【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体传感器生产标定，尤其涉及一种钯合金氢气传感器及其温度补偿方法。
技术介绍
1、传统的钯镍合金薄膜氢气传感器的生产标定以及氢气浓度的测量都需要将传感器控制在80℃以上的加热恒温环境，以保证其对氢气的敏感快速响应和稳定的测量值输出。氢气传感器在不加热控温情况下，由于氢敏芯体对不同环境温度和对不同氢气浓度响应的离散特性，难以获得氢气传感器的精度测量要求。氢气传感器的生产标定只要使用加热单元必定引起高功率的消耗，将钯镍合金薄膜氢气传感器本体加热至80℃所需要的电流就高达50ma，因此无法适用于超低功耗氢气检测，也无法满足工业上常用的两线制4ma～20ma变送器的具体要求，因为这需要传感器的总功耗远低于4ma。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种钯合金氢气传感器及其温度补偿方法，以解决传统钯镍合金薄膜氢气传感器在氢气浓度测量时需要消耗高功率的问题。
2、本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种钯合金氢气传感器的温度补偿方法，包括标定阶段以及测量阶段，所述标定阶段包括：
3、将钯合金氢气传感器的氢敏芯体加热至基准温度并保持，然后依次向钯合金氢气传感器通入n种不同浓度的氢气，得到n组氢敏电阻值与氢气浓度；对n组氢敏电阻值与氢气浓度进行拟合，生成关于氢敏电阻与氢气浓度的标准拟合方程；
4、将钯合金氢气传感器的氢敏芯体分别加热至m个不同温度，在每个温度下向钯合金氢气传感器通入氮气，得到氮气和m个不同温度下的氢敏电阻值；
5、将钯合金氢气传感器的氢敏芯体分别加热至m个不同温度，在每个温度下向钯合金氢气传感器通入较低浓度氢气，得到较低浓度氢气和m个不同温度下的氢敏电阻值；分别计算出m个不同温度下通入较低浓度氢气时的氢敏电阻值与基准温度下通入较低浓度氢气时的氢敏电阻值的第二差值，对m个不同温度下的第二差值进行拟合，生成第二拟合方程；其中，所述较低浓度氢气为n种不同浓度氢气中的较低浓度的氢气；
6、将钯合金氢气传感器的氢敏芯体分别加热至m个不同温度，在每个温度下向钯合金氢气传感器通入较高浓度氢气，得到较高浓度氢气和m个不同温度下的氢敏电阻值；分别计算出m个不同温度下通入较高浓度氢气时的氢敏电阻值与基准温度下通入较高浓度氢气时的氢敏电阻值的第三差值，对m个不同温度下的第三差值进行拟合，生成第三拟合方程；其中，所述较高浓度氢气为n种不同浓度氢气中的较高浓度的氢气；
7、所述测量阶段包括：
8、采集钯合金氢气传感器的氢敏芯体的实时温度，根据所述实时温度、基准温度下不同浓度氢气时的氢敏电阻值、第一拟合方程、第二拟合方程以及第三拟合方程得到每个实时温度下的动态坐标点；
9、对不同实时温度下的动态坐标点进行拟合，得到动态补偿方程；
10、根据钯合金氢气传感器测量的氢敏电阻值和动态补偿方程计算出氢敏电阻补偿值；
11、根据钯合金氢气传感器测量的氢敏电阻值、氢敏电阻补偿值以及标准拟合方程，得到最终的氢气浓度值。
12、进一步地，所述基准温度为70℃。
13、进一步地，所述氢气的n种不同浓度分别为100ppm、200ppm、400ppm、800ppm、2000ppm、4000ppm、8000ppm、10000ppm、20000ppm、40000ppm、60000ppm和100000ppm。
14、进一步地，采用最小二乘法对n组氢敏电阻值与氢气浓度进行三段式拟合，生成的关于氢敏电阻与氢气浓度的标准拟合方程的表达式为：
15、y1＝a1x2+b1x+c1，y2＝a2x2+b2x+c2，y3＝a3x2+b3x+c3；
16、其中，x表示氢敏电阻值，y1、y2、y3均表示不同拟合段的氢气浓度，a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3均为不同拟合段的拟合系数。
17、进一步地，所述m个不同温度分别为30℃，50℃，70℃，90℃，110℃。
18、进一步地，采用最小二乘法对m个不同温度下的第一差值进行拟合，生成的第一拟合方程为：
19、δx1＝a1ts+b1；
20、其中，a1、b1为第一拟合方程的拟合系数，ts为氢敏芯体的温度，δx1为通入氮气时由于氢敏芯体的温度与基准温度之差引起的氢敏电阻值；
21、采用最小二乘法对m个不同温度下的第二差值进行拟合，生成的第二拟合方程为：
22、δx2＝a2ts+b2；
23、其中，a2、b2为第二拟合方程的拟合系数，δx2为通入较低浓度氢气时由于氢敏芯体的温度与基准温度之差引起的氢敏电阻值；
24、采用最小二乘法对m个不同温度下的第三差值进行拟合，生成的第三拟合方程为：
25、δx3＝a3ts+b3；
26、其中，a3、b3为第三拟合方程的拟合系数，δx3为通入较高浓度氢气时由于氢敏芯体的温度与基准温度之差引起的氢敏电阻值。
27、进一步地，所述每个实时温度下的动态坐标点包括三个，三个所述动态坐标点分别为：
28、(x01-δx1,δx1)、(x02-δx2,δx2)、(x03-δx3,δx3)
29、其中，x01为钯合金氢气传感器在基准温度下通入氮气时的氢敏电阻值，δx1为通入氮气时由于氢敏芯体的实时温度与基准温度之差引起的氢敏电阻值；x02为钯合金氢气传感器在基准温度下通入较低浓度氢气时的氢敏电阻值，δx2为通入较低浓度氢气时由于氢敏芯体的实时温度与基准温度之差引起的氢敏电阻值；x03为钯合金氢气传感器在基准温度下通入较高浓度氢气时的氢敏电阻值，δx3为通入较高浓度氢气时由于氢敏芯体的实时温度与基准温度之差引起的氢敏电阻值。
