便携式气体传感器及其校准方法技术

本发明专利技术提供一种便携式气体传感器，具有与目标气体进行反应的传感材料，所述便携式气体传感器包括：模式输入单元，用于选择操作模式；气体注入单元，接受外部气体；传感单元，输出与传感材料的改变的电阻值相对应的电压值，该传感材料和外部气体进行反应；第一存储器，用于存储与基准气体反应的传感材料的电阻值对应的基准电压值；校准控制单元，用于在第一存储器中存储第一电压值而取代基准电压值，第一电压值对应于与替代的基准气体进行反应的传感材料的电阻值；目标气体传感控制单元，用于在第二存储器中存储第二电压值，第二电压值对应于与目标气体进行反应的传感材料的电阻值；比较和计算单元，用于将第一电压值与第二电压值相比较并计算；和显示单元，用于显示从比较和计算单元计算的目标气体的浓度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体传感器，并且，更具体地，涉及一种。
技术介绍
由于工业革新已经加速了工业的发展，越来越多地提出了与使用诸如一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、以及氧化氮(NOX)之类有害气体所造成的大气污染相关的问题。并且，对气体爆炸和气体中毒的危险已经产生了警觉。在有关Johnson的催化燃烧型传感器的首次报道之后，已经开发了各种类型的气体传感器。具体地，由Seiyama和Taguch首次发现的半导体型气体传感器通过使用熔结材料(例如二氧化锡SnO2、氧化锌ZnO和三氧化二铟In2O3的金属氧化物半导体材料)估计电阻值变化来检测特定气体的存在与否以及其浓度。半导体型气体传感器在1968年由日本的Figaro公司首次投入市场，并已经主要用于气体泄漏报警系统和气体浓度测量系统中。在开发各种气体传感器的过程中，通过在使用材料和可应用的传感器材上的改进，人们已经改进气体传感器以便满足使用目的和某种期望气体的检测。作为这些努力的结果，各种类型的气体传感器已经投入市场，在工业、医疗领域以及日常生活中使用。特别是，液化天然气(LNG)和液化石油气(LPG)的普及以及公众对社会提出的酒后驾车问题的关心都导致气体传感器被进一步商业化成不同的类型，诸如便携式泄漏气体传感器或便携酒精分析仪之类的不同类型。根据传导机制，半导体传感器被分类成n型和p型。作为最典型敏化材料的二氧化锡SnO2是一种n型半导体，在数量上，Sn的正离子数少于O的负离子数，并且由此产生不成对的电子，这有利于导电程度。这种SnO2接着吸收大气中的氧以便平衡正负离子数。因为所吸收的氧的阴离子特性，有助于半导体导电性的电子被局部地捕获在所吸收氧的表面。这种捕获状态的结果使得电子丧失其导电性。如果带有所吸收氧的SnO2被暴露于还原气体(例如一氧化碳CO和氨NH3)，所吸收的氧与这种还原气体进行反应，并从SnO2被吸收，如下面的化学方程式所示方程式1如方程式1所示，被捕获的电子变成自由的，并且有助于导电性。因此，要检测的特定气体类型确定了半导体传感器的导电程度。对导电程度改变的检测提供了有关特定期望的气体存在与否以及其浓度的信息。诸如铂(Pt)、金(Au)和银(Ag)的材料也添加到敏化材料SnO2中作为催化剂来提高传感能力。对于传统的便携式气体传感器，存在由根据防止所述气体报警器在一天24小时、一年365天内持续工作的不同工作机制造成的频繁的误差的问题。即，便携式酒精分析仪或便携式泄漏气体传感器仅在需要时才工作。但是，这种类型的气体传感器也根据外界环境因素(例如温度、湿度、大气压力)而与不期望的气体反应，并且由此改变气体传感器的基准值。结果，气体传感器的测量在很大程度上存在偏差。图1示出了在便携式酒精分析仪中根据酒精浓度的电阻值的变化。典型地，在传统的半导体气体传感器中，电阻值变化和酒精浓度之间的关系是用代数方法表示的。但是，该代数关系如图1所示呈现为线性。假设，传统的半导体型气体传感器遵循图1所示的曲线I的特性，当约80PPM的酒精气体注进该气体传感器中时，电阻值被校准到大约20KΩ。基于该校准，通过已知的测量的电阻值进行内插可以容易地确定相应的气体浓度。图2是一种大体积的半导体气体传感器的等效电路的电路图。传感材料的电阻值根据每一个传感器而不同。如图2的等效电路所示，尽管传感材料的属性对应于外部环境因素(诸如温度和湿度)而改变，但是在上述气体传感器的初始装配期间，通过可变电阻器VR的使用，气体传感器的输出值被设定成相同的。一旦在预定的一致的气体浓度下通过使用可变电阻器VR将电阻值校准成相同的，就能够容易地确定相对的气体浓度。附图标记“Vh”、“Rh”、“Rs”、“Vcc”和“Vout”分别表示加热器电压、加热器电阻、信号电阻、电源电压和输出电压。但是，如果由于外界环境因素使传感材料的电阻值改变，使得气体传感器的特性从曲线I改变到曲线II或III，则气体传感器的准确度降低。