[发明专利]气体浓度量测装置及其方法

说明书

技术领域

本发明是有关一种气体浓度量测装置及其方法，特别是关于一种利用虚拟双通道红外线量测二氧化碳气体浓度，且可校正量测时的电压偏移问题的技术领域。

背景技术

根据美国冷暖及空调工程师学会(America Society of Heating，Refrigerationand Air Conditioning Engineers，ASHRAE)研究结果指出，室内二氧化碳浓度超过1,000ppm就应换气，而统计亦显示有90％的建筑物都高于此值。由于人类呼吸会产生二氧化碳，在一定的局限空间内活动时，若人体吸入过多二氧化碳，将导致脑部活动减缓，反应迟钝，并容易进入昏昏欲睡、精神不振的状态。因此，通常会采用诸如侦测二氧化碳浓度的气体侦测器，以对气体浓度进行量测。

现在市场上贩售的二氧化碳侦测器或二氧化碳分析仪，几乎都是采用非分散式红外线(Non-dispersive Infrared，NDIR)吸收法来感测。它的原理是运用二氧化碳分子对红外线特殊波长的吸收特性以及二氧化碳浓度与吸收量成正比的特性，例如二氧化碳对4.26μm波长的红外线的吸收性最强，得以侦测二氧化碳气体浓度。先前技术中的单通道二氧化碳感测器是一气体采样管，其一端是红外线源，另一端是红外线感测器，二氧化碳分子在气体采样管内吸收4.26um辐射能，通过比尔(Beer’s)定律，可得知二氧化碳气体分子吸收强度与浓度的对应关系，可计算光谱的吸收强度以测量气体的浓度值。然而，单通道光学感测器的红外线源强度在长期操作期间，红外线源的电压值改变而形成电压偏移情况，也就是感测器老化问题，因此量测二氧化碳浓度时就会产生误差而使量测不准确。为了校正电压偏移的问题，如美国专利第5,347,474号是揭露一种补偿偏移的单通道气体感测器的方法，通过确定静止的期间来作自我校正方法，这期间二氧化碳浓度是在300-500ppm，由外差及推断之前稳态的数值标准来校正，然而，此方法需要很多资料及复杂的数学分析，因此校正时间长且量测准确性无法提高。

此外，如美国专利第6,114,700号案揭露一种为单通道光学感测器量测方法，是通过气体取样而测量红外线幅射的吸收率的非分散性红外线设备及其测量方法，其是以具有不同温度系数并设置于样品槽一端的平行光源而提高管道中的温度，并以设置于样品槽另一端的NDIR侦测器监视二氧化碳的浓度，而在伺服回路中设置另一监控器以控制不断输出的光源，藉此以光学感测方式来量测二氧化碳的浓度。此前案是将待测气体以非分散性红外线气体分析，并经过温度补偿及讯号转换后进行自动检测及显示。惟，由于未加入非线性补正线路，于高浓度及低浓度气体量测时误差过大，故仅适用于侦测特定浓度的待测气体。

为了有效克服长期电压偏移的问题，典型的解决长期偏移方法是使用双通道气体侦测器，如图1所示，气体侦测器包含一气体采样管11，其一端设有一红外线源111，另一端设有二红外线感测器112、113，二红外线感测器112、113是为双通道温差电堆侦测器，二红外线感测器112、113分别连接于二放大器12、13，而二放大器12、13连接于转换器14。红外线感测器112是为量测通道，用以接收红外线源而升高温度，以产生量测电压讯号，并传送至放大器12将量测电压讯号放大后输出至转换器14，再由转换器14将放大后量测电压讯号转换为一量测电压值，另一红外线感测器为参考通道，未接收红外线源且保持在一固定较低温度，以产生一参考电压讯号，并传送至放大器13将参考电压讯号放大后输出至一转换器14，再由转换器14将放大后参考电压讯号转换为一参考电压值，转换器14连接于微处理器15，微处理器15对量测电压值与参考电压讯号校正，可准确测量二氧化碳浓度与校正电压偏移值。然而，双通道温差电堆侦测器为复杂真空与光学结构，因此造价昂贵而无法普遍适用于一般家庭、办公室或广大区域等场合。

有鉴于此，本发明遂提出一种气体浓度量测装置及其方法，以有效改善前述的问题。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种气体浓度量测装置及其方法，其是利用结构简单的单通道红外线量测结构配合量测的电压值与参考电压值进行校正来达到气体量测的高准确度，进而解决习知复杂的双通道红外线量测结构及制造成本高的问题。

本发明的另一目的是在提供一种气体浓度量测装置及其方法，根据大气中适宜的400ppm二氧化碳浓度为初始参考电压值基准，来校正感测器因老化而产生电压偏移的问题，可提高气体量测的精准度及可靠度，进而可达到虚拟双通道的校正功效。