CN101929947B - 可自动标定的插入式在线气体分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动标定的插入式在线气体分析系统，包括光发射/接收装置[1]、测量探头[12]和一个标定装置，标定装置由样品池[2]、光反射装置[3]、升降装置和标准气源[11]组成，样品池[2]和光反射装置[3]由升降装置固定在标定装置壳体[6]内部，样品池[2]和光反射装置[3]由升降装置伸入到管道[19]中并置于光路上，光反射装置[3]位于样品池[2]的光路后端，样品池[2]有进、出气管[4、9]通向标定装置壳体[6]外部。本发明装置简单，标定装置不会受到烟气的腐蚀，可长期可靠工作；可实时在线自动标定。

Description

可自动标定的插入式在线气体分析系统

技术领域

本发明涉及插入式在线气体分析系统，特别涉及一种具有自动标定功能的插入式在线气体分析系统。

背景技术

插入式在线气体分析系统与传统的抽取采样法气体分析系统不同，它不需要采样和气体预处理过程，克服了传统抽取采样法气体分析系统的很多缺陷，具有结构简单、稳定、测量快速、精度高、运行维护费用低等优点，在环境监测、工业过程分析等领域应用越来越广泛。插入式在线气体分析系统可以采用差分光学吸收光谱(DOAS)技术、可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术等多种吸收光谱技术来实现。

常见的一种插入式在线气体分析系统，包括光发射/接收装置，以及信号采集处理和分析装置、插入式测量探头。在烟囱(道)上开一个孔，焊接好安装法兰，然后将测量探头插入烟囱(道)，并固定在法兰上，光发射/光接收装置通过机械结构固定到探头上，探头前端安装有角反射镜，探头上有让被测气体通过的开口(测量区域)，为保证反射镜不被粉尘、液滴等污染，系统配有净化吹扫装置。由于有开口的探头安装在烟囱(道)内，因此难以实现对系统的在线校准特别是在线自动校准。

美国US5517314专利公开了一种具有在线标定功能的插入式在线气体分析系统，包括光发射单元、标定和测量管路、光接收单元和分析单元。工作过程如下：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，分别通过标定管和测量管，经过两个凹面镜反射进光接收器，之后通过光纤送到分析单元进行分析。在标定光路上被测气体管外部标定气体腔室，腔室也可以放置在被测气体管路内并使标定光束通过，零气或标准气体通过阀门控制充入腔室，吹扫气通过通气接头通入测量通道；当需要标定时，计算机控制电机将遮挡物放置在测量光路上，打开阀门，在腔室充入零气或标气，标定光路的光通过接收器送入分析单元。测量时，计算机控制电机将遮挡物放在标定光路上，测量光束通过接收器送入分析单元。该项专利技术能够实现在线自动标定，但是结构装置复杂，对机械加工和装配精度要求很高，比如发射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入一个接收装置，特别是在烟囱内部的复杂环境下，这会造成制造复杂、成本上升，安装调试难度大。

另外还有采用将插入式测量探头开口部分敞开或封闭的方式，使得被测气体进入测量光路或将标定气体充入封闭光路，从而实现正常测量或进行标定，这种方法由于探头处于复杂的高温、高粉尘、高腐蚀性的烟囱内，使得探头上的活动部件容易受到腐蚀和堵塞，造成活动部件不能长时间可靠工作。

发明内容

本发明提供了一种具有自动标定功能的插入式在线气体分析系统，克服了现有具有自动标定功能的在线气体分析系统加工制造复杂、安装调试难度大等缺点。

本发明采用的技术方案为：一种具有自动标定功能的插入式在线气体分析系统，包括光发射/接收装置和测量探头，它还包括一个标定装置，由样品池、光反射装置、升降装置和标准气源组成，光发射/接收装置和测量探头之间的通光路的管道上装有一个外围封闭的、两端与连接管道相通的标定装置壳体，样品池和光反射装置由升降装置固定在标定装置壳体内，样品池和光反射装置由升降装置伸入到管道中并置于光路上，光反射装置位于样品池的光路后端，样品池有进、出气管通向标定装置壳体外部，其中，进气管与标准气源相通。需要标定时，通过升降装置将样品池及光反射装置升入管道中的测量光路上即可进行标定。标定结束后，将样品池及光反射装置移出测量光路即可进行正常的气体分析。

所述标定装置由样品池、步进电机、电磁阀、气体管路和标准气体等组成，通过手动或自动方式，控制电机驱动样品池移动到光路中或离开光路，从而使系统进入自动标定状态或测量状态。所述标定装置壳体上开有观察窗，可随时查看样品池的位置；

