CN102564994B - 在位式气体测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在位式气体测量方法，包括以下步骤：a.向光源和探测器之间的光学窗口的临着管道内过程气体的一侧通入第一气体，在第一气体排入管道处设置气体接口，向接口处通入第二气体，第二气体沿着管道内过程气体的流向排入管道，从而形成隔断第一气体和过程气体的气体墙，保持了测量光程的稳定；b.光源发出的测量光穿过光学窗口、第一气体、第二气体及管道内的过程气体，之后被探测器接收，探测器的输出信号传送到分析单元；c.分析单元利用光谱技术处理探测器传送来的信号，从而获知过程气体中待测气体的浓度。本发明还公开了一种在位式气体测量装置。本发明具有测量光程稳定、测量误差小等优点，可广泛应用在冶金、化工、水泥、环保等领域中。
Description
技术领域
本发明涉及气体分析，特别涉及在位式气体测量方法和装置。
背景技术
在冶金、化工、水泥、发电等领域中，广泛使用在位式气体测量装置分析过程管道内的气体浓度等参数，测得的气体参数对优化生产工艺、提高生产效率、节约能源气、减少污染物排放等都有重要意义。
图1示意性地给出了现有技术中常用的在位式气体测量装置的基本结构图，如图1所示，光发射单元14和光接收单元15设置在过程管道10的两侧，同时通过窗口片16、17隔离待测气体11；其中，光源2设置在光发射单元14内，探测器20设置在光接收单元15内。光源2发出的测量光束19被待测气体11吸收，通过分析单元30分析测量光束19的透过率，从而得到待测气体11的浓度等参数。
当待测气体11中的颗粒物较多时，颗粒物会粘附在所述窗口片16、17上，大大降低了测量光束19的透过率，甚至会使透光率为零，严重影响了测量精度，甚至使测量无法进行。
为了排除上述不利影响，该测量装置还配置了吹扫单元21，往所述光发射单元14和光接收单元15内充入吹扫气体22，并向所述窗口片16、17邻近待测气体11的一侧充入吹扫气体22，从而使待测气体11中的颗粒物无法污染所述窗口片16、17，上述措施大大提高了测量精度，也提高了测量的可持续性。
上述技术方案解决了管道内待测气体污染窗口片的问题，但随之带来一些不足，如：
测量光程变化大，测量误差大。测量光程是处于光源和探测器之间的且管道内待测气体流过的光路的长度，该光程受到了待测气体流速、吹扫气体流速的影响，如：当待测气体流速变大时，测量光程变大；当吹扫气体流速变大时，测量光程变小。而过程管道内待测气体的流速一般不固定，变化的流速带来了测量光程的不断变化，从而带来了较大的测量误差。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种测量光程固定、测量误差小的在位式气体测量方法，还提供了一种测量误差小的在位式气体测量装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种在位式气体测量方法，包括以下步骤：
a、向光源和探测器之间的光学窗口的临着管道内过程气体的一侧通入第一气体，在所述第一气体排入所述管道处设置气体接口，向所述接口处通入第二气体，所述第二气体沿着所述管道内过程气体的流向排入所述管道，从而形成隔断所述第一气体和过程气体的气体墙，保持了测量光程的稳定；
b、光源发出的测量光穿过所述光学窗口、第一气体、第二气体及管道内的过程气体，之后被所述探测器接收，探测器的输出信号传送到分析单元；
c、分析单元利用光谱技术处理所述探测器传送来的信号，从而获知所述管道内过程气体中待测气体的浓度。
根据上述的气体测量方法，可选地，所述第二气体通过接口的速度在所述管道内过程气体的流向上具有分量。
根据上述的气体测量方法，优选地，所述接口的宽度处于[0.1mm，1.0mm]。
根据上述的气体测量方法，优选地，所述第二气体通过接口的速度不小于所述第一气体的流速的60倍。
根据上述的气体测量方法，优选地，所述第二气体通过接口的速度处于[30m/s，150m/s]。
根据上述的气体测量方法，优选地，所述管道内过程气体的流速小于25m/s。
根据上述的气体测量方法，可选地，所述第一气体、第二气体中含有已知浓度的待测气体或不含待测气体。
本发明的目的还通过以下技术方案得以实现：
一种在位式气体测量装置，包括光源、探测器、窗口片、分析单元以及吹扫单元；所述测量装置进一步包括：
气体接口，所述气体接口设置在所述吹扫单元提供的第一气体排入管道处，用于使第二气体通过该接口并沿着所述管道内过程气体的流向排入所述管道，从而形成隔断所述第一气体和过程气体的气体墙；
