用于测量气体和环境参数的测量设备的制作方法

1.本发明涉及用于量化对空气质量、气味或无组织排放（fugitive emission）具有影响的环境变量的测量设备，提出了用于结合其他环境变量来测量气体和悬浮颗粒的设备，在该设备中，使用了用于这些变量的特定传感器，其中实施例改进了这种类型的装置的制造特性（生产、表征、测试和验证）、操作、组装和维护。


背景技术：

2.在许多方面和应用中，排放气体的测量是必不可少的，其中存在允许借助于传感器来测量气体和悬浮颗粒以便量化它们对环境条件变更的影响的设备。
3.这种类型的常规设备包括用于测量要量化的不同变量的一系列特定传感器，其中所述传感器链接到电子设备，该电子设备收集由所述传感器提供的数据，以便基于所取得的测量结果来建立对环境状态的评估。
4.为此，在该测量设备中可以使用不同类型和制造来源的传感器，这些传感器在电气连接和形状因子方面具有若干种变型，这对于该测量设备的机械设计具有影响，该测量设备的机械设计必须适配于不同的传感器，并且针对每个传感器需要特定的信号调节器（conditioner）。在该测量设备中引入的传感器的个体表征是需要的，这意味着传感器仅能够与该设备一起最优地工作，而不能够与另一个设备一起最优地工作，并且当一个传感器被另一个传感器替换时，有必要通过必须将该设备移动到实验室或者在许多情况下借助于昂贵的移动实验室来配置该设备并再次重新校准它。
5.还应当考虑到，可以并入到测量设备中的各种各样的传感器通常具有可能在应用设备的设计方面相关的共同特性，例如：a）所使用的许多类型的传感器生成纳安培电流，这使得正在执行的测量的结果会受到任何类型的电磁噪声所影响。这意味着：在如此小的电流的情况下，有必要将这些信号尽可能放大到以便对它们进行量化的程度，并且因此有必要保护它们免受生成错误信号的任何外部电磁或环境干扰。
6.b）每个传感器对其可能面临的各种环境条件的响应对于每个传感器而言是独特的，因此有必要能够毫不含糊地（unequivocally）表征和校准每一个传感器，以便实现最大精度。
7.c）传感器可能对温度、湿度、大气压强、使其性能降级的高风速、以及环境中的某些物质的存在非常敏感，如果不可能控制或校正它们的影响的话。
8.d）围绕传感器的材料的类型可能影响传感器所执行的测量，因为一些材料可能与待测量的气体发生反应，因此改变测量的结果，所以使待测量的空气尽可能快地到达传感器表面而不与其他材料相互作用是非常重要的。
9.e）如果空气要花费时间以在感测表面之上扩散并与围绕它的材料发生反应，则所实行的机械设计可能对传感器的响应时间具有影响，从而放大在前一点中提到的测量误差。
10.f）传感器具有有限的服务寿命，因此有必要相对频繁地替换它们，并了解它们的可靠性何时会降低到不可接受的水平。
11.g）传感器校准必须由熟练的技术人员来执行，这增加了设备组装和维护的成本。
12.h）由于这种类型的传感器通常受测量的环境条件所影响，因此要么将空气调节到始终相同的稳定条件，要么同时测量可能影响测量的变量以减轻它们的影响。
13.面对这些特殊性（particularity）所带来的缺陷，已经开发了用于测量环境气体的测量设备的各种实施例，但是由于它们所并入的传感器的形状和连接特性，在所有这些实施例中普遍存在难以组装和维护的状况。在用于测量气体和已知环境参数的测量设备的设计中，该设备是在已经安装的传感器的情况下被校准的。具有针对每个传感器的固定位置的该设备的布置意味着传感器的整个范围不能够彼此组合，这是因为这会导致其尺寸将非常大的设备，因此安装在该设备中的传感器的组合在这种类型的设备中被限制。一旦传感器被安装，它们就在该设备中被校准，从而将校准参数保存在该设备中，因此使传感器被转移到另一个设备并与所述设备一起操作是不可能的。


技术实现要素：

