浓度检测法（共11篇）
浓度检测法 篇1
专利号:200810196764.7
现有的气体浓度的检测方法是单纯地依靠模拟电路分别完成浓度的检测, 这种方法的缺陷是:没有充分考虑气体浓度的变化, 不能对检测结果进行分析研究, 对检测不正确的数值无法修正。
该项技术提供一种更加精确具体的气体浓度检测方法。技术方案是:1) 利用探头检测气体浓度, 并通过单片机程序对检测结果进行综合处理, 根据气体的消耗量, 修正检测结果, 使测量结果更加精确;2) 利用集成电压电流转换器将气体检测结果转换为标准电流信号输出;3) 利用单片机的串行输出口将气体的检测结果以串行数据的形式向外发送, 可以直接被上位计算机采集、处理。
该项发明可实现气体浓度检测结果模拟信号输出以及具有气体浓度检测结果串行数据发送功能。
该项技术的特点:1) 技术实施包括电路接线和单片机程序设计两部分。单片机程序包括主程序和中断服务程序两部分。主程序主要设定采样周期, 设定为2 s, 利用定时器TimerA的定时中断实现。中断服务程序包括A/D转换、数据处理、D/A转换和串行通信四部分;2) 利用探头检测气体浓度, 通过单片机程序对检测结果进行综合处理, 根据气体的消耗量, 修正的检测结果, 使测量结果更加精确。利用集成电压电流转换器将气体检测结果转换为标准电流信号输出, 利用单片机的串行输出口将气体的检测结果以串行数据的形式向外发送, 可以直接被上位计算机采集、处理;3) 分别实现气体浓度和检测结果修正、气体浓度检测结果模拟信号输出、气体浓度检测结果串行数据发送功能。
联系人:赵云峰
地址:江苏省镇江市丹徒区谷阳镇21号
邮编:212013
浓度检测法 篇2
研究表明,生物量浓度的变化会引起溶液的折射率变化,从而导致反射光能量的变化.从菲涅耳公式和折射定律可知,入射角与折射角的数值决定了反射率的大小,反射光能量与界面两边的介质的折射率有关,该文正是从这一物理现象和理论出发,将反射能量的大小与具有实用意义的生物量浓度测量联系起来,建立了一种新的生物量浓度测量方法.文章论述了传感器的`组成电路、设计原理、入射角的选择方法.并通过实验研究深入地讨论了在入射角小于和大于临界角两种情况下,对生物量浓度测量的影响、实验结果及理论分析表明;这种方法用于测量微生物液体浓度是可行的,具有生物量浓度在线测量准确、灵敏高、使用寿命长等优点.
作 者：赵明富 廖强 罗渝微 钟年丙 陈艳 ZHAO Ming-fu LIAO Qiang LUO Yu-wei ZHONG Nian-bing CHEN Yan 作者单位：赵明富,ZHAO Ming-fu(重庆大学,工程热物理研究所,重庆,400044;重庆工学院,电子信息与自动化学院,重庆,400050)
廖强,LIAO Qiang(重庆大学,工程热物理研究所,重庆,400044)
罗渝微,钟年丙,陈艳,LUO Yu-wei,ZHONG Nian-bing,CHEN Yan(重庆工学院,电子信息与自动化学院,重庆,400050)
浓度检测法 篇3
关键词：烟气检测仪；智能化；精确性
随着我国工业化的快速发展，我国煤电等大型企业的环境保护意识逐渐增强，探索应用超低排放技术，可以说已经踏入一个“超低排放时代”。超低排放或超清洁排放，是指通过改造燃煤机使烟气排放量与天然气抑制，即SO2不超过35mg/m3、氮氧化物NOX不超过50mg/m3、烟尘不超过5mg/m3[1]。因此，采用智能化的烟气浓度检测仪，提高监测效率和检测精确性具有现实性。
1 烟气浓度检测仪
烟气浓度检测仪也叫烟气分析仪，主要用于测量燃料燃烧工业锅炉所产生的烟气中污染气体的质量浓度，其传感器主要分为红外线、化学发光、电化学等多种类型，实现空气中氧气（O2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）等气体的质量水平。运用烟气浓度检测仪能够有效地测量出燃料燃烧所造成的气体含量，有利于促进节能减排；并实现动态、持续地监测空气中SO2、NOX等气态污染物的含量，以及CO2等温室气体的排放量。烟气浓度检测仪主要分为便携式和在线式，其中“在线式监测”指的是在对设备运行不造成影响的前提下，动态持续检测设备，具有自动化控制的特点。相对来说离线监测就是不定时的、需要人工操作的监测，通常使用的是便携式烟气分析仪。
2 烟气浓度智能检测仪的研制及精准性监测
SO2是我国大气污染中最主要的烟气成分，要控制SO2的排放需要进行烟气脱硫，获得较高脱硫效率就需要精准检测烟气中SO2浓度。目前烟气SO2智能检测装置以国外产品为主，本文以电化学传感器法烟气SO2浓度智能检测仪为例，研究其研制及精准性监测。
2.1 气路设计 仪器的气路结构组成：烟尘过滤器，采样抢，气水分离器，泵，储气室和传感器室。气路结构图如下图1。烟尘过滤器的功能是完成对待测气体的除尘；气水分离器分为杯式和管式两种，其功能是将烟气经管路传送至气水分离器，烟气中大部分水存留下来，并经水膜分离技术后成为干烟气，送至仪器。在在线检测仪器中传感器室中运用电子冷凝器，完成对SO2的浓度测量。由于传感器测量时间有限，因此设计两个传感器室，可以自由切换，以实现精准的在线测量。
2.2 SO2浓度检测仪的结构 SO2气体气体首先经烟尘过滤，再经过水气分离、降温降水、升温成为非结露，经过传感器检测，处理过检测信号后通过A/D转换器传送至单片机，再次处理检测信号，将处理结果经一路送至显示器；经二路送至上位机进行分析处理；经三路送至继电器，由控制执行机构完成动作。SO2浓度检测仪的结构如下图2。在检测中采用线性电压输出式集成湿度传感器（型号：HM1500），对湿度进行检测和控制，同时也要检测控制温度。
2.3 智能化设计
2.3.1 控制程序。智能化的控制程序主要采用单片机程序，运用单片机分析、读写并控制A/D转换器中的数据信息，实现对SO2浓度的分析与检测。运用C语言编写单片机的程序，编写出简单清晰、移植性较好的操作程序。检测SO2的流程：阀1、4开，阀2、5关或阀2、5开，阀1、4关，开泵后测量储气室的温度，若温度>50℃则降温后开阀3防水，确定烟气已进入传感室，测量传感器的温度和湿度，在不升温的情况下读入A/D转换器SO2通信值，计算出SO2含量。
2.3.2 通信程序。系统的单片机运用中断方式接受命令，并运用查询方式将数据发送出去。单片机与上位机之间的通信程序主要采用C语言进行编译。单片机通信程序：初始化，接受上位机命令，接着开始检测命令、获取数据命令，其中开始检测命令下达后，应答1表示收到命令，并检测SO2浓度，如果获取数据命令成功且数据准备好，就计算校验码并回送数据和校验码。经实验证明，这种通信程序具有较好的可读性，编写程序简单，能够使上机位和下机位的通信更加便捷，提高数据传输的准确性。
