專利名稱：一體化氣體在線檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型一體化氣體在線檢測儀涉及的是一種在線檢測儀可連續(xù)在線測量煙氣、窯氣、爐氣等混合氣體中CO、CO2、SO2、NO、NO2、N2O、CH4、HCl、H2S、HF、O2、H2、Cl2等各種氣體成分的含量，并可實現(xiàn)多組份同時測量。可廣泛應(yīng)用于電力、環(huán)保、石油、化工、化肥、制氣、冶金、建材、煤礦、垃圾焚化等工業(yè)部門，也可用于醫(yī)療及其它科學(xué)實驗場合。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外現(xiàn)有氣體分析儀根據(jù)測量原理可分兩大類直接測量方式和抽取式測量方式；而抽取式測量方式根據(jù)被測氣體的水溶性特點又可分兩類直接抽取電加熱保溫法和稀釋采樣法。
直接測量方式是目前激光氣體分析儀器采用的主要檢測方法。檢測儀器直接安裝在現(xiàn)場，不需要采樣和氣體預(yù)處理，儀器結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便，優(yōu)點明顯。但是，激光氣體分析儀器只能檢測CO、CO2、SO2、HCl、HF、O2等幾種氣體，而且要求混合氣體中煙塵少、水份低；另外，一臺儀器只能分析一種氣體，如分析不同的氣體需配置不同的激光氣體分析儀。每臺儀器造價昂貴。
直接抽取電加熱保溫法是通過采樣探頭除塵后抽取的樣氣經(jīng)電加熱保溫采樣管(溫度控制在140℃～160℃之間，避免結(jié)露)送到離采樣點幾十米外的分析小屋，進入壓縮機制冷或半導(dǎo)體制冷的氣體干燥處理器除水，然后經(jīng)穩(wěn)流后送到各氣體分析儀測量。由于采用冷凝法除水，該測量方式不能分析易溶于水的HCl，HF等氣體，對于可溶于水的氣體，如SO2、H2S、Cl2等，其測量誤差就偏高，達到±10％；另外，長距離常年高溫傳輸對電加熱保溫管的加熱及保溫要求較高，可靠性難以長期保證。
稀釋采樣法采用探頭內(nèi)丘利文管稀釋技術(shù)，抽取較小量的煙道氣體。該方法需配以零氣處理系統(tǒng)和稀釋比控制器，稀釋比范圍從1∶100到1∶250，不進行除水處理，解決了樣氣傳輸過程中的冷凝問題；適用煙塵少、水份低或要求超常距離架設(shè)采樣管線的工程，適合需要測量強腐蝕性或易溶于水的各種氣體，如HCl、H2S、NH3、Cl2等。對于煙塵多、水份大的混合氣體難以滿足要求。測量誤差也隨稀釋比控制器的不確定性(稀釋比隨環(huán)境日夜溫度的變化和大氣壓力的變化而變化)而帶來較大誤差，誤差可達到±20％。
上述三種方式各有利弊，但都有使用的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對上述不足之處提供一種全新的滿足上述各種使用要求的一體化氣體在線檢測儀。多組份氣體同時測量，而且是易溶于水的氣體和非易溶于水的氣體可在一個設(shè)備中同時測量；氣體采樣、處理和分析一體化集成，設(shè)備就地安裝，避免樣氣長距離輸送；系統(tǒng)簡單、造價低、維護方便，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
一體化氣體在線檢測儀是在綜合現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，發(fā)明一種可以通用于各種應(yīng)用場合、多組份氣體可以一體化在線檢測既可靠又實用的測量裝置。
一體化氣體在線檢測儀是采取以下方案實現(xiàn)一體化氣體在線檢測儀結(jié)構(gòu)包括雙向脈沖式反吹采樣探頭、反吹閥、防腐抽氣泵、滲透法除水器、精細過濾器、旁路閥、校驗閥、穩(wěn)流閥、流量計、多組份氣體分析傳感器、控制器、信號顯示器、信號輸出接口、操作按鈕、壓縮空氣干燥器、供電電源、戶外機箱、安裝法蘭、采樣管、樣氣管、反吹管。
除采樣探頭、安裝法蘭和采樣管以外，所有的部件全部安裝在一個戶外機箱內(nèi)。戶外機箱可采用壁掛式戶外機箱采樣探頭經(jīng)安裝法蘭安裝在現(xiàn)場，采樣探頭通過采樣管與戶外機箱內(nèi)的反吹閥相連。反吹閥為三通閥，一路經(jīng)反吹管與壓縮空氣干燥器相連，壓縮空氣干燥器連接外部提供的壓縮空氣；另一路經(jīng)樣氣管與抽取泵相連，抽取泵直接與滲透法除水器的樣氣入口相連，滲透法除水器的樣氣出口與精細過濾器相連。滲透法除水器的壓縮空氣入口與壓縮空氣干燥器相連，滲透法除水器的壓縮空氣出口為濕空氣直接對外排放。
