CN101221124A - 探针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种探针，该探针包括细长主体，该细长主体具有用于连接到管道或容器的壁上的近端以及布置成设置在管道的内部的远端，从而所述主体形成测量空间，流体被抽吸通过所述测量空间以便分析。

Description

探针

技术领域

本发明涉及一种用于样品流体流分析的探针。

背景技术

很多年以来，例如吸收和发光测量(absorption and luminescencemeasurement)的光学方法被用于样品流的组成气体分析。通常的技术是开路交叉烟道气吸收监测(open path cross stack gas absorptionmonitoring)。这典型地包括将光束从在烟道气或管道的一侧的光源发送到在另一侧的探测器，并测量由于在样品流中的目标气体引起的光束的光学吸收量，从其中气体浓度可以被推断出来。这可以包括多个通道以便增加吸收通道长度并因此提高探测范围。

然而，为了有效地起作用，从光源到探测器的光学路径必须被正确对准，这需要很高的精度并且相关的安装成本很高。另外，如果在样品流中存在微粒，这些微粒可以使得在光源处和探测器处的光学元件变得模糊和/或使得该光学元件受损。这需要使用非吸收气体(例如氮气或仪表气源)连续地吹扫光学元件。这存在相关的成本以及气体供给问题，也减少了光学吸收路径。而且，如果吹扫气体流量发生任何变化或出现合成，还会导致测量误差。与气体流中的微粒相关的另一问题是这些微粒或者沿吸收路径吸收或分散光，这导致分辨率下降以及可能出现误差。同时，这也难以在现场准确地校准装置。

发明内容

本发明提供了一种探针，该探针包括细长主体，该细长主体具有用于连接到管道的壁上的近端，以及布置成设置在管道的内部的远端，该主体形成光学空腔，要被分析的气体被抽吸通过该光学空腔。

本发明因此提供了一种探针，藉此样品气体(或样气)在没有微粒的环境中同时被采样和分析。

探针的优选实施例允许通过以吸气(aspiration)或其它手段使得气体样品穿过过滤器进入容纳在探针内的光学空腔(分析在光学空腔中进行)的方式，通过光学吸收方法现场分析例如在腔室或容器(volume)内的气体混合物内的目标气体，然后，样品气体被回排到样品流中或其它地方。这意味着光学空腔位于与被提取的样品相反的样品环境中。来自光源的光束通过光学元件进入探针，穿过气体(其中会发生吸收)，由反射元件在探针的端部被反射回，返回穿过气体并离开探针到达探测器上。输入的光强度的衰减量与目标气体的浓度相关。分析手段可以通过直接吸收测量、气体过滤器相关、可调激光二极管光谱技术或其它适当的手段。样品气体通过过滤器抽吸保证了比通过扩散装置可以获得的更快的反应，并且因为分析在现场进行，也比提取装置更快。在光学空腔内的过滤的环境意味着输入、输出和反射光学元件不必通过使用吹扫气体装置而保持清洁。通过将流量传感器放置成与样品气体成一直线(in line with the samplegas)，该探针也允许测量或监测通过空腔的气体流量，这可以例如表示过滤器内的堵塞或抽吸装置中的故障，并允许确定实际样品被抽吸到测量空腔中，而这是通过扩散装置无法保证的。在过滤器中的任何这种堵塞可以通过使得通过空腔排出的高压吹扫气体流过空腔的反向流动而被清除。这保证了样品气体的准确测量且可以保持现场校准的准确。

正确的现场校准可以通过在探针内的校准口进行。第二流量传感器也可以安装以测量或监测进入空腔的校准气体的流量。这使得可以更准确地控制校准。

也可以使用切换活门装置(switching valve arrangement)以允许使用仅仅一个流量传感器以通过选择适当的流动路径测量样品和校准气体流量。

附图说明

为了更容易理解本发明，下面将参照附图通过示例描述本发明的实施例。

图1显示了根据本发明的探针的图解横截面侧视图。

图2显示了根据本发明的探针的可选布置的图解横截面侧视图。

具体实施方式

根据图1中所示的布置，将气体探针1插入气体管道2并且通过过滤器元件3将样品抽吸到探针体的主体内。根据样品气体的温度和成分，所述过滤器元件可以由烧结不锈钢、多孔陶瓷、或类似合适的材料和设计形成。也可以将挡板罩(deflector shield)4用于管道中，如果所述挡板罩适于特别在磨蚀环境中保护探针。通过例如使用吸气系统或机械泵6的装置的样品抽吸装置5抽吸样品。此装置可以容纳在探针的主体内或外部，并可以容纳在温度受控环境内以便防止形成能够导致腐蚀的冷凝物。