2.4 提高监测的精准性 首先，由于烟气中气态污染物混合均匀，采集SO2等气体的位置应设置在烟道截面中心或靠近中心的位置，采样期间的工况应与平时进行工况相同，确保测量环境中气流的稳定。其次，对烟气进行除尘、除湿等常规操作，提高仪器采集烟气的效率和监测效果。在冬季温差较大或湿度较高的环境中收集烟尘，要注意先连接除尘过滤器，在经过加热使气体顺利通过导管，传感器、泵等环节。再次，要正确测试仪器的操作，确保检测结果的准确性。在清洁的空气中打开仪器，检查完在进行烟道插入，确保仪器读数稳定后再观察可读数，多次测量取其平均值。第四，合理区分烟气分析仪的不同适用范围，在实际应用中，SO2气体一般存在于燃油炉、燃气炉、水泥厂等监测过程中，测定值会受到一些因素的影响造成测定值的偏低，因此要分别配置相应的混合标气，将主要检测气体对常用电化学传感器的交叉干扰进行汇总。最后，定期做好烟气分析仪的维修和保养，确保其检测结果的精确性。
参考文献：
感应式粉尘浓度检测方法 篇4
尘肺病是煤矿工人的一大慢性杀手, 粉尘防治乃是煤矿安全生产管理的重中之重。粉尘防治包括粉尘检测和粉尘治理, 粉尘检测为粉尘治理提供了依据, 是粉尘防治不可或缺的内容, 对粉尘检测应予以重视。
1 目前煤矿井下粉尘检测方法
目前测量粉尘浓度的方法大致分两种:直接法, 如采样器采样, 通过称重和计算得出粉尘浓度值, 精度高, 但操作繁琐, 常用于实验室标定仪器;间接测量方法, 主要有电容法、压电晶体感应法、β射线法、激光散射法、振荡天平法等测量方法, 各种方法在市场上均有成型的产品, 并应用于烟道、空气和煤矿井下粉尘颗粒浓度测量, 其使用效果对比如表1所示[1,2,3]。
从表1可以看出, 连续检测粉尘浓度采用粉尘浓度传感器, 主要采用光学法, 其可实现粉尘浓度的连续监测。但是在喷雾环境中光学法粉尘浓度检测传感器的光电倍增管易污染、抽气管路易阻塞, 维护成本高。因此对不需要暗室和复杂气路的静电感应式检测法的研究正逐步开展。
煤矿井下的粉尘属于生产性粉尘, 由于摩擦的作用, 粉尘带有一定量的静电。当带有静电的粉尘颗粒流经探头附近时, 对探头进行撞击、摩擦和静电感应使探头表面带有电荷, 产生电荷量的多少与粉尘浓度成正相关关系, 可通过计算实现粉尘浓度的测量[4,5]。拾取、分析探头上感应电荷所产生的交变信号, 寻求与之对应的粉尘浓度间的关系, 此技术称为交流耦合技术。
2 交流耦合式电荷感应法基本原理
由于棒状电极相对环状电极安装方便、移动灵活、适用范围较广, 比较适合煤矿粉尘浓度检测量, 所以选择棒状电极进行研究。通过建立带电粉尘颗粒与棒状电极间的物理模型, 推导出棒状电极的电荷感应空间灵敏度。
2.1 模型建立
棒状电极一端接有电荷放大器, 一端处于粉尘环境中, 带电的粉尘颗粒靠近电极时, 由静电感应原理可得, 带电粉尘会在电极表面感应出一定量的反向电荷, 同向电荷移动到电容C上, 对电容进行充电;反之, 若粉尘颗粒远离电极, 将对电容C进行放电。为了获得输出信号与粉尘浓度间的对应关系, 需要研究棒状电极的电荷感应空间灵敏度, 故建立带电粉尘与电极间的模型, 如图1所示。电荷感应空间灵敏度定义为:在敏感空间某点位置上, 在单位电荷作用下, 电极上感应电量的绝对值。图中, M为一带电-q的粉尘颗粒, 圆柱为一棒状电极 (长度L=200mm, 直径d=10mm) 。
2.2 棒状电极空间灵敏度
由模型的对称性可得, 电荷感应空间灵敏度与切向位置无关, 所以电荷感应空间灵敏度是关于y和x的函数。为了简化计算, 首先分析粉尘位于电极轴向位置中心处 (y=L/2) 的棒状电极电荷感应空间灵敏度。根据高斯静电理论, 电极N处的电场强度为:
式中, ε0=8.85×10-12F/m;εr为相对介电常数;r为棒状电极的半径。
指向轴心方向电场强度为:
可得电极上感应电荷量为[6]:
因此, y=L/2时, 在距棒状电极不同位置处的电荷感应的空间灵敏度为:
x分别取0.01m, 0.005m, 0.002m, 随着y值的变化, 得到电荷感应空间灵敏度曲线如图2所示。
当粉尘颗粒沿轴向方向移动, 电极上感应的电荷量在电极两个端头急速下降, 其它几乎不变。但是由于以上公式推导并没有考虑电极顶部感应的电荷量, 此感应的电荷量对图2曲线中两端下降部分进行补偿。
2.3 电极上的感应电流
设带电量为-q的颗粒以v速度经过电极附近, 根据电荷感应空间灵敏度函数, 可以得到电极上感应电量随时间变化的函数:
则在电极上感应的电流为:
带有单位电荷的颗粒以速度v=3m/s, 经过电极附近时, 在电极上产生的感应电流变化情况如图3所示。
通过模型与理论推导, 得出当带电粉尘颗粒以一定的速度经过电极附近时, 在电极上感应出一个交变电流信号, 若电极处于流动的粉尘环境中, 其检测示意图如图4所示, 电极上感应的信号为每个粉尘颗粒感应信号的累加, 对此累加的信号进行放大、滤波可以得到一个不断波动的交变信号。电极处于流动的粉尘环境中时, 采集的输出信号如图5所示。
波动曲线的平均值、标准偏差、峰峰值等扰动量, 反映电极周围粉尘浓度的大小。
根据检测原理可知, 只有运动的电荷才能被检测, 吸附在棒状电极上的浮尘、管道内壁上的浮尘对检测无影响, 使传感器的结构简单化, 使用中基本不用维护;静电感应中电极上产生的电荷对电容进行充放电, 不会在电极上产生电荷累积, 增加了传感器的安全性。
3 实验验证
在实验室搭建实验平台, 并设计基于交流耦合式电荷感应原理的粉尘浓度检测仪。实验系统如图6所示, 粉尘通过定量发尘器后, 在风机的作用下, 以一定的浓度和速度, 通过采样器和粉尘检测仪。
当风机的风速不变时, 管道中的粉尘浓度趋于稳定, 采样器和粉尘检测仪同时检测, 检测2min, 对采样器进行滤膜称重, 计算出粉尘浓度, 检测仪取2min的平均值, 实验数据如表2所示。
通过表2测试的数据可看出, 基于交流耦合式电荷感应粉尘浓度检测技术的检测仪测量误差小于10%。
4 结语
(1) 棒状电极感应的电荷量只与带电颗粒的径向位置有关, 与轴向位置无关, 为棒状电极静电传感器的设计提供了依据。
(2) 单个带电颗粒经过电极附近时, 电极上将产生一交变信号, 其信号的波动大小取决于电极周围带电颗粒的数量, 故输出信号的波动性可反映粉尘浓度大小, 这为交流耦合式电荷感应法粉尘浓度检测技术的成功实施奠定理论基础。
(3) 与传统粉尘浓度检测方法相比, 交流耦合式电荷感应法具有优越性, 精度较高。
摘要：通过建立带电颗粒与棒状电极间的物理模型和对棒状电极电荷感应空间灵敏度的分析, 提出电荷感应法粉尘浓度检测方法。并通过实验验证该检测方法的准确性。
关键词：粉尘检测,电荷感应,空间灵敏度
参考文献
[1]赵恩彪, 隋金君, 王自亮, 等.基于外环状电荷感应原理的粉尘浓度测量[J].仪表技术与传感器, 2010, (6) :15-16
