CN109324005A - 紫外烟气分析仪的标定系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外烟气分析仪的标定系统及方法，其中，系统包括：多个气室，多个气室分别封装有第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体；标定组件，用于根据处于标定位置的目标气室的第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体对待标定烟气分析仪进行标定，其中，标定位置位于样气的光学吸收池及光源的同心共轴线上；控制模块，用于在接收标定指令后，根据标定指令控制多个气室中目标气室位于标定位置，并控制标定组件对一个或多个待标定烟气分析仪开始零点气体和/或量程气体的标定。该系使得烟气分析仪对气体的测量分析更加准确，并且能够大幅减少售后运维人员的维护工作量，保证烟气连续在线监测系统在现场运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及测控技术领域，特别涉及一种紫外烟气分析仪的标定系统及方法。
背景技术
目前，导致紫外烟气分析仪产生漂移的原因是多样的，常见的原因有光源部件和检测器件的损耗、镜片污染导致光强透过率衰减、光学元件随环境的温漂导致光谱的形变等原因。此时，需要对烟气分析仪进行零点和量程的校准才能让烟气分析仪回到正常的状态。
然而，校准往往需要售后或运维人员手动给烟气分析仪进行通入标准气体及操作分析仪才能完成，并且期间需要调节气路和手动开关标气瓶的减压阀等操作，不仅极大的增加了仪器设备的维护量，而且也常常因为售后运维人员不能及时到达现场导致标定过程不及时，从而导致仪器长期处于非正常状态运行，极大降低了仪器的可靠性，降低了数据分析的准确性。
发明内容
本发明是发明人基于以下认识做出的：
紫外烟气分析仪是对固定污染源排污口进行连续在线监测的分析仪器设备，通过不间断的24小时连续监测排污口气态污染污染物(SO2、NOx、O2等)的浓度，可以实现环保监查机构对固定污染源企业的排污状况的监测，同时企业也可以根据监测结构进行实时调节工况来避免气态污染物的超标排放给环境带来的伤害。
目前市场上的紫外烟气分析仪主要是紫外差分吸收方法。根据气体分子吸收的Beer-Lambert定律，光束穿过光学吸收池中的待测气体，由于气体对光的吸收作用，光的能量将发生衰减，被测气体在波长λ处对光的吸收，可用以下Beer-Lambert公式准确描述：
其中，I0(λ)为入射光在波长λ处相对强度；I(λ)为出射光在波长λ处相对强度；L为光程；Ci为第i种气体浓度；σi(λ)为第i种气体的吸收系数；ε(λ)为粒子散射等因素导致的消光系数。
当这些量已知后，痕量气体的浓度可由以下公式计算得出：
通过上述公式可得到浓度和光程的乘积可以唯一的通过上式计算得到。
本发明实施例的自动标定系统主要针对紫外烟气分析仪，主要基由紫外差分烟气分析仪采用的是连续光谱，其测量结果不受光强变化的影响，且可以同时实现多种气体的同时在线测量，故通过在光源和光学吸收池之间增加标定模块及方便高效地实现零点和多种量程气体的校准，而红外吸收原理的分析仪由于对光路稳定性有很高的要求，故该方法可能导致测量误差变大。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种紫外烟气分析仪的标定系统，该系统使得烟气分析仪对气体的测量分析更加准确，并且能够大幅减少售后运维人员的维护工作量，保证烟气连续在线监测系统在现场运行的可靠性。
本发明的另一个目的在于提出一种紫外烟气分析仪的标定方法。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种紫外烟气分析仪的标定系统，包括：多个气室，所述多个气室分别封装有第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体，标定组件，用于根据处于标定位置的目标气室的第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体对待标定烟气分析仪进行标定，其中，所述标定位置位于样气的光学吸收池及光源的同心共轴线上；控制模块，用于在接收标定指令后，根据所述标定指令控制所述多个气室中目标气室位于所述标定位置，并控制所述标定组件对一个或多个待标定烟气分析仪开始零点气体和/或量程气体的标定。
