CN105403512A - 一种气体分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体分析仪，包括合金基板，主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置，自动停止模块以及保护壳，其具有良好的耐高温耐腐蚀性能，确保仪器的长期可靠使用，此外还可彻底杜绝气体样品掺入杂质导致的结果错误，并避免生产和研究的进一步损失，还可以在发生漏气时及时发现，结构简单，具有通用性，对很多物质都反应灵敏，测量范围宽，反应快，响应信号稳定。

Description

一种气体分析仪

技术领域

本发明涉及气体检测领域，具体涉及一种气体分析仪。

背景技术

气体分析仪为一种实时监测污染源排放的烟气浓度、完成功能设置及与上位机实时通讯的数字化仪表，为环境监测数据有效性审核、重大污染事故的风险防范和应急管理提供技术支撑，是污染源监控系统的重要组成部分。为防止过程气体中的粉尘、水分的污染，传统在线气体分析仪器需要经过“采样-预处理-分析”三步过程，存在系统复杂、响应时间长、可靠性差、维护成本高、抗干扰性差等固有缺陷，无法完全满足工业过程实时控制的要求；此外，现有技术中的气体分析仪其基座和保护装置均采用普通硬塑料或普通金属，在长期工作中由于无法应对高温和腐蚀性样本所造成的损坏而导致整台装置报废，造成极大的损失。而且现有技术中的气体分析仪均未设置出现客观条件变化如气体混入杂质，危险气体泄漏时的应急处理方案，不仅容易出现错误数据导致生产的重大损失，而且可能导致操作人员的人身伤害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体分析仪，其具有良好的耐高温耐腐蚀性能，确保仪器的长期可靠使用，此外还可彻底杜绝气体样品掺入杂质导致的结果错误，并避免生产和研究的进一步损失，还可以在发生漏气时及时发现，结构简单，具有通用性，对很多物质都反应灵敏，测量范围宽，反应快，响应信号稳定。具体技术方案如下：

一种气体分析仪，包括合金基板，主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置，自动停止模块以及保护壳，其中，

所述基板为耐高温耐腐蚀的合金基板，其合金材料按照重量百分比含有如下组份：镁33％，镍19％，碳化钛31％，碳化钨5％，碳化锆3％，赤磷2％，稀土0.5％，碳化硅1％，碳化硼2％，锌3％，铁0.5％；

所述主控制器包括输入装置，输出装置，计算机主机以及独立的记录存储模块，其中，记录存储模块用于记录预设或输入到主控制器的参数以及检测结果，供计算机主机调取；

主控制器控制连接时间控制模块，可向其发送计时指令并可在预设时间到达时控制自动关闭空心阴极灯，激光模块以及探测分析模块；主控制器控制连接数据采集模块，其可向数据采集模块发送指令以及通讯信息，并接收数据采集模块的数据；主控制器控制连接空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置以及自动停止模块；

所述气室包括主气室和参比气室，所述空心阴极灯设置于气室一侧，所述激光模块设置于参比气室一侧，所述遮光器设置于空心阴极灯与气室之间以及激光模块与参比气室之间，可作用于空心阴极灯或同时作用于空心阴极灯和激光模块；

所述进气模块包括气室进气模块以及参比气室进气模块；其中，所述气室上连接有气室进气模块，气室进气模块包括气体采集模块，进气阀，稳压阀以及电离模块，所述气体采集模块用来采集样气，其连接至进气阀并用于向其输送所采集的气体，所述进气阀通过稳压阀连接至电离模块，所述电离模块连接至气室；所述气室上连接有出气阀以及真空泵，气室通过真空泵连接至出气阀；所述参比气室上连接有参比气室进气模块，参比气室进气模块包括气体采集模块，进气阀，稳压阀以及电离模块，所述气体采集模块用来采集样气，其连接至进气阀并用于向其输送所采集的气体，所述进气阀通过稳压阀连接至电离模块，所述电离模块连接至参比气室；所述参比气室上连接有出气阀以及真空泵，参比气室通过真空泵连接至出气阀；

所述探测分析模块包括主探测分析模块和副探测分析模块，主探测分析模块设置于气室的另一侧，副探测分析模块设置于参比气室的另一侧，所述主探测分析模块内置光离子化传感器，光纤耦合分析池和/或传感器阵列，所述参比气室进气模块内置光离子化传感器，光纤耦合分析池和/或传感器阵列，所述补偿模块分别连接至主探测分析模块和副探测分析模块并用来进行温度，和/或压力补偿；

