CN106596823A - 一种气体采样分析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体采样分析装置及方法，该装置包括气体存储装置、采样通道、气动控制装置、色谱仪、控制器、钢瓶组气动阀、真空泵气动阀、采样气动阀以及继电器；其中，控制器用于通过控制所述钢瓶组气动阀的方式来控制所述采样通道进行气体置换，通过控制所述真空泵气动阀的方式来控制所述采样通道进行抽真空处理，通过控制所述采样气动阀的方式来控制所述采样通道进行气体采样，通过控制所述继电器的方式来控制所述色谱仪进行气体分析。采用本发明的装置或方法，可以实现超纯气体全自动采样与分析，避免沾染其他杂质或者混入空气等，提高气体测量精度。

Description

一种气体采样分析装置及方法

技术领域

本发明涉及高纯气体分析技术领域，特别是涉及一种气体采样分析装置及方法。

背景技术

在很多化工企业，尤其是生产高纯及超纯气体的化工厂，需要对精品罐中的气体、纯化工艺中的气体或者其他化工相关环节中的气体进行采样，然后使用色谱仪进行分析其气体的成分组成。

目前，为了进行气体分析，大部分化工企业常采用的方法是前期需要工作人员到现场拿针管取样，然后注入色谱仪进行分析，后期需要接上不同的钢瓶对色谱仪进行吹扫和载气保护。但是上述方法存在以下问题，由于工作人员拿着针管取样，很容易沾染其他杂质或者混入空气等，影响气体的成分组成，进而影响测量精度。因此，急需一种全新的高纯气体采样分析装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体采样分析装置及方法，能够实现超纯气体全自动采样与分析，避免沾染其他杂质或者混入空气等，提高气体测量精度。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种气体采样分析装置，所述气体采样分析装置包括：气体存储装置、采样通道、气动控制装置以及色谱仪；所述气体存储装置通过所述采样通道与所述色谱仪连接；所述气动控制装置包括：气动阀组、控制器以及继电器；所述气动阀组包括：钢瓶组气动阀、真空泵气动阀以及采样气动阀；所述控制器用于通过控制所述钢瓶组气动阀的方式来控制所述采样通道进行气体置换，通过控制所述真空泵气动阀的方式来控制所述采样通道进行抽真空处理，通过控制所述采样气动阀的方式来控制所述采样通道进行气体采样，通过控制所述继电器的方式来控制所述色谱仪进行气体分析。

可选的，所述装置还包括钢瓶组；所述钢瓶组通过钢瓶管路与所述钢瓶组 气动阀连接，用于提供置换的气体；所述钢瓶组内存放高纯的氮气、氩气或者氦气。

可选的，所述装置还包括真空泵；所述真空泵通过真空管路与所述真空泵气动阀连接，用于对所述采样通道进行抽真空。

可选的，所述装置还包括，压力变送器；所述压力变送器安装在所述采样通道上，用于采集所述采样通道上的压力值。

可选的，所述装置还包括，显示器；所述显示器内设组态软件，与多个所述压力变送器连接，用于显示所述装置当前运行状态。

可选的，所述采样通道为不锈钢管路通道。

可选的，所述气动控制装置，还包括，抽真空电磁阀、置换电磁阀以及采样电磁阀；所述抽真空电磁阀与所述抽真空气动阀连接；所述置换电磁阀与所述置换气动阀连接；所述采样电磁阀与所述采样气动阀连接。

可选的，所述控制器包括DCS控制器和PLC控制器，用于控制所述气体采样分析装置实现气体全自动采样与分析。

可选的，所述气动阀组还包括，气体存储装置气动阀；所述气体存储装置气动阀，用于控制所述气体存储装置中气体的传输。

本发明还提供了一种气体采样分析方法，所述气体采样分析方法应用于一种气体分析采样装置，所述气体分析方法，包括：

第一步，控制器发送抽真空信号至真空泵电磁阀，所述真空泵电磁阀控制真空泵气动阀开启，对采样通道进行抽真空处理，待所述采样通道中的压力小于或等于-0.100Pa时，并且保持5秒钟后，关闭所述真空泵气动阀；