本发明实施例的紫外烟气分析仪的标定系统，采用了几个封装有烟气分析仪标定所需要的零点气体和量程气体的气室之间的自动化控制，可以实现无人值守的烟气分析仪的零点校准和量程校准流程，可以有效解决烟气分析仪标定的时效性问题，并减小标定过程对标准气体的需求和人工操作的依赖，有效减小烟气分析仪的漂移，从而使得烟气分析仪对气体的测量分析更加准确，并且能够大幅减少售后运维人员的维护工作量，保证烟气连续在线监测系统在现场运行的可靠性。
另外，根据本发明上述实施例的紫外烟气分析仪的标定系统还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：驱动组件，用于根据所述标定指令驱动所述多个气室中目标气室换位至所述标定位置，以通过光耦实现所述目标气室的位置定位。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述驱动组件包括：与所述控制模块相连的驱动电机。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：开关组件，用于在接收到所述标定指令后，关闭进样通道，并开启进气通道；进气装置，用于在开启所述进气通道后，向所述光学吸收池中泵入所述零点气体。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述开关组件为两位三通电磁阀，且进气装置为进气泵。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种紫外烟气分析仪的标定方法，用于上述实施例紫外烟气分析仪的标定系统，其中，方法包括以下步骤：接收标定指令；根据所述标定指令控制多个气室中目标气室位于标定位置；根据处于所述标定位置的目标气室的第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体对待标定烟气分析仪进行标定。
本发明实施例的紫外烟气分析仪的标定方法，采用了几个封装有烟气分析仪标定所需要的零点气体和量程气体的气室之间的自动化控制，可以实现无人值守的烟气分析仪的零点校准和量程校准流程，可以有效解决烟气分析仪标定的时效性问题，并减小标定过程对标准气体的需求和人工操作的依赖，有效减小烟气分析仪的漂移，从而使得烟气分析仪对气体的测量分析更加准确，并且能够大幅减少售后运维人员的维护工作量，保证烟气连续在线监测系统在现场运行的可靠性。
另外，根据本发明上述实施例的紫外烟气分析仪的标定方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，在接收所述标定指令后，还包括：根据所述标定指令驱动所述多个气室中目标气室换位至所述标定位置，以通过光耦实现所述目标气室的位置定位。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：在接收到所述标定指令后，关闭进样通道，并开启进气通道。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在开启所述进气通道后，还包括：向所述光学吸收池中泵入所述零点气体。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的紫外烟气分析仪的标定系统的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的多个气室的结构示意图；
图3为根据本发明一个具体实施例的紫外烟气分析仪的标定系统的结构示意图；
图4为根据本发明一个实施例的紫外烟气分析仪的标定方法的流程图。
附图标记说明：
标准气室1-4、零点位置5、气室安装模块6、氙灯灯泡8和光学吸收池12、进气口13和出气口14。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的紫外烟气分析仪的标定系统及方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的紫外烟气分析仪的标定系统。
