CN102590422A

CN102590422A - 一种三通道矿井气分析专用检测装置

Info

Publication number: CN102590422A
Application number: CN2012100379432A
Authority: CN
Inventors: 郑伟
Original assignee: ZIBO LIWEI AUTOMATION MONITORING EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: ZIBO LIWEI AUTOMATION MONITORING EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: CN102590422B

Abstract

本发明公开了一种三通道矿井气分析专用检测装置，属于矿井用检测设备领域，其包括气相色谱仪、信号采集卡和管理工作站，气相色谱仪内设有第一色谱柱、第二色谱柱和第三色谱柱；第一色谱柱联接热导检测器，其特征在于：第二色谱柱和第三色谱柱一一对应联接两个相互独立的第一、第二氢焰检测器，第二色谱柱和第一氢焰检测器之间设有镍触媒转化炉；热导检测器及第一、第二氢焰检测器一一对应联接信号采集卡的三个输入端，信号采集卡联接管理工作站。该检测装置实现了色谱柱与检测器的一一对应设置，避免了现有技术中两种以上气体的谱峰重叠，并且节省了错峰等待的时间，缩短了矿井内样品气的分析检测周期。

Description

一种三通道矿井气分析专用检测装置

技术领域

本发明属于矿井用检测设备领域，具体涉及一种矿井气分析专用检测装置。

背景技术

近年来，随着矿井安全防范意识的增强，火灾自燃束管监测系统已逐渐广泛的应用于煤炭行业，其工作原理是通过束管把井下各监测点的样品气抽取到检测室，在管理工作站的控制下，通过控制柜自动切换气路，对样品气进行检测，通过气体变化趋势图、三角爆炸分析原理分析可能的自燃爆炸危险程度，实现对井下火灾自燃、爆炸的预警，避免事故发生。

目前，所采用的主要检测设备是两通道的色谱仪，用于检测氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯和乙烷八种气体浓度，在色谱仪中设有分离氧气和氮气的第一色谱柱、分离一氧化碳、二氧化碳和甲烷的第二色谱柱以及分离乙烯、乙炔和乙烷的第三色谱柱，第一色谱柱联接热导检测器，第二色谱柱和第三色谱柱经过一个三通阀合并后进入同一氢焰检测器，热导检测器和氢焰检测器一一对应连接信号采集卡的两个输入端。

使用时，矿井内的样品气通过载气送入色谱仪内的各条色谱柱，色谱柱的毛细管及药品对气体分子不断地吸附、释放，不同的气体组份吸附、释放的速度不一样，在载气的吹动下，不同的气体组份前进的速度不一样，到达色谱柱出口处的时间不一样。第一色谱柱的样品气进入热导检测器,产生热导电信号，经过信号放大整形，以差分电信号形式输出到信号采集卡的一个通道；第二色谱柱和第三色谱柱的样品气进入氢焰检测器中，样品气与助燃气体混合燃烧产生等离子体，氢焰检测器内的平衡桥电路检测等离子体的强度，产生变化的电信号，经过信号放大整形，以差分电信号形式输出到信号采集卡的另一个通道。

但在实际使用中，由于色谱柱老化，气流不稳定等原因，各条色谱柱中的谱峰位置经常偏移，致使所检测的样品气中两种或以上气体的谱峰重叠，造成部分气体的漏检，影响系统的检测结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三通道矿井气分析专用检测装置，能够避免两种以上气体的谱峰重叠。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：设计一种三通道矿井气分析专用检测装置，包括气相色谱仪、信号采集卡和管理工作站，所述气相色谱仪内设有：分离氧气和氮气的第一色谱柱，分离一氧化碳、二氧化碳和甲烷的第二色谱柱，以及分离乙烯、乙炔和乙烷的第三色谱柱；

所述第一色谱柱联接热导检测器，其特征在于：所述第二色谱柱和第三色谱柱一一对应联接两个相互独立的第一、第二氢焰检测器，第二色谱柱和第一氢焰检测器之间设有镍触媒转化炉；

所述热导检测器及第一、第二氢焰检测器一一对应联接信号采集卡的三个输入端，信号采集卡联接管理工作站。

优选的，还包括控制柜，控制柜内安装有第一气体分配器和第二气体分配器，第一气体分配器的总入口联通抽气泵、各分出口上均设置两位三通电磁阀，两位三通电磁阀的分支输出口一一对应联接第二气体分配器的分入口，第二气体分配器的总出口连通气相色谱仪的输入口，各两位三通电磁阀交替开启，同一时间第一气体分配器中只有一个分出口与气相色谱仪的输入口相通。

