用二氧化碳显示氧消耗制造技术

本发明专利技术公开了显示空间中氧消耗情况的一种方法。该测量氧消耗的方法采用了二氧化碳的变化率作为空气中氧消耗量或置换量的代用指示。当二氧化碳浓度的变化率落入一个变化率范围内，或者上升至高于或降低至低于指示氧置换的变化率阈值时，可以测量氧的换置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一般地，本专利技术涉及传感器
更具体地，本专利技术涉及各种与二氧化碳传感有关的，特别是与柴油机废气再循环(exhaust gas recirculation，EGR)的测量/控制有关的红外(IR)气体传感器应用技术的开发。
技术介绍
为了得到所需任何种类的信息，必须进行物理参数的测量。允许这些测量的设备广义上归类于传感器。术语“传感器”包括很宽范围的技术和设备，其响应物理刺激(即光、热、声、压力、磁力或特别的运动)，并传输所得的脉冲，通常用于测量或操控。传感器在许多不同的应用中广泛使用。某些可以象热电偶直接测量一样简单，或象全天候成像系统那样复杂。无论传感器多么复杂，它和物理环境的相互作用产生某种信号，这种信号最终产生所要的信息。在多种实例中，传感器技术已经成为基本的启动技术(enablingtechnology)。大量的应用促进了对传感器兴趣的快速增长，例如，血液中选定化合物的分析，其中传感器可以巨大的公众利益。另外，传感器在安全相关领域尤其重要，其应用范围包括从飞行器完善性的评价到火灾安全性的监测。这些不同应用中的共同研究和技术包括对感兴趣的量如浓度、温度或热性能的光谱信号的解释。例如，对测量二氧化碳浓度水平的气体测量平台的市场需求，正在促进二氧化碳技术活动的增加，因为它部分应用于了解和检测通风量及室内空气质量(IAQ，Indoor Air Quality)。控制建筑物通风量的规范和标准，例如ASHRAE(American Society of Heating Air Conditioning and RefrigerationEngineers，美国供暖空调和冷藏工程师协会)标准62-99，已经制定了根据每个人的室外空气需求的最小体积。因为每个人通常呼出可预知量的二氧化碳，所以其应用之一是利用这个参数来检测人口数。二氧化碳浓度的增加或减少可以指示室内区域的进出。另外，因为室外二氧化碳浓度非常低并保持不变，所以室内测量还可以对室内的人口数，及为稀释污染物浓度而要引入的低浓度室外空气的量提供动态测量。因此，空间中的二氧化碳测量可用来检测和控制空间内每个人的通风率。因而，尽管二氧化碳不是室内空气质量的直接测量，但是有潜力成为有效通风量(机械通风量加渗透)的极好检测。通常，二氧化碳浓度越高，通风量越低。换句话说，当室内二氧化碳浓度非常高(即高于1800ppm)且通风量较低(低于7cfm/人)时，这些条件会使污染物累积，引起刺激和不适。测定二氧化碳浓度水平的仪器是强有力的设备，其可以用于家庭、办公场所、学校和其它商业环境。然而，其可行性应用受到制造和其它成本，以及健康、安全、质量和其它问题的限制。例如，在健康和安全应用方面，氧传感器已经用来探测氧的消耗。然而，氧传感器不仅昂贵，而且通常需要定期更换或再标定。因此，需要有一种便宜的、可供选择的氧消耗的探测方法。在汽车工业方面，对于改善汽车质量、安全和舒适性的二氧化碳传感器技术的需求也在日益增加。例如，众所周知，进入引擎的助燃空气中的二氧化碳浓度可以用来确定循环引入至引擎之助燃空气中的废气量。这是因为引擎废气中的二氧化碳浓度远远高于大气中的二氧化碳浓度(即9％对350-550ppm)。然而，用于引擎中各种气体的常规传感方法采用直接暴露于所要探测气流的现场传感器。把这些类型的传感器暴露于恶劣的引擎环境，特别是高温，将会削弱探测的质量和结果。这样，需要有一种可供选择的探测方法，以测定二氧化碳的浓度，其既可以承受引擎中的恶劣环境又能得到准确的测量。在汽车工业中对驾驶员同等重要的是将传感器安装在汽车产品中，其有助于延长人的生命和提高安全性。例如，需要探测汽车行李箱内是否有人存在，以避免无意的或意外的密闭造成人的死亡。在传感器再标定领域，对具有自动标定模式性能特点的传感器的需求日益增加，该传感器具有快速的再标定时间，能提供稳定的、无错的读数。因此，需要一种便宜的传感器技术控制装置用来作为二氧化碳浓度水平特征的指示。另外，也需要控制装置适合(即是能标准化的)许多不同的应用。