图1是本发明一个实施例的紫外烟气分析仪的标定系统的结构示意图。
如图1所示，该紫外烟气分析仪的标定系统100包括：多个气室110、标定组件120和控制模块130。
其中，多个气室110分别封装有第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体。标定组件120用于根据处于标定位置的目标气室的第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体对待标定烟气分析仪进行标定，其中，标定位置位于样气的光学吸收池及光源的同心共轴线上。控制模块130用于在接收标定指令后，根据标定指令控制多个气室中目标气室位于标定位置，并控制标定组件对一个或多个待标定烟气分析仪开始零点气体和/或量程气体的标定。本发明实施例的系统100采用了几个封装有烟气分析仪标定所需要的零点气体和量程气体的气室之间的自动化控制，可以实现无人值守的烟气分析仪的零点校准和量程校准流程，从而使得烟气分析仪对气体的测量分析更加准确，并且能够大幅减少售后运维人员的维护工作量，保证烟气连续在线监测系统在现场运行的可靠性。
可以理解的是，多个气室110可以为多个标准气室，目标气室可以为特定标准气室，多个气室110其内部分别封装有已知浓度的零点气体和量程气体，当上位机发送自动标定命令时，通过控制模块130使得目标气室位于样气的光学吸收池及光源的同心共轴线上，并通过气室的等效气体浓度实现烟气分析仪的标定。本发明实施例通过自动地或手动可调地实现不同气室的位置定位和位置切换，从而实现零点标定和量程标定的多种标准气体的自动切换；在标定过程中光学吸收池始终保持为不影响测量的零点气体；在自动标定过程中不存在光源、光学吸收池及检测装置位置变动引起的系统误差。需要说明的是，光学吸收池可以是其他的类型的直通光学气室或折返型的多次反射池。
其中，如图2所示，多个气室110可以包括标准气室1、标准气室2、标准气室3和标准气室4。标准气室1内部密封有个1个大气压力的零点气体，一般性，可以选用氮气或零级空气作为零点气体。标准气室2内部密封有个1个大气压力的SO2标准浓度为C1的气体。标准气室3内部密封有个1个大气压力的NO标准浓度为C2的气体。标准气室4内部密封有个1个大气压力的其他待测气体，一般性地，可以选用NH3。当然，上述关于多个气室110的构成只是作为示例，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，在此不做具体限定。
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的系统100还包括：驱动组件。其中，驱动组件用于根据标定指令驱动多个气室中目标气室换位至标定位置，以通过光耦实现目标气室的位置定位。
在本发明的一个实施例中，驱动组件包括：与控制模块相连的驱动电机。
可以理解的是，驱动电机可以为驱动马达，在此不做具体限定。本发明实施例可以自动地实现不同气室的位置定位和位置切换，并且可通过光耦实现气室位置定位，进行通过软件控制电机马达实现多个气室中目标气室之间的位置切换，从而使得上位机在需要执行标定操作时，能自动切换目标气室移到光源模块和光学吸收池中间，从而实现测量过程和标定过程都处于同一套光路、光源及检测设备中。
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的系统100还包括：开关组件和进气装置。
其中，开关组件用于在接收到标定指令后，关闭进样通道，并开启进气通道。进气装置用于在开启进气通道后，向光学吸收池中泵入零点气体。
在本发明的一个实施例中，开关组件为两位三通电磁阀，且进气装置为进气泵。
可以理解的是，本发明实施例的系统100还包括一套与光学吸收池连接的两位三通电磁阀和进样泵在自动标定期间向光学吸收池中泵入零点气体；样气通过两位三通阀的常开通道进行进样，当进入自动标定流程时，两位三通阀常开通道关闭，常关通道打开，同时进样泵开始工作，这就使得光学吸收池在自动标定期间是空气，不会干扰自动标定流程。
进一步地，本发明实施例的系统100还包括标准气室安装模块。如图2所示，气室安装模块6通过夹心的方式将气室固定在指定位置，气室安装模块6通过一个零点位置5设计来确定各标准气室的方位，更具体的可通过光耦来定位寻找指定的标准气室以进行自动标定。