例如，如果气体传感器的特性是从曲线I变化到曲线II，相对于约80PPM的酒精气体，该气体传感器的电阻值大约是10KΩ，并且校准的酒精气体浓度大约是320PPM。同时，如果气体传感器的特性是从曲线I变化到曲线III，相对于约80PPM的酒精气体，该气体传感器的电阻值大约是30KΩ，并且根据基准校准值，酒精气体浓度表示为大约20PPM。即，根据气体传感器的特性变化，在检测结果中存在高风险的偏差。在那种情况中，需要另一种校准。但是，获得可便利应用的基准气体是很难的，并且由于校准技术还没有得到全面发展，使得制造者手动地进行校准。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供允许用户方便地校准的便携式气体传感器以及校准该便携式气体传感器的方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种便携式气体传感器，具有与目标气体进行反应的传感材料，所述便携式气体传感器包括模式输入单元，用于选择操作模式；气体注入单元，吸入外部气体；传感单元，输出与传感材料的改变的电阻值相对应的电压值，该传感材料的电阻值改变是由传感材料和注入的外部气体之间的反应造成的；第一存储器，用于存储关于基准气体的、与传感材料的电阻值对应的基准电压值；校准控制单元，用于通过根据来自模式输入单元的输入而开始的校准模式的操作，在第一存储器中存储第一电压值而取代在第一存储器中存储的基准电压值，第一电压值对应于与替代的基准气体进行反应的传感材料的改变的电阻值；目标气体传感控制单元，用于通过操作根据来自模式输入单元的输入而开始的目标气体测量操作模式，在第二存储器中存储第二电压值，第二电压值对应于与通过气体注入单元传送的目标气体进行反应的传感材料的改变的电阻值；比较和计算单元，用于将第一电压值与第二电压值相比较，并估计比较值；和显示单元，用于显示从比较和计算单元估计的目标气体的浓度。根据本专利技术的另一方面，还提供一种校准便携式气体传感器的方法，便携式气体传感器包括与目标气体进行反应的传感材料，所述方法包括步骤在存储器中存储与相对于基准气体的、传感材料的电阻值对应的基准电压值；通过操纵按键操作输入校准操作模式；测量与相对于替代的基准气体的、传感材料的电阻值对应的第一电压；以及将第一电压值存储在存储器中，取代所存储的基准电压值。根据本专利技术的另一方面，还提供一种计算机可读记录介质，其上存储了用于实现校准便携式气体传感器的方法的指令，便携式气体传感器包括与目标气体进行反应的传感材料，所述计算机可读记录介质包括指令存储与相对于基准气体的、传感材料的电阻值对应的基准电压值；通过操纵按键操作输入校准操作模式；测量与相对于替代的基准气体的、传感材料的电阻值对应的第一电压；以及将第一电压值存储在存储器中，取代所存储的基准电压值。附图说明通过参考附图对实施例进行的下列描述，本专利技术的其他目的和方面将会变得更加清楚，其中图1是传统的便携式酒精分析仪中根据酒精气体浓度的电阻值的变化图；图2是传统的大体积半导体气体传感器的等效电路的电路图；图3是根据本专利技术优选实施例的便携式气体传感器的方框图；图4是根据本专利技术优选实施例的血液酒精浓度(BAC)的查询表的示例图；以及图5是根据本专利技术优选实施例的便携式气体传感器的校准操作步骤和测量操作步骤的流程图。具体实施例方式以下，参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式气体传感器，具有与目标气体进行反应的传感材料，所述便携式气体传感器包括：模式输入单元，用于选择操作模式；气体注入单元，吸入外部气体；传感单元，输出与传感材料的改变的电阻值相对应的电压值，该传感材料的电阻值改 变是由传感材料和注入的外部气体之间的反应造成的；第一存储器，用于存储关于基准气体的、与传感材料的电阻值对应的基准电压值；校准控制单元，用于通过根据来自模式输入单元的输入而开始的校准模式的操作，在第一存储器中存储第一电压值而取 代在第一存储器中存储的基准电压值，第一电压值对应于与替代的基准气体进行反应的传感材料的改变的电阻值；目标气体传感控制单元，用于通过操作根据来自模式输入单元的输入而开始的目标气体测量操作模式，在第二存储器中存储第二电压值，第二电压值对 应于与通过气体注入单元传送的目标气体进行反应的传感材料的改变的电阻值；比较和计算单元，用于将第一电压值与第二电压值相比较，并估计比较值；和显示单元，用于显示从比较和计算单元估计的目标气体的浓度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李源培，
申请(专利权)人：世主工程株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]