精細過濾器的出口分兩路連接，一路與校驗閥連接，將樣氣送往氣體檢測傳感器；另一路與旁路閥連接，過量的樣氣經(jīng)旁路閥釋放。校驗閥為三通閥，一路入口連接樣氣，另一路連接標準氣體，出口與穩(wěn)流閥連接。如測量一種氣體，只配置一種氣體傳感器，那么只需配一路穩(wěn)流閥；如須分析多種氣體，根據(jù)不同的氣體傳感器需配置多路穩(wěn)流閥。本申請書僅以配置兩路穩(wěn)流閥說明。穩(wěn)流閥的輸出與氣體流量計相連，氣體流量計的輸出與氣體傳感器的氣體入口相連。氣體傳感器的輸出信號與控制器相連，顯示器、操作按鈕和輸出接口與控制器相連，輸出接口提供各種信號與外部設(shè)備連接。
供電單元接收外部供電，對內(nèi)部的各電氣部件提供電源。
一體化氣體在線檢測儀是在綜合開發(fā)和應(yīng)用氣體采樣技術(shù)、防腐除塵技術(shù)、滲透脫水技術(shù)、多組份氣體分析技術(shù)、計算機處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)的新產(chǎn)品，其最大特點有二個一是易溶性氣體和非易溶性氣體可同時采集處理和測量，克服了現(xiàn)有氣體分析裝置兩者不能兼顧的不足；二是氣體采樣、處理和分析一體化集成，設(shè)備可就地安裝，避免樣氣長距離輸送，并省略分析小屋，大大降低投資成本，而且縮短響應(yīng)時間，進一步提高產(chǎn)品可靠性。
實現(xiàn)一體化氣體在線檢測儀可連續(xù)在線測量煙氣、窯氣、爐氣等混合氣體中CO、CO2、SO2、NO、NO2、N2O、CH4、HCl、H2S、HF、O2、H2、Cl2等各種氣體成分的含量，并可實現(xiàn)多組份同時測量?？蓮V泛應(yīng)用于電力、環(huán)保、石油、化工、化肥、制氣、冶金、建材、煤礦、垃圾焚化等工業(yè)部門，也可用于醫(yī)療及其它科學(xué)實驗場合，是目前污染源煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)CEMS的發(fā)展方向。
一體化氣體在線檢測儀的主要特點1、多組份同時測量，而且是易溶于水的氣體和非易溶于水的氣體可同時在一個設(shè)備中采集、處理和測量。
2、氣體采樣、處理和分析一體化集成，設(shè)備就地安裝，避免樣氣長距離輸送。
3、氣體分析可采用GFC多通道紅外線氣體傳感器，或熱導(dǎo)式氣體傳感器、順磁氧傳感器、紫外線氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、固態(tài)氣體傳感器，或激光氣體傳感器?？筛鶕?jù)具體需要配置。
4、采用內(nèi)外雙向脈沖反吹采樣探頭和空隙分布外小內(nèi)大的碳化硅除塵過濾器。
5、采用選擇性水分子滲透法除水干燥器。
6、可選配GPRS或CDMA無線通信。
7、系統(tǒng)簡單、造價低、維護方便。
8、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。


以下將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
圖1是一體化氣體在線檢測儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是一體化氣體在線檢測儀的采樣探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是一體化氣體在線檢測儀的采樣探頭剖視圖。
圖4是一體化氣體在線檢測儀的滲透法除水器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是一體化氣體在線檢測儀的氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照附圖1～5，一體化氣體在線檢測儀結(jié)構(gòu)包括雙向脈沖式反吹采樣探頭(1)、反吹閥(2)、防腐抽氣泵(3)、滲透法除水器(4)、精細過濾器(5)、旁路閥(6)、校驗閥(7)、穩(wěn)流閥(8)、流量計(9)、多組份氣體分析傳感器(10)、控制器(11)、信號顯示器(12)、信號輸出接口(13)、操作按鈕(14)、壓縮空氣干燥器(15)、供電電源(16)、戶外機箱(17)、安裝法蘭(18)、采樣管(19)、樣氣管(20)、反吹管(21)。
