[发明专利]高压环境下恒电位电化学气体传感器的校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种高压环境下恒电位电化学气体传感器的校准方法。

背景技术

在隧道、高压氧舱、潜水加压舱、失事潜艇等高气压环境中，监测环境中各气体组分的浓度，如氧、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等，直接关系到在该环境下作业的人的生命安全。

电化学气体传感器依据化学能和电能相互转换原理，能够检测多种气体的成分浓度，例如氧气、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等。恒电位电化学气体传感器将工作电极控制在某一指定电位，当被测气体通过电极时，在该指定电位下进行氧化或还原反应，产生的信号电流与气体成分浓度成正比，故是一种常用的气体成分浓度测量装置。目前常见的用于混合气体成分浓度检测的恒电位电化学气体传感器都是在常压下操作使用的，研究表明，环境静压力的升高会导致恒电位电化学气体传感器的响应增大、零点漂移。

有鉴于此，实有必要提供一种校准方法，以实现高压环境下恒电位电化学气体传感器的校准。

本领域中，恒电位电化学气体传感器的校准是指气体成分浓度与电解电流的响应曲线的较准。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种校准方法，以实现高压环境下恒电位电化学气体传感器的校准。

为解决上述问题，本发明提供一种高压环境下恒电位电化学气体传感器的校准方法，包括：

在同一热力学温度下，获取传感器对特定气体的一系列气体成分浓度对应输出的电解电流，得到不同高压环境压强P1、P2……Pn下的响应曲线I=f1（C）、I=f2（C）……I=fn（C），其中，P1、P2……Pn为固定值且依次递增，C为气体成分浓度，I为电解电流；

高压环境压强固定时，I=f（C）=Ka·D·C，其中Ka为常数，D为扩散系数且在高压环境压强为固定值时也为常数，对不同高压环境压强对应的响应曲线系数拟合Ka·D，得到响应曲线系数中的扩散系数在固定温度下随环境压强变化的规律Ka·D=g（P），其中P为环境压强，根据I=Ka·D·C=g（P）·C，即可得到该恒电位电化学传感器在[P1，Pn]区间内任一压强下的响应曲线，即达到了对该传感器在高压下进行校准的目的。

可选地，所述校准方法采用耐压腔体实现，所述耐压腔体具有舱体、进气阀、排气阀、气体采样口、电连接件和温压一体传感器。

可选地，获取不同环境压强P1、P2……Pn下的响应曲线I=f1（C）、I=f2（C）……I=fn（C）的方法为：

向耐压腔体内充入气体成分浓度已知为C1的标准气体，使腔内环境压强为Px，x=1，2……n，测量耐压腔体内的热力学温度为固定值时所述恒电位电化学气体传感器所输出的电解电流I1；

向耐压腔体内充入气体成分浓度已知为C2、C3……Cm的标准气体，使腔内环境压强仍为Px，x=1，2……n，测量耐压腔体内的温度为固定值时所述恒电位电化学气体传感器输出的电解电流I2、I3……Im，m≥3；

根据已知气体成分的浓度C1、C2……Cm，以及上述各自浓度C1、C2……Cm下恒电位电化学气体传感器所输出的电解电流I1、I2……Im，进行线性拟合，获得该热力学温度固定值对应的I=fx（C）；

x遍历1，2……n，即可获得同一热力学温度，高压环境压强P1对应的I=f1（C）、高压环境压强P2对应的I=f2（C）……高压环境压强Pn对应的I=fn（C）。

可选地，气体成分浓度C1的供气源为所述特定气体的零点气。

可选地，获取不同环境压强P1、P2……Pn下的响应曲线I=f1（C）、I=f2（C）……I=fn（C）的方法为：

向耐压腔体内充入气体成分浓度已知为C1的标准气体，使腔内环境压强为Px，x=1，2……n，测量耐压腔体内的热力学温度为固定值时所述恒电位电化学气体传感器所输出的电解电流I1；

向所述气体成分浓度为C1的耐压腔体内充入气体成分浓度已知为C’的标准气体，使耐压腔体内压力达到Ps，在热力学温度不变的前提下，通过C2=C’+(C1-C’)·Px/Ps，计算获得耐压腔体内的气体成分浓度C2；对所述耐压腔体排气，使耐压腔体内压力下降至Px，此时耐压腔体内气体成分浓度仍为C2，测量耐压腔体内的温度为固定值时所述恒电位电化学气体传感器所输出的电解电流I2；

……