气体传感器及由其制成的气体检测器

1、一种燃料电池气体传感器，包括电池套、电池芯、电池座，电池盖， 电解质、工作电极以及对电极；
在所述电池套中，由内到外依次装有电池芯、电池座和电池盖；
所述电解质装于所述电池芯的中心孔内，所述工作电极和对电极位于所述 电池芯中心孔的两端，并与所述电解质良好接触；
所述电池芯装于所述电池座的中心孔下部，所述工作电极面对所述电池座 的中心孔；
在所述电池盖与电池座之间装有可让氧气和被检测气体通过、但可阻止液 体和粉尘颗粒通过的气体渗透膜，所述电池盖外部的气体可经所述电池盖、气 体渗透膜、以及电池座中心孔而到达所述工作电极，在此处发生电化学反应而 输出相应的电信号；
其特征在于，在所述电池套内还设有一个储液杯，所述储液杯位于所述电 池芯下部；在所述储液杯中装有恒湿剂，在所述储液杯的上部装有储液杯盖， 在所述储液杯盖中心孔处装有多孔透气膜；所述电池芯与所述储液杯内的恒湿 剂之间的水蒸汽可通过所述储液杯盖中心孔、多孔透气膜而连通。
2、根据权利要求1所述的燃料电池气体传感器，其特征在于，在所述储 液杯中心孔的侧壁上还设一个与所述电池座的内腔相通的横向透气孔。
3、一种燃料电池气体传感器，包括电池套、电池芯、电池座，电池盖， 电解质、工作电极以及对电极；
在所述电池套中，由内到外依次装有电池芯、电池座和电池盖；
所述电解质装于所述电池芯的中心孔内，所述工作电极和对电极位于所述 电池芯中心孔的两端，并与所述电解质良好接触；
所述电池芯装于所述电池座的中心孔下部，所述工作电极面对所述电池座 的中心孔；
在所述电池盖与电池座之间装有可让氧气和被检测气体通过、但可阻止液 体和粉尘颗粒通过的气体渗透膜，所述电池盖外部的气体可经所述电池盖、气 体渗透膜、以及电池座中心孔而到达所述工作电极，在此处发生电化学反应而 输出相应的电信号；
其特征在于，在所述电池套内还设有一个用多孔透气膜做成的储液袋，在 所述储液袋中装有恒湿剂，所述电池芯与所述储液袋内的恒湿剂之间的水蒸汽 可通过所述多孔透气膜而连通。
4、根据权利要求1-3中任一项所述的燃料电池气体传感器，其特征在于， 所述电解质是由液体电解质和固体多孔SiO2材料均匀混合而成的凝胶电解质； 其中，SiO2的重量为4％～40％，所述液体电解质是浓度为30％～98％的硫酸 或磷酸。
5、根据权利要求1-3中任一项所述的燃料电池气体传感器，其特征在于， 在所述电池芯中心孔的侧壁还设有与之相通的凝胶电解质膨胀孔。
6、根据权利要求1-3中任一项所述的燃料电池气体传感器，其特征在于， 在所述电池芯中还设有与所述电池芯中心孔平行、并与所述工作电极及对电极 相通的压力平衡孔。
7、根据权利要求1-3中任一项中任一项所述的燃料电池气体传感器，其 特征在于，所述恒湿剂由饱和金属盐溶液及金属盐固体按适当比例混合而成， 所述金属盐为氯化锂、醋酸钾、氯化镁、碳酸钾、硝酸镁、以及氯化钠中的一 种或多种。
8、一种气体检测器，包括稳压工作电源和微处理器，还包括与所述微处 理器连接的温度传感器、气体传感器、以及告警装置；其特征在于，
所述气体传感器为权利要求1-7中任一项所述的燃料电池气体传感器；
所述气体传感器的传感信号经信号采集放大电路及模/数转换电路而输入 到所述微处理器；
所述微处理器与一电子开关连接，所述稳压工作电源的正极通过所述电子 开关与气体传感器的对电极连接，所述稳压工作电源负极通过所述电子开关与 气体传感器的工作电极连接。

