气体的测量装置、气体流量测量方法及气体总量测量方法

技术领域

本申请涉及气体测量技术领域，尤其是涉及一种气体的测量装置、气体流量测量方法及气体总量测量方法。

背景技术

气体测量在生产生活中运用广泛，例如交管部门在排查酒驾时，利用酒精仪进行气体酒精含量测量时，需要根据每个人的呼气流量大小以及通过对人体呼出气体中的酒精物质反应量的多少，来快速得出测试者呼出的气体中的酒精含量。又例如在部分工业生产过程中，使用各种类型的气体或对其进行操作，需要气体的流量，达到所需求的气体流量参数，满足正常的工业生产要求。

相关技术中利用采样流量计测量气体流量和吹气总量，这种方案复杂，且成本贵，不适用于对便携要求高的酒精测试仪上，在工业生产中也会增加企业负担。

发明内容

为了降低气体流量和总量测量装置的成本并保证气体流量和总量测量的精准性，本申请提供一种气体的测量装置、气体流量测量方法及气体总量测量方法。

第一方面，本申请提供的一种气体的测量装置采用如下的技术方案：

一种气体的测量装置，包括主机机体，所述主机机体内设置有处理器，所述主机机体上设置有通气管道，所述通气管道包括相连通的进气管道和出气管道，所述进气管道的一端伸出所述主机机体外且该端具有进气口，所述出气管道的一端伸出所述主机机体外且该端具有出气口，所述出气管道的长度方向与所述进气管道的长度方向之间形成锐角、直角或钝角；所述出气管道与所述进气管道衔接处设置有气压传感器；所述气压传感器与所述处理器通信连接。

其实施原理如下：使用时，先根据标准数据得出不同流量与气压传感器检测的对应压力的曲线关系，得出相应的计算公式；然后再在实际运用场景中根据之前得出的曲线关系及相应的计算公式，采用通气管道中单点位置气压传感器检测的气压值大小，通过气体压力值同校对方式实现气体流量的计算以及气体总量的计算，可以很好满足酒精仪标准要求测试吹气总量和吹气监测等使用场景中。

例如在进行酒精呼气检测时，当被测试人从进气管道的进气口处吹气，当气体以f流量通过一个通气管道到达出气管道与进气管道衔接处，利用气压传感器感知吹气压力大小，气体流经气压传感器感后，再通过出气管道的出气口流出，气压传感器检测的压力值大小与吹气流量形成一定正比关系，吹气速度越快，气压传感器检测的压力值越大，反之就越小。本申请利用通气管道中气压传感器检测的压力值来推导处进气管道的进气口处的吹气流量，从而推导吹气总量。

通过采用上述的技术方案，整个测量装置结构简单小巧，零部件少，制造成本低，且测量精准可靠。

可选的，所述气压传感器为H桥气压传感器；所述出气管道与所述进气管道的衔接处位于所述主机机体内。

通过采用上述的技术方案，利用H桥气压传感器技术成熟，成本低，测量精准，且整体结构更加紧凑可靠。

可选的，所述气压传感器设置在所述出气管道靠近所述进气管道一端的内壁上。

通过采用上述的技术方案，这样便于安装，降低了工艺难度，进一步的降低了制造成本。

可选的，所述出气管道靠近所述进气管道一端的内壁上开始有安装孔，所述安装孔朝向所述进气管道的进气口，所述气压传感器嵌设在所述安装孔内，所述气压传感器的检测面与所述出气管道的内壁相平齐。

通过采用上述的技术方案，这样能够保证整体结构的紧凑型，并有效防止出现气流紊乱，提高测量的精准可靠性。

第二方面，本申请提供的一种气体流量的测量方法采用如下的技术方案：

一种气体流量的测量方法，所述测量方法利用上述的测量装置进行测量，包括以下步骤：

S1：找出不同流量与气压传感器检测的对应压力的曲线关系：从进气管道的进气口通入不同流量f(f1,f2……fn,)的气体，通过气压传感器检测出对应压力值p(p1,p2……pn),不同流量f下与对应压力p曲线关系为:

p＝a*f

其中，p：气体压力(pressre)；f:进气流量(flow)；a,b为与通气管道结构及尺寸相关的常数；S2：根据不同流量f下与对应压力p之间的曲线关系计算出a和b的数值；

