CN101281128B

CN101281128B - 一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统

Info

Publication number: CN101281128B
Application number: CN2007101473939A
Authority: CN
Inventors: 王健; 熊志才; 钟安平
Original assignee: Focused Photonics Hangzhou Inc
Current assignee: Focused Photonics Hangzhou Inc
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: CN101281128A

Abstract

本发明公开了一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统，包括光发射装置、光接收装置、信号分析装置、机械连接结构和测量管，光发射装置和光接收装置通过机械连接结构配接在被测气体管道上，还包括附加管、控制装置和气体置换装置；测量管是两端与所述机械连接机构连接的大C形管；附加管是安装在大C形管内可转动的小C形管，小C形管转动后可覆盖大C形管的缺口，在被测气体管道内且在测量光路上形成与被测气体隔绝的密闭管道，通过调节小C形管相对大C形管的位置而使气体分析系统处于标定或测量状态；控制装置用于使小C形管和大C形管形成与被测气体隔绝的密闭管道，由气源、阀门和通气接头组成的气体置换装置与形成的密闭管道连通。

Description

一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统

本发明专利是申请号为2005100607797的中国专利的分案申请，原申请的申请日为2005年9月15日，发明名称为“一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统”。

技术领域

本发明涉及在位式气体分析系统，特别涉及一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统。

背景技术

在位式气体分析系统与传统采样方式气体分析系统不同，它不需要采样和预处理过程，克服了传统采样方式气体分析系统的很多缺陷，具有系统简单，可靠性高，测量响应速度快，分析精度高，可以测量气体的浓度和速度等优点，在现代工业，科研，环保等领域获得了越来越广泛的应用。在位式气体分析系统可以采用多种吸收光谱技术来实现，如非分光红外光谱(NDIR)技术，差分光学吸收光谱(DOAS)技术，可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术。

一种广泛应用的在位式气体分析系统，如图1所示，光发射装置1和光接收装置9通过机械连接结构，包括法兰配接体2、阀门3配接在被测过程气体管道4上。机械连接结构上还设置有光路调节结构，弹性橡胶O形圈和紧固螺栓10的组合，用于调节光发射装置1到光接收装置9之间的光路。在机械连接结构上安装有大内筒13、小内筒14，两内筒间距离是测量光程。在被测过程气体含有粉尘、液滴等颗粒物时，还配置有由通气接头41、气体通道和吹扫气源53组成的吹扫系统。如果被测过程气体中含有较多粉尘、液滴等颗粒物时，还可以在被测过程气体管道内测量光束上游设一挡体装置，阻挡粉尘、液滴等颗粒物影响测量光束来提高测量光束的透光率。

光源和电子元器件等的老化会导致分析系统参数的缓慢漂移，影响测量的准确性，因此需要对在位式气体分析系统进行周期性的标定。目前有少数几种具有在位标定功能的在位气体分析系统。

美国专利US5517314公开了一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统，包括光发射装置、标定和测量管道、光接收装置和分析装置。工作原理如下：光源发出的光经过两个凹面镜反射成两束平行光：标定光束和测量光束，分别经过标定管道和测量管道，经过两个凹面镜反射进光接收器，之后通过光纤送分析装置分析。在标定光路上被测气体管道外有标定气体腔室，腔室也可放置在被测过程气体管道内并让标定光束通过，零气或已知浓度的被测气体通过阀门控制充入腔室，吹扫气体通过通气接头通入测量通道；当需要标定时，计算机控制马达将挡体置放在测量光路上，打开阀门，在腔室充入零气或已知浓度的被测气体，标定光路的光通过接收器送入分析装置。测量时，计算机控制马达将挡体置放在标定光路上，测量光束通过接收器送入分析装置。

该项专利技术能够实现在位标定，但该技术的装置复杂，比如：在光发射单元里面，一个光源发出的光经过凹面镜后反射成两束平行光，在光接收单元这两束平行光又通过凹面镜反射进一个接收器，这要求很高的机械加工和装配精度；再有，标定和测量需要在两根管道内独立进行，不能有效地利用测量管道进行标定，造成在安装和调试时难度增加；还有，在标定时，要挡体很好的阻断测量光束，否则会有测量光束进入光接收器，降低标定精度。

还有另外一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统，它是在现有的在位式气体分析系统基础上，在靠近光发射装置或光接收装置处设有封闭腔室。当遇到检修等情况被测过程气体管道需要停气时，在腔室内分别充入零气和已知浓度的被测气体进行置零和标定。该项技术不能随时应用，因为管道检修等情况毕竟很少遇到，也不能在需要标定时就停气，否则代价太高；再有，即使管道停气，被测气体管道里面也会残留被测过程气体，这样会影响标定的精度。

发明内容

本发明提供了一种具有在位标定功能的在位气体分析系统，克服了现有具有在位标定功能的在位式气体分析系统装置复杂、加工和安装精度要求高，安装调试难度低等缺点。

本发明采用的技术方案为：一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统，包括光发射装置、光接收装置、信号分析装置、机械连接结构和测量管，光发射装置和光接收装置通过机械连接结构配接在被测气体管道上，所述分析系统还包括附加管、控制装置和气体置换装置；

所述测量管是安装在被测过程气体管道内的大C形管，两端与所述机械连接机构连接；

所述附加管是安装在所述大C形管内可转动的小C形管，所述小C形管转动后可覆盖大C形管的缺口，在被测气体管道内且在测量光路上形成与被测气体隔绝的密闭管道，通过转动小C形管调节小C形管相对大C形管的位置而使气体分析系统处于标定或测量状态；