气体提供单元，所述气体提供单元用于提供所述第二气体；
气体通道，所述气体通道连通所述气体提供单元和所述接口。
根据上述的气体测量装置，可选地，所述测量装置进一步包括用于通过测量光束和第一气体的内管，所述接口设置在所述内管深入到管道的端部。
根据上述的气体测量装置，可选地，所述气体通道设置在所述内管的外部。
根据上述的气体测量装置，优选地，所述接口的宽度处于[0.1mm，1.0mm]。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
测量光程稳定，测量误差小。利用气体形成了隔断吹扫气体、待测气体的气体墙，使得气体墙之间的光路路径为测量光程，不再受吹扫气体、待测气体流速的影响。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据现有技术中在位式气体测量装置的基本结构图；
图2是根据本发明实施例1的气体测量装置的基本结构图；
图3是根据本发明实施例2中气体测量装置的基本结构图；
图4是根据本发明实施例3中第一气体、第二气体的流向示意图；
图5是根据本发明实施例4中第一气体、第二气体的流向示意图；
图6是本发明实施例5中第一气体、第二气体的流向示意图；
图7是本发明实施例6中第一气体、第二气体的流向示意图；
图8是本发明实施例7中第一气体、第二气体的流向示意图。
具体实施方式
图2-8和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图2示意性地给出了本发明实施例的在位式气体测量装置的基本结构图。如图2所示，所述气体测量装置包括：
激光器及驱动电路2、探测器20、分析单元30和吹扫单元21。测量通道上设有窗口片16、17，用于隔离过程气体11。
气体接口23、24，所述气体接口23、24分别设置在所述吹扫单元21提供的第一气体排入管道10处，用于使第二气体通过该接口并沿着所述管道内过程气体11的流向排入所述管道，从而形成隔断所述第一气体和过程气体的气体墙，保持了两个气体墙之间的测量光程的稳定；优选地，所述气体接口的宽度处于[0.1mm，1.0mm]。
气体提供单元22，所述气体提供单元22用于提供所述第二气体；
气体通道，所述气体通道用于连通所述气体提供单元22和所述气体接口23、24。
本实施例还揭示了一种在位式气体测量方法，用于测量管道10内过程气体11中待测气体的浓度，所述方法包括以下步骤：
a、吹扫单元21向光源2和探测器20之间的光学窗口16、17的临着管道内过程气体11的一侧通入第一气体，在所述第一气体排入所述管道10处设置气体接口23、24，气体提供单元22向所述接口23、24处通入第二气体，所述第二气体沿着所述管道内过程气体11的流向排入所述管道10，从而形成隔断所述第一气体和过程气体的气体墙，保持了测量光程的稳定；
根据上述的气体测量方法，优选地，所述气体接口的宽度处于[0.1mm，1.0mm]。
根据上述的气体测量方法，优选地，所述第二气体通过接口的速度不小于所述第一气体的流速的60倍。
根据上述的气体测量方法，优选地，所述第二气体通过接口的速度处于[30m/s，150m/s]。
根据上述的气体测量方法，优选地，所述管道内过程气体的流速小于25m/s。
b、光源2发出的测量光19穿过所述光学窗口16、17、第一气体、第二气体及管道内的过程气体11，之后被所述探测器20接收，探测器20的输出信号传送到分析单元；
c、分析单元30利用光谱技术处理所述探测器20传送来的信号，从而获知所述管道10内过程气体11中待测气体的浓度。
根据上述的气体测量方法，可选地，所述第二气体通过接口的速度在所述管道内过程气体的流向上具有分量。
根据上述的气体测量方法，可选地，所述第一气体、第二气体中含有已知浓度的待测气体或不含待测气体。
实施例2：
图3示意性地给出了本发明实施例的在位式气体测量装置的基本结构图。如图3所示，所述气体测量装置与实施例1不同的是：
所述测量装置进一步包括用于通过测量光束19和第一气体的内管，所述气体接口23、24设置在所述内管深入到管道的端部。可选地，气体通道设置在所述内管的外部。
实施例3：
根据本发明实施例2的测量装置和方法在天然气管道内硫化氢检测中的应用例。
在该应用例中，光源采用VCSEL激光器，发射的波长中含有对应于硫化氢的吸收光谱谱线1588nm，所述第一气体的流速为2m/s，管道内过程气体的流速为0.1m/s，气体接口的宽度为0.2mm，通过气体接口的第二气体的流速为120m/s，此时第二气体形成了隔断第一气体和过程气体的气体墙，如图4所示，两个气体墙之间为测量光程，保证了测量光程的稳定，从而减小了测量误差。