下面将通过具体实施例的方式对紫外烟气分析仪的标定系统100进行进一步阐述。
在本发明的第一具体实施例中，本发明实施例通过在光源和光程为L的光学吸收池中间加上多个气室，多个气室中有零点气体气室、浓度为C ppm的SO2气体气室和浓度为Cppm的NO气体气室。上位机发出标定命令后，通过光耦和电动马达的配合，依次将多个气室中的零点气体气室、SO2气室和NO气室定位到光源和光学吸收池中间，与此同时标定电磁阀的样气进样口关闭、零气进样口打开，进样泵在后级将干净的空气通过电磁阀打入光学吸收池，使光学吸收池中为稳定的零点气体后，上位机就可以发命令执行零点标定和量程标定操作了。
在标定过程完成后，进样泵关闭，电磁阀切换到样气进样口打开，同时将零点气体气室切换到光源和光学吸收池中间，这样不仅能使得气室中没有气体吸收不干扰光学吸收池中烟气的测量，同时还能消除气室窗片对光强损失所造成的系统误差。
在本发明的第二具体实施例中，如图3所示，多个气室110以如图2所示的标准气室1-4为例进行说明，光源以氙灯灯泡为例进行说明。每个标准气室1(2/3/4)是和氙灯灯泡8及光学吸收池腔体12共线的安装在一个轴向上，气室两端配合O型圈将准直透镜固紧，通过进气口13和出气口14使得光学吸收池12形成一个封闭的气室环境。
在自动标定零点状态时，通过光耦定位，将标准气室1自动定位到氙灯灯泡8和光学吸收池12之间，同时关闭样气进样电磁阀，打开自动标零泵13和自标定电磁阀14一定时间，保证气室中是干净的空气环境，同时软件执行自动标零动作；自动标零执行完成后，通过光耦定位，将标准气室2自动定位到氙灯灯泡8和光学吸收池12之间，来执行SO2自动标定功能。相同的方法，可以执行NO量程气体的标定。在该标定期间，需要一直保持光学吸收池12中是零点气体。
通过执行上述操作，则在标定过程中只有标准气室中存在相应的量程气体，由于标准气室和光学吸收池的光程长度不一样，由公式2可将标准气室中气体浓度等效为光学吸收池中量程气体的浓度；标准气室长度为l,光学吸收池的长度为L，则等效量程浓度可由公式3得到：
在得到标准气室的等效浓度后，可将该等效浓度写入烟气分析仪来当作该烟气分析仪的参考零点和参考量程。
在烟气分析仪正常测量烟气浓度时，烟气分析仪控制将零点气体气室定位在光源和光学吸收池中间，该操作可消除镜片对光强的衰减引起的系统误差，保证测量过程和标定过程是同样的状态。
下面对紫外烟气分析仪的标定系统100的原理进行详细阐述。
通过烟气分析仪测量所需的零点气室和多种量程气室，多个气室能够在执行自动标定操作时定位到光源和光学吸收池同心共轴的位置，与此同时连接在光学吸收池进气端的泵阀组合通过配合工作，向光学吸收池中吹扫零点气体，从而在不需要人工手动通零点及多种量程气体的情况下就能实现烟气分析仪的零点和量程的标定。标定过程完成后，再切换零点气体的气室在光源和光学吸收池同心共轴的位置，以此来消除标准气室窗片对光强损失所造成的系统误差。
综上，本发明实施例采用了几个封装有烟气分析仪标定所需要的零点气体和量程气体的气室之间的自动化控制，从而可以使得在不需要标气瓶通气的情况下准确快速的实现在烟气分析仪的零点校准和多种气体量程校准的流程，且该过程在同一个光路、光源及检测模块中，结构简单，并且可以消除由不同光路所导致的系统误差影响。由于气室安装在光源和光学吸收池之间，所以这种无人值守的自动标定方法同时适用于冷凝法烟气在线监测系统和热湿法烟气在线监测系统。
根据本发明实施例提出的紫外烟气分析仪的标定系统，采用了几个封装有烟气分析仪标定所需要的零点气体和量程气体的气室之间的自动化控制，可以实现无人值守的烟气分析仪的零点校准和量程校准流程，可以有效解决烟气分析仪标定的时效性问题，并减小标定过程对标准气体的需求和人工操作的依赖，有效减小烟气分析仪的漂移，从而使得烟气分析仪对气体的测量分析更加准确，并且能够大幅减少售后运维人员的维护工作量，保证烟气连续在线监测系统在现场运行的可靠性。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的紫外烟气分析仪的标定方法。
图4是本发明一个实施例的紫外烟气分析仪的标定方法的流程图。
如图4所示，该紫外烟气分析仪的标定方法包括以下步骤：