第二步，所述控制器发送置换信号至置换电磁阀，所述置换电磁阀控制置换气动阀开启，对所述采样通道进行置换气体处理，待所述采样通道中的压力稳定，并保持10秒钟后，关闭所述置换气动阀；

第三步，依次重复第一步和第二步中的内容；

第四步，所述控制器发送进样信号至气体存储装置电磁阀，所述气体存储装置电磁阀控制气体存储装置气动阀开启，开始进样，待所述采样通道中的压 力大于0Pa时，并保持5秒钟后，所述控制器发送采样信号至采样电磁阀，所述采样电磁阀控制采样气动阀的开启；

第五步，待样品气吹扫所述采样通道300秒钟后，关闭所述气体存储装置气动阀，待所述采样通道中的压力小于或等于0.07Pa时，所述控制器发送触电信号至继电器，触发所述继电器开启，并通过所述继电器的开启控制色谱仪的开启，保持5秒钟后关闭所述继电器，关闭所述采样气动阀，等待色谱仪出显示结果；

第六步，所述控制器发送抽真空信号至所述真空泵电磁阀，所述真空泵电磁阀控制所述真空泵气动阀开启，并对所述采样通道进行抽真空处理，待所述采样通道中的压力小于或等于-0.100Pa时，并且保持5秒钟后，关闭所述真空泵气动阀，自动采样分析过程结束。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种气体采样分析装置及方法，用于对于高纯或者超纯气气体分析采样。该装置包括气体存储装置、采样通道、气动控制装置、色谱仪、控制器、继电器、钢瓶组气动阀、真空泵气动阀、采样气动阀以及触点气动阀，实现了将储气罐、储液罐及其他容器的成品通过采样通道自动引入到色谱仪，改变了传统人工取样方式；本发明的控制器用于通过控制所述钢瓶组气动阀的方式来控制所述采样通道进行气体置换，通过控制所述真空泵气动阀的方式来控制所述采样通道进行抽真空处理，通过控制所述采样气动阀的方式来控制所述采样通道进行气体采样，通过控制所述继电器的方式来控制所述色谱仪进行气体分析，实现了通过控制器中的上位机程序，就能一键自动完成采样所需要的一系列抽真空、置换、进样、分析等操作，中间过程不需要任何干预。因此，本发明提供一种气体采样分析装置具有操作简单方便，自动化程度高、不影响样本组分和浓度、分析精度高等优点。提高了企业的生产效率，大大节省了人力成本的优点，同时提高了分析的准确度、降低了人的主观因素对分析的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的气体采样分析装置结构示意图；

图2为本发明实施例的气动控制装置结构示意图；

图3为本发明实施例的电磁控制箱装置示意图；

图4为本发明实施例的气体采样分析方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供了一种气体采样分析装置，该装置能够实现超纯气体全自动采样与分析，避免沾染其他杂质或者混入空气等，提高气体测量精度。

实施例一

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例的气体采样分析装置结构示意图，如图1所示，本发明提供的气体采样分析装置包括：气体存储装置101、采样通道102、气动控制装置104以及色谱仪103。

其中，气体存储装置101通过采样通道102与色谱仪103连接；气动控制装置104分别控制气体存储装置101、采样通道102以及色谱仪103。

图2为本发明实施例的气动控制装置结构示意图，如图2所示，气动控制装置104包括：控制器201和气动阀组202；所述气动阀组202包括：钢瓶组气动阀203、真空泵气动阀204、采样气动阀205；气动控制装置104还 包括继电器206。

其中，控制器201用于通过控制钢瓶组气动阀203的方式来控制采样通道102进行气体置换，通过控制真空泵气动阀204的方式来控制采样通道102进行抽真空处理，通过控制所采样气动阀205的方式来控制采样通道102进行气体采样，通过控制继电器206的方式来控制色谱仪103进行气体分析。

