[实用新型]测量气体浓度的装置

说明书

一种测量气体浓度的装置，该装置包括至少两级电流泵和连接所述至少两级电流泵的电流测量装置，所述至少两级电流泵包括沿着被测气体的流动方向依次连接的一级泵和二级泵，其中所述一级泵通过其电极泵出输入的被测气体而产生一级泵电流，所述二级泵通过其电极泵出残余的被测气体而产生二级泵电流，所述电流测量装置测量所述一级泵电流和所述二级泵电流。使用该装置，可以依据所述二级泵电流的大小来调节所述一级泵上施加的电压，直到所测的二级泵电流不大于一个接近零的预设值，以得到准确的气体浓度测量结果。本实用新型实现了以简单的结构有效地提高气体浓度测量的可靠性和精度。

技术领域

本实用新型涉及气体传感器领域，特别是涉及一种测量气体浓度的装置。

背景技术

气体是物质常见的状态之一，气体的浓度影响着其所在的环境。例如，炼钢时控制氧气的浓度来控制钢铁品质，汽车通过测量尾气排放时中的氧气浓度闭环控制喷油量。气体的浓度高低在真实环境中带来的影响非常大。因此，精确测量气体的浓度成为一项关键的技术。

目前常见的气体浓度测量方案包括电阻法、光学法、色谱法、超声法、元素示踪法、燃烧法和电化学法等。电化学法是常见的方法，又可分为电位法、与交流阻抗法、电流法等。

电位法是通过不同气体浓度在电极上形成不同的电势，通过测量电势差而表征气体浓度，典型的应用为能斯特电池式电位计。该法的缺点是电位测量受到电极影响较大、测量范围有限且输出结果非线性。

交流阻抗是通过不同浓度气体在电极上所形成活化极化与浓差极化的差异性，导致电极的阻抗不同而进行工作。该法的缺点是测量得到的信号内容复杂，信号稳定性差。

电流法是利用离子导体材料与电催化电极材料将气体的吸附、电离，再通过施加电压让离子定向移动在回路中形成电流，在一定条件下电流与气体浓度会形成固定的对应关系，即可用于气体浓度测量。

电流法一般需要使定向移动的离子速率与气体扩散过来的速率达到平衡时，此时得到的离子电流才能够对应真实有效的气体浓度值。若没有达到动态平衡，则此时测量电流不能代表气体的对应浓度。因此，电流法需要通过判定电流过程是否平衡，来确定电流值的有效性。

现有的产品技术中电流平衡判定方法普遍利用能斯特电池原理，即电压法来判断。这种方法是通过对比测量气氛与标准参考气氛的之间的能斯特电压差来确定内部气氛的浓度状态，进而确定极限电流是否准确。电压法存在一定问题，例如检测范围小、输出电压与浓度呈对数关系，导致线性差、精度低；同时该过程必须要使用标准参考气(例如大气)，这对测量器件的结构提出了更高的要求(要增加连通大气的通道)，比如高海拔由于空气中含氧量变化，最终测试结果就不真实。因此电位法判定电流的平衡状态存在较大的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量气体浓度的装置，以简单的结构提高气体浓度测量的可靠性和精度。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种测量气体浓度的装置，包括至少两级电流泵和连接所述至少两级电流泵的电流测量装置，所述至少两级电流泵包括沿着被测气体的流动方向依次连接的一级泵和二级泵，其中所述一级泵通过其电极泵出输入的被测气体而产生一级泵电流，所述二级泵通过其电极泵出残余的被测气体而产生二级泵电流，所述电流测量装置用于测量所述一级泵电流和所述二级泵电流。

进一步地：

还包括连接所述电流测量装置的电压控制装置，所述电压控制装置用于根据所述二级泵电流的大小来调节所述一级泵上施加的电压。

所述测量气体浓度的装置为测量氧气浓度的装置，所述至少两级电流泵形成在氧离子导体基体上，其中所述一级泵通过泵出输入的氧气而产生一级泵电流，所述二级泵通过泵出残余的氧气而产生二级泵电流。