S3：将待检测的气体通入通气管道，气压传感器测量出通气管道中气管道与所述进气管道衔接处的压力值p；根据p＝a*f

例如在进行酒精呼吸检测时，当被测试人从进气管道的进气口处吹气，当气体以f流量通过一个通气管道到达出气管道与进气管道衔接处，利用气压传感器感知吹气压力大小，气体流经气压传感器感后，再通过出气管道的出气口流出，气压传感器检测的压力值大小与吹气流量形成一定正比关系，吹气速度越快，气压传感器检测的压力值越大，反之就越小。本申请利用通气管道中气压传感器检测的压力值来推导处进气管道的进气口处的吹气流量，从而推导吹气总量。通过采用上述技术方案，整个测量逻辑清晰，对处理器要求不高，能够低成本、高精度的测量气体流量值及总量值。

可选的，在上述的步骤S3中，p＝a*f

通过采用上述的技术方案，能够利用处理器快速高效的计算出f值，非常方便。

可选的，在上述的步骤S3中，利用曲线反推法和查表法得出每个压力值下对应的实时流量f值。

通过采用上述的技术方案，可以节省处理器的计算资源。

可选的，在步骤S1中，通过一个恒定流量对不同个体设备进行出厂校对一次，得出一个校对系数k,利用每台设备间特征参数k对标定曲线进行修正和调教。

通过采用上述的技术方案，能够消除每个测量装置中气压传感器因个体差异导致的测量不准，参考电压、管道差异等因素干扰，再通过一个恒定流量对不同个体设备进行出厂校对一次，得出一个校对系数k,利用每台测量装置间特征参数k对标定曲线进行修正和调教，可以获得更新精准的吹气流量值；得出以下修正公式：p＝k*a*f

第三方面，本申请提供的一种气体总量的测量方法采用如下的技术方案：

一种气体总量的测量方法，所述测量方法利用上述的测量装置和上述的气体流量的测量方法进行测量，包括以下步骤：

S1：利用计时器分别得出气体通入通气管道的开始时间t1和结束时间t2，两者的时间差Δt＝t2-t1；

S2：上述的气体流量的测量方法测出气体流量值f，计算出气体总量V＝f*Δt。

通过采用上述的技术方案，能够高效精准的测量出气体总量的数值。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请中的测量装置结构简单小巧，零部件少，制造成本低，且测量精准可靠。

2.本申请中对不同个体设备进行出厂校对一次，得出一个校对系数k,利用每台设备间特征参数k对标定曲线进行修正和调教，可以获得更新精准的气体流量值和总量值。

3.本申请中利用气压传感器检测通气管道中的单点压力，利用相对压差方法测量气体流量的方法，尤为便于用于酒精测量领域，通过检测通气管道中某点压力值与吹气流量的曲线关系，在通过校对方式实现计算吹气流量和吹气总量，可以很好满足酒精仪标准要求测试吹气总量和吹气实时流量监测。

附图说明

图1是实施例1中本测量装置的结构示意图。

图2是实施例2中本测量装置的结构示意图。

图3是气体压力和气体流量的对应关系。

图4是校对测量装置个体差异的对比图。

图中，1、主机机体；11、安装孔；2、处理器；3、通气管道；31、进气管道；311、进气口；32、出气管道；321、出气口；4、气压传感器。

具体实施方式

以下结合附图1-附图4，对本申请作进一步详细说明。

实施例1

参照图1所示，一种气体的测量装置，包括主机机体1，主机机体1内设置有处理器2，主机机体1上设置有通气管道3，通气管道3包括相连通的进气管道31和出气管道32，进气管道31的一端伸出主机机体1外且该端具有进气口311，出气管道32的一端伸出主机机体1外且该端具有出气口321，出气管道32的长度方向与进气管道31的长度方向之间形成锐角、直角或钝角；出气管道32与进气管道31衔接处设置有气压传感器4；气压传感器4设置在出气管道32靠近进气管道31一端的内壁上，这样便于安装，降低了工艺难度，进一步的降低了制造成本，气压传感器4与处理器2通信连接。

本申请中气压传感器4为H桥气压传感器4；出气管道32与进气管道31的衔接处位于主机机体1内；利用H桥气压传感器4技术成熟，成本低，测量精准，且整体结构更加紧凑可靠。

其实施原理如下：使用时，先根据标准数据得出不同流量与气压传感器4检测的对应压力的曲线关系，得出相应的计算公式；然后再在实际运用场景中根据之前得出的曲线关系及相应的计算公式，采用通气管道3中单点位置气压传感器4检测的气压值大小，通过气体压力值同校对方式实现气体流量的计算以及气体总量的计算，可以很好满足酒精仪标准要求测试吹气总量和吹气监测等使用场景中。