[2]张茂宇, 贾福音.煤矿井下粉尘监测_防治技术的现状与趋势[J].中国安全生产科技技术, 2011, 7 (12) :188-191
[3]田冬梅, 蒋仲安, 姚建, 等.中外粉尘监测技术的比较[J].金属矿山, 2008, (7) :116-119
[4]廖贵成, 陈丹.电荷法粉尘监测技术在TRT系统中的应用[J].广西工学院学报, 2006, (3) :68-71
[5]Matsusaka S, Fukuda H, Sakura Y, et al.Analysis of pulsating electric signals generated in gas--solids pipe flow[J].Chemical Engineering Science, 2008, 63 (5) :1353-1360
浓度检测法 篇5
致：闵行区质监站
我方（建设方）在交竣工资料的时候，质监站需要我方（建设方）提供室内空气污染物浓度的检测报告，由于此次两个改建项目的特殊性，故未做检测，现列出以下3点特殊性。
1、“第三条西林瓶无菌生产线技术改造项目”和“第三条无菌注射剂生产线改造项目”合同价格分别为：798.5392万元、547.0532万元；由于里面装修部分只含彩钢板和PVC地板，而这两个小项目的装饰费用均为三十几万元，占合同价的很少份量；其余部分为：电气、给排水、工艺、通风空调（两台大型组装AHU）。
2、改造后增设的流水线自动化服务比较高，相应的操作人员比较少。
3、预计明年10月份“两个改建项目”搬迁到别的地方。以上三点为特殊情况，未做检测，请予批准。谢谢！
建设单位（章）：上海第一生化药业有限公司
项目负责人：
浓度检测法 篇6
【关键词】 血脂；血尿酸浓度；检测
脂肪肝是指由于多种原因引起肝细胞内脂肪堆积过多，脂质代谢失调，游离脂肪酸（FAA）在肝细胞内沉积，就会导致肝细胞缺血、缺氧，肝脏的正常功能受到损害，从而发生肝硬化，使得患者的肝脏功能收到严重的影响。笔者回顾性分析2010年1月—2011年12月来我院体检中心进行健康体检的相关资料，对其进行统计分析，探讨老年脂肪肝与血脂及血尿酸的关系，现将报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料 本组全部患者为我院2010年1月—2011年12月健康体检时确诊为脂肪肝的患者62例，将其作为观察组，其中男42例，女20例，年龄40—80岁，平均（53.85±8.5）岁，排除腹部其他脏器疾病及其他系统疾病的患者。选择无心、肾、肝、肺及糖尿病，无痛风史，腹部B超检查未见异常的健康体检者60例作为对照组。其中男性患者40例，女性患者20例，年龄41—83岁之间，平均年龄为（54.3±8.8）岁。经统计学分析，两组患者在性别、年龄等一般资料上，差异无统计学意义（p>0.05）。
1.2 方法 本组全部对象均空腹采集静脉血，检测对象的各个观察指标的浓度，包括：总胆固醇（CHOL）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL—C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL—C）、血尿酸（UA）。两组研究对象均进行B超检查、心电图检查及常规的内外科检查等相关的体检项目的檢查。
1.3 仪器及试剂 采用日本东芝120[TOSHIBA]全自动生化分析仪；试剂由北京万泰科技股份有限公司提供。
1.4 判定标准 CHOL、TG、HDL—C、LDL—C、UA的参考值分别为（3.10—5.72）mmol/L、（0.4—2.0）mmol/L、（0.78—2.20）mmol/L、（1.00—4.34）mmol/L、（95—446）Izmol/L。脂肪肝的诊断依据参考王纯正等的《超声诊断学的标准》，检查使用的超声显像仪为美国Agilent Sonos 5500并以C3540为腹部探头的频谱，所有研究对象均需要空腹进行肝胆的检查。
1.5 统计学方法 采用SPSS13.0统计学软件包进行分析，检测的计量指标结果以均数±标准差表示，以P<0.05为差别有统计学意义。
2 结 果
3 讨 论
脂肪肝是肝细胞内脂肪堆积过多及各种原因而引起的病变。一般情况下，肝内脂肪占肝重的3%—4%，如果肝内脂肪占肝重的5%，那么则为脂肪肝。脂肪肝在一定程度上可能会引起肝纤维化，甚至是有可能会有肝硬化或并发肝炎的情况发生。在这种危害的情况下对脂肪肝不得不防。伴随生活水平的不断提高，饮食要求相对高，加上运动相对减少，同时也导致了脂肪肝的发病率也逐年升高。脂肪肝患病率逐年升高的原因还可能与工作环境好，劳动强度低，体力活动少等因素导致脂肪在体内堆积过多，从而产生脂肪肝。另外，本组研究表明，男性脂肪肝患病率高于女性。主要的原因是由于男性事业使得男性的社会活动、应酬等都比较频繁，另外一个方面同时还缺少体育锻炼等，使得脂肪肝发生率比女性高。
本组调查显示，CHOL、LDL—C观察组患者分别为（5.92±1.38）mmol/L、（3.86±0.86）mmol/L，对照组患者分别为（4.75±0.91）mmol/L、（2.91±0.78）mmol/L，观察组和与对照组相比，检测值均明显较高，两组差异有统计学意义（P<0.05）：HDL—C观察组的检测值为（1.28±0.36）mmol/L，对照组为（1.67±0.29）mmol/L，观察组与对照组比较明显较低，两组差异有统计学意义（P<0.05）。本组研究的调查结果与与相关的报道相吻合。另外，观察组患者的TG、UA为（2.89±2.52）mmol/L、（451.7±97.4）μmol/L，对照组患者的TG、UA分别为（1.31±1.20）mmol/L、（347.8±65.1）μmol/L，观察组与对照组比较其检测值均明显较高，两组对比差异有统计学意义（P<0.05）；本组结果表明，高尿酸血症对于患者的甘油三酯浓度起到了显着的影响作用，尿酸是人体代谢过程中嘌呤碱中的一种最主要的代谢产物，最终，尿酸通过肾脏排出到体外，患者的肾功能如果正常，那么患者的饮食状况对尿酸含量就会起到主要的影响作用。
脂肪肝的一个主要的诱因是脂肪在肝细胞中被氧化利用或者是脂肪的转运不能顺利地进行，然而各种代谢综合征又对血尿酸代谢的各个环节起到了严重的影响，因此会导致尿酸大量的生成，因此，血脂和血尿酸与脂肪肝的之间有着非常紧密的关系。
综上所述，定期进行体检对于老年人的身体健康非常重要，使得对于老年肝功能的重视程度提高，另外，检测老年学的血脂及血尿酸水平，与B超的检查结果互相结合，进行诊断和分析，能及早的发现脂肪肝及其他的老年并发症，起到了早诊断、早治疗的作用。
参考文献
[1] 魏善和，佀同花，张婷，等.脂肪肝患者血脂、血尿酸水平分析[J].华北煤炭医学院学报，2009，11（4）：493—494.
