可控闭环回路气体检测系统的制作方法

1.本技术涉及传感器生产领域，特别是涉及一种可控闭环回路气体检测系统。


背景技术：

2.当前，气候问题已经成为全球各国都面临的问题，环保理念正逐渐被人们所接受。对于企业来说，减少碳排放成为了摆在企业面前的难题。
3.在传感器生产领域，为了确保生产的传感器具有具有足够的精度，需要使用气体来对传感器进行测试。例如，co浓度传感器、co2浓度传感器等均需要使用到co2气体来进行出厂测试。然而，目前，公知的气体检测装置或设备价格昂贵，功能单一，不能实现闭环回收。一个设备只能检测一种气体传感器，检测后直接排放到大气中，这极大地限制了气体检测装置或设备的使用范围，严重阻碍了气体检测仪表行业的发展与全球碳中和的环境治理理念。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对，目前的气体检测装置或设备价格昂贵，功能单一，不能实现闭环回收的问题，提供一种可控闭环回路气体检测系统。
5.一种可控闭环回路气体检测系统，包括气体分析检验箱，多级联合催化装置，第一存储容器，催化氧化装置和第二存储容器，其中，
6.所述气体分析检验箱用于放置待测传感器，并通入待测传感器对应的测试气体；
7.所述多级联合催化装置连通于所述气体分析检验箱，内置有第一催化剂，在所述多级联合催化装置内将测试气体转化为甲醇；
8.所述第一存储容器连通于所述多级联合催化装置，所述多级联合催化装置内的气体经过所述第一存储容器时，甲醇被液化分离，存储于所述第一存储容器内；
9.所述催化氧化装置连通于所述第一存储容器，内置有第二催化剂，所述第一存储容器内的甲醇受控进入所述催化氧化装置内，进行催化氧化，转化为co2，存储于所述第二存储容器内；
10.所述第二存储容器连通于所述气体分析检验箱，所述第二存储容器内的co2 气体输送到所述气体分析检验箱；或者，将第二存储容器内的co2气体转化为待测传感器对应的测试气体后，输送到所述气体分析检验箱。
11.在其中一个实施例中，还包括气体转化装置，所述气体转化装置的一端连通于所述第二存储容器，另一端连通于所述气体分析检验箱，所述气体转化装置内具有第三催化剂，所述第二存储容器内的co2气体，在第三催化剂的催化作用下，转化为第二气体。
12.在其中一个实施例中，所述气体转化装置包括多个反应室，每个反应室内放置不同的第三催化剂，并设置不同的环境条件，以在不同的反应室内使用不同的第三催化剂将co2气体转化为不同的第二气体。
13.在其中一个实施例中，所述第二气体是一氧化碳、甲烷、甲醛中的一种。
14.在其中一个实施例中，还包括气体含量校准装置，所述气体含量校准装置用于对co2进行气体含量校准，将co2气体校准为标压气体；
15.所述气体含量校准装置包括至少一进气口和至少一出气口，其中一进气口连通于所述第二存储容器，其中一个出气口连通到所述气体分析检验箱，另一个出气口连通到所述气体转化装置，co2气体在所述气体转化装置内转化成第二气体，再将第二气体通入到所述气体分析检验箱内。
16.在其中一个实施例中，所述第一催化剂为分子围栏式催化剂，被分子围栏包裹环绕。
17.在其中一个实施例中，所述多级联合催化装置和所述气体分析检验箱之间通过通气管道连通，所述检测系统对应所述多级联合催化装置和所述气体分析检验箱之间的通气管道设置有真空泵，以将所述气体分析检验箱内的气体泵入所述多级联合催化装置内。
18.在其中一个实施例中，所述多级联合催化装置和所述第一存储容器形成循环通道，所述多级联合催化装置内的气体在所述多级联合催化装置、所述第一存储容器和所述循环通道内流动。
19.在其中一个实施例中，还包括干燥分离装置，所述干燥分离装置的一端连通于所述催化氧化装置，从所述催化氧化装置接收携带水蒸气的co2气体，另一端连通于所述第二存储容器。
20.在其中一个实施例中，还包括第三存储容器，所述第三存储容器连通于所述干燥分离装置，所述干燥分离装置内分离出的水输送到所述第三存储容器进行存储。