例如在进行酒精呼气检测时，当被测试人从进气管道31的进气口311处吹气，当气体以f流量通过一个通气管道3到达出气管道32与进气管道31衔接处，利用气压传感器4感知吹气压力大小，气体流经气压传感器4感后，再通过出气管道32的出气口321流出，气压传感器4检测的压力值大小与吹气流量形成一定正比关系，吹气速度越快，气压传感器4检测的压力值越大，反之就越小。本申请利用通气管道3中气压传感器4检测的压力值来推导处进气管道31的进气口311处的吹气流量，从而推导吹气总量。整个测量装置结构简单小巧，零部件少，制造成本低，且测量精准可靠。

实施例2

参照图2所示，本实施例中的测量装置与实施例1中的测量装置基本相同，不同之处在于，本实施例中出气管道32靠近进气管道31一端的内壁上开始有安装孔11，安装孔11朝向进气管道31的进气口311，气压传感器4嵌设在安装孔11内，气压传感器4的检测面与出气管道32的内壁相平齐。这样能够保证整体结构的紧凑型，并有效防止出现气流紊乱，提高测量的精准可靠性。

实施例3

本申请公开一种气体流量的测量方法，本实施例中的测量方法利用上述实施例1或实施例2中的测量装置进行测量，包括以下步骤：

S1：找出不同流量与气压传感器4检测的对应压力的曲线关系：从进气管道31的进气口311通入不同流量f(f1,f2……fn,)的气体，通过气压传感器4检测出对应压力值p(p1,p2……pn),不同流量f下与对应压力p曲线关系为:

p＝a*f

其中，p：气体压力(pressre)；f:进气流量(flow)；a,b为与通气管道3结构及尺寸相关的常数；

S2：根据不同流量f下与对应压力p之间的曲线关系计算出a和b的数值；

S3：将待检测的气体通入通气管道3，气压传感器4测量出通气管道3中气管道与进气管道31衔接处的压力值p；根据p＝a*f

例如在进行酒精呼气检测时，当被测试人从进气管道31的进气口311处吹气，当气体以f流量通过一个通气管道3到达出气管道32与进气管道31衔接处，利用气压传感器4感知吹气压力大小，气体流经气压传感器4感后，再通过出气管道32的出气口321流出，气压传感器4检测的压力值大小与吹气流量形成一定正比关系，吹气速度越快，气压传感器4检测的压力值越大，反之就越小。本申请利用通气管道3中气压传感器4检测的压力值来推导处进气管道31的进气口311处的吹气流量，从而推导吹气总量。整个测量逻辑清晰，对处理器2要求不高，能够低成本、高精度的测量气体流量值及总量值。

本申请在步骤S1中，通过一个恒定流量对不同个体设备进行出厂校对一次，得出一个校对系数k,利用每台设备间特征参数k对标定曲线进行修正和调教；这样能够消除每个测量装置中气压传感器4因个体差异导致的测量不准，参考电压、管道差异等因素干扰，再通过一个恒定流量对不同个体设备进行出厂校对一次，得出一个校对系数k,利用每台测量装置间特征参数k对标定曲线进行修正和调教，得出以下修正公式：p＝k*a*f

下面举例说明，进气管道31的进气口处用不同流量气体对通气管道3进行吹气，并记录不同气体流量对应压力信号值曲线关系，如：

表1

参照图3，由此得出气体压力和气体流量的对应关系。其中y为压力传感器输出的电压信号，x为吹气流量值。计算得其中a＝0.0004，b＝0.0012。

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表2

下面举例说明，参照表2，精准测量校对前的数据和校对后的数值，得出相应的公式数值。

参照图4，由此得出校对测量装置个体差异的对比图。其中y为气压传感器输出的电压信号，x为气体流量值；得其中a＝0.0004，b＝0.0012,k＝1.11。

实施例4

本实施例中的测量装置与实施例3中的测量方法基本相同，不同之处在于，本实施例中在上述的步骤S3中，利用曲线反推法和查表法得出每个压力值下对应的实时流量f值，这样可以节省处理器的计算资源。

实施例5

本申请公开一种气体总量的测量方法，本实施例中的测量方法利用上述实施例1或实施例2中的测量装置进行测量，利用上述实施例3或实施例4中的气体流量的测量方法进行气体流量的测量，该气体总量的测量方法包括以下步骤：

S1：利用计时器分别得出气体通入通气管道3的开始时间t1和结束时间t2，两者的时间差Δt＝t2-t1；

S2：上述的气体流量的测量方法测出气体流量值f，计算出气体总量V＝f*Δt。

进一步地，我们利用吹气实时流量值f采用积分方式计算吹气总量V：V＝∫fd(t)。

本申请可以很简单的计算吹气实时流量值和吹气总量值，且准确度高，成本低，制作方便，适用吹气产品需要检查实时流量和吹气总量的产品设计大规模应用。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。