CN104458626A - 一种气体分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体检测领域，尤其涉及一种利用紫外方法分析气体成分的气体分析仪，包括沿光路依次设置有紫外光源、遮光装置、气室和光电探测器，还包括气体切换装置和控制装置，气体切换装置设置在气室的气体入口管路上，气体切换装置与控制装置连接，以控制参比气与待测气交替进入气室，气室出口设有流速测试仪能有效判断气体切换时机，遮光装置通过电机控制其开合来控制紫外光是否进入气室，紫外光源、气室和光电探测器的温度分别受温控装置调控，最大程度减少温度对测试准确度的影响，本发明的气体分析仪结构简单，抗干扰力强，测量精度高，操作性好，气室耐腐蚀性强和使用寿命长，并具有自动清洁能力。

Description

一种气体分析仪

技术领域

本发明涉及气体检测领域，尤其涉及一种利用紫外方法分析气体成分的气体分析仪。

背景技术

目前，国内现有的用于气体成分检测的分析仪主要以红外的分析方法为主。例如：申请号为201110043686.9的发明专利申请公开了一种非分散红外多组分烟气分析仪产品，它由红外光源、光学滤光轮、多次反射池和红外探测器等组成。该方法主要有如下几点不足：(1)利用红外的方法对气体进行监测时，受H₂0和CO₂气体的测量干扰，影响仪器的检出限和抗背景干扰能力；(2)对光学滤光轮的控制精度以及对多次反射池的设计要求很高。

基于以上不足，部分气体成分检测分析仪采用紫外的分析方法进行。如：申请号为201210298326.8的发明专利申请公开了一种低浓度烟气紫外分析仪及检测方法产品，该分析方法虽然有效的避开了H₂0和CO₂气体的测量干扰，但其不能同时对SO2、NO气体进行实时监测。而对申请号为200910135826.8的发明专利而言，其存在两个气室、两个探测器，结构复杂，成本高，另外无法避免两个探测器间电子噪声等不一致因素所带来的误差，并且分光镜片的使用，使各探测器探测到的强度减弱，间接的缩短了光源使用寿命。

除此之外，从现场情况来看，测量气室长期使用时，由于气室与腐蚀性气体接触，并且在仪器停止工作时，酸性气体会残留在气室内，导致气室会出现不同程度的腐蚀，影响仪器的正常测试。

因此，针对以上不足，本发明提供了一种结构简单、测试准确度高、可同时测试多组分气体、能实时自清洁、采用紫外分析方法的气体分析仪。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种气体分析仪以解决现有气体分析仪结构复杂，对相应设备要求高，不能实现气体的实时自动切换，清洁能力差，容易腐蚀的问题，另外还解决现有气体分析仪受背景条件干扰，容易引起误差，影响测试准确度的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，基于朗伯—比尔定律，本发明提供了一种气体分析仪，其特征在于，包括沿光路依次设置有紫外光源、遮光装置、气室和光电探测器，还包括气体切换装置和控制装置，所述气体切换装置设置在所述气室的气体入口管路上，所述气体切换装置与所述控制装置连接，以控制参比气与待测气交替进入所述气室。

优选地，所述气体切换装置包括控制阀和两进一出型接头，所述两进一出型接头的出口连接所述气室的入口，两个进口分别与参比气管路和待测气管路连接，所述参比气管路和待测气管路上分别设置第一控制阀和第二控制阀，所述第二控制阀上设有泄气口。

优选地，所述第一控制阀为一个二位二通的电磁阀或者单向阀，所述第二控制阀为两个二位二通电磁阀或一个三位二通电磁阀。

优选地，所述参比气管路的入口端设有过滤器和采样泵。

优选地，所述紫外光源采用氘灯、氙灯或空心阴极灯。

优选地，所述遮光装置上设有遮光片，电机与所述遮光片连接而控制其开合。

优选地，所述气室的出口设有流速测试装置。

优选地，所述光电探测器采用一个内置光栅的紫外光谱仪。

优选地，所述光电探测器、气室和紫外光源分别置于与温控装置连接的相应独立安装装置内，所述光电探测器与紫外光源的相应安装装置内均设置半导体制冷片，所述气室的安装装置内设加热丝或制热块。

优选地，采样泵、电机、流速测试装置和光电探测器分别与控制装置连接。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本气体分析仪采用紫外光源，能有效的避开了H₂0和CO₂气体的测量干扰；本气体分析仪在气室入口处设有气体切换转置，通过对参比气与待测气的交替切换，可以实时获取分析所需要的灯谱和吸收谱，只需要一个气室就能满足工作要求，而不需要多个气室或者反应池，同时气体切换装置可以接通参比气通路对气室进行充气清洁，实现分析仪自清洁的功能，防止分析仪腐蚀，提高了仪器的使用寿命；另外，在气室出口设有流速测试仪，可以检测气室中是否有气体通入及通入的时间，由此而决定是否切换气体的操作，能有效避免参比气与待测气混合而干扰测试准确性。