技术领域\n本发明涉及气体传感、检测装置，更具体地说，涉及一种寿命长、性能更 可靠的燃料电池气体传感器，以及由这种燃料电池气体传感器制成的气体检测 器。\n背景技术\n燃料电池是由英国人William Grove于1839年发明的，近几十年来被广泛 地应用于气体传感器中。通常，燃料电池气体传感器主要包括一个工作电极(通 常称阳极)和一个对电极(通常称阴极)，工作电极和对电极之间由电解质隔 离。“燃料”气体在工作电极上的电化学氧化可导致电子从阳极到阴极的流动， 即形成电流。其中，电流强度和气体浓度成正比。典型气体传感器的原理及结 构可参见美国专利US5,738,773。\n燃料电池气体传感器有以下特征：1)无消耗件和易损件；2)以被动方式 运行；3)无需外界激发，室温下即可工作；4)线性好，响应速度快，动态测 量范围大；5)稳定性好。由于这些优点，以燃料电池气体传感器为核心的气 体检测器基本上成为唯一的可用普通电池供电并能长时间工作的气体检测器。 本发明中，气体传感器指的是能把气体信号直接转化成可测电信号的装置；而 气体检测器中除了气体传感器外，还包括外围电路(例如信号采集、处理、存 储、输出、显示、控制等)，以及人机交流等软硬件装置。\n典型的燃料电池气体传感器通常用贵金属如Pt或Pt合金电催化剂作为工 作电极和对电极，两个电极之间用浸湿了电解质溶液的基质进行隔离。在美国 专利US 6,638,407B1和中国专利ZL96202178.4，ZL95196037.7中，公开了使 用液体电解质贮液池，通过浸润渠道来维持电解质湿度/浓度方法。这种方法 的缺点是传感器易受环境温度、湿度，压力及振动的影响，液态电解质容易泄 漏而造成腐蚀、干涸、水淹等问题，从而会影响传感器的寿命。\n目前，燃料电池气体传感器应用的重要领域之一是作为一氧化碳气体检测 器和电力变压器或其它充油电气设备油中故障气体的在线监测。在实际使用 中，由于各种外部因素的影响，如传感器元器件的老化、接触不良或电极表面 的沾污，传感器的性能会逐渐下降，在某些情况下传感器甚至会失灵，但检测 器本身却无法将其当前状态告诉用户，因此会遇到即使有目标气体也检测不到 的情况发生，或者发生误告警。\n在美国专利US6,200,443B1中，公开了一种传感器自我测试的方法和装 置。其中把燃料电池作为一个电容器，用一个小的直流(DC)电压(10mV) 在一个很短的时间内(1毫秒)使燃料电池充电，然后用微处理器在设定的时 间内测定传感器的电信号(电压)。再将测得的电压与预先设定的正常的传感 器测定值作比较，该正常值通常是传感器出厂时测得的值。该方法的优点是通 过简单地比较两个值，可以判断传感器是否正常工作，因为当传感器正常工作 时，传感器充电较缓慢而放电更慢；而当传感器工作不正常时，传感器充放电 加快，测得的电压值会大于正常工作的传感器值。但该方法有以下缺点：1) 充电时间很短，对电子开关和采样的重复性要求极高，在极短的时间差别下， 采样的结果就可能明显不一样，因此测得的结果的精确性受到影响。2)用该 方法时检测器的周围环境中必须没有目标气体(如一氧化碳)，因此实用性受 到影响，至少不能通过程序来控制传感器实现自我测试。因为自动校正时不能 保证环境中没有目标气体。3)由于传感器自测结果受环境(传感器)温度的 影响，因此该方法在不同温度下测得的结果就缺乏可比性。\n发明内容\n针对现有技术中的上述缺陷，本发明首先要解决传统燃料电池气体传感器 会发生电解质泄漏、使用寿命易受环境温度及湿度影响的问题。\n本发明提供一种燃料电池气体传感器，包括电池套、电解质、工作电极以 及对电极；其中，在所述电池套中，由内到外依次装有电池芯、电池座和电池 盖；所述电解质装于所述电池芯的中心孔内，所述工作电极和对电极位于所述 电池芯中心孔的两端，并与所述电解质良好接触；所述电池芯装于所述电池座 的中心孔下部，所述工作电极面对所述电池座的中心孔；在所述电池盖与电池 座之间装有可让氧气和被检测气体通过、但可阻止液体和粉尘通过的气体渗透 膜，所述电池盖外部的气体可经所述电池盖、气体渗透膜、以及电池座中心孔 而到达所述工作电极，在此处发生电化学反应而输出相应的电信号；其中，在 所述电池套内还设有一个储液杯，所述储液杯位于所述电池芯下部；在所述储 液杯中装有恒湿剂，在所述储液杯的上部装有储液杯盖，在所述储液杯盖中心 孔处装有多孔透气膜；所述电池芯与所述储液杯内的恒湿剂之间的水蒸汽可通 过所述储液杯盖中心孔、多孔透气膜而连通。