优选的，气相色谱仪内还设有十通阀，所述十通阀中：第十端口作为气相色谱仪的输入口，第三端口连通第一色谱柱，第七端口通过二分配连通第二色谱柱和第三色谱柱，第二和第五端口间接有第一定量管，第六和第九端口间接有第二定量管，第四和第八端口中均通入载气，第一端口作为输出口。

优选的，控制柜内还设置串行通讯板，管理工作站通过通讯线联接串行通讯板，串行通讯板并行电信号控制继电器驱动板，继电器驱动板控制联接两位三通电磁阀和抽气泵。

优选的，第一、第二氢焰检测器和信号采集卡之间设有信号整形放大器，信号整形放大器中设置分段放大电路。

优选的，管理工作站在形成谱图的过程中采用高斯模板检测法。

优选的，气相色谱仪内增设串行通讯卡，串行通讯卡包括串口和与串口相联的外围通讯电路，外围通讯电路与气相色谱仪的单片机电联接，管理工作站通过串口与气相色谱仪直接通讯。

优选的，控制柜的机壳上设置有通讯线的转接件，转接件分别联接管理工作站和串行通讯板。

优选的，信号采集卡采用三个相互独立的24位模数转换模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、由于第二色谱柱和第三色谱柱一一对应联接两个相互独立的氢焰检测器，第二色谱柱和氢焰检测器之间设有镍触媒转化炉，热导检测器以及第一、第二氢焰检测器一一对应联接信号采集卡的三个输入端，使氢焰检测器只检测所对应色谱柱分离出来的气体组份，克服了现有技术中由于第二色谱柱和第三色谱柱在出口处经三通阀合并而造成的两种以上气体的谱峰叠加的弊端，保证了所分离的各种气体的一一对应检测，避免了两种以上气体的谱峰重叠，并且节省了氢焰检测器检测另一色谱柱所分离的各种气体和错峰等待的时间，缩短了矿井内样品气的分析检测周期。

2、控制柜内安装有第一气体分配器和第二气体分配器，第一气体分配器的总入口联通抽气泵、各分出口上均设置两位三通电磁阀，两位三通电磁阀的分支输出口一一对应联接第二气体分配器的分入口，第二气体分配器的总出口连通气相色谱仪的输入口，各两位三通电磁阀交替开启，同一时间第一气体分配器中只有一个分出口与气相色谱仪的输入口相通，使用时，可先开启抽气泵一段时间，将束管中的气体全部抽出，抽入各检测点的气体，通过控制两位三通电磁阀，实现了同一时间只检测一路矿井内气体，进一步保证了气体检测的准确性。

3、由于气相色谱仪内设有十通阀，十通阀中设置有定量管，实现了将样品气定时定量的输送给各色谱柱，从而进一步保证了气体检测的准确性。

4、优选的，控制柜内还设置串行通讯板，管理工作站通过通讯线联接串行通讯板，串行通讯板并行电信号控制继电器驱动板，继电器驱动板控制联接两位三通电磁阀，实现了管理工作站与串行通讯板的串行通讯，只需要发送数据线、接收数据线和地线三根信号线即可，减少了信号线的数量，并且串行通讯具有数据校验规程，提高了信号传输的可靠性；并减少了安装人员的接线工作量，避免了线路交叉接错的情况。

5、氢焰检测器和信号采集卡之间设有信号整形放大器，信号整形放大器中设置分段放大电路，能够灵活的对谱图设定分段放大倍数，加大组份含量低的谱峰放大倍数，以提高检测精度。

6、管理工作站在形成谱图的过程中采用高斯模板检测法，谱峰检测准确，避免了现有技术中“斜率”—“时间窗”检测方法所带来的大峰小峰不好兼顾，致使部分谱峰检测不出来等弊端，不受参数限制。

7、气相色谱仪内增设串行通讯卡，串行通讯卡包括串口和与串口相联的外围通讯电路，外围通讯电路与气相色谱仪的单片机电联接，管理工作站通过串口与气相色谱仪直接通讯，扩展了色谱仪的串口通讯功能，从而实现了管理工作站通过串口与色谱仪直接通讯，避免了由于第三部件的转接失误而造成的错误启动现象，提高了火灾自燃束管监测系统的稳定性。

8、控制柜的机壳上设置有通讯线的转接件，转接件分别联接管理工作站和串行通讯板，可使管理工作站与串行通讯板之间的通讯线在控制柜处实现转接，用户在挪动控制柜时，只需拔插接在控制柜上通讯线即可，而不必打开控制柜，更加方便用户的使用。

9、信号采集卡采用三个相互独立的24位模数转换模块，在满足转换速度的前提下提高了信号的转换精度。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是控制柜的结构框图；