21.在其中一个实施例中，所述气体转化装置连通于所述第三存储容器，所述第三存储容器内的纯水进入到所述气体转化装置内。
22.根据本技术实施例的检测系统，测试气体在多级联合催化装置内被转化成甲醇，存储于第二存储容器内，并在下一次测试过程中重复使用。甲醇进入催化氧化装置转化为co2，实现了co2气体的闭环利用。在测试不同批次的待测传感器时，下一批次的测试可以使用甲醇转化的co2气体，不用一直补充co2气体，减少了投入，同时不会向外界排放气体，有利于碳排放。
23.此外，通过设置气体转化装置，能够将co2气体转化为第二气体，实现多种气体的检测，检测后，再多级联合催化装置内经催化后，均转化为甲醇，实现多种气体检测的闭环。
附图说明
24.图1为本技术一实施例的可控闭关回路气体分析检测系统的结构示意图；
25.图2为本技术另一实施例的可控闭关回路气体分析检测系统的结构示意图；
26.图3为co2浓度传感器的测试流程示意图；
27.图4为ch4浓度传感器的测试流程示意图。
具体实施方式
28.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更
加透彻全面。
29.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.请参阅图1，示例性的示出了本技术一实施例的可控闭关回路气体分析检测系统10的结构示意图，可控闭环回路气体分析检测系统10可以包括气体分析检验箱101、多级联合催化装置102、第一存储容器103、催化氧化装置104和第二存储容器105，气体分析检验箱101用于放置待测传感器，并通入待测传感器对应的测试气体，多级联合催化装置102将测试气体转化为甲醇，存储于第一存储容器103内。在满足设定条件时，第一存储容器103内的甲醇受控进入催化氧化装置104内进行催化氧化后，转化为二氧化碳和水，将二氧化碳存储于第二存储容器105内。第二存储容器105连通于气体分析检验箱101，二氧化碳气体或将二氧化碳气体经过预设处理，转化为和待测传感器对应的测试气体后，输送到气体分析检验箱101。
32.根据本技术的实施例，还可以包括气体含量校准装置106，气体含量校准装置106包括至少一进气口和至少一出气口，其中一进气口连通于第二存储容器 105，其中一出气口连通于气体分析检验箱101。气体含量校准装置106用于对 co2气体进行气体含量校准，将co2气体校准为标压气体，使得测试过程中co2 气体的气体含量满足标准要求，从而确保测试过程的精度和可控性。
33.co2气体可以直接从气体含量校准装置106通入到气体分析检验箱101内，也可以经过预设催化剂催化，转化为第二气体后，将第二气体通入到气体分析检验箱101内，从而检测系统10可以用于测试多种不同的传感器。根据本技术的实施例，第二气体可以是co、甲烷、甲醛中的一种。在图1所示的实施例中，将co2气体从气体含量校准装置106不经转化直接通入气体分析检验箱101内。将二氧化碳气体经过预设的催化剂催化后，转化为第二气体的内容将在图2的实施例中进行进一步描述。
34.气体含量校准装置106可以具有两个出气口，其中一个出气口连通到气体分析检验箱101，另一个出口连通到气体转化装置107(见图2)，co2气体在气体转化装置107内转化成第二气体，再将第二气体通入到气体分析检验箱101 内。通入气体分析检验箱101内的气体种类由待测传感器决定。例如，当待测传感器为co2浓度传感器时，则通过第一出气口通入co2气体，当待测传感器为第二气体浓度传感器时，则co2气体通过第二出气口进入气体转化装置107，转化为对应的第二气体后，再从气体转化装置107通入气体分析检验箱101。
35.可以理解，气体分析检验箱101受控的连通于气体含量校准装置106和气体转化装置107，以使得气体能够可控的进入到气体分析检验箱101内。例如，气体含量校准装置106通过通气管道连通于气体分析检验箱101，通气管道上设置阀门，打开阀门，气体含量校准装置106内的co2气体即进入到气体分析检验箱101内，关闭阀门，气体含量校准装置106内