此时，在所述储液杯中心孔的侧 壁上最好还设一个与所述电池座的内腔相通的横向透气孔。\n针对本发明的所述储液杯及恒湿剂方案，还可使用另一优选方案，其中在 所述电池套内还设有一个用多孔透气膜做成的储液袋，在所述储液袋中装有恒 湿剂，所述电池芯与所述储液袋内的恒湿剂之间的水蒸汽可通过所述多孔透气 膜而连通。\n所述电池套，电池芯，电池座和电池盖材料由PP(聚丙烯)，PE(聚乙烯)或 ABS(丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物)塑料的一种或多种组成。\n在本发明的气体传感器中，所述电解质最好是由液体电解质和固体多孔玻 璃或陶瓷材料如SiO2均匀混合而成的凝胶电解质。在所述凝胶电解质中，SiO2 的重量最好为4％～40％，所述液体电解质最好是浓度为30％～98％的硫酸或 磷酸。\n在本发明的气体传感器中，可在所述电池芯中心孔的侧壁设置与之相通的 凝胶电解质膨胀孔；还可在所述电池芯中设置与所述电池芯中心孔平行、并与 所述工作电极及对电极相通的压力平衡孔。\n其中，所述恒湿剂最好由饱和金属盐溶液及金属盐固体按适当比例混合而 成，所述金属盐可为氯化锂、醋酸钾、氯化镁、碳酸钾、硝酸镁、以及氯化钠 中的一种或多种。\n为解决传统的气体检测器可靠性较差、且不能实现简单可靠的自我测试和 自我校正自我测试和自我校正的问题，本发明提供一种气体检测器，包括工作 电源和微处理器，还包括与所述微处理器连接的温度传感器、气体传感器、以 及告警装置；其中，所述气体传感器为前述方案中的燃料电池气体传感器；所 述气体传感器的传感信号经信号采集放大电路及模/数转换电路而输入到所述 微处理器。\n在本发明的气体检测器中，最好还包括与所述微处理器连接的电子开关， 所述工作电源的正极通过所述电子开关与气体传感器的对电极连接，所述工作 电源负极通过所述电子开关与气体传感器的工作电极连接。\n另外，本发明还提供一种对前述方案中的气体检测器进行自我测试和自我 校正的方法，其特征在于，在没有被检测气体的条件下，按以下步骤进行基线 浓度的强制校正：\n(S11)判断是否收到由手动测试及校正触发按钮所输入的信号，如果是则 进入步骤(S12)，否则重复本步骤；\n(S12)采集当前的气体传感器和温度传感器的检测信号Uinit和T，并根据所 采集的信号，计算出当前的浓度PPM(cal)；\n(S13)接通电子开关，按预定的电压和通电时间，向所述气体传感器的两 极通反向所述的稳压工作电源；\n(S14)采集通电结束后气体传感器的检测信号Uend，然后结束通电；\n(S15)根据所述步骤(S12)、(S14)中所得的检测信号，计算出气体传感器 的自我测试值SL＝(Uend-Uinit)*f(T)，其中f(T)为温度补偿系数；\n(S16)判断所述传感器当前的自我测试值SL与其基准值SF(SF为出厂时 的传感器自我测试值)之间的比值RI/F＝SI/SF是否在预定范围内，如果是则 进入所述步骤(S17)；\n(S17)重新设定所述检测器的基线浓度，以当前基线浓度减去在所述步骤 (S12)所得的PPM(cal)的差值作为新的基线浓度，然后回到所述步骤(S11)。\n在本发明所述的方法中，还包括以下对检测器的灵敏度进行自我校正的步 骤，其特征在于，无论是否存在被检测气体，按以下步骤进行灵敏度的自我校 正：\n(S21)判断是否达到预定的自动测试和灵敏度校正周期，如果是则进入步 骤(S22)，否则重复本步骤；\n(S22)采集当前的气体传感器和温度传感器的检测信号Uinit和T；\n(S23)接通电子开关，按预定的电压和通电时间，向所述气体传感器的两 极通反向所述的稳压工作电源；\n(S24)采集通电结束后气体传感器的检测信号Uend，然后结束通电；\n(S25)根据所述步骤(S22)、(S24)中所得的检测信号，计算出传感器的自 