图3是十通阀的原理框图。

图中标记：

1、管理工作站；2、信号采集卡；3、气相色谱仪；3-1、十通阀；3-2、第一色谱柱；

3-3、第二色谱柱；3-4、第三色谱柱；3-5、热导检测器；3-6、第一氢焰检测器；

3-7、第二氢焰检测器；3-8、串行通讯卡；3-9、信号整形放大器；3-10、二分配；

3-11、第二定量管；3-12、第一定量管；3-13、稳流阀；3-14、镍触媒转化炉；4、控制柜；4-1、串行通讯板；4-2、继电器驱动板；4-3、两位三通电磁阀；4-4、第一气体分配器；

4-5、第二气体分配器；4-6、微型气泵；5、束管；6、抽气泵。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1、2、3所示，本发明中设置了气相色谱仪3，气相色谱仪3内设有第一色谱柱3-2、第二色谱柱3-3和第三色谱柱3-4，第一色谱柱3-2用于分离氧气和氮气，第二色谱柱3-3用于分离一氧化碳、二氧化碳和甲烷，第三色谱柱3-4用于分离乙烯、乙炔和乙烷，第二色谱柱3-3通过镍触媒转化炉3-14联接第一氢焰检测器3-6，第三色谱柱3-4联接第二氢焰检测器3-7，实现了色谱柱与检测器的一一对应设置，避免了现有技术中由于两个色谱柱在出口处经三通阀合并而造成的两种以上气体的谱峰叠加的弊端，并且节省了氢焰检测器检测另一色谱柱所分离的各种气体和错峰等待的时间，缩短了矿井内样品气的分析检测周期。

热导检测器3-5连接信号采集卡2的第一输入端，第一氢焰检测器3-6连接信号采集卡2的第二输入端，第二氢焰检测器3-7连接信号采集卡2的第三输入端，第一、第二氢焰检测器3-6、3-7和信号采集卡2之间设有信号整形放大器3-9，信号整形放大器3-9中设置分段放大电路，能够灵活的对谱图设定分段放大倍数，加大含量低的气体谱峰的放大倍数，以提高检测精度。信号采集卡2联接管理工作站1，管理工作站1在形成谱图的过程中采用高斯模板检测法，能够兼顾谱图中的大峰和小峰，进一步提高检测精度。

上述第一色谱柱3-2的填料可以采用5A分子筛，也可以采用13X分子筛，第二色谱柱3-3可以采用TDX-01 柱，第三色谱柱3-4可以采用GDX-502柱。以上色谱柱也可以采用其它型号的柱子，以满足上述气体分离为原则。信号采集卡2采用三个相互独立的24位模数转换模块，在满足转换速度的前提下提高了信号的转换精度。

气相色谱仪3内设有十通阀3-1，十通阀3-1的第十端口作为气相色谱仪3的输入口，第三端口连通第一色谱柱3-2，第七端口通过二分配3-10连通第二色谱柱3-3和第三色谱柱3-4，二分配3-10的两个输出口均设稳流阀3-13，第二和第五端口间接有第一定量管3-12，第六和第九端口间接有第二定量管3-11，第四和第八端口中均通入载气，第一端口作为输出口。气相色谱仪3的输入口通过微型气泵4-6连通控制柜4中第二气体分配器4-5的总口，控制柜4中还设有第一气体分配器4-4，第一气体分配器4-4的总口联通抽气泵6、各分口上均设置两位三通电磁阀4-3，两位三通电磁阀4-3的分支输出口一一对应联接第二气体分配器4-5的分口，各两位三通电磁阀4-3交替开启，同一时间第一气体分配器4-4中只有一个分口与气相色谱仪3的输入口相通。

气相色谱仪3内增设串行通讯卡3-8，串行通讯卡3-8包括串口和与串口相联的外围通讯电路，外围通讯电路与气相色谱仪3的单片机电联接，管理工作站1通过串口与气相色谱仪3直接通讯。

控制柜4内还设有串行通讯板4-1，管理工作站1通过通讯线联接串行通讯板4-1，串行通讯板4-1并行电信号控制继电器驱动板4-2，继电器驱动板4-2控制联接两位三通电磁阀4-3和抽气泵6。控制柜4的机壳上设置有通讯线的转接件，转接件分别联接管理工作站1和串行通讯板4-1，可使管理工作站1与串行通讯板4-1之间的通讯线在控制柜4处实现转接，用户在挪动控制柜4时，只需拔插接在控制柜4上通讯线即可，而不必打开控制柜4，更加方便用户的使用。