[2] 莫清江，王吉寿.316例脂肪肝患者血生化指标分析[J].中国民康医学，2009，21（1）：1—2.
[3] 王仁萍，蔡智荣，马莉娜，等.脂肪肝与高尿酸血症的相关性研究[J].中国现代医学杂志，2009，19（5）：768—770.
[4] 张剑宏.中老年脂肪肝患病情况分析[J].临床医药实践，2011，20（1）：3l—33.
[5] 隋淑娟.脂肪肝患者血尿酸水平检测分析[J].中国医学检验杂志，2010，11（6）：314—316.
[6] 苏伟雄.脂肪肝患者血尿酸水平分析[J].当代医学，2010，16（36）：69.
浓度检测法 篇7
关键词：微粒子酶免疫检测法,FK506,血浓度
FK506(tacrolimus,他克莫司,商品名Prograf,普乐可复)是中性、疏水性大环内酯类新型免疫抑制剂,系日本藤泽(Fujisawa)制药公司于1984年首次从链霉菌肉汤培养基中分离得到,目前已能全合成[1]。FK506目前在临床上主要应用于治疗器官移植的排斥反应及各种自身免疫性疾病;但有效血药浓度范围较窄。国外推荐的治疗窗浓度并不适合我国肾移植接受者[2]。血药浓度稍高,即可出现毒副作用,如:轻微的肾毒性、神经毒性及高血压、失眠、恶心等;稍低则出现排斥反应。由于病人疾病状态、器官移植类型、年龄、剂量等因素在药物吸收和代谢上都有影响[3],特别是本品生物利用度和药物动力学参数个体差异大,不易估计给药后的血药浓度[4,5]。此外,治疗中的合用药物中,一些影响细胞色素P450 3A4系统的药物将导致FK506血药浓度改变。为使FK506产生最佳的免疫抑制作用,减少毒副作用,对器官移植后接受FK506治疗的病人进行药物监测是很有必要的[6]。本文即是用微粒子酶免疫法(microparticulate enzyme immunoassay,MEIA)对FK506的血药浓度进行检测。
1 材料与方法
1.1 试剂
IMX Tacrolimus II试剂盒,美国雅培(Abbott)公司生产。包括:抗他克莫司(鼠单克隆)抗体包被的微粒子(Anti-Tacrolimus Antibody Coated Microparticles)、他克莫司碱磷酸酶结合体(Tacrolimus Alkaline Phosphatase Conjugate)、色原(四甲基联苯胺,4-Methylumbellifery1 Phosphate),冲洗液;空白血样;标准血样;质控血样;蛋白沉淀剂(硫酸锌的甲醇、异丙醇溶液)。
1.2 仪器
IMX Tacrolimus Ⅱ检测仪,美国雅培公司,X-SYSTEMS离心机,美国雅培公司,旋涡混合器,上海医科大学仪器厂,微量加样器。
1.3 检测原理和程序
1.3.1 样品的采集
在病人清晨服药前抽取血样,放入EDTA抗凝管中保存。血样如不能立即检测,即放冰箱中4℃保存,24 h内测定[7]。
1.3.2 样品的处理
精确量取150 μL混旋均匀的全血样品加入离心管再向内加入精确量取的150 μL沉淀剂,混旋均匀,离心转速10 800 r/min,取上清液至少150 μL加入样品池上机检测。
1.3.3 自动检测
在检测仪内,探针将样品加到抗他克莫司(鼠单克隆)抗体包被的微粒子中,加入他克莫司碱磷酸酶结合体,孵化温育。他克莫司与结合体竞争结合抗他克莫司微粒,形成“抗体-抗原”和“抗体-抗原-碱性磷酸酶”的混合物,被转移到玻璃纤维铸模上并与其发生不可逆转的结合。用冲洗液洗去不与其结合的物质,然后加入色原产生荧光,最后由MEIA的光学设备测出荧光强度。由标准血样所得的标准曲线计算血样测定结果,即得血样中的FK506浓度。
2 结果
2.1 标准曲线的绘制
将IMX TacrolimusⅡ六种浓度的标准血样,每个浓度两份,用上面的方法测定,结果见表1。
回归方程为Y=-226.88x+403.811,相关系数r=0.999。工作范围0～30 ng/mL。
2.2 精密度试验
2.2.1 日内精密度
用已知浓度的六份高、中、低质控血样一次测定完。结果见表2。
2.2.2 日间精密度
用已知浓度的六份高、中、低质控血样测定,一天只测定一份。结果见表3。
2.3 回收率试验
用已知浓度的高、中、低质控血样进行测定。结果见表4。
2.4 稳定性试验
Freeman等[8]考察了贮存时间和温度对病人全血及质量控制样品中FK506的影响。FK506血样贮存时间分别为0、2、3、4、7和14 d,贮存温度22℃、冰箱4℃、-70℃冷冻,样品均稳定。样品-18℃～-25℃贮存可稳定六个月。样品采集在EDTA抗凝管中可以在2℃～8℃下保存14天再检测(回收率范围90.5%～114.7%)。
3 讨论
目前用于FK506血药浓度的检测的方法较多,有放射受体分析法、酶联免疫分析法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)、微粒子酶免疫法(microparticulate enzyme immunoassay,MEIA)、高效液相色谱(HPLC)化学发光法、HPLC与酶免疫分析法联用、HPLC/质谱(MS)法、生物分析法等[9]。其中HPLC/MS是目前测定FK506浓度中专属性及灵敏度最高的方法[10]。 MEIA所用的单克隆抗体与FK506的代谢物存在交叉反应,过高地估计了FK506的浓度,不适于其药物动力学分析。但由于一些具交叉反应的代谢物是有活性的,且本法与专属性好的测定方法测得的结果有较好的相关性,[MEIA值]=0.94[HPLC-MS2值]+0.63, r=0.987[11]。本法与临床治疗效应相关性好,操作简便、快速、自动化程度高,适于大量样品测定,仍可达到治疗药物监测的目的,故是目前临床的主要监测方法。
参考文献
[1]Kino T,Hatanaka H,Hashimoto M,et al.FK506,a novel immunosup-pre,～sant imlated from a Streptomyces.I.fementation,imlation,and physicochemical and biological characteristic.J Antibiot,1987;40(9):1249—1255