我测试值SL＝(Uend-Uinit)*f(T)，其中f(T)为温度补偿系数；\n(S26)判断所述传感器当前的自我测试值SL与其基准值SF(SF为出厂时 的传感器自我测试值)之间的比值RI/F＝SI/SF是否在预定范围内，如果是则进 入所述步骤(S27)；\n(S27)以所述自我测试值SL与基准值SF之间的比值SL/SF来计算校正系数 C(即C＝A*SI/SF+B，其中A，B为常数)，重新设定灵敏度校正系数，然后 回到所述步骤(S21)。\n在本发明所述的方法中，所述传感器自我测试值SL与基准值SF之间的比 值RL/F的预定范围最好为1-2；所述稳压工作电源反向通电预定的电压范围最 好为2-5V；反向通电通电时间范围最好为1-10秒。另外，如果所述步骤(S16) 或(S26)的判断结果为否，即比值超出了预定值，此时最好是停止当前步骤并 发出告警信号。\n由上述方案可知，本发明解决了传统燃料电池气体传感器会发生电解质泄 漏的问题，同时通过保持恒湿的方式提高了传感器的使用寿命。以这种燃料电 池气体传感器为核心的气体检测器能准确自动地判别传感器的状况，不受环境 温度限制和环境中是否有被检测气体或其它干扰气体存在的限制；并可通过 自动或手动触发方式实现基线漂移和灵敏度的校正，无需标准气体源。\n附图说明\n下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：\n图1是本发明一个优选实施例中燃料电池气体传感器的结构示意图；\n图2是图1中所示优先实施例中的电池芯组合体的结构示意图；\n图3是图1中所示优先实施例中的储液杯组合体的结构示意图；\n图4是本发明一个优选实施例中的气体检测器的原理框图；\n图5是本发明一个优选实施例中气体检测器正常运行时的流程图；\n图6是本发明一个优选实施例中手动触发对气体传感器进行自我测试及 基线校正时的流程图；\n图7是本发明一个优选实施例中自动触发对气体传感器进行自我测试及 灵敏度校正的流程图；\n图8是本发明一个优选实施例中气体传感器的自我测试结果曲线示意图；\n具体实施方式\n下面结合实施例对本发明的内容进行详细描述，本领域的技术人员可以理 解的是，本发明并不限于下述具体实施例，还可在本发明技术方案的范围内产 生多种不同的具体实施方式。\n图1是本发明优选实施例中燃料电池气体传感器的结构示意图。在燃料电 池气体传感器1中，电池芯组合体11(其结构详见图2)被置于电池座12的 空腔内，其中工作电极114面对电池座12的中心孔，使得从中心孔过来的目 标气体可以直接到达工作电极114上。电池芯组合体11上的对电极115面对 储液杯组合体15(其结构详见图3)的储液杯盖151上。工作电极114与工作 电极导电引线116的紧密接触，以及对电极115与对电极导电引线117的紧密 接触，都是通过电池套10与电池盖13的机械倒锁或类似结构来实现的。\n从图1中可以看出，在电池盖13和电池座12之间安装有一气体渗透膜 14。该气体渗透膜14可以让目标气体和氧气通过，但不会让液体或外部的粉 尘、颗粒通过，同时可对水蒸气的交流起到阻碍作用。气体渗透膜14的选择 既要考虑目标气体的渗透速度，以保证传感器的检测灵敏度，同时也要考虑水 分子的渗透能力不能太大，以保证传感器内部湿度的恒定；气体渗透膜材料最 好使用PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙稀)、PP(聚丙烯)或PE(聚乙烯)。 本实施例中，气体渗透膜的厚度为0.006mm至0.050mm。从图1中可以看出， 电池盖13和电池座12以及电池套10与电池座12之间的密封分别由密封圈 20和密封圈21来实现，也可以通过超声波焊接来实现。