本发明工作原理和工作过程如下：

将汇集在检测室的各束管5连接在各两位三通电磁阀4-3的输入端，管理工作站1通过控制柜4内的继电器驱动板4-2启动抽气泵6，待抽气泵6工作约四十五分钟左右，将存留在束管5中的气体全部排出，而抽入矿井内各检测点的气体，此时管理工作站1控制两位三通电磁阀4-3，使只有一路束管5与气相色谱仪3的输入口相通，微型气泵4-6抽取某一束管5的样品气体，并在管理工作站1的控制下分时送入十通阀3-1的第十端口，控制十通阀3-1，使其第一和第二端口连通、第三和第四端口连通、第五和第六端口连通、第七和第八端口连通、第九和第十端口连通，样品气充满第一定量管3-12和第二定量管3-11，控制十通阀3-1转动，使其第二和第三端口连通、第四和第五端口连通、第六和第七端口连通、第八和第九端口连通、第一和第十端口连通，在载气的吹动下，第一定量管3-12中的气体进入第一色谱柱3-2，第二定量管3-11中的气体经二分配3-10进入第二色谱柱3-3和第三色谱柱3-4，实现了样品气的定量提取。

经过第一色谱柱3-2分离的氧气和氮气进入热导检测器3-5,产生热导电信号，经过信号放大整形，以差分电信号形式输出到信号采集卡2的一个通道。经过第二色谱柱3-3分离的一氧化碳、二氧化碳和甲烷进入镍触媒转化炉3-14，其中一氧化碳和二氧化碳转换成甲烷，进入第一氢焰检测器3-6，第三色谱柱3-4分离的乙炔、乙烯和乙烷进入第二氢焰检测器3-7，然后与助燃气体混合燃烧产生等离子体，经平衡桥电路检测等离子体的强度，产生变化的电信号，样品气放大电路根据设定要求，切换放大倍数，经放大整形后，以差分电信号形式对应输出到信号采集卡2的另外两个通道。

信号采集卡2对三路差分信号做模数转换（A/D），通过串行通讯把数据上传到色谱工作站。色谱工作站对三路数据进行分析处理形成谱图，并用高斯模板检测法，检测出其中各个组份气体的谱峰。软件计算各谱峰的峰高和峰面积，以及所代表的组份含量，并对结果进行保存、打印、上传。控制依次导通其余的两位三通电磁阀4-3，完成其它监测点的检测。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种三通道矿井气分析专用检测装置，包括气相色谱仪、信号采集卡和管理工作站，所述气相色谱仪内设有：分离氧气和氮气的第一色谱柱，分离一氧化碳、二氧化碳和甲烷的第二色谱柱，以及分离乙烯、乙炔和乙烷的第三色谱柱；

2.按照权利要求1所述的一种三通道矿井气分析专用检测装置，其特征在于：还包括控制柜，控制柜内安装有第一气体分配器和第二气体分配器，第一气体分配器的总入口联通抽气泵、各分出口上均设置两位三通电磁阀，两位三通电磁阀的分支输出口一一对应联接第二气体分配器的分入口，第二气体分配器的总出口连通气相色谱仪的输入口，各两位三通电磁阀交替开启，同一时间第一气体分配器中只有一个分出口与气相色谱仪的输入口相通。

3.按照权利要求1所述的一种三通道矿井气分析专用检测装置，其特征在于：气相色谱仪内还设有十通阀，所述十通阀中：第十端口作为气相色谱仪的输入口，第三端口连通第一色谱柱，第七端口通过二分配连通第二色谱柱和第三色谱柱，第二和第五端口间接有第一定量管，第六和第九端口间接有第二定量管，第四和第八端口中均通入载气，第一端口作为输出口。

4.按照权利要求2所述的一种三通道矿井气分析专用检测装置，其特征在于：控制柜内还设置串行通讯板，管理工作站通过通讯线联接串行通讯板，串行通讯板并行电信号控制继电器驱动板，继电器驱动板控制联接两位三通电磁阀和抽气泵。

5.按照权利要求1至4任一权利要求所述的一种三通道矿井气分析专用检测装置，其特征在于：第一、第二氢焰检测器和信号采集卡之间设有信号整形放大器，信号整形放大器中设置分段放大电路。

6.按照权利要求5所述的一种三通道矿井气分析专用检测装置，其特征在于：管理工作站在形成谱图的过程中采用高斯模板检测法。

7.按照权利要求6所述的一种三通道矿井气分析专用检测装置，其特征在于：气相色谱仪内增设串行通讯卡，串行通讯卡包括串口和与串口相联的外围通讯电路，外围通讯电路与气相色谱仪的单片机电联接，管理工作站通过串口与气相色谱仪直接通讯。

8.按照权利要求7所述的一种三通道矿井气分析专用检测装置，其特征在于：控制柜的机壳上设置有通讯线的转接件，转接件分别联接管理工作站和串行通讯板。

9.按照权利要求8所述的一种三通道矿井气分析专用检测装置，其特征在于：信号采集卡采用三个相互独立的24位模数转换模块。