30、基于同一构思，本专利技术还提供一种钯合金氢气传感器，包括传感器模块，所述传感器模块包括算法处理器、氢敏电阻、加热电阻以及测温电阻；所述氢敏电阻用于在通入不同浓度氢气时测量氢敏电阻值，所述加热电阻用于根据算法处理器的指令对传感器模块进行加热，所述测温电阻用于测量传感器模块的温度；
31、所述算法处理器用于根据如上所述温度补偿方法对传感器模块进行标定以及氢气浓度的测量。
32、进一步地，所述钯合金氢气传感器还包括锂电池、功能处理器以及无线收发器；所述锂电池分别与所述传感器模块、功能处理器连接，所述锂电池用于传感器供电；所述功能处理器与所述算法处理器连接，且所述功能处理器用于控制传感器模块处于工作模式或休眠模式；所述无线收发模块用于所述功能处理器与无线数据采集基站的数据通信。
33、有益效果
34、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
35、本专利技术在利用钯合金氢气传感器进行氢气浓本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述温度补偿方法包括标定阶段以及测量阶段，所述标定阶段包括：
2.根据权利要求1所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述基准温度为70℃。
3.根据权利要求1所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述氢气的N种不同浓度分别为100ppm、200ppm、400ppm、800ppm、2000ppm、4000ppm、8000ppm、10000ppm、20000ppm、40000ppm、60000ppm和100000ppm。
4.根据权利要求1所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，采用最小二乘法对N组氢敏电阻值与氢气浓度进行三段式拟合，生成的关于氢敏电阻与氢气浓度的标准拟合方程的表达式为：
5.根据权利要求1所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述M个不同温度分别为30℃，50℃，70℃，90℃，110℃。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，采用最小二乘法对M个不同温度下的第一差值
7.根据权利要求6所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述每个实时温度下的动态坐标点包括三个，三个所述动态坐标点分别为：
8.一种钯合金氢气传感器，包括传感器模块，其特征在于：所述传感器模块包括算法处理器、氢敏电阻、加热电阻以及测温电阻；所述氢敏电阻用于在通入不同浓度氢气时测量氢敏电阻值，所述加热电阻用于根据算法处理器的指令对传感器模块进行加热，所述测温电阻用于测量传感器模块的温度；
9.根据权利要求8所述的钯合金氢气传感器，其特征在于，还包括锂电池、功能处理器以及无线收发器；所述锂电池分别与所述传感器模块、功能处理器连接，所述锂电池用于传感器供电；所述功能处理器与所述算法处理器连接，且所述功能处理器用于控制传感器模块处于工作模式或休眠模式；所述无线收发模块用于所述功能处理器与无线数据采集基站的数据通信。
...【技术特征摘要】
1.一种钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述温度补偿方法包括标定阶段以及测量阶段，所述标定阶段包括：
2.根据权利要求1所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述基准温度为70℃。
3.根据权利要求1所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述氢气的n种不同浓度分别为100ppm、200ppm、400ppm、800ppm、2000ppm、4000ppm、8000ppm、10000ppm、20000ppm、40000ppm、60000ppm和100000ppm。
4.根据权利要求1所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，采用最小二乘法对n组氢敏电阻值与氢气浓度进行三段式拟合，生成的关于氢敏电阻与氢气浓度的标准拟合方程的表达式为：
5.根据权利要求1所述的钯合金氢气传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述m个不同温度分别为30℃，50℃，70℃，90℃，110℃。
6.根据权利要求1～5...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺海浪，景涛，陈浩，王云志，
申请(专利权)人：苏州海卓赛思科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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