所述数据采集模块通讯连接至主探测分析模块和副探测分析模块，并可采集主探测分析模块和副探测分析模块的相关数据结果；所述数据采集模块与主控制器之间通讯连接，其可接受主控制的指令以及通讯信息，并可向主控制器发送数据；

所述时间控制模块控制连接至空心阴极灯、激光模块以及探测分析模块，并用于控制检测时间；所述时间控制模块与报警装置连接并可对报警时间进行计时；

所述电源模块可供能连接至主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置以及自动停止模块；

所述气体杂质检测装置设置于气体采集模块与进气阀之间的载气管路上，用于对预设或输入的气体杂质进行检测；所述漏气检测装置包括漏气信号检测探头及其信号采集模块，其固定设置于保护壳上所设置的开口中；所述气体杂质检测装置和漏气检测装置均连接报警装置；

所述报警装置为蜂鸣和/或闪光报警装置，其连接至时间控制模块，并可由时间控制模块统计报警时间，报警装置连接至自动停止模块；

所述自动停止模块控制连接至主控制器，空心阴极灯，激光模块以及探测分析模块，用于根据预设的报警时间在达到报警时间未对气体分析仪进行手动关闭时，向主控制器发送停止指令，其在主控制器也未完成停止时，直接控制关闭空心阴极灯，激光模块以及探测分析模块；

所述保护壳采用合金材料制作，合金材料按照重量百分比含有如下组份：镁33％，镍19％，碳化钛31％，碳化钨5％，碳化锆3％，赤磷2％，稀土0.5％，碳化硅1％，碳化硼2％，锌3％，铁0.5％；其可拆卸地扣合安装在基板上，并用于保护安装在基板上的主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置以及自动停止模块。

进一步地，所述进气模块还包括设置于气体采集模块和进气阀之间的预处理模块，该预处理模块内置有加热模块，过滤模块以及浓度调节模块，用来预处理高温、高湿、腐蚀、有毒或高粉尘气体。

进一步地，所述传感器阵列为干涉滤光片与红外探测器组合阵列。

进一步地，所述气室用于辐射、传输、接收能量，并将气体浓度信号转化为可处理的电信号。

进一步地，所述预处理模块内置有四个探头，包括第一探头，第二探头，第三探头和第四探头，其中，第一探头为气体温度探头，第二探头为气体压力探头，第三探头为气体流量探头，第四探头为气体浓度探头，所述探头分别通讯连接信息采集模块并可将数据发送至信息采集模块。

进一步地，所述数据采集模块内置有数据采集卡以及数字流量采集电路。

进一步地，所述电源模块内置滤波器，群脉冲抑制器和交流变压器。

进一步地，所述气体杂质检测装置包括载气管路，八组分子筛色谱柱及其信号采集模块。

与目前现有技术相比，本发明气体分析仪结构简单，具有通用性，对很多物质都反应灵敏，测量范围宽，反应快，响应信号稳定。不仅可以实现多种气体一次进样就同时自动化完成检测，还可分别输出相关数据并且分别存储和输出；通过多次实验所确定的特殊合金成分，其不仅保持了仪器的轻量化，还具有良好的耐高温耐腐蚀性能，确保仪器的长期可靠使用。

通过设置气体杂质检测装置和漏气检测装置，不仅彻底杜绝了气体样品掺入杂质导致的结果错误，并避免生产和研究的进一步损失，还可以在发生漏气时及时发现。为更好实现上述功能还一并设置了与气体杂质检测装置和漏气检测装置进行配合的报警装置以及自动停止模块，上述两模块和主控制器相互控制连接，可以在发生非正常情况时首先进行报警，在报警未有手动关闭时请求主控制器进行关闭仪器，并且在主控制器也失效时，配合自动停止模块来完成仪器主要模块的关闭，极大提高了稳定性和安全性。气室与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。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，检测精度高，结构简单，可控性高，安全可靠，气室使用寿命长。