\n从图1和图2中可以看出，目标气体透过气体渗透膜14后，穿过电池座 12的中心孔，最后到达电池芯组合体11，在工作电极114上发生电化学反应 并产生电信号，该电信号通过工作电极导电引线116和工作电极导体插针16 传到外部的检测电路板上(未在图中画出)，并通过对电极导电引线117和对 电极导体插针17形成回路。其中的工作电极114和对电极115是气体扩散电 极，可由电催化剂涂覆于导电碳纸烧结而成。在电催化剂中，除含有贵金属或 贵金属合金电催化剂以外，还含有碳黑导电载体和憎水剂。电催化剂最好是铂 或铂合金贵金属纳米粉末，憎水剂最好使用PTFE颗粒。工作电极导电引线116 和对电极导电引线117最好使用铂丝或金丝。\n如图2所示，为了避免电解质的泄漏，本实施例中使用半固体状凝胶电解 质118来代替传统的液体电解质，它置于电池芯111的中心孔内，电池芯的材 料使用耐腐蚀的塑料如PP、PE，PTFE或ABS，中心孔的上下两面由气体扩 散电极覆盖(即工作电极114和对电极115)，侧面有凝胶电解质膨胀孔113 以适应传感器内温度的变化。在中心孔的边上还开有一压力平衡孔112，其直 径小于1mm，该平衡孔可起到两个作用，一是平衡电池芯两面，即工作电极 114和对电极115的压力；二是给对电极提供电化学反应所必需的氧气。本实 施例中，凝胶电解质118由液体电解质和固体多孔SiO2材料均匀混合而成， 其中SiO2的重量为4％～40％，液体电解质最好是浓度为30％～98％的硫酸 或磷酸。凝胶电解质118的工作湿度可通过调节硫酸或磷酸的浓度来得到，如 表1所示。\n表1：25℃时硫酸的平衡相对湿度(RH％)\n(Ref.ASTM E104-1991 Maintaining Constant Relative Humidity by means of Aqueous Solution)\n  硫酸浓度(％)   RH％   30   75   45   46   60   16\n由于采取了上述结构，本实施例的气体传感器在正常使用时不会发生电解 质泄漏的问题。\n如图3所示，为了提高传感器的稳定性和使用寿命，本实施例中提供了一 种保持恒湿的装置，即储液杯组合体15。其中，恒湿剂155置于电池套10的 底部，并由一种多孔透气膜154把恒湿剂与外部隔离开来，该多孔透气膜在常 压下可以让水蒸气透过，但不能让液体和固体透过。该多孔透气膜的材料最好 使用PTFE或PVDF，其孔径最好小于0.001mm。恒湿剂155由饱和金属盐溶 液和该金属盐的固体按一定比例配制而成。也就是说，在恒湿剂中既含有金属 盐溶液，也含有未溶解的金属盐。可使用的金属盐包括但不局限于表2所列的 金属盐。\n表2：25℃时，饱和金属盐水溶液的平衡相对湿度(RH％)\n(Ref.ASTM E104-1991Maintaining Constant Relative Humidity by means of Aqueous Solution)\n  金属盐名称   化学分子式   RH％   氯化锂   LiCl.H2O   11.3   醋酸钾   KC2H3O2   22.5   氯化镁   MgCl2·6H2O   32.8   碳酸钾   K2CO3·2H2O   43.2   硝酸镁   Mg(NO3)2·6H2O   52.9   氯化钠   NaCl   75.3\n实际使用中，恒湿剂155的选择要根据所用凝胶电解质118而定。恒湿剂 155由多孔透气膜154和储液杯盖151通过合适的机械结构设计来实现密封。 储液杯盖151上开有一储液杯中心孔152直接面对对电极115，以保证电池芯 组合体的工作湿度。储液杯中心孔152的侧壁上设一个横向透气孔153，它与 电池座12的内腔相通，用于保证整个传感器内部的工作湿度。当由于外部环 境湿度变化而引起传感器内部的湿度变化时，该恒湿剂能有效地吸收多余的水 份或释放不足的水份，从而能自动调节传感器内部的湿度，保证了传感器运行 的稳定性和使用寿命。