14.根据本发明，提出了意图用于测量影响空气质量、气味或无组织排放的变量的设备，其实施例提供了建设性的、生产性的和功能性的特征，能够克服用于所述功能的常规设备的局限性，从而改进制造、生产、表征、测试和验证操作、以及这种类型的装置的组装和维护。
15.本发明的设备对象包括：壳体，其被提供有孔，以并入一系列盒（cartridge），与特定电子板相关联的气体测量传感器可以被容纳在每一个盒中，使得具有其特定电子板的每个传感器形成组装件单元，该组装件单元被插入到对应的盒中，其中该设备的功能性组装件进一步包括中央电子板，当容纳在那里的盒被布置在壳体中的组装件孔中时，传感器的特定电子板电连接到该中央电子板。
16.为此，传感器的特定电子板利用电连接器、优选地是采用连接引脚形式的电连接器被插入到盒的连接器中，使得当盒被装配到壳体中时，传感器的特定电子板连接到该测量设备的中央电子板。所述中央电子板具有一系列标准连接端口，借助于盒被并入在该设备中的不同传感器连接到所述标准连接端口，使得来自传感器的信息被识别，而不管每个盒位于壳体中的位置。
17.由此获得一种测量设备，其中任何类型的气体或环境参数传感器都可以被连接，而不管其到该设备的连接位置，其中每个传感器处于由壳体盒形成的组装件单元中，其中传感器与其特定电子板一起被并入。每个传感器的所述特定电子板将针对该传感器的表征、校准和特定验证并入在存储器中，并且允许计算针对该特定传感器的测量和校正的量值，以便由中央电子板利用用于该传感器的独特算法对其进行识别。由此便于自动组装，因为容纳传感器的盒可以利用传感器的特定电子板关于中央电子板的连接以非常简单且可移除的方式被操作，该中央电子板在每种情况下检测它是哪个传感器，使它适配于它必须执行的功能，在其放置期间被毫不费力地建立。由此，这有助于用于表征、校准和验证这些传感器校准的过程，是一种不需要熟练操作者来安装或替换传感器的自动系统，还确保了测量和与校准相关联的质量过程的可靠性以及具有其特定传感器的盒的有效性。
18.传感器的所述组装简易性对设备维护的简易性和经济性也具有积极的影响，因为当传感器必须被替换时，在给定它们的有限操作寿命的情况下，仅需要移除具有传感器及其特定电子板的统一（unitary）组装件的盒，并且将具有带有相同特性的传感器的另一个新的盒并入到其位置中，这不需要熟练的技术人员，因为传感器不必在组装期间被校准。
19.另一个优点是：具有特定传感器的盒可以被取出并且由具有不同传感器和电子板的另一个盒来替换，使得用户可以在该设备的情况下利用测量某些参数的一系列盒来实行测量活动，并且然后利用另一种类型的盒来实行另一个活动。因此，可以通过在该测量设备中简单地将一个盒替换为另一个盒来根据需要调整盒的组合。
20.由与其对应的特定电子板相关联的传感器形成的统一组装件的壳体盒还在其中被提供有处于不同高度的结构、优选地是阶梯式（stepped）结构和突起，用于在所述结构上支撑具有其特定电子板的传感器的统一组装件，这允许任何大小、形状和配置的传感器被并入在组装件布置中，在该组装件布置中，传感器在其中具有其感测表面的端部与传感器在其处直接接触空气的水平面（level）齐平，以便减少其响应时间并且防止其在到达传感器之前与其他材料接触。还实现的是，所述感测表面保持在与被并入该设备中的所有传感器的感测表面相同的水平面处，并且保持在温度、湿度、压强的环境条件在其处以不同的方式被测量的相同表面处，因为这是使该设备的不同传感器所执行的测量尽可能准确的必要条件。它允许进行最优的测量校正，并且允许检测可能使测量无效的任何瞬时不稳定性，因为除了传感器的响应时间可能更长的事实之外，盒内部的空气还可能与传感器本身反应并且修改该测量。