另外，所述装置还包括钢瓶组；钢瓶组通过钢瓶管路与钢瓶组气动阀203连接，用于提供置换的气体；并且钢瓶组内存放高纯的氮气、氩气或者氦气。

所述装置还包括真空泵；真空泵通过真空管路与真空泵气动阀204连接，用于对所述采样通道进行抽真空。

所述装置还包括压力变送器；压力变送器安装在所述采样通道102上，用于采集所述采样通道102上的压力值。

所述装置还包括显示器；所述显示器内设组态软件，与多个所述压力变送器连接，用于显示所述装置当前运行状态。

所述采样通道102可以是不锈钢管路通道。

控制器201可以是DCS控制器或者PLC控制器，用于控制所述气体采样分析装置实现气体全自动采样与分析。

气动阀组201还包括，气体存储装置气动阀207；气体存储装置气动阀207，用于控制所述气体存储装置中气体的传输。

所述气动控制装置104还包括，抽真空电磁阀、置换电磁阀、采样电磁阀、气体存储装置电磁阀；所述抽真空电磁阀与所述抽真空气动阀203连接；所述置换电磁阀与所述置换气动阀204连接；所述采样电磁阀与所述采样气动阀205连接；所述气体存储装置电磁阀与所述气体存储装置气动阀207连接。

抽真空电磁阀、置换电磁阀、采样电磁阀、气体存储装置电磁阀以及继电器用于接收控制器发出的控制信号，然后根据控制信号控制抽真空气动阀203、置换气动阀204、采样气动阀205、继电器206、气体存储装置气动阀207的开启和关闭。

本实施例提供的气体采样分析装置，气体存储装置中各个采样点到色谱仪 中的采样通道，使用超纯净EP/BA级不锈钢管道，管路使用自动氩弧焊连接，保证气体存储装置的样品气浓度组分不受影响；钢瓶组内存放高纯氮气，氩气，氦气连接到气动控制中心，真空泵也连接到气动控制中心，用于对整条采样通道进行吹扫，抽真空，置换等操作提供准备。控制器通过发送控制信号至电磁阀，进而控制气动阀组的开启或者关闭，实现采样前的抽真空，吹扫，置换等操作，保证前后两次采样互不影响；之后控制继电器，触发色谱进行采样分析，整个过程一键完成。

且整个装置当前运行状态在显示器中显示；整个采样通道的压力通过压力变送器传送至控制器，并在显示器中的组态画面上实时显示。工作人员通过点击组态画面的开始按钮，整个装置开始工作，显示器中的组态画面会自动显示进行当前正在进行的步骤，整个流程层次分明。通过显示器中的组态画面的设置，增加定时采样功能，可定时自动对取样点进行取样分析，不需要人工操作。

本实施例提供的气体采样分析装置，实现相较之前的方式更加安全，工作人员不必去生产现场采集样气；且采集人为零干预，充分保证了分析样品组分人为因素的干扰，得到的结果更加真实；自动化程度高，工作效率高，整个过程只需工作人员在上位机平台上一键触发即可，不需要在进行任何操作，只需等待色谱分析结果即可，节省了大量的人力成本。

实施例二

为了更清楚的了解，本发明提供了电磁控制箱装置示意图，如图3所示。图3中的GLQ1-3表示过滤器；JZF表示截止阀；QDKZMB表示前端控制板；KTST表示卡套三通阀；YLBSQ表示压力变送器；BJJT表示变径接头1/4-1/8；HJST1-15表示焊接三通阀；YLB表示压力表；AV15表示抽真空气动阀；AV14表示置换气动阀；AV13表示采样气动阀；CF01表示继电器；AV1-AV10表示气体存储装置气动阀。

电磁阀控制箱内设有采样气动阀，置换气动阀，抽真空气动阀，气体存储装置电磁阀，且采样气动阀，置换气动阀，抽真空气动阀，气体存储装置电磁阀进行了合理布局。

下面，通过不同的工作方式，介绍气体采样分析装置的操作流程。

间歇釜汇流排和脱重汇流排取样时，截止阀JZF开通。

第一步，抽真空处理：AV15阀自动打开，当采样通道中的压力≤-0.100Pa，并保持5s后：AV15阀自动关闭；

第二步，置换气体处理：AV14阀自动打开，当采样通道中的压力稳定10s后，AV14阀自动关闭；

第三步，抽真空处理：AV15阀自动打开，当采样通道中的压力≤-0.100Pa，并保持5s后：AV15阀自动关闭；

第四步，置换气体处理：AV14阀自动打开，当采样通道中的压力稳定10s后，AV14阀自动关闭；

第五步，进样处理：AV1-AV5，AV8-AV10阀其中一个自动打开，当采样通道中的压力＞0，保持5s后，自动打开AV13；

第六步，色谱仪分析：样品气对采样通道进行吹扫300s，关闭第五步打开的AV1-AV5，AV8-AV10中的气动阀，当采样通道中的压力≤0.07Pa时，自动开启CF01，保持5S后，自动关闭CF01，自动关闭AV13；