除采樣探頭(1)、安裝法蘭(18)和采樣管(19)以外，所有的部件全部安裝在一個戶外箱(17)內(nèi)。
采樣探頭(1)經(jīng)安裝法蘭(18)安裝在現(xiàn)場，采樣探頭(1)通過采樣管(19)與戶外箱(17)內(nèi)的反吹閥(2)相連。反吹閥(2)為三通閥，一路經(jīng)反吹管(21)與壓縮空氣干燥器(15)相連，壓縮空氣干燥器(15)連接外部提供的壓縮空氣；另一路經(jīng)樣氣管(20)與抽取泵(3)相連，抽取泵(3)直接與滲透法除水器(4)的樣氣入口相連，滲透法除水器(4)的樣氣出口與精細過濾器(5)相連。滲透法除水器(4)的壓縮空氣入口與壓縮空氣干燥器(15)相連，滲透法除水器(4)的壓縮空氣出口為濕空氣直接對外排放。
精細過濾器(5)的出口分兩路連接，一路與校驗閥(7)連接，將樣氣送往氣體檢測傳感器；另一路與旁路閥(6)連接，過量的樣氣經(jīng)旁路閥(6)釋放。校驗閥(7)為三通閥，一路入口連接樣氣，另一路連接標準氣體，出口與穩(wěn)流閥(8)連接。如測量一種氣體，只配置一種氣體傳感器(10)，那么只需配一路穩(wěn)流閥(8)；如須分析多種氣體，根據(jù)不同的氣體傳感器(10)需配置多路穩(wěn)流閥(8)。本申請書僅以配置兩路穩(wěn)流閥(8)說明。穩(wěn)流閥(8)的輸出與氣體流量計(9)相連，氣體流量計(9)的輸出與氣體傳感器(10)的氣體入口相連。氣體傳感器(10)的輸出信號與控制器(11)相連，顯示器(12)、操作按鈕(14)和輸出接口(13)與控制器(11)相連，輸出接口(13)提供各種信號與外部設(shè)備連接。
供電單元(16)接收外部供電，對內(nèi)部的各電氣部件提供電源。
具體工作原理如下被測樣氣由抽氣泵(3)經(jīng)采樣探頭(1)從工藝過程中提取，首先在采樣探頭(1)中除塵，反吹閥(2)壓縮空氣被關(guān)閉，樣氣經(jīng)抽氣泵(3)由負壓變正壓后被送往滲透法除水器(4)干燥除水，干燥后的樣氣經(jīng)精細過濾器(5)后分成兩路，一路經(jīng)校驗閥(7)送往穩(wěn)流閥(8)和流量計(9)穩(wěn)流和計量，然后再送往氣體傳感器(10)檢測分析；多余的樣氣經(jīng)旁路閥(6)排放。氣體傳感器(10)檢測分析的信號由控制器(11)進行采集處理，結(jié)果在顯示器(12)上顯示，并通過輸出接口(13)提供報警輸出信號、4～20mA模擬信號、RS232/RS485通訊接口信號、或GPRS/CDMA無線傳輸信號。
對設(shè)備的操作、標定、設(shè)定、修改等工作，可通過操作按鈕(14)來實現(xiàn)。
標準氣體可直接與校驗閥的標氣入口相連。
滲透法除水器(4)的壓縮空氣由外部壓縮空氣經(jīng)干燥器(15)后提供，濕空氣直接排放大氣中。
氣體傳感器(10)可采用GFC多通道紅外線氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、順磁氧傳感器、紫外線氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、固態(tài)氣體傳感器、或激光氣體傳感器。根據(jù)具體需要來選擇配置。
整個系統(tǒng)的工作都在控制器的統(tǒng)一管理下協(xié)調(diào)進行。
參照附圖2～3，一體化氣體在線檢測儀的采樣探頭可采用雙向脈沖反吹采樣探頭。
采樣探頭(1)的作用是從含塵的煙氣中采集干凈的樣氣，不會因結(jié)焦、磨損、腐蝕等問題造成探頭堵塞、開裂和變形。