21.用于与其对应的特定电子板相关联的传感器的壳体盒利用盖被封闭，该盖固定并调整具有其特定电子板的传感器在盒内部的位置，该盖具有开口，传感器的感测表面在每种情况下都与该开口重合，使得所述感测表面与空气直接接触，以便能够检测要测量的环境参数，而空气不会在与传感器的感测表面接触之前与任何材料相互作用，如上所提到的那样。
22.该盖还确保了盒的内部是密封的（leak-tight），从而防止冷凝（condensation）、水或气体能够影响传感器以及传感器的特定电子板、或防止冷凝、水或气体在壳体与盒之间的连接中渗入该设备中。
23.在假定由传感器执行的测量可能受到可变因素（诸如温度、湿度和大气压强等等）所影响的情况下，所设想的是，将探针连接到中心电子板，该探针在与被并入该设备中的传感器的感测表面相同的水平面处测量这些可变因素，使得基于所述探针的测量，中心电子板做出必要的校正，使得传感器测量的值符合实际。
24.此外，所设想的是，并入网格（grid），该网格在该设备中的传感器的布置上方并且覆盖该布置，这防止了阳光和间接辐射照射（strike）传感器并且防止了阳光和间接辐射能够使这些传感器的测量结果失真，其中在假定所述网格会以最大受控速度来扩散传感器所在的空间内部的空气的情况下，所述网格进而防止了由强风流（strong wind current）引起的风速中的任何快速变化能够突然影响传感器的表面、使它们的测量失真。
25.为了针对阳光以及将会使测量降级的随后过热的有害影响进行保障，还设想的是，在该设备的整个组装件之上并入保护性覆盖物（protective cover），所述覆盖物具有开口以用于空气通过内部的循环，使得它与负责测量环境条件的参数的传感器的感测表面
接触。
26.基于前述内容，本发明的设备对象具有的特征使得其特别地有利于测量气体和环境参数，从而获得其自身的标识（identity）以及相对于迄今为止用于所述功能的常规设备的优选特性。
附图说明
27.图1示出了根据本发明的用于测量空气质量的设备的实施例的透视图。
28.图2是该测量设备的主体的透视图，其中用于传感器的壳体盒处于根据组装位置的分解布置中。
29.图3是从底部看到的该测量设备的透视图。
30.图4示出了用于并入在根据本发明的测量设备中的与其特定电子板相关联的传感器的统一组装件的透视图。
31.图5是用于组装在本发明的测量设备中的用于传感器的壳体盒的主体的透视图，其示出了所述主体的内部。
32.图6是其中容纳了传感器以及其特定电子板的统一组装件的盒的主体的透视图。
33.图7是本发明的设备对象的盒的封闭盖的侧面透视图。
34.图8是从底部看到的前一个图的盖的透视图。
35.图9是根据本发明的测量设备的平面图，该测量设备在容纳测量传感器的盒上方并入了网格。
36.图10是根据本发明的测量设备的透视图，该测量设备在构成该设备的整个组装件之上并入了保护性覆盖物。
具体实施方式
37.本发明的目的涉及用于测量影响例如空气质量、气味、泄漏检测、无组织排放、污染物、大气中的某些气体的存在等的气体和参数的设备，其包括：被提供有孔（2）的壳体（1），孔（2）意图用于在其中装配用于传感器（4）的盒（3），传感器（4）负责测量气体和环境参数。
38.被布置在盒（3）中的传感器（4）均与特定电子板（5）相关联，其中具有其特定电子板（5）的每个传感器（4）的组装件形成了组装件单元，该组装件单元被组装在盒（3）中，以用于并入在该测量设备中。以这种方式，传感器（4）被测试、表征和校准，从而被验证并且容纳在来自工厂的盒（3）中，以用于并入在该测量设备中。具有与传感器（4）相关联的特定电子板（5）的盒（3）具有存储器以及用于该传感器（4）的校正算法的特定参数，使得仅需要将盒（3）并入在壳体（1）的对应孔（2）中，将来自盒（3）的所有信息传递到该测量设备，所述信息由中央电子板（6）来读取以调整其算法，以便能够计算测量量值。