所述控制装置用于使小C形管和大C形管形成与被测气体隔绝的密闭管道，由已知浓度气体气源、阀门和通气接头组成的气体置换装置与形成的密闭管道连通。

作为优选，所述控制装置是安装在小C形管上的手柄，所述手柄位于被测气体管道外的机械连接结构的径向滑动槽内。

作为优选，所述小C形管的两端靠近被测气体管道处安装有镜片，转动后的小C形管与大C形管的缺口密封配合，所述的通气接头与两个镜片之间的大C形管连接。

作为优选，在光接收装置与法兰配接体的连接处有一个封闭的腔室，腔室上有通气接头，标定气源通过阀门与通气接头连接。

与现有的具有在位标定功能的在位式气体分析系统相比较，本发明的有益效果为：(1)装置简单，利用测量管道进行在位标定；(2)装置的装配精度要求较现有技术要低，安装调试容易；(3)标定光程较长，标定结果可靠；(4)能够做到实时在位标定。

附图说明

图1是一种现有的在位式气体分析系统的结构示意图；

图2是本发明的一种在位式气体分析系统的结构示意图；

图3是图2中分析系统的控制装置的剖面示意图；

图4是图2中大、小C形管在测量时的A-A图；

图5是图2中大、小C形管在标定时的A-A图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详尽描述。

实施例：

如图2所示，一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统，是一非分光红外光谱(NDIR)气体分析系统，包括光发射装置1、光接收装置9、信号分析装置、机械连接结构和测量管。光发射装置1和光接收装置9通过机械连接结构(包括法兰配接体2、阀门3)配接在被测过程气体管道4上。通过调节机械连接结构上的螺栓10挤压法兰配接体2中间的O形圈可以对光发射装置1到光接收装置9之间的光路进行调节。所述分析系统还包括附加管和控制装置。

如图3所示，所述测量管即大C形管21安装在被测气体管道4内，其两端与机械连接结构连接。所述附加管是安装在所述大C形管21内侧可转动的小C形管22，如图4所示，所述小C形管22转动后能覆盖大C形管21的缺口，如图5所示。

所述控制装置是安装在小C形管22一端的手柄25，所述手柄25位于管道4外机械连接结构的径向滑动槽内。

气体置换装置是：所述大C形管21上设有通气接头41，已知浓度气体气源40(零气和标气)通过阀门45和所述通气接头41连接，所述通气接头41与两个镜片26之间的大C形管21连通。小C形管22的两端靠近被测气体管道4处安装有镜片26，小C形管22上设有O形圈59与外管道密封，防止被测过程气体7进入到机械连接结构内部孔径中，两个镜片26之间是一定长度的测量光程。

在靠近所述光接收装置9处设有气体室8，气体室8上有通气接头44、48，标定气源57(包括零气和标气)通过阀门47和通气接头44连接。

光发射装置1发出的光束穿过机械连接结构、C形管的内部后进入到光接收装置9，接收信号送信号分析装置。通过调节机械连接结构上的螺栓10挤压O形圈可以对光发射装置1到光接收装置9之间的光路进行调节。

上述气体分析系统的工作过程为：在标定时，转动手柄25使小C形管22覆盖大C形管21的缺口，如图5所示，在被测气体管道内形成一围绕测量光束的基本密闭管道；控制阀门45通过通气接头41往基本密闭管道中充入比被测气体管道内压强大的零气，把基本密闭管道中的被测气体置换为零气；同时，所述标定气源57通过阀门47、通气接头44向所述气体室8内充入零气，从而对分析系统进行调零操作。然后控制阀门47向所述气体室8内充入标气，对系统进行标定操作。

标定完成后，转动所述手柄25，从而转回所述小C形管22，如图4所示。关闭阀门45，停止往大C形管21内通标气；同时向所述气体室8内充入零气，从而使分析系统恢复为测量状态。

Claims

1.一种具有在位标定功能的在位式气体分析系统，包括光发射装置、光接收装置、信号分析装置、机械连接结构和测量管，光发射装置和光接收装置通过机械连接结构配接在被测气体管道上；其特征在于：所述分析系统还包括附加管、控制装置和气体置换装置；

所述附加管是安装在所述大C形管内可转动的小C形管，所述小C形管转动后能够覆盖大C形管的缺口，在被测气体管道内且在测量光路上形成与被测气体隔绝的密闭管道，通过转动小C形管调节小C形管相对大C形管的位置而使气体分析系统处于标定或测量状态；

所述控制装置用于使小C形管和大C形管形成与被测气体隔绝的密闭管道，由已知浓度气体气源、第一阀门和第一通气接头组成的气体置换装置与形成的密闭管道连通。

2.根据权利要求1所述的具有在位标定功能的在位式气体分析系统，其特征在于：所述控制装置是安装在所述小C形管上的手柄，所述手柄位于被测气体管道外的机械连接结构的径向滑动槽内。

3.根据权利要求1所述的具有在位标定功能的在位式气体分析系统，其特征在于：所述小C形管的两端靠近被测气体管道处安装有镜片，转动后的小C形管与大C形管的缺口密封配合，所述的第一通气接头与两个镜片之间的大C形管连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有在位标定功能的在位式气体分析系统，其特征在于：所述机械连接结构包括法兰配接体，在光接收装置与法兰配接体的连接处有一个封闭的腔室，腔室上另设有第二通气接头，标定气源通过第二阀门与腔室上的第二通气接头连接。