[2]王守春,韩丽萍,司凯英,等.56例患者肾移植术后他克莫司治疗窗浓度范围再探讨.中国药房,2005;16(23):1802—1803
[3]Staatn C E,Tett S E.Clinical pharmacokinetics and pharmacody-namics of tacrolimus in solid organ transplantation.Clin Pharmacoki-net,2004;43:623—653
[4]武国军,王禾,文爱东,等.他克莫司药代动力学特点及其在肾移植术后的应用.中国现代医学杂志,2006;16(10):1521—1522
[5]顾健,张春燕,李玉珍.他克莫司治疗药物监测进展.中国药学杂志,2007;42(1):6—9
[6]夏东亚,郭涛,蒋苓.ELISA法监测肝移植患者他克莫司全血浓度.中国临床药理学与治疗学,2006;11(8):933—936
[7]文爱东,杨志福,赵磊,等.酶联免疫法与微粒子酶免疫法检测全血他克莫司浓度的比较.中国医院药学杂志,2002;22(6):346—348
[8]Freeman D J,Stawecki M,Howson B.Stability of PK506in whole blood samples.Ther Drug Monit,1995,17(3):266—267
[9]Jysko W J.Analysis of tacrolinus(FK506)in relation to therapeutic drug monitoring.Ther Drug Monit,1995;17:596—601
[10]徐新军,刘皋林,张正行.国外医药抗生素分册.2001;22(5):222—227
基于单片机的酒精浓度检测 篇8
随着我国国民经济的迅猛发展,人民的生活水平日益提高,小汽车逐渐走进了千家万户。随之带来各式各样的问题,其中以酒驾等现象最为严重。根据国家《车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验》规定:100毫升血液中酒精含量达到20-80毫克的驾驶员即为酒后驾车,80毫克以上认定为醉酒驾车。因此,为了方便快速判断驾驶员是否存在酒驾等行为,酒精浓度检测仪器应运而生。本文设计的基于51单片机的酒精浓度检测器,具有灵敏度高,精确检测,价格低廉等特点,是一款经济实用的检测仪器。
2 总体方案设计思路
如图1所示,利用MQ-3气体传感器对人体呼出的气体进行采集,采集到的信号经过信号处理电路进行处理,再由信号处理电路输出随酒精浓度变化的模拟电压信号,进而由ADC0832芯片将模拟信号转化为数字信号,并送入AT89C51单片机进行分析处理,与预设定的阈值进行比较,当处于正常范围时,只显示酒精浓度;当处于不正常范围内,显示器显示饮酒级别并显示酒精浓度,判定其性质。
3 系统硬件设计
本文设计了由主控芯片AT89C51、A/D转换器ADC0832芯片、酒精浓度检测模块MQ-3传感器,AMPIRE128×64液晶显示器等组成的酒精浓度检测仪。
3.1 主控芯片AT89C51
AT89C51具有4K字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。并且它兼容标准MCS-51指令系统。
3.2 A/D转换器ADC0832
ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小,兼容性,性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎,其目前已经有很高的普及率。
3.3 MQ-3传感器
其具有信号输出指示功能,双路信号输出(模拟量输((转转下下页页))出及TTL电平输出),TTL输出有效信号为低电平,可直接接单片机;模拟量输出0-5V电压,浓度越高电压越高。对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性,具有长期的使用寿命和可靠的稳定性,并且具有快速响应恢复的特性。
3.4 AMPIRE128×64液晶显示器
它是不带字符型的汉字图形型液晶显示模块,可显示汉字及图形。
4 软件设计
系统使用Keil和Protues软件进行编程和仿真。其整体电路图2所示,调试开始,由于系统的电压在额定范围内的微弱浮动,所以在上电之后,即使未检测到酒精,显示屏可能已经有初始值。为了确保准确性,需要进行校零处理。校零后开始检测,当酒精传感器检测到酒精时,其敏感部分表面的导电电子比例就会发生变化,从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化,这种电阻值的变化通过电压的二进制数值的变化表现出来。A/D转换模块将检测到的二进制电压数值传送给AT89C51,进而将其转换成十进制的电压值,再通过数学运算,将电压值以浓度的形式表现出来。
5 结论
通过软硬件的设计与检测,该酒精浓度测试仪达到了预期的要求。该设计可以准确的对于驾驶员的酒驾行为进行检测和判断。且具有操作简单,成本低廉的特点,工作性能稳定可靠。
摘要：以AT89C51单片机作为主控制器,MQ-3气体传感器作为气体浓度检装置,设计了酒精浓度检测装置。通过MQ-3传感器对人体呼出气体中酒精含量数据的采集,通过51单片机对采集数据进行处理,阈值对比分析,得出结论,并通过AMPIRE128×64液晶显示器进行采样结果的显示。该设计具有结构简单,反应灵敏,硬件成本低,工作性能可靠,实用价值高等特点。
关键词：AT89C51,MQ-3传感器,A/D转换
参考文献
[1]张艳丽.基于MSP430F149的酒精浓度检测仪的设计[J].自动化技术与应用,2009,28(10):112-114.