在步骤S401中，接收标定指令。
在步骤S402中，根据标定指令控制多个气室中目标气室位于标定位置。
在步骤S403中，根据处于标定位置的目标气室的第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体对待标定烟气分析仪进行标定。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在接收标定指令后，还包括：根据标定指令驱动多个气室中目标气室换位至标定位置，以通过光耦实现目标气室的位置定位。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：在接收到标定指令后，关闭进样通道，并开启进气通道。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在开启进气通道后，还包括：向光学吸收池中泵入零点气体。
需要说明的是，前述对紫外烟气分析仪的标定系统实施例的解释说明也适用于该实施例的紫外烟气分析仪的标定方法，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的紫外烟气分析仪的标定方法，采用了几个封装有烟气分析仪标定所需要的零点气体和量程气体的气室之间的自动化控制，可以实现无人值守的烟气分析仪的零点校准和量程校准流程，可以有效解决烟气分析仪标定的时效性问题，并减小标定过程对标准气体的需求和人工操作的依赖，有效减小烟气分析仪的漂移，从而使得烟气分析仪对气体的测量分析更加准确，并且能够大幅减少售后运维人员的维护工作量，保证烟气连续在线监测系统在现场运行的可靠性。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种紫外烟气分析仪的标定系统，其特征在于，包括：
多个气室，所述多个气室分别封装有第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体；
标定组件，用于根据处于标定位置的目标气室的第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体对待标定烟气分析仪进行标定，其中，所述标定位置位于样气的光学吸收池及光源的同心共轴线上；以及
控制模块，用于在接收标定指令后，根据所述标定指令控制所述多个气室中目标气室位于所述标定位置，并控制所述标定组件对一个或多个待标定烟气分析仪开始零点气体和/或量程气体的标定。
2.根据权利要求1所述的紫外烟气分析仪的标定系统，其特征在于，还包括：
驱动组件，用于根据所述标定指令驱动所述多个气室中目标气室换位至所述标定位置，以通过光耦实现所述目标气室的位置定位。
3.根据权利要求2所述的紫外烟气分析仪的标定系统，其特征在于，所述驱动组件包括：
与所述控制模块相连的驱动电机。
4.根据权利要求1所述的紫外烟气分析仪的标定系统，其特征在于，还包括：
开关组件，用于在接收到所述标定指令后，关闭进样通道，并开启进气通道；
进气装置，用于在开启所述进气通道后，向所述光学吸收池中泵入所述零点气体。
5.根据权利要求4所述的紫外烟气分析仪的标定系统，其特征在于，所述开关组件为两位三通电磁阀，且进气装置为进气泵。
6.一种紫外烟气分析仪的标定方法，其特征在于，用于如权利要求1-5任一项所述的紫外烟气分析仪的标定系统，其中，方法包括以下步骤：
接收标定指令；
根据所述标定指令控制多个气室中目标气室位于标定位置；以及
根据处于所述标定位置的目标气室的第一预设浓度的零点气体或第二预设浓度的量程气体对待标定烟气分析仪进行标定。
7.根据权利要求6所述的紫外烟气分析仪的标定方法，其特征在于，在接收所述标定指令后，还包括：
根据所述标定指令驱动所述多个气室中目标气室换位至所述标定位置，以通过光耦实现所述目标气室的位置定位。
8.根据权利要求6所述的紫外烟气分析仪的标定方法，其特征在于，还包括：
在接收到所述标定指令后，关闭进样通道，并开启进气通道。
9.根据权利要求8所述的紫外烟气分析仪的标定方法，其特征在于，在开启所述进气通道后，还包括：
向所述光学吸收池中泵入所述零点气体。
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