\n图4是本发明一个优选实施例中采用前述气体传感器制成的一氧化碳气 体检测器的原理框图。在正常检测状态下，气体传感器41产生的电信号经信 号采集放大电路42处理，然后经过模/数(A/D)转换器43转换为数字信号， 最后到达微处理器40。同时，温度传感器44的温度信号也输入到微处理器。 温度传感器44可以是热电偶、热敏电阻等常用的热敏元件，到达微处理器时 要经过A/D转换(未在图4中画出)，也可以是数字化的集成温度传感器。本 实施例中使用的微处理器是MSP430(Texas Instrument)，其内部集成了一个温 度传感器。根据上述气体传感器和温度传感器的检测信号，微处理器40可按 事先设定的数学模型换算成气体浓度信号，并将其与存储于微处理器内的告警 设定值进行比较，如果气体浓度信号超过了告警设定值并超过了设定的延时， 则微处理器40会输出告警信号，从而使蜂鸣器49发出告警声音、LED灯50 发出告警光、并由液晶显示器51显示相应告警信息。\n在实际使用中，由于受到各种外部因素的影响，如所用元器件的老化，电 接触劣化等，气体传感器的检测性能会受到影响，从而会影响气体检测器的精 度。影响精度的因素主要有二个方面，一是检测器的基线，即检测器在没有目 标气体分子时给出的信号；另一个是灵敏度，即单位气体浓度下检测器给出的 信号。当然，这两个因素的变化可能是一个缓慢的过程。\n对于检测器的基线浓度，可用手动触发进行自我校正，最好每1-6个月一 次，具体操作时，需把检测器置于通风位置，以确保没有目标气体，然后按下 检测器的手动触发自我测试和自我校正按键48，微处理器接通电子开关45向 气体传感器反向通电一定时间，再通过微处理器把检测器的基线浓度调零。\n对于检测器的灵敏度，可直接利用传感器自我测试的系数而无需标准气体 源。当达到预定的自动灵敏度校正周期时(实时时钟47)，则启动自我测试和 自我校正流程。微处理器接通电子开关45向气体传感器反向通电一定时间。 其具体步骤将在后面进行描述。\n如图5所示是检测器正常运行时的流程图，其中：\n步骤501，上电启动检测器。\n步骤502，检测器进入正常采样周期，启动定时器开始倒计数t1，t1最好 在5秒到5分钟之间。\n步骤503，判断定时器是否倒计数到0，是则进入步骤504，否则继续等 待。\n步骤504，检测器从气体传感器和温度传感器采集信号U和T，信号经转 换后，到达微处理器。并由微处理器对采集信号U进行补偿，即U＝U*C，其 中C为传感器信号校正系数，出厂时设定为1.\n步骤505，检测器根据上述采集信号U和T，计算出相应的气体浓度PPM， 然后再计算出实际气体浓度PPMcal＝PPM-Offset，其中Offset为基线浓度， 出厂时设定为零，PPM是根据传感器信号及预定的计算模式得出的气体浓度， 其中包含了传感器可能有的基线漂移。\n步骤506，判断实际气体浓度是否大于气体浓度告警设定值，如果是则进 入步骤507，否则回到步骤502。\n步骤507，此时，实际气体浓度大于告警预定值，表明被检测气体的浓度 超出了告警标准，因此会发出相应的浓度超标告警信号。并一直延续到浓度回 复到低于告警值或按下了重置键(临时取消告警，如果告警条件依然存在，一 定时间后告警信号将恢复)。\n如图6所示是对气体传感器手动触发进行自我测试和基线浓度校正时的 流程图，其中：\n步骤601，判断是否收到手动触发测试和校正指令，是则进入步骤602， 否则重复本步骤。具体操作时，需把检测器置于通风位置，以确保没有目标气 体，然后按下检测器的手动触发测试和校正按键。\n步骤602，采集气体传感器和温度传感器信号Uinit和T，并按设定数学模 型计算PPM(cal).\n步骤603，启动电子开关和定时器，给传感器两极反向接通3V直流稳压 电源3秒钟。\n步骤604，重新从气体传感器两极采集集号Uend。