在本发明中控制阀的组成方式多样，参比气的通路中选用电磁阀或者单向阀就可满足要求，待测气通路中的控制阀上设有泄气口，可选用两个二位二通的电磁阀或者一个三位二通的电磁阀，这样在气室不需要有气体流通时，通过电磁阀的泄气口而排出气体。本发明中的控制阀通过一个二进一出型接头就可与气室连通，结构简单高效。

气室与紫外光源之间设置有遮光装置，通过电机运动控制遮光装置上遮光片的开合而控制紫外光进入气室的通、遮状态的切换，能够获得分析仪通路中由温度、噪声等客观条件引起的背景谱，在测试中，可以有效扣除暗背景中的客观干扰，提高了分析仪的测试精度。

紫外光源、气室和光电探测器的温度分别受温控装置调控，在检测分析过程中，能保证光谱和气体吸收的稳定性，不会因为温度变化而影响测试结果的精度，同时温控装置可对气室进行加热，达到100℃以上，避免气室内的气体与水生成腐蚀性物质，从而避免对气室的腐蚀，影响仪器的正常测试，这样有利于更好的维护仪器。

此外，本气体分析仪设有控制装置，操作性好，可控性高，操作步骤精简。

综上所述，本发明的一种气体分析仪，检测精度高，结构简单，可控性高，安全可靠，气室使用寿命长。

附图说明

图1是本发明一种气体分析仪的结构示意图；

图2、图3和图4分别是图1中气体切换装置的不同组合示意图。

图中，1：紫外光源；2：过滤器；3：参比气管路；4：采样泵；5：第一控制阀；5a：二位二通电磁阀KZQ3；5b：单向阀；6：待测气管路；7：第二控制阀；7a：二位二通电磁阀KZQ1；7b：三位二通电磁阀KZQ2；8：两进一出型接头；9：气室；10：流速测试装置；11：光电探测器；12：遮光装置；13：电机；14：控制装置；15：温控装置；16：气体切换装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种气体分析仪，包括沿光路依次设置有紫外光源(1)、遮光装置(12)、气室(9)和光电探测器(11)，还包括气体切换装置(16)和控制装置(14)，气体切换装置(16)设置在气室(9)的气体入口管路上，气体切换装置(16)与控制装置(14)连接，以控制参比气与待测气交替进入气室(9)。

如图1所示，气体切换装置(16)包括控制阀和两进一出型接头(8)，两进一出型接头(8)的出口连接气室(9)的入口，两个进口分别与参比气管路(3)和待测气管路(6)连接，参比气管路(3)和待测气管路(6)上分别设置第一控制阀(5)和第二控制阀(7)，第二控制阀(7)上设有泄气口。本实施例中两进一出型接件(8)采用Y型接头，第一控制阀(5)采用一个二位二通电磁阀KZQ3(5a)或者单向阀(5b)，实现参比气进入气室(9)的可控操作，第二控制阀(7)采用两个二位二通电磁阀KZQ1(7a)或一个三位二通电磁阀KZQ2(7b)，利用电磁阀的阀口作为泄气口，实现待测气进入气室(9)或者排泄的可控操作。在具体实施中两进一出型接头(8)还可以采用T型接头，只要具备两进一出的接头都在本发明的保护中，另外控制阀的选择组合上也可灵活应用，具体如图2、图3、图4所示，为该气体切换装置中控制阀与两进一出型接头(8)的不同组合方式。

参比气管路(3)的进口端设有过滤器(2)和采样泵(4)，具体实施中，可通过采样泵(4)抽取干净空气或经过滤器(2)过滤后的气体作为参比气，也可以采用惰性气体等对待测组分影响小的气体。过滤器(2)的设置能减小参比气对测量准确度的影响，采样泵(4)可以提供动力将参比气泵送进入气室(9)，使本气体分析仪具有更好的自动清洁能力，提高测试精度和使用寿命。

本实施例中，紫外光源(1)采用氘灯，也可选用氙灯或空心阴极灯，来发出紫外光谱。遮光装置(12)上设有遮光片与电机(13)连接，通过电机(13)运动控制遮光片的开合状态而控制紫外光进入气室(9)的通、遮状态来获取分析仪中由温度、噪声等引起的暗背景，从而可以有效扣除暗背景中因素的干扰，获得有用光谱信息，提高测试精度。

如图1所示，气室(9)出口处设有流速测试装置(10)，本实施例中，该装置采用差压式流速仪，能精确的测试出气室(9)中是否通入气体，更好的判定气体切换时机，提高测试效率与测试精度。

如图1所示，本气体分析仪的光电探测器(11)采用一个内置有光栅的紫外光谱仪，入射光进入紫外光谱仪后，经过反射、分光和聚焦等光学操作后，射到CCD阵列检测器上对光电探测器的电信号进行处理后，即可获得入射光强度。