一旦通过过滤器将气体样品抽吸入，气体样品然后就通过第二过滤器或入口孔8被抽吸到光学空腔(optical cavity)7内。光束从光源9通过入口光学元件10传输到所述光学空腔，并且如果存在任何吸收性目标气体，光束将衰减与气体的类型、浓度、路径长度、背景气体、以及环境压力和温度相关的量。光束然后通过反射光学元件11反射回到出口光学元件12，所述出口光学元件12可以与入口光学元件相同或不同。所述发射光学元件可以是角隅棱镜、棱镜、平面镜装置或其它合适的装置。光学通路可以包括在光学空腔内的多个路径以便增加吸收路径长度和因此增强分辨率。同样地，所述装置在光学空腔内可以包括相同或不同波长的多个光束。这通过适当设计以及光学空腔和光学反射元件的材料可以实现。然后反射的光束到达探测器13，在所述检测器13处可以测量光强度并由此推断目标气体的浓度。在探针外壳内的样品气体通过排出装置14排回到样品气体流或别处。

因为在工厂内已经对齐了光学路径以及限定的吸收路径长度，装有光学吸收测量装置的所述气体探针具有减少安装时间的优点。该探针不需要连续地使用吹扫气体清洁光学元件。并且该探针通过在利用阀将样品气体抽吸装置5关闭的情况下，经由校准入口15将光学空腔内的样品气体与校准气体置换，能够在现场准确校准。所述校准口可以被装入到改良的样品气体抽吸装置5中。通过过滤器3所述校准气体排回到样品流。通过流量传感器16可以测量或监测被抽吸通过所述光学空腔的气体流量。如果需要反向吹扫以便使得过滤器不堵塞，这也可以通过校准口15或类似物进行。可以安装第二流量传感器17以便测量或监测进入光学空腔的校准气的流量。在图1中所描述的布置中，此特征图示为使用两个独立的流量传感器16和17。

在图2中所描述的探针的可选布置中，由单个流量传感器18替代上述两个流量传感器以便通过使用活门装置19测量样品流体流量和校准流体流量，所述活门装置在两个不同的流体流量之间选择。图2中的探针的所有其它特征与图1中所描述的布置相似，并且相同的附图标记指示与图1中相同的特征。

因为将样品气体抽吸到光学空腔内并且同时分析所述样品气体，分析装置的响应时间比扩散装置或外部采样系统的完成时间快得多，并且也允许确定实际样品被抽吸到测量空腔内。用于降低目标气体浓度的光学吸收方法可以使用单个或多个波长直接吸收测量、气体过滤器相关光谱技术、可调激光二极管光谱技术、或其它适合的技术。例如发光光谱技术的光学发射技术(其中通过目标气体分子的激发(光学或其它)之后的发光强度和/或衰减时间推断出目标气体浓度)也可以使用上述装置。

尽管本方法已经图示用于作为优选实施例的光学系统，但是此探针也可以通过适当地修改光学空腔或元件，同样用于其它分析方法，例如声学或光声分析。本发明也可以用于任何流体环境：气体、液体或等离子体或相关样品成分在流体基质中携带的情况。

该优选实施例具有设置在法兰上的探针，所述法兰也与必要的气体入口和出口配合从而在携带待分析的气体的管道中仅仅需要形成一个开口。如果设置了挡板，其也可以配合到法兰上。

Claims (15)

1.一种探针(1)，包括细长主体，该细长主体具有用于连接到管道(2)或容器的壁上的近端以及布置成设置在管道(2)的内部的远端，所述主体形成测量空间(7)，待分析的流体被抽吸通过所述测量空间(7)。

2.根据权利要求1所述的探针，包括用于将校准流体输入到探针内的装置(15)。

3.根据权利要求1所述的探针，包括用于允许流体吹扫的装置(15)。

4.根据权利要求1所述的探针，包括流量传感器(16)，所述流量传感器布置成该传感器与流体流动成一直线。

5.根据权利要求4所述的探针，其中所述流量传感器(16)被设置用于表示通过所述测量空间(7)流体的流体流量。

6.根据权利要求2所述的探针，进一步包括用于表示校准流体流量的流量传感器(17)。

7.根据权利要求1或2所述的探针，包括单个流量传感器(18)和活门装置(19)，用于允许确定流体或校准流体的流量。

8.根据上述权利要求中任一项所述的探针，包括用于将流体抽吸到测量空间(7)内的装置(5)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的探针，其中所述探针的远端设置有过滤器(3)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的探针，包括用于使得光束通过光学元件(10)进入测量空间(7)的光源(9)。

11.根据权利要求10所述的探针，其中所述光束在测量空间(7)内被反射一次或多次，以形成增加的吸收路径长度。

12.根据权利要求10或11所述的探针，其中多个相同或不同波长的光束被用于测量在测量空间内的相同或不同的目标气体。

13.根据上述权利要求中任一项所述的探针，其中能够安装挡板罩(4)以减少由于流体流中的微粒导致的磨损。

14.根据上述权利要求中任一项所述的探针，其中沿探针安装的多个传感器允许补偿周围环境在压力或温度上的变化。

15.根据上述权利要求中任一项所述的探针，其中通过使用加热或冷却系统沿探针的长度进行适当的温度控制，将所述探针维持在设定温度。

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