第七步，抽真空处理：AV15阀自动打开，当采样通道中的压力≤-0.100Pa，并保持5s后：AV15阀自动关闭；自动取样过程结束。

脱轻汇流排取样时，截止阀JZF开通。

第一步，抽真空处理：AV15阀自动打开，当采样通道中的压力≤-0.100Pa，并保持5s后：AV15阀自动关闭；

第二步，置换气体处理：AV14阀自动打开，当采样通道中的压力稳定10s后，AV14阀自动关闭；

第三步，抽真空处理：AV15阀自动打开，当采样通道中的压力≤-0.100Pa，并保持5s后：AV15阀自动关闭；

第四步，置换气体处理：AV14阀自动打开，当采样通道中的压力稳定10s后，AV14阀自动关闭；

第五步，进样处理：AV6，AV7阀其中一个自动打开，当采样通道中的压 力＞0，保持5s后，自动打开AV13；

第六步，色谱仪分析：样品气对采样通道进行吹扫300s，关闭第五步打开的AV6，AV7阀中的气动阀，当采样通道中的压力≤0.07Pa时，自动开启CF01，保持5S后，自动关闭CF01，自动关闭AV13；

第七步，抽真空处理：AV15阀自动打开，当采样通道中的压力≤-0.100Pa，并保持5s后：AV15阀自动关闭；自动取样过程结束。

本实施例提供一种气体采样分析装置，所述装置通过对电磁阀、气动阀、继电器进行合理的布局，并通过控制器实现对气动阀、继电器开闭顺序的控制，实现采样管路吹扫，抽真空，置换，进样等所有过程一键完成。

实施例三

为达到上述目的，本发明还提供了一种气体采样分析方法，图4为本发明实施例的气体采样分析方法流程图，如图4所示，所述系统包括：

步骤401：控制器发送抽真空信号至真空泵电磁阀，所述真空泵电磁阀控制真空泵气动阀开启，对采样通道进行抽真空处理，待所述采样通道中的压力小于或等于-0.100Pa时，并且保持5秒钟后，关闭所述真空泵气动阀。

步骤402：所述控制器发送置换信号至置换电磁阀，所述置换电磁阀控制置换气动阀开启，对所述采样通道进行置换气体处理，待所述采样通道中的压力稳定，并保持10秒钟后，关闭所述置换气动阀。

步骤403：依次重复步骤401和步骤402中的内容。

步骤404：所述控制器发送进样信号至气体存储装置电磁阀，所述气体存储装置电磁阀控制气体存储装置气动阀开启，开始进样，待所述采样通道中的压力大于0Pa时，并保持5秒钟后，所述控制器发送采样信号至采样电磁阀，所述采样电磁阀控制采样气动阀的开启。

步骤405：待样品气吹扫所述采样通道300秒钟后，关闭所述气体存储装置气动阀，待所述采样通道中的压力小于或等于0.07Pa时，所述控制器发送触电信号至继电器，触发所述继电器开启，并通过所述继电器的开启控制色谱仪的开启，保持5秒钟后关闭所述继电器，关闭所述采样气动阀，等待色谱仪 出显示结果。

步骤406：所述控制器发送抽真空信号至所述真空泵电磁阀，所述真空泵电磁阀控制所述真空泵气动阀开启，并对所述采样通道进行抽真空处理，待所述采样通道中的压力小于或等于-0.100Pa时，并且保持5秒钟后，关闭所述真空泵气动阀，自动采样分析过程结束。