采樣探頭(1)在設(shè)計思想上需滿足如下具體要求首先，過濾器安裝在煙道外部，避免高溫影響過濾器的透氣性能；其次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，實現(xiàn)對過濾器的內(nèi)外雙向反吹，加上電路控制，進一步實現(xiàn)脈沖式振動反吹，確保過濾器的透氣性能不會下降。第三，也是關(guān)鍵點。氣體除塵是整個氣體分析系統(tǒng)的第一等重要工作。普通過濾器主要有兩個問題，第一個是過濾不徹底，除塵不干凈，引起下游設(shè)備氣體管路、電磁閥、抽氣泵、除水設(shè)備的堵塞和磨損，甚至造成氣體分析儀器的損壞。第二個是過濾器本身堵塞，由于過濾器材質(zhì)或透氣性能問題，造成粉塵黏結(jié)在過濾器的毛細孔中，逐漸將整個過濾器的毛細孔堵截。因此，本專利采用新型的碳化硅除塵過濾器。碳化硅材料可耐1300度以上的高溫，硬度大，僅次于金剛石，不怕磨損，透氣性能超群。其次，該過濾器的特點是孔隙非均勻分布，在表面孔隙非常小，在0.3μm以下，而中間相對大，使粉塵只落在表面，而反吹變得非常容易，確保保持過濾器在使用過程中的透氣性能不變。通過上述方法，實現(xiàn)采樣探頭免維護運行的目標。
雙向脈沖反吹采樣探頭示意圖及連接結(jié)構(gòu)如下由7個部件組成，采樣管(1-1)，法蘭(18)，碳化硅過濾器(1-2)，電加熱器(1-3)，外反吹壓縮空氣接口(1-4)，樣氣及內(nèi)反吹接口(1-5)，不銹鋼管(1-6)。采樣管(1-1)與法蘭(18)直接相連，碳化硅過濾器(1-2)在不銹鋼管(1-6)的內(nèi)部，電加熱器(1-3)在不銹鋼管(1-6)的外部，外反吹壓縮空氣接口(1-4)與不銹鋼管(1-6)連通，兩個外反吹壓縮空氣接口(1-4)在不銹鋼管(1-6)的兩側(cè)，以切線方向相連，樣氣及內(nèi)反吹接口(1-5)與碳化硅過濾器(1-2)的內(nèi)部相連。
雙向脈沖反吹采樣探頭工作原理樣氣從采樣管(1-1)進入，經(jīng)碳化硅過濾器(1-2)過濾后從樣氣接口(1-5)排出。碳化硅過濾器(1-2)為U形結(jié)構(gòu)，過濾孔為不均勻分布，表面過濾孔非常精細，在0.3μm以下，內(nèi)部過濾孔相對要大，約5～30μm。樣氣經(jīng)過過濾器時，很細小的灰塵全部被阻擋在過濾器(1-2)的表面，而不落到過濾器內(nèi)部的縫隙中。當(dāng)外反吹時，由于從切向吹入兩股壓縮空氣，會形成一股旋轉(zhuǎn)的氣流將過濾器(1-2)表面積存的灰塵吹盡，而內(nèi)反吹時，從過濾器(1-2)內(nèi)部出吹出的壓縮空氣又很容易將過濾器表面縫隙中的灰塵吹盡。在控制器的作用下，內(nèi)外反吹采用間隔交替方式進行，達到雙向脈沖式反吹的目的。
參照附圖4，一體化氣體在線檢測儀的滲透法除水器(4)由兩個同軸心的精細管組成。外部設(shè)有外管(4-1)，內(nèi)部設(shè)有過濾管(4-2)，由具有選擇性的半透性材料組成，在壓縮空氣產(chǎn)生的負壓作用下，水分子可從內(nèi)部淅出到外部，而其他氣體分子不受影響。淅出原理如下附圖4所示。
參照附圖5，一體化氣體在線檢測儀的氣體傳感器可采用GFC多通道紅外線氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、順磁氧傳感器、紫外線氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、固態(tài)氣體傳感器、激光氣體傳感器中的一種及其組合。
GFC多通道紅外線氣體傳感器(10)為恒溫控制的光路多次折射的氣體多路分析傳感器，其結(jié)構(gòu)由樣氣分析倉(10-1)，紅外線光源(10-2)，相關(guān)輪(10-3)，反射鏡(10-4)，檢測器(10-5)和電機(10-6)構(gòu)成。在分析倉(10-1)內(nèi)安裝有反射鏡(10-4)組合，電機(10-6)與相關(guān)輪(10-3)相連，紅外線光源(10-2)發(fā)出的紅外線通過反射鏡(10-4)組合最終達到檢測器(10-5)。
紅外線由紅外線光源(10-2)產(chǎn)生，相關(guān)輪(10-3)上有多個孔，根據(jù)被測氣體的種類，相關(guān)輪(10-3)上附有相應(yīng)的氣體濾膜(10-7)。相關(guān)輪(10-3)由電機(10-6)帶動旋轉(zhuǎn)，連續(xù)光譜的紅外線被相關(guān)輪(10-3)選擇切光后產(chǎn)生連續(xù)的不同波長的脈沖光譜，脈沖光譜進入樣氣分析倉(10-1)，在樣氣分析倉(10-1)內(nèi)經(jīng)反射鏡(10-4)多次折射，脈沖光譜最終由經(jīng)冷卻控制的檢測器(10-5)檢測。由于脈沖光譜在樣氣分析倉(10-1)內(nèi)經(jīng)反射鏡(10-4)多次折射大大提高了光程長度，也就是提高了被測氣體的吸收力，因此測量精度非常高。過濾膜間切換的時間及檢測器輸出的信號均由微處理器控制。