的co2气体就不能进入到气体分析检验箱101内。通过控制阀门的开启程度、时间中的至少一种，控制进入气体分析检验箱101内的co2气体体积。
36.在下文中，在没有特别说明的情况下，为了实现气体在不同装置之间的流通，两个装置的连通均是通过通气管道连通的，对应通气管道均可以设置阀门等控制机构，以使得两个装置之间的气体流动受控。气体流动的受控可以是操作员手动控制，也可以通过电控信号进行控制。
37.气体分析检验箱101用于放置待测传感器，将待测传感器放入气体分析检验箱101内进行测试。根据待测传感器的类型，来确定通入气体分析检验箱101 内的测试气体种类(co2气体或者第二气体)。
38.气体分析检验箱101内设置有若干传感器，以通过传感器采集气体分析检验箱101内的数据来确定气体分析检验箱101内的测试环境符合要求。例如，可以设置气压传感器、温度传感器、湿度传感器、voc传感器、pm2.5/pm10传感器等，在测试前或测试过程中，通过各种传感器确定气体分析检验箱101达到预期的测试环境。
39.气体分析检验箱101内还可以设置有内循环风机，以使得测试气体在气体分析检验箱101内尽可能的均匀分布，以提升测试准确性，并确保批量测试时的测试误差。
40.根据本技术的实施例，气体分析检验箱101为定量容器，以更好的控制通入到气体分析检验箱101内的气体体积，即控制测试气体的浓度。例如，气体分析检验箱101的容积可以为100l。气体分析检验箱101能够承受真空和一倍大气压，可以让被测气体能不受自然界开放空间的影响，使得整个系统可调可控。
41.多级联合催化装置102连通于气体分析检验箱101，并将测试气体转化为甲醇。具体来说，多级联合催化装置102内包括有第一催化剂，并维持70℃恒温环境，在70℃恒温环境下，气体分析检验箱101内的气体进入到多级联合催化装置102后，经过第一催化剂催化，转化为甲醇。
42.根据本技术的实施例，第一催化剂为pdcl
2-cucl2、石墨烯基纳米 cuznal@zsm-5、石墨烯基纳米aupd@zsm-5中的一种或多种。根据本技术的实施例，第一催化剂为分子围栏式催化剂，由分子围栏包裹环绕，以提升转化效率。
43.泵入多级联合催化装置102内的气体在多级联合催化装置102内进行多级催化，最终被转化成甲醇。例如，co2只需要进行二级催化，即可转化为甲醇。不同级的催化在不同的分子围栏内完成，每个分子围栏内均设置有完成一级催化所需的至少一种第一催化剂。催化氧化涉及的化学方程式如下：
[0044][0045][0046][0047]
在具体的实施例中，多级联合催化装置102和气体分析检验箱101之间通过通气管道连通，检测系统10对应多级联合催化装置102和气体分析检验箱101 之间的通气管道设置有真空泵，以将气体分析检验箱101内的气体泵入多级联合催化装置102内。通过真空泵，一方面，可以将气体分析检验箱101内的气体泵入多级联合催化装置102内，另一方面，能够对气体分析检验箱101进行抽真空，在对不同的气体进行检测时，通过抽真空，能够保证气
体的纯度，从而更好的确保测试环境符合要求，提高传感器的测试精度。
[0048]
气体分析检验箱101内的气体(co2气体或第二气体)在多级联合催化装置 102内转化为甲醇，甲醇的沸点为64.8℃，在多级联合催化装置102的70℃环境下为气态。第一存储容器103连通于多级联合催化装置102，多级联合催化装置102内的气体经过第一存储容器103时，甲醇被液化分离。例如，多级联合催化装置102可以和第一存储容器103之间形成循环通道，气体在多级联合催化装置102、第一存储容器103和循环通道内流动，当催化反应生成的气态甲醇进入第一存储容器103内时，甲醇液化，脱离气体循环，从而被分离存储。将甲醇液化存储在第一存储容器103内，降低多级联合催化装置102内的气态甲醇的浓度，一方面实现了co2转化物回收固定，另一方面，也有利于提升转化率。
[0049]