光电探测器(11)、气室(9)和紫外光源(1)分别置于与温控装置(15)连接的相应独立安装装置内，光电探测器(11)与紫外光源(1)的相应安装装置内均设有半导体制冷片，气室(9)的安装装置内设加热丝或制热块。由于紫外光源(1)和光电探测器(11)在工作时，会产生一定热量，使得自身温度升高，而温度变化会引起光源辐射强度的波动，影响检测精度。在使用气体分析仪时，接通温控装置(15)，以利用半导体制冷片的制冷面对紫外光源(1)和光电探测器(11)相应安装装置进行降温调控，使其工作达到最佳的温度状态，避免光谱强度的波动引起检测精度降低，同时对气室(9)进行加热，使气室内温度达到100℃以上，避免气室内的气体与水生成腐蚀性物质，影响仪器的正常测试。需要说明的是，气室(9)的安装装置外部添加贴有隔热棉的隔热罩，以防气室(9)的高温散发到机箱内部，导致内部温度升高。另外，在严寒环境下使用本气体分析仪时，设备内温度降低时，可通过温控装置(15)对半导体制冷片的加热面进行加热控温，使仪器达到最佳使用状态。

如图1所示，本气体分析仪的气体切换装置(16)、采样泵(4)、电机(13)、流速测试装置(10)和光电探测器(11)分别与控制装置(14)连接，能够实时控制分析仪检测的操作步骤，操作性好。

如图1、图2、图3、图4所示，在气体分析过程的操作中，通过控制采样泵(4)和电磁阀KZQ3(5a)或单向阀(5b)，使得参比气通过Y型气路连接件(8)进入到气室(9)中，同时，打开一个电磁阀KZQ1(7a)的泄气通路并关闭另一个电磁阀KZQ1(7a)上待测气进入气室(9)的通路，此切换过程的时间极短，以保证参比气可以充分进入到分析仪中，通入一定时间后，遮光装置(12)开启状态下，通过控制光电探测器(11)来获取此时的电信号，即采集灯谱；此过程中，可通过控制遮光装置(12)来对进入气室(9)的光进行遮挡，并采集此时的光电探测器(11)电信号作为暗背景信号，即采集背景谱，采集完后打开遮光装置(12)；采集结束后，通过控制采样泵(14)和电磁阀KZQ3(5a)或单向阀(5b)，关闭参比气到气室(9)的通路，并使待测气与电磁阀KZQ3(5a)的通路关闭，同时，控制两个电磁阀KZQ1(7a)或控制KZQ2(7b)来打开待测气进入气室(9)的通路并关闭待测气泄气通路，一定时间后，采集此时光电探测器(11)的电信号，即采集吸收谱。

需要说明的是，在实际操作中，背景谱、灯谱和吸收谱采集的顺序与采集频率不限定，灯谱和吸收谱的切换频率也不限定，可根据仪器的使用灵活操作而采集相应数据。

综上所述，本发明的一种气体分析仪原理可靠、结构精简、测试精度高、自清洁力强、可控性高、成本低、使用寿命长。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气体分析仪，其特征在于，包括沿光路依次设置有紫外光源(1)、遮光装置(12)、气室(9)和光电探测器(11)，还包括气体切换装置(16)和控制装置(14)，所述气体切换装置(16)设置在所述气室(9)的气体入口管路上，所述气体切换装置(16)与所述控制装置(14)连接，以控制参比气与待测气交替进入所述气室(9)。

2.根据权利要求1所述的一种气体分析仪，其特征在于，所述气体切换装置(16)包括控制阀和两进一出型接头(8)，所述两进一出型接头(8)的出口连接所述气室(9)的入口，两个进口分别与参比气管路(3)和待测气管路(6)连接，所述参比气管路(3)和待测气管路(6)上分别设置第一控制阀(5)和第二控制阀(7)，所述第二控制阀(7)上设有泄气口。

3.根据权利要求2所述的一种气体分析仪，其特征在于，所述第一控制阀(5)为一个二位二通的电磁阀或者单向阀，所述第二控制阀(7)为两个二位二通电磁阀或一个三位二通电磁阀。

4.根据权利要求2所述的一种气体分析仪，其特征在于，所述参比气管路(3)的入口端设有过滤器(2)和采样泵(4)。

5.根据权利要求1所述的一种气体分析仪，其特征在于，所述紫外光源(1)采用氘灯、氙灯或空心阴极灯。

6.根据权利要求1所述的一种气体分析仪，其特征在于，所述遮光装置(12)上设有遮光片，电机(13)与所述遮光片连接而控制其开合。

7.根据权利要求1所述的一种气体分析仪，其特征在于，所述气室(9)的出口设有流速测试装置(10)。

8.根据权利要求1所述的一种气体分析仪，其特征在于，所述光电探测器(11)采用一个内置光栅的紫外光谱仪。

9.根据权利要求1所述的一种气体分析仪，其特征在于，所述光电探测器(11)、气室(9)和紫外光源(1)分别置于与温控装置(15)连接的相应独立安装装置内，所述光电探测器(11)与紫外光源(1)的相应安装装置内均设置半导体制冷片，所述气室(9)的安装装置内设加热丝或制热块。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种气体分析仪，其特征在于，所述采样泵(4)、电机(13)、流速测试装置(10)和光电探测器(11)分别与所述控制装置(14)连接。