地高辛药物浓度检测结果分析 篇9
1 资料与方法
1.1 一般资料
2005年8月-2008年8月在我院就诊的患者, 经常规血清生化检测肝肾功能正常或基本正常, 使用地高辛维持量疗法的146例各种心脏病患者。其中男91例, 女55例, 年龄42~75岁, 中位年龄61岁。所有患者均服用常用维持量地高辛, 即0.125mg/d或0.25mg/d。
1.2 测定方法
患者于服药6h采静脉血3ml, 低温离心, 分离血清, 当天完成检测。采用RIA法进行地高辛药物浓度测定, 所用仪器为上海日环厂生产的全自动放射免疫γ计数仪, 试剂盒由北京北方生物技术研究所提供。每次监测时, 用质控血清制作标准曲线, 其浓度为0、0.5、1.0、2.0和4.0ng/ml。
2 结 果
以0.5~2.0ng/ml为有效治疗浓度范围。146例次监测结果显示, 低于下限者18例次, 高于上限者16例次, 在有效治疗浓度范围内112例次。146例次中最高血药浓度为10.14ng/ml, 最低血药浓度为0.3ng/ml。
3 讨 论
地高辛临床应用已有数十年, 是治疗慢性心功能不全和室上性心律失常的常用药物。本品是惟一经过安慰剂对照的临床试验评估的洋地黄制剂。本品半衰期较长, 与年龄呈正相关, 平均为1.6d, 主要 (80%) 通过肾脏排泄排除[1], 故临床上用药剂量应根据肾功能状况适当调整。地高辛治疗指数低, 安全范围窄, 不良反应强, 个体差异大。因此, 在常用剂量下有的患者可能出现不良反应, 也有的患者可能无效, 测定其血药浓度可以用于诊断地高辛中毒或确定其适宜的治疗浓度。
地高辛的不良反应包括心脏毒性、胃肠道反应和神经系统症状等, 主要毒性反应为心脏毒性。强心苷的临床有效剂量已达中毒量的60%, 故较易发生不良反应。据文献报道, 服用强心苷的住院患者约有25%有不同程度的不良反应[2]。通过本组病例, 笔者观察到肾功能正常的患者, 若每日给予0.125~0.25mg, 只有少数患者的血清浓度>2.0ng/ml, 提示本品只要不随意增大剂量, 是安全有效的。与国内外推荐的地高辛剂量相同[3]。本组患者地高辛血药浓度在安全有效范围内, 即0.5~2.0ng/ml范围内者占80.8%, 显示临床绝大多数病例采用维持量服用地高辛0.125mg/d或0.250mg/d, 给药方案基本是合理的。 本结果显示, 18例次测定结果低于治疗下限, 其可能的原因为患者自行减药或停用, 尤其是门诊及老年患者容易发生此种现象;或取血样时血药浓度未达到稳态;用药剂量不当, 医师往往由于担心剂量过高会引起不良反应, 因此采用较低剂量, 反而达不到治疗浓度。
本组16例次测定结果高于治疗上限, 其可能原因为部分病例因病情变化联合用毛花甙丙、毒毛甙K等, 毛花甙丙对地高辛的RIA测定影响较大, 使临床测得地高辛的血药浓度值往往很高;另有部分老年患者由于使用排钾利尿剂呋塞米, 常导致低血钾, 从而增强了地高辛的不良反应;呋塞米尚能抑制肾小管的地高辛排泄, 使其半衰期延长到86 h, 多次给药时, 易导致血药浓度明显升高。
对于长期服药的患者, 病情变化需增加剂量时, 应在医师指导下加减地高辛的剂量。如1例72岁女性患者, 因心力衰竭长期服用地高辛0.125mg/d, 入院前由于症状加重, 1d内自服地高辛4片而出现洋地黄中毒症状, 急查血浆地高辛浓度为4.35mg/ml, 停用地高辛后症状缓解。
综上所述, 地高辛作为临床上最常用的治疗慢性心功能不全和室上性心律失常的洋地黄类制剂, 应用中应加强对患者血药浓度的监测, 以便安全有效、合理地用药。
摘要：目的对我院3年来地高辛血药浓度检测进行分析, 通过药物浓度检测, 为临床合理用药提供参考。方法应用放射免疫分析法测定血清地高辛药物浓度, 0.5～2.0ng/ml为有效治疗浓度范围。结果检测146例, 80.8%血清地高辛药物浓度在 (0.5～2.0ng/ml) 有效治疗浓度范围, 8.3% (>2.0ng/ml) 达中毒血药浓度, 10.9% (<0.5ng/ml) 低于最低有效浓度。结论血清地高辛药物浓度检测对于地高辛的安全使用甚为重要, 检测血药浓度可为临床安全、有效、合理用药提供科学依据。
关键词：地高辛,药物检测,放射免疫法
参考文献
[1]Parker BM, Cusack BJ, Vestal RE.Pharmacokinetic optimisation of drug the rapy in elderly patients[J].Drugs Aging, 1995, 7 (1) :10-18.
[2]徐叔云.临床药理学[M].2版.北京:北京人民出版社, 2003:213.
浓度检测法 篇10
关键词：低浓度,乙肝病毒表面抗原,化学发光磁微粒子免疫分析法,酶联免疫吸附法
我国是乙肝病毒性肝炎的高发区, 约有超过10%乙肝病毒携带者。而乙肝表面抗原 (Hbs Ag) 是乙肝病毒感染 (HBV) 检测中最重要的依据。长期以来, 全国各个医院的检验科均开展了乙肝的检测。酶联免疫吸附法 (ELISA) 和化学发光磁微粒子免疫分析法 (CMIA) 是比较常用的检测方法。但是由于检测方法的敏感度和特异性的差别, 导致在试验中经常出现对Hbs Ag低浓度标本检测结果各异。为此, 该研究使用了ELISA和CMIA两种检测方法对整群选取2012年4月—2014年7月期间236例Hbs Ag低浓度阳性标本和100例阴性标本做了比较和分析, 并探讨其临床价值。现将结果报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
整群选取236例低浓度阳性标本均来自该院2012年4月—2014年7月门诊与住院患者。其中男性91例, 女性45例, 年龄15~86岁 (36.47±6.2) 。100例阴性标本是同期的门诊与住院患者, 其中男性64例, 女性36例, 年龄16~72岁 (χ2=44.48±15.2) 。
1.2 仪器与试剂
ELISA采用的是上海科华生物工程股份有限公司生产的试剂, CMIA法使用的是郑州安图生物工程有限公司生产的化学发光磁微粒子A2000仪器及其配套试剂, TRFIA法使用的是苏州新波生物技术有限公司生产SYM—BIO时间分辨荧光分析仪及其配套试剂。
1.3 首先使用TRFIA法对236例标本Hbs Ag进行浓度测定