39.这种配置使得有可能在没有熟练技术人员的情况下进行，因为在所述组装操作中，接收到具有已经在工厂处被测试、表征和校准的传感器（4）的盒（3）的用户仅需要将所述盒（3）并入在所考虑的测量设备的孔（2）中。这种配置还允许组合若干个传感器并且将它们组装在该测量设备的不同孔（2）中，而不管被并入在盒（3）中的传感器（4）的类型。
40.为了建立盒（3）与该测量设备之间的连接，中央电子板（6）被提供有多个标准连接
端口，关于所述标准连接端口，包含由具有其特定电子板（5）的不同传感器（4）形成的统一组装件的盒（3）可以通过连接器（7）被电连接，壳体（1）的每个孔（2）在底部处具有该连接器（7）。以这种方式，特定电子板（5）的连接引脚（23）连接到盒（3）在其中具有的连接器（8），该连接器（8）进而连接到壳体（1）中的组装件孔（2）的连接器（7）。
41.一旦连接被建立，中央电子板（6）就通过读取被包括在传感器（4）的特定电子板（5）中的其存储器来识别盒（3）以及在孔（2）或其连接端口中的任一个中被连接的传感器（4）的类型，特别地借助于特定于所述传感器（4）的算法而适配于它必须执行的与由所连接的盒（3）测量的环境参数的测量相关的功能。
42.这些特征确保了测量的最高质量和精度，简化并降低了该测量设备的生产、测试、表征、校准、验证、组装和维护的成本，因为在假定传感器（4）不必在所述组装件中被配置的情况下，传感器（4）的并入仅需要将盒（3）放置在壳体（1）的组装件孔（2）中，由此具有其特定电子板（5）的传感器（4）的每个单元与中央电子板连接，该中央电子板自动标识所连接的传感器（4），特别是将传感器适配成在该测量设备中实行它们的功能，而不需要熟练专家的干预。
43.此外，当传感器（4）由于其有限的服务寿命而停止操作时，具有其特定电子板（5）的每个传感器（4）之间的所述统一性条件以及用于其相关联算法的特定参数对传感器（4）的替换也具有积极的影响，假定为了替换传感器（4），仅需要从对应的壳体孔（2）中移除包括传感器（4）连同其特定电子板（5）的盒（3），并且将具有新传感器（4）的新盒（3）引入在其位置中，其中该新传感器（4）自动准备好操作。被更换的盒（3）将被丢弃，或者可以在制造具有新传感器（4）的盒（3）时被重新使用，该新传感器（4）在其制造期间被配置。
44.此外，盒（3）在其中具有由结构（9）形成的构造，该结构（9）优选地采用突出部和/或阶梯的形式，如图5中可以看到的。所述结构——由具有其特定电子板（5）的传感器（4）形成的单元被支撑在其上——位于不同的高度处，使得在每种情况下，对应的传感器（4）都具有被布置在设定水平面处的端部测量表面（10）。以这种方式，端部表面（10）始终与空气直接接触。该测量设备的所有盒（3）的传感器（4）的端部测量表面（10）必须对应在所述水平面处，使得所执行的环境参数测量是正确的。
45.因此，任何类型的传感器（4）都可以被并入在该测量设备的每个盒（3）中，而不管其高度和形状，从而向市场上现有的不同传感器标准的盒（3）提供通用性（versatility）。借助于被支撑在盒（3）内部的对应结构（9）上，每个传感器（4）可以被放置成其端部测量表面（10）处于合适的高度，由此盒（3）以及相应的测量设备在它们可以被配备有的传感器（4）方面是通用的。
46.每个盒（3）在端部处利用盖（11）被封闭，盖（11）利用o形环（12）被装配到盒（3）的口部（mouth），该o形环（12）确保了密闭性（hermetic）封闭。优选地，盖（11）此外具有裙部（skirt）（13），甚至更优选地，它在其边缘上被提供有突起（14），由此它压在被容纳在盒（3）内部的传感器（4）的特定电子板（5）上，由此确保了盒（3）内部的组装件中的定位、以及盒（3）内部的组装件中的具有其特定电子板（5）的传感器（4）的统一组装件的电气连接。