具体实施方式

下面对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

一种气体分析仪，包括合金基板，主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置，自动停止模块以及保护壳，其中，所述基板为耐高温耐腐蚀的合金基板，其合金材料按照重量百分比含有如下组份：镁33％，镍19％，碳化钛31％，碳化钨5％，碳化锆3％，赤磷2％，稀土0.5％，碳化硅1％，碳化硼2％，锌3％，铁0.5％；所述主控制器包括输入装置，输出装置，计算机主机以及独立的记录存储模块，其中，记录存储模块用于记录预设或输入到主控制器的参数以及检测结果，供计算机主机调取；主控制器控制连接时间控制模块，可向其发送计时指令并可在预设时间到达时控制自动关闭空心阴极灯，激光模块以及探测分析模块；主控制器控制连接数据采集模块，其可向数据采集模块发送指令以及通讯信息，并接收数据采集模块的数据；主控制器控制连接空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置以及自动停止模块；所述气室包括主气室和参比气室，所述空心阴极灯设置于气室一侧，所述激光模块设置于参比气室一侧，所述遮光器设置于空心阴极灯与气室之间以及激光模块与参比气室之间，可作用于空心阴极灯或同时作用于空心阴极灯和激光模块；所述进气模块包括气室进气模块以及参比气室进气模块；其中，所述气室上连接有气室进气模块，气室进气模块包括气体采集模块，进气阀，稳压阀以及电离模块，所述气体采集模块用来采集样气，其连接至进气阀并用于向其输送所采集的气体，所述进气阀通过稳压阀连接至电离模块，所述电离模块连接至气室；所述气室上连接有出气阀以及真空泵，气室通过真空泵连接至出气阀；所述参比气室上连接有参比气室进气模块，参比气室进气模块包括气体采集模块，进气阀，稳压阀以及电离模块，所述气体采集模块用来采集样气，其连接至进气阀并用于向其输送所采集的气体，所述进气阀通过稳压阀连接至电离模块，所述电离模块连接至参比气室；所述参比气室上连接有出气阀以及真空泵，参比气室通过真空泵连接至出气阀；所述探测分析模块包括主探测分析模块和副探测分析模块，主探测分析模块设置于气室的另一侧，副探测分析模块设置于参比气室的另一侧，所述主探测分析模块内置光离子化传感器，光纤耦合分析池和/或传感器阵列，所述参比气室进气模块内置光离子化传感器，光纤耦合分析池和/或传感器阵列，所述补偿模块分别连接至主探测分析模块和副探测分析模块并用来进行温度，和/或压力补偿；所述数据采集模块通讯连接至主探测分析模块和副探测分析模块，并可采集主探测分析模块和副探测分析模块的相关数据结果；所述数据采集模块与主控制器之间通讯连接，其可接受主控制的指令以及通讯信息，并可向主控制器发送数据；所述时间控制模块控制连接至空心阴极灯、激光模块以及探测分析模块，并用于控制检测时间；所述时间控制模块与报警装置连接并可对报警时间进行计时；所述电源模块可供能连接至主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置以及自动停止模块；所述气体杂质检测装置设置于气体采集模块与进气阀之间的载气管路上，用于对预设或输入的气体杂质进行检测；所述漏气检测装置包括漏气信号检测探头及其信号采集模块，其固定设置于保护壳上所设置的开口中；所述气体杂质检测装置和漏气检测装置均连接报警装置；所述报警装置为蜂鸣和/或闪光报警装置，其连接至时间控制模块，并可由时间控制模块统计报警时间，报警装置连接至自动停止模块；所述自动停止模块控制连接至主控制器，空心阴极灯，激光模块以及探测分析模块，用于根据预设的报警时间在达到报警时间未对气体分析仪进行手动关闭时，向主控制器发送停止指令，其在主控制器也未完成停止时，直接控制关闭空心阴极灯，激光模块以及探测分析模块；所述保护壳采用合金材料制作，合金材料按照重量百分比含有如下组份：镁33％，镍19％，碳化钛31％，碳化钨5％，碳化锆3％，赤磷2％，稀土0.5％，碳化硅1％，碳化硼2％，锌3％，铁0.5％；其可拆卸地扣合安装在基板上，并用于保护安装在基板上的主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置以及自动停止模块。所述进气模块还包括设置于气体采集模块和进气阀之间的预处理模块，该预处理模块内置有加热模块，过滤模块以及浓度调节模块，用来预处理高温、高湿、腐蚀、有毒或高粉尘气体。所述传感器阵列为干涉滤光片与红外探测器组合阵列。所述气室用于辐射、传输、接收能量，并将气体浓度信号转化为可处理的电信号。所述预处理模块内置有四个探头，包括第一探头，第二探头，第三探头和第四探头，其中，第一探头为气体温度探头，第二探头为气体压力探头，第三探头为气体流量探头，第四探头为气体浓度探头，所述探头分别通讯连接信息采集模块并可将数据发送至信息采集模块。所述数据采集模块内置有数据采集卡以及数字流量采集电路。所述电源模块内置滤波器，群脉冲抑制器和交流变压器。所述气体杂质检测装置包括载气管路，八组分子筛色谱柱及其信号采集模块。