催化氧化装置104连通于第一存储容器103，在预设条件下，第一存储容器 103内的甲醇进入催化氧化装置104内，进行催化氧化，转化成co2。例如，在操作员的手动控制下，或者当气体含量校准装置106的校准结果为co2的纯度低于标准值时，控制第一存储容器103内的甲醇进入到催化氧化装置104。
[0050]
催化氧化装置104内具有第二催化剂，并维持30℃恒温环境，在30℃恒温环境和第二催化剂的催化作用下，甲醇还原成co2。根据本技术的实施例，第二催化剂为pt/feox-400。
[0051]
具体地，还包括氧气供给装置108，氧气供给装置108内存储有高纯度氧气，并连通于催化氧化装置104，氧气进入到催化氧化装置104内，与甲醇在30℃恒温环境和第二催化剂的催化作用下，发生氧化还原反应，将甲醇还原成co2 和水。
[0052]
第二存储容器105用于存储还原后的co2气体。第二存储容器105连通于气体含量校准装置106，以向气体含量校准装置106内补充co2气体，实现co2 气体的循环利用。
[0053]
由此，通过多级联合催化装置102，将气体分析检验箱101内的检测气体转化为甲醇，再由催化氧化装置104，将甲醇转化为co2，实现了co2气体的闭环利用，一方面，在测试不同批次的待测传感器时，下一个批次的待测传感器只需要使用甲醇转化的co2气体即可，无需每个批次都提供co2气体，减少了投入，另一方面，co2气体以甲醇作为中间产物被存储固定，无需向外界排放气体，有利于碳排放。当需要中断传感器测试时，只要关闭气体含量校准装置106的出气口，对气体分析检验箱101进行抽真空，将气体分析检验箱101内的气体完全泵入多级联合催化装置102内，测试气体(co2或第二气体)在多级联合催化装置102内被转化成甲醇，存储于第二存储容器105内，以待下一次测试循环使用。
[0054]
可以理解，测试气体无法100％转化为甲醇，故在多级联合催化装置102内可能残留多种测试气体，但不影响下一批次的待测传感器的测试，且在下一批测试过程中，继续进行催化反应，最终多级联合催化装置102内残留的测试气体的总量不会累加，而是维持在一个相对值附近波动。
[0055]
当co2气体从催化氧化装置104内排出时，由于同时还原生成水，因此co2 气体会携带水蒸气。在一些实施例中，还包括干燥分离装置109，干燥分离装置 109的一端连通于催化氧化装置104，从催化氧化装置104接收携带水蒸气的co2 气体，另一端连通于第二存储容器105。干燥分离装置109将co2气体和水蒸气分离，然后将干燥后的co2气体输送到第二存储容器105内存储。
[0056]
例如，由于co2和水的沸点差别较大，干燥分离装置109内可以具有预设的低温，以
将水蒸气液化或固化，从而实现干燥分离；或者直接用干燥剂进行干燥。
[0057]
在一些实施例中，还包括第三存储容器110，第三存储容器110连通于干燥分离装置109，干燥分离装置109内分离出的水输送到第三存储容器110进行存储。
[0058]
由于所有化学反应都是可逆反应，反应物很难百分之百转化为生成物。在一些实施例中，还包括储气装置111，储气装置111内存储有co2气体，气体含量校准装置106的其中一个进气口连通于储气装置111，以在测试过程中，co2 以其他中间反应物的方式存留导致co2不足时，通过储气装置111补充co2气体。可以理解，即使在测试过程中co2以气体中间反应物的方式留存，中间反应物仍然可以停留在可控闭环回路气体分析检测系统10内，或者以液态甲醇的形式脱离循环，并被集中存储，而不会以气体排放的方式排放到外界。同时，中间反应物仍然可以参与到下一次测试中。
[0059]
请参阅图2，在一个或多个实施例中，还包括气体转化装置107，气体转化装置107的一端连通于第二存储容器105，另一端连通于气体分析检验箱101，气体转化装置107内具有第三催化剂，第二存储容器105内的co2气体，在第三催化剂的催化作用下，转化为第二气体。根据本技术的实施例，气体转化装置107通过气体含量校准装置106连通于第二存储容器105，以将co2气体经过气体含量校准，转化为标准气体后，再通入气体转化装置107内。
