单元2、故障自诊断信号放大器单元24、敏感检测电路单元一 5、敏感检测电路单元二 6、放大器单元一 7、放大器单元二 8、中毒老化判断电路单元一 9、中毒老化判断电路单元二 10、中毒老化特性数据的存储电路单元一 11、中毒老化特性数据的存储电路单元二 12、中毒老化特性的补偿修正电路单元一 13、中毒老化特性的补偿修正电路单元二14、报警判断电路单元15、声光报警与控制电路单元16、声报警信号放大电路单元17、液晶显示器18、蜂鸣器19。其具体的连接关系如下:
[0108]如图1所示，至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的半导体式气体传感器3和至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的催化燃烧式气体传感器4置于同一不锈钢探头22内，构成至少具有二种不同工作机制的气体传感器并行复合单元23 ;其中至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的半导体式气体传感器3和至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的催化燃烧式气体传感器4分别与敏感检测电路单元一 5和敏感检测电路单元二 6连接，而敏感检测电路单元一 5和敏感检测电路单元二 6分别与放大器单元一 7、放大器单元二 8相连，放大器单元一 7又与中毒老化判断电路单元一 9的第一个端子连接，放大器单元二 8与中毒老化判断电路单元二 10的第一个端子相连，而中毒老化判断电路单元一 9的第二个端子与中毒老化特性数据的存储电路单元一 11连接，中毒老化判断电路单元二 10的第二个端子与中毒老化特性数据的存储电路单元二 12相连，中毒老化特性数据的存储电路单元一 11的第二个端子与报警判断电路单元15的第一个端子连接，中毒老化特性数据的存储电路单元二 12的第二个端子与报警判断电路单元15的第二个端子连接；另外中毒老化判断电路单元一 9的第三个端子与中毒老化特性的补偿修正电路单元一 13，中毒老化判断电路单元二 10的第三个端子与中毒老化特性的补偿修正电路单元二 14相连，中毒老化特性的补偿修正电路单元一 13又与报警判断电路单元15的第三个端子连接，中毒老化特性的补偿修正电路单元二 14和报警判断电路单元15的第四个端子相连；而报警判断电路单元15的第五个端子和第六个端子分别与故障自诊断信号放大器单元24相连，故障自诊断信号放大器单元24又与故障自诊断电路单元2相连，故障自诊断电路单元2分别与气体传感器并行复合单元23中的各个气体传感器，例如至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器3和至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器4相连，故障自诊断电路单元2还分别与敏感检测电路单元一 5和敏感检测电路单元二 6相连接，此外，报警判断电路单元15的第七个端子与声光报警与控制电路单元16连接，声光报警与控制电路单元16的第一个端子与液晶显示器(LCD)IS相连，而声光报警与控制电路单元16的第二个端子与声报警信号放大电路单元17连接后，再与蜂鸣器19相连。
[0109]【具体实施方式】二:本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器的区别在于，所述的置于同一不锈钢探头22内的气体传感器并行复合单元23是由热传导式气体传感器和催化燃烧式气体传感器构成的。
[0110]【具体实施方式】三:本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器的区别在于，所述的置于同一不锈钢探头22内的气体传感器并行复合单元23是由半导体式气体传感器和恒电位电解式电化学气体传感器构成的。
[0111]【具体实施方式】四:本【具体实施方式】与【具体实施方式】一所述的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器的区别在于，所述的置于同一不锈钢探头22内的气体传感器并行复合单元23是由半导体式气体传感器、恒电位电解式电化学气体传感器和催化燃烧式气体传感器构成的。
【权利要求】