在优选的替代实施例中，所述光离子化传感器包括对采样气体进行离子化的离子化室、供所述采样气体进入所述离子化室的进气管、供所述采样气体排出所述离子化室的排气管、向所述离子化室照射紫外线的紫外灯、检测所述离子化室电信号的静电计和固定于所述离子化室且与所述静电计电连接的二电极。采样气体进入离子化室，在紫外线照射下而被离子化，离子化后的气体离子在二电极的作用下而向各电极发生偏移从而形成电信号，经静电计测到，并经数据处理控制模块的分析计算确定采集气体中是否含有TVOC，并得出气体中TVOC的含量及浓度。检测完的气体经排气管排出离子化室。排出离子化室的气体还可进入下一PID变送器或光离子化传感器以再一次对采样气体的TVOC再次检测，从而更精确测定环境中TVOC含量；或对气体的其它信号参数进行检测，或直接经排气口排出。所述光离子化传感器还包括罩住所述紫外灯的紫外灯罩，所述紫外灯罩与所述离子化室之间设有可使所述紫外灯发出的紫外线穿透射入所述离子化室的隔离光窗。设置紫外灯罩及隔离光窗以对紫外灯进行保护，同时，使紫外灯发出的紫外线进入到离子化室，并防止扩散到外界。

所述光离子化传感器包括底座和外壳，其内部设置有极化电极、接收电极、电离室及紫外灯，所述极化电极通过设置其两端的绝缘基座固定，所述绝缘基座及极化电极的内部空腔形成所述电离室，所述极化电极上下两端的绝缘基座上分别设置有气体出口导管和气体入口导管，所述紫外灯设置在电离室上端，接收电极设置在电离室的中心轴上。

进气模块中入口部分用于采集气体样品，包括高真空密封膜，本实施例采用高真空密封膜采样；高真空密封膜基本上是平面，设置有一个或多个具有纳米级直径的纳米孔，纳米孔沿着高真空密封膜的基本上为直线的轴线布置，所述纳米孔的横截面均匀，且基本上相对垂直于高真空密封膜表面，该孔的直径为10nm～500nm之间，优选为20nm～30nm，该真空密封膜基本上不能渗透气流，但气体能通过纳米孔，优选的纳米孔的数量为一个或有限数量的纳米孔(10～100个纳米孔)；高真空密封膜的表面的形状可为正方形或其他形状，其表面一侧长100μm，厚度为100nm；高真空密封膜由陶瓷、金属、半导体材料或是上述组合制成，通过具有高定位功能的离子束冲蚀形成纳米孔。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气体分析仪，其特征在于，包括合金基板，主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置，自动停止模块以及保护壳(合金)，其中，

所述基板为耐高温耐腐蚀的合金基板，其合金材料按照重量百分比含有如下组份：镁33％，镍19％，碳化钛31％，碳化钨5％，碳化锆3％，赤磷2％，稀土0.5％，碳化硅1％，碳化硼2％，锌3％，铁0.5％；

所述主控制器包括输入装置，输出装置，计算机主机以及独立的记录存储模块，其中，记录存储模块用于记录预设或输入到主控制器的参数以及检测结果，供计算机主机调取；

主控制器控制连接时间控制模块，可向其发送计时指令并可在预设时间到达时控制自动关闭空心阴极灯，激光模块以及探测分析模块；主控制器控制连接数据采集模块，其可向数据采集模块发送指令以及通讯信息，并接收数据采集模块的数据；主控制器控制连接空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置以及自动停止模块；

所述气室包括主气室和参比气室，所述空心阴极灯设置于气室一侧，所述激光模块设置于参比气室一侧，所述遮光器设置于空心阴极灯与气室之间以及激光模块与参比气室之间，可作用于空心阴极灯或同时作用于空心阴极灯和激光模块；