\n步骤605，微处理器根据前述Uinit、Uend、T，计算出传感器的测试值SL， 并判断RL/F＝SL/SF是否在正常范围内，RL/F正常范围值一般在1至2之间， 是则进入步骤606，否则进入步骤607。其中：\nSL＝(Uend-Uinit)*f(T)\nSF为传感器出厂时的传感器自我测试值，即首次SL值。\n其中SL为最近一次传感器自我测试值；Uinit为通反向直流电源前的传感 器电信号(电压)；Uend为通反向直流电源后传感器的电信号(电压)；f(T)为 温度补偿系数，它是一个经验公式，可通过具体的实验来决定，例如可以是线 性函数[Eq.1：f(T)＝a·T+b]，或者是指数函数 $[\mathrm{Eq}.2:f\left(T\right)=f\left(T\right)=a.e^{\frac{b}{T}}]$ (a，b为常 数)，在一定的温度范围内都能满足要求。\n步骤606，如果SL/SF是在正常范围，则重新设定基线Offset，以当前基 线浓度减去在所述步骤602所得的PPM(cal)的差值作为新的基线浓度，即 Offset＝Offset-PPM(cal)，然后回到步骤601。\n步骤607，如果SL/SF不是在正常范围内，则停止正常检测并输出相应的 告警信息，例如更换传感器。\n如图7所示是对气体传感器自动定时触发进行自我测试和灵敏度校正的 流程图，其中：\n步骤701，判断是否达到预定的自动定时触发自我测试和灵敏度校正周 期，是则进入步骤702，否则重复本步骤。具体实施时，需在检测器的程序中 设定一个自动校正周期，例如每工作360小时校正一次。\n步骤702，采集气体传感器和温度传感器信号Uinit和T。\n步骤703，启动电子开关和定时器，给传感器两极反向接通3V直流稳压 电源3秒钟。\n步骤704，重新从气体传感器两极采集集号Uend。\n步骤705，微处理器根据前述Uinit、Uend、T，计算出传感器的测试值SL， 并判断RL/F＝SL/SF是否在正常范围内，RL/F正常范围值一般在1至2之间， 是则进入步骤706，否则进入步骤707。其中：\nSL＝(Uend-Uinit)*f(T)\nSF为传感器出厂时的传感器自我测试值，即首次SL值。\n其中SL为最近一次传感器自我测试值；Uinit为通反向直流电源前的传感器 电信号(电压)；Uend为通反向直流电源后传感器的电信号(电压)；f(T)为温 度补偿系数，它由一个经验公式来计算，可通过具体的实验来决定，例如可以 是线性函数f(T)＝a·T+b，或者是指数函数 $f\left(T\right)=f\left(T\right)=a.e^{\frac{b}{T}}$ (a，b为常数)，在 一定的温度范围内都能满足要求。\n步骤706，如果SL/SF是在正常范围，则重新设定传感器灵敏度校正系数 C，然后回到步骤701；其中：\nC＝(A*SL/SF+B)，A，B为常数，可通过实验获得。\n步骤707，如果SL/SF不是在正常范围内，则停止正常检测并输出相应的 告警信息，例如更换传感器。\n上述自动校正步骤有以下优点：1)自动校正时，无论环境中有否目标气 体(如一氧化碳)，都不影响测试的准确性，因为测试值是一个相对值；2)自 动校正时不受温度的限制，结果有可比性；3)通电时间相对较长，大于1秒， 因此容易准确地控制，测量的精确度提高；4).校正时无需标准气体源或其它 辅助设备和材料。\n为了便于理解，前面是将图5、图6、图7所示的流程作为三个独立运行 的程序来描述的，具体实施时，可以是三个平行的流程，也可以在一个主流程 中依次执行各个步骤。\n图8是一个典型的传感器自我测试曲线。在启动传感器自测60时，传感 器的电信号为Uinit反向通电3秒钟后(3V直流电)，即在曲线位置61，传感 器的电信号变为Uend停止反向通电后，传感器逐渐回恢原状，到3分钟时， 即曲线位置62，基本上恢复到正常。