技术实现思路
本专利技术在很大程度上满足了上述的需求和其它需求，其包括非常可靠的测定气体(如二氧化碳)的浓度水平的方法。更具体地，本专利技术的实现利用了气体测量准则，该准则基于用光学方法测量二氧化碳浓度的变化率和其偏差。因为二氧化碳的惰性本质，光学方法是测量二氧化碳最准确、最可靠的方法，二氧化碳很少和其它气体发生化学反应，很难用取决于物理或化学反应的传感器可靠地测量。一方面，本专利技术采用一种测量氧消耗的方法，该方法利用二氧化碳的变化率作为空气中氧消耗量或氧置换量的替代指示物。氧消耗可以两种实例之一的方式测量。在第一实例中，如果氧被二氧化碳所置换，自然的结果是二氧化碳必须升高到很高的浓度才能置换大量的氧(例如高于30,000ppm或3％的CO2)。相反地，在第二实例中，如果氧被另一种气体所置换，则结果是二氧化碳的浓度最终会降低至低于350-450ppm的正常大气水平。例如，如果二氧化碳浓度的下降速度在24小时或更短时间内降低至低于300ppm，那么这种降低即可合理地表示氧消耗，并触发警告或控制。如果给定已知的空间体积，则可以建立更准确的控制水平。同样，如果变化率超出可以预期的由占有者产生的正常速度，也可以利用二氧化碳的变化率。另一方面，本专利技术在汽车或柴油引擎中配置了遥控的二氧化碳传感器，以便测量和控制到柴油引擎的废气再循环(EGR)。采用ERG技术，可以降低某些污染物如氮氧化物(NOX)的排放，进而满足EPA或其它环境要求。为了维持引擎的最佳运行条件，同时减少NOX等的排放，再循环至引擎进气中的废气与引入引擎的外部新鲜空气的比率必须相对不变。维持这个比率可能是困难的，因为引擎运行速度和相应的引擎助燃空气的需求量在不断地变化。该比率可以随引擎的设计而变化，但EGR对新鲜空气的比率通常为大约20-25％。由于外部空气具有非常低的浓度，而引擎废气具有非常高的浓度(即9-12％体积)，所以混气室中的二氧化碳浓度可以提供外部空气和EGR混合比的指示，并可用来维持合适的EGR比。该方法采用取样方法以测定二氧化碳的浓度。在该方法中，取样导管安装在引擎的预燃混气室中，并将气体引至远处的二氧化碳传感器。该室是废气与外部空气在进入引擎内燃烧之前混合的区域。该室可以在引擎的内部，也可以作为配件部分附着在引擎上。取样导管足够长，以容许气体样品额外地冷却，进而使取样气体的温度低于50摄氏度，但是不能太长从而显著地延迟响应时间。预燃混气室的气体取样可以通过该室(例如1个大气压或更大)与引擎周围环境压力的压差来完成。任选地及可供选择地，需要时，该取样方法可以除去颗粒以便于控制，这可能需要过滤。另外，降低样品的温度，使得复杂性更小并且可以采用更便宜的二氧化碳传感器技术，因为消除了在高温环境下运行的部件和标定。如果采用条件取样，本专利技术的该方面还具有另一个特征和优点，因为它使得其它气体如NOX的测量更容易，所述其它气体在温度低于50摄氏度时用光学方法更容易测量。第三方面，本专利技术采用二氧化碳浓度水平的变化率表示汽车行李箱内是否有人存在。存在若干其它的二氧化碳来源，其为必须加以考虑的因素，因为这些来源可能会影响精确的二氧化碳传感器读数。两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示空间中氧消耗情况的方法，该方法包括：（ａ）确定渗漏到空间中的二氧化碳的情况；（ｂ）确立指示氧消耗的二氧化碳变化率范围或阈值；（ｃ）在预定的时限内，测定空间中二氧化碳浓度的变化率；（ｄ）确定所述空间中二 氧化碳浓度的变化率是否落入所述的变化率范围，或者上升至高于或下降至低于所述的变化率阈值；以及（ｅ）当所述空间中二氧化碳浓度的变化率落入所述的变化率范围，或者上升至高于或下降至低于所述的变化率阈值时，激活一个或多个报警反应。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔B谢尔，
申请(专利权)人：爱德华兹系统技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]