47.盒（3）的所述盖（11）具有开口（15），传感器（4）的端部测量表面（10）在盒（3）内部的其组装位置中与该开口（15）重合，使得传感器（4）的所述端部测量表面（10）通过盖（11）的所述开口（15）与外部空气接触，以测量必须被控制的环境参数。根据一个实施例，所述开
口（15）被偏心地（off-centered）布置，使得它允许不同类型的传感器（4）的端部表面（10）重合，包括具有矩形布置的那些。还提供的是，所述开口（15）优选地被配置成能够在所述点处耦合使用控制气体的机器或校准工具的喷嘴。以这种方式，借助于凹槽（未示出），其装配因此被允许，从而引入特定气体以观察传感器的反应。
48.为了确保密封性，除了o形环（12）之外，替代地提供的是，在传感器的端部表面（10）与盖（11）之间布置垫圈，使得防止外部要素通过孔（15）进入盒的内部。附加地，盒（3）包括被布置在壳体（1）的孔（2）与盒（3）的外表面之间的垫圈，该垫圈防止了外部要素通过连接器（7）进入该设备。
49.优选地，盖（11）在裙部（13）中包括与盒（3）的内壁的突起相对应的至少一个沟槽，使得防止开口（15）相对于传感器（4）的旋转和未对准。
50.然而，所设想的是，在空的盒（3）中放置盲盖（blind lid）（11），仅用于覆盖其中不需要并入传感器（4）的壳体（1）中的孔（2）的目的，并且壳体（1）由此被密闭地密封。
51.假定一些因素（诸如温度、湿度、大气压强和其他因素）可能影响传感器（4）做出的测量，从而使所述测量的值失真，可以布置的是，将探针（16）连接到中心电子板，以用于测量所述因素，使得可以做出对传感器（4）所提供的测量值的适当校正。
52.为了使其有效，对影响因素的测量必须在与传感器（4）的端部测量表面（10）相同的水平面/高度处执行，因此所提到的探针（16）被布置成使得它们的端部位于盒（3）的传感器（4）的端部测量表面（10）的所述水平面处，为此，在壳体（1）中设想了城垛件（battlement）（17），在有必要补充测量的情况下，所述探针（16）被安装在该城垛件（17）中。
53.出于相同的目的，用于测量温度和湿度的补充性迷你传感器（其必须进而被布置在与传感器（4）的端部测量表面（10）相同的水平面处）可以借助于连接器（18）被并入在传感器（4）的实际特定电子板（5）中，因此在盒（3）的盖（11）中提供了盲孔（19），该盲孔可以在需要时被破坏，使得连接到被容纳在对应的盒（3）内部的传感器（4）的特定电子板（5）的迷你传感器可以通过所述盲孔与外部空气接触。
54.该测量设备以电子通信板（20）而完成，中央电子板（6）与该电子通信板（20）连接，使得信息被远程地传输以维持测量的质量以及其最终有效期/到期日期（expiration date）的可追溯性。以这种方式，每个传感器的状态和信息被指示在显示器上以预计其替换，并且在它到期的情况下，使测量无效。
55.所设想的是，在该设备中并入覆盖了盒（3）的网格（21），其优选地由具有特定模式的型腔和固体部分的不锈钢制成，其防止了阳光或强空气流直接照射传感器（4）的端部测量表面（10），传感器（4）的测量功能可能被这些因素所损害。
56.类似地，为了防止阳光或强空气流的有害影响，所设想的是，在该测量设备的组装件之上并入保护性覆盖物（22），所述覆盖物被提供有开口，以用于允许与传感器（4）接触的循环空气的通过，使得可以实行该设备必须执行的空气质量评估测量。优选地，保护性覆盖物（22）包括处于导致了进气开口（air inlet opening）的间隙上方的上部罩盖（canopy）。这有助于确保传感器最多始终处于相同的室温，而不管是否存在太多或太少的太阳辐射。这也有助于使得在存在强风的情况下，空气在覆盖物（22）与壳体（1）之间更快地流动，从而更快地冷却该设备。