实施例4：
根据本发明实施例2的测量装置和方法在天然气管道内硫化氢检测中的应用例。
在该应用例中，光源采用VCSEL激光器，发射的波长中含有对应于硫化氢的吸收光谱谱线1588nm，所述第一气体的流速为2m/s，管道内过程气体的流速为0.1m/s，气体接口的宽度为0.4mm，通过气体接口的第二气体的流速为100m/s，此时第二气体形成了隔断第一气体和过程气体的气体墙，如图5所示，两个气体墙之间为测量光程，保证了测量光程的稳定，从而减小了测量误差。
实施例5：
根据本发明实施例2的测量装置和方法在天然气管道内硫化氢检测中的应用例。
在该应用例中，光源采用VCSEL激光器，发射的波长中含有对应于硫化氢的吸收光谱谱线1588nm，所述第一气体的流速为2m/s，管道内过程气体的流速为0.1m/s，气体接口的宽度为0.6mm，通过气体接口的第二气体的流速为60m/s，此时第二气体形成了隔断第一气体和过程气体的气体墙，如图6所示，两个气体墙之间为测量光程，保证了测量光程的稳定，从而减小了测量误差。
实施例6：
根据本发明实施例2的测量装置和方法在天然气管道内硫化氢检测中的应用例。
在该应用例中，光源采用VCSEL激光器，发射的波长中含有对应于硫化氢的吸收光谱谱线1588nm，所述第一气体的流速为2m/s，管道内过程气体的流速为20m/s，气体接口的宽度为0.2mm，通过气体接口的第二气体的流速为120m/s，此时第二气体形成了隔断第一气体和过程气体的气体墙，如图7所示，两个气体墙之间为测量光程，保证了测量光程的稳定，从而减小了测量误差。
实施例7：
根据本发明实施例2的测量装置和方法在天然气管道内硫化氢检测中的应用例。
在该应用例中，光源采用VCSEL激光器，发射的波长中含有对应于硫化氢的吸收光谱谱线1588nm，所述第一气体的流速为1m/s，管道内过程气体的流速为0.1m/s，气体接口的宽度为0.2mm，通过气体接口的第二气体的流速为60m/s，此时第二气体形成了隔断第一气体和过程气体的气体墙，如图8所示，两个气体墙之间为测量光程，保证了测量光程的稳定，从而减小了测量误差。
Claims (9)
1.一种在位式气体测量方法，包括以下步骤：
a、向光源和探测器之间的光学窗口的临着管道内过程气体的一侧通入第一气体，在所述第一气体排入所述管道处设置气体接口，向所述接口处通入第二气体，所述第二气体沿着所述管道内过程气体的流向排入所述管道，从而形成隔断所述第一气体和过程气体的气体墙，保持了测量光程的稳定；
b、光源发出的测量光穿过所述光学窗口、第一气体、第二气体及管道内的过程气体，之后被所述探测器接收，探测器的输出信号传送到分析单元；
测量光和第一气体通过内管的内部，所述接口设置在所述内管深入到管道内的端部，所述内管深入到管道内的端部具有背对管道内过程气体的流向的切口；
c、分析单元利用光谱技术处理所述探测器传送来的信号，从而获知所述管道内过程气体中待测气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的气体测量方法，其特征在于：所述接口的宽度处于[0.1mm，1.0mm]。
3.根据权利要求1所述的气体测量方法，其特征在于：所述第二气体通过接口的速度处于[30m/s，150m/s]。
4.根据权利要求1所述的气体测量方法，其特征在于：所述第二气体通过接口的速度不小于所述第一气体的流速的60倍。
5.根据权利要求1所述的气体测量方法，其特征在于：所述管道内过程气体的流速小于25m/s。
6.根据权利要求1所述的气体测量方法，其特征在于：所述第一气体、第二气体中含有已知浓度的待测气体或不含待测气体。
7.一种在位式气体测量装置，包括光源、探测器、窗口片、分析单元以及吹扫单元；其特征在于：所述测量装置进一步包括：
气体接口，所述气体接口设置在所述吹扫单元提供的第一气体排入管道处，用于使第二气体通过该接口并沿着所述管道内过程气体的流向排入所述管道，从而形成隔断所述第一气体和过程气体的气体墙；
气体提供单元，所述气体提供单元用于提供所述第二气体；
气体通道，所述气体通道连通所述气体提供单元和所述接口；
用于通过测量光束和第一气体的内管，所述接口设置在所述内管深入到管道内的端部，所述内管深入到管道内的端部具有背对管道内过程气体的流向的切口。
8.根据权利要求7所述的气体测量装置，其特征在于：所述气体通道设置在所述内管的外部。
9.根据权利要求7所述的气体测量装置，其特征在于：所述接口的宽度处于[0.1mm，1.0mm]。
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