[0060]
根据本技术的实施例，第三催化剂为au3cu、zn-mof基和离子液体组合、水滑石复杂纳米钌中的至少一种。
[0061]
根据本技术的实施例，气体转化装置107包括多个反应室171，每个反应室 171内放置不同的第三催化剂，并设置不同的环境条件，以在不同的反应室171 内使用不同的第三催化剂将co2气体转化为不同的第二气体。例如，在图2所示的实施例中，气体转化装置107包括三个反应室171，分别在三个反应室171 内将co2分别转化为co、甲烷和甲醛。
[0062]
具体来说，气体转化装置107可以包括第一反应室、第二反应室和第三反应室，co2气体在第一反应室内转化为co，在第二反应室内转化为甲烷，在第三反应室内转化为甲醛。涉及化学方程式如下：
[0063][0064][0065][0066]
气体转化装置107还可以连通于第三存储容器110，第三存储容器110内的水进入到气体转化装置107内，以补充气体转化过程所需的纯水，从而实现水的循环利用，使得检测系统100中的中间产物尽可能的参与到循环中，实现闭环利用。当然，也可以使用循环外的纯水补充到气体转化装置107中，具体可以视检测系统10的布置环境而定。
[0067]
图3示出了co2浓度传感器的测试过程。在气体分析检验箱101内放入待测试的co2浓度传感器后，对气体分析检验箱101进行抽真空，通过气体分析检验箱101内的预置传感器来判断气体分析检验箱101内的测试环境，达到真空环境，并满足温湿度要求后，通入经过气体含量校准装置106校准后的标压 co2气体，并通过预置传感器来控制co2气体的通入量。期间，内循环风机开始工作，使co2气体在气体分析检验箱101内均匀扩散。待测试的co2浓度传感器采集气体分析检验箱101内的co2浓度进行测试。测试完成后，通过多级联合催化装置102一端的真空泵将气体分析检验箱101内的测试气体完全泵入多级联合催化装置
102内，再更换下一批次的待测试传感器进行测试。测试气体泵入多级联合催化装置102内后，在不同分子围栏内进行多级催化，转化为甲醇，并液化固定于第一存储容器103内。第一存储容器103内的甲醇进入催化氧化装置104内，同时氧气供给装置108提供氧气进入催化氧化装置104内，将甲醇氧化成co2和水。co2和水经过干燥分离装置109后分别存储于第二存储容器105和第三存储容器110内。第二存储容器105内的co2气体再经过气体含量校准装置106校准后，参与到下一个循环，通入到气体分析检验箱101内供下一次测试使用。
[0068]
图4示出了甲烷浓度传感器的测试过程。放入待测传感器后，对气体分析检验箱101抽真空，经过校准的标压co2气体通入气体转化装置107，和第三存储容器110通入的纯水在气体转化装置107的其中一个反应室171内，经过第三催化剂催化后，co2和水转化为甲烷，甲烷进入气体分析检验箱101内，达到设定测试环境后，停止通入甲烷。待测传感器采集数据进行测试。测试完成后，甲烷被泵入多级联合催化装置102内进行多级催化成甲醇。后续过程同图3的 co2测试过程。
[0069]
可见，根据本技术实施例的检测系统10，测试气体在多级联合催化装置102 内被转化成甲醇，存储于第二存储容器105内，并在下一次测试过程中重复使用。甲醇进入催化氧化装置104转化为co2，实现了co2气体的闭环利用。在测试不同批次的待测传感器时，下一批次的测试可以使用甲醇转化的co2气体，不用一直补充co2气体，减少了投入，同时不会向外界排放气体，有利于碳排放。
[0070]
此外，通过设置气体转化装置107，能够将co2气体转化为第二气体，实现多种气体的检测，检测后，再多级联合催化装置102内经催化后，均转化为甲醇，实现多种气体检测的闭环。
[0071]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0072]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。