所述标定装置设在光源发射/接收装置和吹扫气口之间，可以避免清扫气体对标定装置的污染。

作为优选，所述标定样品池进、出气管道分别位于样品池两端。

为了便于观察标定装置的升降位置，标定装置壳体上开有透明观察窗。

与现有的具有自动标定功能的插入式在线气体分析系统相比，本发明的好处在于：(1)装置简单，标定管路处于测量管路内部；(2)标定装置位于烟囱外部，不会受到烟气的腐蚀，可长期可靠工作；(3)能够做到实时在线自动标定；(4)样品池可以方面的拆卸下来进行清洗。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明插入式在线气体分析系统，为紫外差分光谱(DOAS)气体分析系统，包括光发射/接收装置1和标定装置以及测量探头12。所述测量探头12通过法兰15被安装在被测管道17上，在测量探头12上开有测量槽16供被测气体通过，光反射装置13安装在测量探头12的最前端，测量探头12的内部安装有内管14，以及在被测管道外侧一端安装有吹扫气入口18。

标定装置由样品池2、光反射装置3和升降装置组成，升降装置由升降支撑杆7和电机5组成，光发射/接收装置1和测量探头12之间的通光路的管道19下方设有一个封闭的、与连接管道19相通的标定装置壳体6，样品池2和光反射装置3由升降装置固定在标定装置壳体6内部，升降装置由电机5和升降支撑杆7组成，样品池2和光反射装置3固定在升降支撑杆7上端，样品池2两端连有通向安装壳体6外的进气管4和出气管9，进气管4与标准气源11相通，进气管4上装有电磁阀10，标准气源11包括零气11a和标准气11b。在标定装置壳体6上开有透明观察窗8。通过系统的控制装置控制电机5工作，可以实现升降支撑杆7的上升和下降，并带动样品池2及光反射装置3上升和下降，同时控制装置控制电磁阀10开启和闭合，可以通过进气管路4向样品池2通入标准气11b或零气11a。

上述气体分析系统的工作过程为：光发射装置发出的测量光束穿过标定装置6的内部、测量探头12和内管14的内部、被测气体后被光反射装置13反射，之后穿过被测气体、测量探头12和内管14的内部、标定装置6的内部最后进入光接收装置，然后信号被光接收装置送到分析处理装置。为保证光反射装置13不被烟尘污染，从吹扫气口18通入洁净的压缩气体进行吹扫保护。

测量时，控制装置控制电机5将样品池2及光反射装置3下降，使得样品池2及光反射装置3完全处于光路的外部，光发射装置发出的测量光束穿过标定装置6的内部、测量探头12和内管14的内部、被测气体后被光反射装置13反射，之后穿过被测气体、测量探头12和内管14的内部、标定装置6的内部最后进入光接收装置，然后信号被光接收装置送到分析处理装置。

标定时，控制装置控制电机5将样品池2及光反射装置3上升到测量光路中央，使得样品池2及光反射装置3完全遮挡住测量光束，光发射装置发出的测量光束穿过样品池2的内部，经光反射装置3反射，之后再穿过样品池2的内部并反射到光接收装置，然后信号被光接收装置送到分析处理装置。同时控制装置控制电磁阀10开启，标准气源11的零气11a通过进气管道4进入样品池2并经过出气管道9排到室外，零气最终充满样品池2，然后对系统进行调零操作；随后控制电磁阀10，标准气11b通过进气管道4进入样品池2并经过出气管道9排到室外，标准气最终充满样品池2，然后对系统进行标定操作。

标定完成后，控制装置控制电机5将样品池2下降到测量光路以外，系统进入正常测量状态。

Claims (4)

1.可自动标定的插入式在线气体分析系统，包括光发射/接收装置[1]和测量探头[12]，其特征是它还包括一个标定装置，由样品池[2]、光反射装置[3]、升降装置和标准气源[11]组成，光发射/接收装置[1]和测量探头[12]之间的通光路的管道[19]上设有一个封闭的、与连接管道[19]相通的标定装置壳体[6]，样品池[2]和光反射装置[3]由升降装置固定在标定装置壳体[6]内部，样品池[2]和光反射装置[3]由升降装置伸入到管道[19]中并置于光路上，光反射装置[3]位于样品池[2]的光路后端，样品池[2]有进、出气管[4、9]通向标定装置壳体[6]外部，其中，进气管[4]与标准气源[11]相通。

2.根据权利要求1所述的可自动标定的插入式在线气体分析系统，其特征是标定装置设在光发射/接收装置[1]和吹扫气口[18]之间。

3.根据权利要求2所述的可自动标定的插入式在线气体分析系统，其特征是所述样品池进、出气管[4、9]分别位于样品池[2]两端。

4.根据权利要求1或2或3所述的可自动标定的插入式在线气体分析系统，其特征是标定装置壳体[6]上开有透明观察窗[8]。

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