经过检测, 236例标本的Hbs Ag浓度确定为0.5~1.0 ng/m L。再对100例标本检测浓度确定为0.5 ng/m L以下。根据TRFIA试剂说明书Hbs Ag检测浓度判定>0.5 ng/m L为阳性, <0.5 ng/m L为阴性。然后使用ELISA法和CMIA法对236例低浓度标本和100例阴性标本进行检测。按照试剂有关说明书, 《ELISA法S/CO值》1.0为阳性, S/CO值﹤1.0为阴性。《CMIA法检测值》0.15 ng/m L为阳性, ﹤0.15 ng/m L阴性。两者结果不一致的标本, 最后使用TR-FIA法进行复检。
1.4 统计方法
数据使用SPSS11.5软件进行统计学分析, 计数资料进行χ2检验, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 在此次实验中, 使用ELISA法和CMIA法同时对236例标本和100例阴性标本进行检测
ELISA法检测出阳性标本为195例, 阳性率为82.6%。CMIA法检测出阳性标本为232例, 阳性率为98.3%。差异有统计学意义 (χ2=33.62, P<0.05) 。ELISA法敏感度为84.1%, CMIA法敏感度为98.7%。其差异具有统计学意义 (χ2=30.21, P<0.05) ELISA法特异性为95%, CMIA特异性为97%。其差异无统计学意义 (χ2=0.8353, P>0.05) 。正因为两种检测方法的敏感性的差距, 导致了结果的显著差异, 见表1、表2。
3 讨论
该研究中, 首先使用TRFIA法作为标准的检测对照方法, 236例Hbs Ag阳性标本浓度和100例Hbs Ag阴性标本浓度是使用TRFIA方法检测的。TRFIA法是以镧系元素为示踪物, 标记抗原或抗体, 用时间分辨技术测量的方法。具有灵敏度高、特异性强、稳定性好等特点, 非常适合对标本的超微量测定。根据有关资料, TRFIA法对Hbs Ag灵敏度可达到0.05 ng/m L以下[1], 保障了结果的可靠性、准确性和精确性。236例Hbs Ag标本经TRFIA确定浓度为0.5~1.0 ng/m L。在使用两种方法做检测对比实验中, CMIA法阳性率明显高于ELISA法 (98.3%/82.3%) 。CMTA法敏感度与特异性也高于ELISA法 (98.7%/84.1%) (97%/95%) 。而ELISA法在该试验中漏检率较高, 其漏检率为17% (41/236) 。因此, ELISA法与CMTA法在检测Hbs Ag低浓度标本中, 具有明显的差异。
乙肝表面抗原 (Hbs Ag) 是医院各实验室最常见的检测项目, 其阳性是人体感染HBV最重要的标志。它具有免疫原性, 可刺激人体产生相应的抗体[2]。而对一些Hbs Ag低浓度的标本使用不同的方法学检测, 结果并不一致, 导致临床诊断无所适从。而近年有关报道认为, 部分急性或慢性乙肝患者体内的Hbs Ag自然转阴和经过抗病毒治疗后转阴后, 仍然在其血清中检测出低浓度的Hbs Ag。成为长期、稳定的低水平病毒感染者, 即HBV隐匿型感染[3]。因此, 低浓度Hbs Ag的检出对于临床诊断治疗和流行病学的研究都是重要的依据。
现在, 各实验室多数使用酶联免疫吸附法 (ELISA) 进行检测。而ELISA具有操作简便、成本低廉、可靠性较高、适合批量检测等优点, 其敏感性可达0.7 ng/m L。但是由于方法学的局限性, 容易受外界因素的影响。主要影响因素是: (1) 胆红素较高、自身免疫性疾病、类风湿性因子等内源性因素。 (2) 标本所用的抗凝剂和试剂包被抗体的质量等。 (3) 变异株所产生的干扰因素。 (4) 由于Hbs Ag含量过高, 易产生后带现象。 (5) 在操作中, 由于人为因素使温育时间不够、加样不当等原因而影响结果的准确性。根据有关资料, 使用ELISA法检测低浓度Hbs Ag, 容易产生钩状效应和灵敏度低下而导致假阴性[4]。在该试验中, ELISA法存在着一定的漏检率, 符合以上观点。
随着医学检验技术的发展, 近年来化学发光磁微粒子免疫分析法 (CMIA) 已经开始在实验室广泛使用, 其特点也已经得到了印证。与传统的ELISA法相比较, 它具有操作简便快速、高灵敏度、强特异性、试剂批间差异较小、稳定等特点。其线性范围高出ELISA法3~4个数量级, 是免疫分析技术的发展方向[5]。其原理是使用化学发光或生物发光体系与免疫反应相结合, 用于检测微量的抗原或抗体。根据有关资料, 化学发光免疫分析技术检测Hbs Ag的灵敏度可达到0.064 ng/m L[6]。从方法学的角度来看, CMIA法对于监测HBV感染进程与复制状态以及对于抗病毒治疗治疗效果的评价都有重要的意义[7]。
在该试验中, CMIA法在Hbs Ag低值标本检测中敏感性与特异性均高于ELISA法。因此在日常的工作中, 检测Hbs Ag标本尤其是低值标本中, CMIA法优于ELISA法。另外, CMIA法由于是定量检测, 因此克服了使用定性方法对灰区结果的判断困难。对灰区结果能够做出明确客观的评价和判断[8]。HBs Ag定量检测不仅对于判断感染HBV活跃度, 有着重要的意义, 也可预测患者治疗过程中的的应答情况。进而指导患者的个体化治疗, 提高治疗效果。
建议各实验室如果有条件, 尽可能使用CMIA法替代ELISA法, 以保证检测结果的准确性。
参考文献
[1]莫凤明, 吴德荣.张群先时间分辨免疫荧光法测定乙肝病毒标志物的结果分析[J].现代预防医学, 2012, 39 (1) :130-132.
[2]赵艳争.四种方法测定低浓度Hbs Ag效果评价[J].河北联合大学学报:医学版, 2014, 16 (1) :58-59.
[3]Blackberg J.Kidd—Liunggren K.Occult hepatitis B virus after acute self—lim ited infection persisting for 30 years without sequence varia—tion[J].Hepatol, 2000 (33) :992-997.
[4]何敏.罗福东化学发光免疫分析与酶联免疫吸附试验检测血清HBs Ag及HBs Ab的结果比较[J].广东医学, 2014, 35 (12) :1900-1901.
[5]刘海波, 常虹, 鲜尽红, 等.磁微粒化学发光检测Hbs Ag试剂盒的研制及其临床应用[J].重庆医学, 2008, 37 (9) :981-982.
[6]张欣欣.Stephen A.Locarnini Hbs Ag定量检测在慢性乙型肝炎抗病毒治疗监测中的意义[J].中华检验医学杂志, 2010, 33 (1) :82-83.
[7]严伟玲, 严春玲, 赖在真.化学发光免疫分析法检测乙肝病毒感染性标志物的临床应用[J].中国卫生检验杂志, 2014, 24 (12) :1748-1749.