權(quán)利要求1.一種一體化氣體在線檢測儀，其特征在于結(jié)構(gòu)包括采樣探頭、反吹閥、防腐抽氣泵、滲透法除水器、精細過濾器、旁路閥、校驗閥、穩(wěn)流閥、流量計、多組份氣體分析傳感器、控制器、信號顯示器、信號輸出接口、操作按鈕、壓縮空氣干燥器、供電電源、戶外機箱、安裝法蘭、采樣管、樣氣管、反吹管；除采樣探頭、安裝法蘭和采樣管以外，所有的部件全部安裝在一個戶外機箱內(nèi)，采樣探頭經(jīng)安裝法蘭安裝在現(xiàn)場，采樣探頭通過采樣管與戶外機箱內(nèi)的反吹閥相連；反吹閥為三通閥，一路經(jīng)反吹管與壓縮空氣干燥器相連，壓縮空氣干燥器連接外部提供的壓縮空氣；另一路經(jīng)樣氣管與抽取泵相連，抽取泵直接與滲透法除水器的樣氣入口相連，滲透法除水器的樣氣出口與精細過濾器相連；滲透法除水器的壓縮空氣入口與壓縮空氣干燥器相連，滲透法除水器的壓縮空氣出口為濕空氣直接對外排放；精細過濾器的出口分兩路連接，一路與校驗閥連接，將樣氣送往氣體檢測傳感器；另一路與旁路閥連接，過量的樣氣經(jīng)旁路閥釋放；校驗閥為三通閥，一路入口連接樣氣，另一路連接標準氣體，出口與穩(wěn)流閥連接；如測量一種氣體，只配置一種氣體傳感器，那么只需配一路穩(wěn)流閥；如須分析多種氣體，根據(jù)不同的氣體傳感器需配置多路穩(wěn)流閥；穩(wěn)流閥的輸出與氣體流量計相連，氣體流量計的輸出與氣體傳感器的氣體入口相連；氣體傳感器的輸出信號與控制器相連，顯示器、操作按鈕和輸出接口與控制器相連，輸出接口提供各種信號與外部設(shè)備連接；供電單元接收外部供電，對內(nèi)部的各電氣部件提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化氣體在線檢測儀，其特征在于戶外機箱可采用壁掛式戶外機箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化氣體在線檢測儀，其特征在于采樣探頭可采用雙向脈沖反吹采樣探頭，結(jié)構(gòu)包括采樣管，法蘭，碳化硅過濾器，電加熱器，外反吹壓縮空氣接口，樣氣及內(nèi)反吹接口，不銹鋼管；采樣管與法蘭直接相連，碳化硅過濾器在不銹鋼管的內(nèi)部，電加熱器在不銹鋼管的外部，外反吹壓縮空氣接口與不銹鋼管連通，兩個外反吹壓縮空氣接口在不銹鋼管的兩側(cè)，以切線方向相連，樣氣及內(nèi)反吹接口與碳化硅過濾器的內(nèi)部相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化氣體在線檢測儀，其特征在于滲透法除水器由兩個同軸心的精細管組成，外部設(shè)有外管，內(nèi)部設(shè)有過濾管，由具有選擇性的半透性材料組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化氣體在線檢測儀，其特征在于氣體傳感器采用GFC多通道紅外線氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、順磁氧傳感器、紫外線氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、固態(tài)氣體傳感器、激光氣體傳感器中的一種及其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化氣體在線檢測儀，其特征在于GFC多通道紅外線氣體傳感器為恒溫控制的光路多次折射的氣體多路分析傳感器，其結(jié)構(gòu)由樣氣分析倉、紅外線光源、相關(guān)輪、反射鏡、檢測器、電機構(gòu)成，在分析倉內(nèi)安裝有反射鏡組合，電機與相關(guān)輪相連，紅外線光源發(fā)出的紅外線通過反射鏡組合最終達到檢測器。
專利摘要本實用新型一體化氣體在線檢測儀涉及的是一種在線檢測儀可連續(xù)在線測量煙氣、窯氣、爐氣等混合氣體中CO、CO
文檔編號G01N1/28GK2896283SQ20062007148
公開日2007年5月2日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者包克明 申請人:南京卓成自動化設(shè)備有限公司