本实施例提供的气体采样分析方法，通过两次对采样通道进行抽真空和气体置换处理，保证了采样通道里面只是存在载性气体，防止因采样通道存在其他气体，影响高纯气体测量精度；通过自动控制采样气动阀和触点气动阀，实现全自动采样分析高纯气体，且经过多次试验总结，精确的设置了控制时间和压力，提高了气体的测量精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种气体采样分析装置，其特征在于，所述气体采样分析装置包括：气体存储装置、采样通道、气动控制装置以及色谱仪；所述气体存储装置通过所述采样通道与所述色谱仪连接；所述气动控制装置包括：气动阀组、控制器以及继电器；所述气动阀组包括：钢瓶组气动阀、真空泵气动阀以及采样气动阀；所述控制器用于通过控制所述钢瓶组气动阀的方式来控制所述采样通道进行气体置换，通过控制所述真空泵气动阀的方式来控制所述采样通道进行抽真空处理，通过控制所述采样气动阀的方式来控制所述采样通道进行气体采样，通过控制所述继电器的方式来控制所述色谱仪进行气体分析。

2.根据权利要求1所述气体采样分析装置，其特征在于，所述装置还包括钢瓶组；所述钢瓶组通过钢瓶管路与所述钢瓶组气动阀连接，用于提供置换的气体；所述钢瓶组内存放高纯的氮气、氩气或者氦气。

3.根据权利要求1所述气体采样分析装置，其特征在于，所述装置还包括真空泵；所述真空泵通过真空管路与所述真空泵气动阀连接，用于对所述采样通道进行抽真空。

4.根据权利要求1所述的气体采样分析装置，其特征在于，所述装置还包括，压力变送器；所述压力变送器安装在所述采样通道上，用于采集所述采样通道上的压力值。

5.根据权利要求4所述的气体采样分析装置，其特征在于，所述装置还包括，显示器；所述显示器内设组态软件，与多个所述压力变送器连接，用于显示所述装置当前运行状态。

6.根据权利要求1所述的气体采样分析装置，其特征在于，所述采样通道为不锈钢管路通道。

7.根据权利要求1所述气体采样分析装置，其特征在于，所述气动控制装置，还包括，抽真空电磁阀、置换电磁阀以及采样电磁阀；所述抽真空电磁阀与所述抽真空气动阀连接；所述置换电磁阀与所述置换气动阀连接；所述采样电磁阀与所述采样气动阀连接。

8.根据权利要求1所述的气体采样分析装置，其特征在于，所述控制器包括DCS控制器和PLC控制器，用于控制所述气体采样分析装置实现气体全自动采样与分析。

9.根据权利要求1所述的气体采样分析装置，其特征在于，所述气动阀组还包括，气体存储装置气动阀；所述气体存储装置气动阀，用于控制所述气体存储装置中气体的传输。

10.一种气体采样分析方法，所述气体采样分析方法应用于权利要求1-9中任一项所述的一种气体分析采样装置，其特征在于，所述气体分析方法，包括：

第一步，控制器发送抽真空信号至真空泵电磁阀，所述真空泵电磁阀控制真空泵气动阀开启，对采样通道进行抽真空处理，待所述采样通道中的压力小于或等于-0.100Pa时，并且保持5秒钟后，关闭所述真空泵气动阀；

第二步，所述控制器发送置换信号至置换电磁阀，所述置换电磁阀控制置换气动阀开启，对所述采样通道进行置换气体处理，待所述采样通道中的压力稳定，并保持10秒钟后，关闭所述置换气动阀；

第三步，依次重复第一步和第二步中的内容；

第四步，所述控制器发送进样信号至气体存储装置电磁阀，所述气体存储装置电磁阀控制气体存储装置气动阀开启，开始进样，待所述采样通道中的压力大于0Pa时，并保持5秒钟后，所述控制器发送采样信号至采样电磁阀，所述采样电磁阀控制采样气动阀的开启；

第五步，待样品气吹扫所述采样通道300秒钟后，关闭所述气体存储装置气动阀，待所述采样通道中的压力小于或等于0.07Pa时，所述控制器发送触电信号至继电器，触发所述继电器开启，并通过所述继电器的开启控制色谱仪的开启，保持5秒钟后关闭所述继电器，关闭所述采样气动阀，等待色谱仪出显示结果；

第六步，所述控制器发送抽真空信号至所述真空泵电磁阀，所述真空泵电磁阀控制所述真空泵气动阀开启，并对所述采样通道进行抽真空处理，待所述采样通道中的压力小于或等于-0.100Pa时，并且保持5秒钟后，关闭所述真空泵气动阀，自动采样分析过程结束。