一种新的微量气体浓度检测方法 篇11
传统的气体浓度检测方法有红外吸收法、化学分析法及电晕放电法等。红外吸收法使用仪器体积庞大、复杂,且造价高,难以推广;化学分析法不宜在线检测;电晕放电传感器寿命较短,无法长期稳定工作[4]。笔者基于超声技术提出了一种精度高、速度快和造价低廉的微量气体浓度检测方法。仿真结果表明:相比传统气体浓度测量方法,该方法的测量精度得到了很大的提高,达到10-6。
1 超声检测气体浓度原理
当二元混合气体中的两种气体分子量相差较大时,超声波传播速度就会随着气体成分比例的不同而发生变化[5],即声速与温度和气体介质混合比例存在确定的函数关系。测量超声波在二元混合气体中的传播速度和气体所在环境温度就可以计算出微量气体的浓度。超声波以高频低幅的波动特征在气体中传播,其过程可看作绝热过程,混合气体平均声速为[6]:
undefined (1)
式中undefined——二元混合气体平均声速;
undefined——二元混合气体平均定压定容热容量比;
R ——摩尔气体常数;
undefined——混合气体的摩尔质量。
设α为被测气体浓度,Ma、Mb为被测气体和背景气体的摩尔质量,则有:
undefined (2)
undefined (3)
式中 cpa、cpb——两种气体的定压比热;
cγa、cγb ——两种气体的定容比热。
将式(2)、(3)代入式(1)整理后可得:
Aα2+Bα+D=0 (4)
因为0≤α≤1,所以式(4)有单根:
undefined (5)
undefined
当要测量的气体以及背景气体确定时,参数A、B和D中只有undefined、T和α 3个未知量,测出声速undefined和温度T便可求得待测气体的浓度α。上述二次方程的求解可通过现场可编程门阵列器件(FPGA)快速运算的功能来实现。
2 微量气体浓度测量方法
2.1 传统测量方法分析
由上述分析可知,高精度的超声波传播速度和温度的测量是微量气体浓度检测精度的关键。传统的声速测量一般采用脉冲计数法[7],即采用一对距离固定的超声传感器,从一个传感器向另一个传感器发射脉冲信号,发射超声波的同时启动单片机或者CPLD内部的计数器,当检测到接收信号的幅度超过参考阈值后停止计数,此时计数器的值乘以计数周期就是超声波传输时间,进而测得超声波速度,同时采集温度等环境参数,计算出气体的浓度。这种方法的测量精度取决于处理器的计时精度和温度传感器的测量精度,由于噪声干扰和超声波接收端幅值存在衰减现象,使得测量精度不高。
2.2 改进的测量方法
为解决传统测量方法精度不高的问题,提出了两路相位差法测量微量气体浓度。整个系统如图1所示,由两组超声波传感器组成:参考腔,放在纯净的背景气体中;采样腔,放在被测的二元混合气体中。首先测量参考腔内的声速C1代入式(1)求得二元混合气体所在环境的温度T,再测量采样腔内声速C2代入式(5)便可测得气体浓度。
声速的测量采用双频连续波法,即:通过发射两个不同但差别很小的频率f1、f2,每个频率的超声波在经过相同距离传输后会在收发端产生不同的相位差θ1、θ2,收发传感器之间的距离可以写成:
undefined
上式中λ1、λ2是频率f1、f2的波长,n1、n2是两个超声波频率在固定距离中传播的周期数,当设定的固定距离小于undefined为超声波传播速度,Δf=f1-f2)时,n1、n2只有两种可能的取值:n1=n2或n2=n1+1。因此,由式(6)、(7)可求出两个频率的相位差为:
undefined (8)
因此,超声波传播速度为:
undefined (9)
这样声速的测量就转为收发信号相位差的测量。由图1知,首先在FPGA内设计一个直接数字频率合成器(DDS),顺序发射两个频率f1、f2,经过固定距离的传播后,进入接收调理电路,由鉴频鉴相器、环路滤波器和接收端DDS(作为数控振荡器)组成的全数字锁相环对接收到的回波信号进行锁相,使接收端DDS与回波信号在环路锁定时频率相同、相位同步。这样f1、f2收发端的相位差就转换为发射端DDS与接收端DDS的相位差测量,进而实现声速的测量。
3 实验结果
以空气中SF6气体为例在MATLAB环境里验证上述方法的可行性。空气的摩尔质量Mb=28.96g/mol,定压定容热容量比γ=1.399,代入式(1)可得空气的绝对温度为:
undefined
图2是空气中绝对温度与超声波传播速度的仿真结果。
对于SF6:则有Ma=146.06g/mol,cpa=0.66kJ/(kg·K),cγa=0.603kJ/(kg·K)。代入式(5)有:undefined。
将上述参数代入式(5)中可得到不同温度下超声波速度与SF6气体浓度之间的关系曲线,如图3所示。
从图3可看出,对于不同的温度,SF6气体浓度与声速的曲线并不相交,即对一定的温度及一定的声速对应着唯一的气体浓度。设置超声收发传感器的固定距离为10cm,接收到的超声信号信噪比为20dB,环境温度为20℃,建立该测量系统的仿真模型,仿真结果如图4所示。
表1是不同声速时理论的SF6气体浓度和相差法测量的SF6浓度的实验数据,从表中可以看出该测量方法的理论测量精度能够达到10-6,其相对误差不超过1%。
%
4 结束语
笔者以空气中SF6气体浓度为例,分析了二元混合气体中浓度、声速和温度存在的函数关系。实验仿真结果表明:用超声技术测量气体浓度是可行的,其测量精度达到10-6。得出的结论不仅适用于空气中SF6气体测量还适用于其他二元混合气体,只要修改公式中的参数,就能测定其他的二元混合气体浓度,可广泛应用于微量气体浓度测量领域。
摘要：提出一种微量气体浓度检测的方法,利用单一气体中声速与温度关系,在测量温度时避免了直接测温所带来的测量误差。在测温电路中应用了全数字锁相环技术提高了超声波传播时间的测量精确度。以空气中SF6气体浓度为例在MATLAB环境里建立仿真模型,仿真结果表明:该测量方法的微量气体浓度检测精度达到10-6,相对误差不超过1%。
关键词：气体浓度,超声检测,双频连续波,相位差
参考文献
[1]单鸣雷,王月庆,朱昌平,等.微量浓度二元混合气体的超声检测研究[J].压电与声光,2009,31(1):129～131.
[2]周媛,李自乐,张志会.一种基于PLC控制的SF6气体监控系统[J].化工自动化及仪表,2011,38(2):229～232.
[3]郭利民,赵红梅,吕运朋,等.SF6气体泄漏环境在线智能检测系统的设计[J].仪表技术与传感器,2011,(8):76～78.
[4]王明伟,姚展.一种二元混合气体浓度超声测量仪的设计[J].计算机测量与控制,2010,18(12):2908～2910.
[5]张晓花,朱昌平,单鸣雷,等.超声宽量程微量气体浓度检测的仿真研究[J].声学技术,2008,27(1):40～43.
[6]朱昌平,单鸣雷,刘永富,等.基于CPLD的SF6微量气体浓度检测仪[J].仪器仪表学报,2005,26(s1):448～449.