1.一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器(I)是由稳压电源(20)和可燃性气体检测报警装置(21)构成，而所述的可燃性气体检测报警装置(21)包括置于不锈钢探头(22)内的气体传感器并行复合单元(23)、在气体传感器并行复合单元(23)中至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器(3)和至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器(4)、故障自诊断电路单元(2)、故障自诊断信号放大器单元(24)、敏感检测电路单元一(5)、敏感检测电路单元二(6)、放大器单元一(7)、放大器单元二(8)、中毒老化判断电路单元一(9)、中毒老化判断电路单元二(10)、中毒老化特性数据的存储电路单元一(11)、中毒老化特性数据的存储电路单元二(12)、中毒老化特性的补偿修正电路单元一(13)、中毒老化特性的补偿修正电路单元二(14)、报警判断电路单元(15)、声光报警与控制电路单元(16)、声报警信号放大电路单元(17)、液晶显示器(18)、蜂鸣器(19)，其特征在于:至少把一种具有中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器(3)和至少把一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器(4)置于同一不锈钢探头(22)内，构成至少包括具有二种不同工作机制的气体传感器并行复合单元(23)，至少使一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器(3)和至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器⑷分别与敏感检测电路单元一(5)和敏感检测电路单元二(6)连接，而敏感检测电路单元一(5)和敏感检测电路单元二(6)分别与放大器单元一(7)、放大器单元二(8)相连，放大器单元一(7)又与中毒老化判断电路单元一(9)的第一个端子连接，放大器单元二(8)与中毒老化判断电路单元二(10)的第一个端子相连，而中毒老化判断电路单元一(9)的第二个端子与中毒老化特性数据的存储电路单元一(11)连接，中毒老化判断电路单元二(10)的第二个端子与中毒老化特性数据的存储电路单元二(12)相连，中毒老化特性数据的存储电路单元一(11)的第二个端子与报警判断电路单元(15)的第一个端子连接，中毒老化特性数据的存储电路单元二(12)的第二个端子与报警判断电路单元(15)的第二个端子连接，中毒老化判断电路单元一(9)的第三个端子与中毒老化特性的补偿修正电路单元一(13)连接，中毒老化判断电路单元二(10)的第三个端子与中毒老化特性的补偿修正电路单元二(14)相连，中毒老化特性的补偿修正电路单元一(13)又与报警判断电路单元(15)的第三个端子连接，中毒老化特性的补偿修正电路单元二(14)和报警判断电路单元(15)的第四个端子相连，而报警判断电路单元(15)的第五个端子和第六个端子分别与故障自诊断信号放大器单元(24)相连，故障自诊断信号放大器单元(24)又与故障自诊断电路单元(2)相连，故障自诊断电路单元(2)分别与气体传感器并行复合单元(23)中的各个气体传感器，例如至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为正斜率变化的气体传感器(3)和至少具有一种中毒老化信号与时间的关系为负斜率变化的气体传感器(4)相连，故障自诊断电路单元⑵还分别与敏感检测电路单元一(5)和敏感检测电路单元二(6)相连接，报警判断电路单元(15)的第七个端子与声光报警与控制电路单元(16)连接，声光报警与控制电路单元(16)的第一个端子与液晶显示器(18)相连，而声光报警与控制电路单元(16)的第二个端子与声报警信号放大电路单元(17)连接后，再与蜂鸣器(19)相连。
2.根据权利要求1所述的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器(I)，其特征在于:所述的置于同一不锈钢探头(22)内的气体传感器并行复合单元(23)是由热传导式气体传感器和催化燃烧式气体传感器构成的。
3.根据权利要求1所述的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器(I)，其特征在于:所述的置于同一不锈钢探头(22)内的气体传感器并行复合单元(23)是由半导体式气体传感器和恒电位电解式电化学气体传感器构成的。
4.根据权利要求1所述的一种快响应、耐高湿、抗污染、高可靠性的并行复合式可燃性气体报警器(I)，其特征在于:所述的置于同一不锈钢探头(22)内的气体传感器并行复合单元(23)是由半导体式气体传感器、恒电位电解式电化学气体传感器和催化燃烧式气体传感器构成的。
【文档编号】G08B29/00GK204010249SQ201420286129
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年5月31日 优先权日:2014年5月31日
【发明者】任东伟, 周悦, 段长生 申请人:哈尔滨爱生智能技术开发有限公司