所述进气模块包括气室进气模块以及参比气室进气模块；其中，所述气室上连接有气室进气模块，气室进气模块包括气体采集模块，进气阀，稳压阀以及电离模块，所述气体采集模块用来采集样气，其连接至进气阀并用于向其输送所采集的气体，所述进气阀通过稳压阀连接至电离模块，所述电离模块连接至气室；所述气室上连接有出气阀以及真空泵，气室通过真空泵连接至出气阀；所述参比气室上连接有参比气室进气模块，参比气室进气模块包括气体采集模块，进气阀，稳压阀以及电离模块，所述气体采集模块用来采集样气，其连接至进气阀并用于向其输送所采集的气体，所述进气阀通过稳压阀连接至电离模块，所述电离模块连接至参比气室；所述参比气室上连接有出气阀以及真空泵，参比气室通过真空泵连接至出气阀；

所述探测分析模块包括主探测分析模块和副探测分析模块，主探测分析模块设置于气室的另一侧，副探测分析模块设置于参比气室的另一侧，所述主探测分析模块内置光离子化传感器，光纤耦合分析池和/或传感器阵列，所述参比气室进气模块内置光离子化传感器，光纤耦合分析池和/或传感器阵列，所述补偿模块分别连接至主探测分析模块和副探测分析模块并用来进行温度，和/或压力补偿；

所述数据采集模块通讯连接至主探测分析模块和副探测分析模块，并可采集主探测分析模块和副探测分析模块的相关数据结果；所述数据采集模块与主控制器之间通讯连接，其可接受主控制的指令以及通讯信息，并可向主控制器发送数据；

所述时间控制模块控制连接至空心阴极灯、激光模块以及探测分析模块，并用于控制检测时间；所述时间控制模块与报警装置连接并可对报警时间进行计时；

所述电源模块可供能连接至主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置以及自动停止模块；

所述气体杂质检测装置设置于气体采集模块与进气阀之间的载气管路上，用于对预设或输入的气体杂质进行检测；所述漏气检测装置包括漏气信号检测探头及其信号采集模块，其固定设置于保护壳上所设置的开口中；所述气体杂质检测装置和漏气检测装置均连接报警装置；

所述报警装置为蜂鸣和/或闪光报警装置，其连接至时间控制模块，并可由时间控制模块统计报警时间，报警装置连接至自动停止模块；

所述自动停止模块控制连接至主控制器，空心阴极灯，激光模块以及探测分析模块，用于根据预设的报警时间在达到报警时间未对气体分析仪进行手动关闭时，向主控制器发送停止指令，其在主控制器也未完成停止时，直接控制关闭空心阴极灯，激光模块以及探测分析模块。

所述保护壳采用合金材料制作，合金材料按照重量百分比含有如下组份：镁33％，镍19％，碳化钛31％，碳化钨5％，碳化锆3％，赤磷2％，稀土0.5％，碳化硅1％，碳化硼2％，锌3％，铁0.5％；其可拆卸地扣合安装在基板上，并用于保护安装在基板上的主控制器，空心阴极灯，激光模块，遮光器，气室，探测分析模块，进气模块，补偿模块，数据采集模块，时间控制模块，电源模块，气体杂质检测装置，漏气检测装置，报警装置以及自动停止模块。

2.如权利要求1所述的气体分析仪，其特征在于，所述进气模块还包括设置于气体采集模块和进气阀之间的预处理模块，该预处理模块内置有加热模块，过滤模块以及浓度调节模块，用来预处理高温、高湿、腐蚀、有毒或高粉尘气体。

3.如权利要求1和2所述的过程气相色谱仪，其特征在于，所述传感器阵列为干涉滤光片与红外探测器组合阵列。

4.如权利要求1-3所述的气体分析仪，其特征在于，所述气室用于辐射、传输、接收能量，并将气体浓度信号转化为可处理的电信号。

5.如权利要求1-4所述的气体分析仪，其特征在于，所述预处理模块内置有四个探头，包括第一探头，第二探头，第三探头和第四探头，其中，第一探头为气体温度探头，第二探头为气体压力探头，第三探头为气体流量探头，第四探头为气体浓度探头，所述探头分别通讯连接信息采集模块并可将数据发送至信息采集模块。

6.如权利要求1-5所述的气体分析仪，其特征在于，所述数据采集模块内置有数据采集卡以及数字流量采集电路。

7.如权利要求1-6所述的气体分析仪，其特征在于，所述电源模块内置滤波器，群脉冲抑制器和交流变压器。

8.如权利要求1-7所述的气体分析仪，其特征在于，所述气体杂质检测装置包括载气管路，八组分子筛色谱柱及其信号采集模块。