CN110412223B - 一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定装置及方法，包括水气分离模块、气体检测单元及样品进样控制单元；打开检测主机，在气体泵作用下，水气分离模块中的气体在管路中循环；打开样品进样控制单元的第一旋转阀，关闭第二旋转阀，在气体分压的作用下，进入液体腔的低浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入气室，检测主机检测到甲烷气体含量变化；打开样品进样控制单元的第二旋转阀，关闭第一旋转阀，在气体分压的作用下，进入液体腔的高浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入气室，检测主机检测到甲烷气体含量变化；通过实时数据记录并计算得出响应和平衡时间，结构及操作简便，实用性强，给深海原位气体检测提供实时、可靠的参考。
Description
技术领域
本发明涉及水气分离设备的性能测定技术领域，特别涉及一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定装置及方法。
背景技术
为了进一步了解深海海洋地质沉积规律与海洋微生物的生存机制，海洋原位气体监测也由浅水研究迈入深水领域研究，深海原位气体检测技术与装备逐渐被广泛的运用于相关的研究中；其中，基于膜技术的气体检测装置占据目前深海相关装备中的绝大部分，基于膜技术的气体检测装置对水中溶解气体的响应和平衡特性是评判该装置效率的两个重要指标，这两个重要指标决定了检测结果的实时性和准确性；而目前针对膜装置的响应和平衡时间测定的装置及方法鲜有研究，无法准确判断水中溶解气体的响应和平衡特性，给海洋原位气体监测工作带来很大不便，因此，根据海洋仪器研发的需求，本发明提出一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定的装置及方法，为深海原位气体检测的实时性和准确性提供参考。
发明内容
针对现有技术的空白，本发明的目的在于提供一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定装置及方法，能够对现有基于膜技术的深海甲烷气体检测装置中膜结构的响应和平衡时间进行测定、评价，具有实时、准确及高效等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定装置，包括水气分离模块1，水气分离模块1一侧设置有气室10，气室10气体出口端与干燥管7一端相连，干燥管7的另一端与检测主机8进口端相连，检测主机8出口端与气体泵9入口端相连，气体泵9的出口端与气室10气体入口端相连；水气分离模块1的另一侧设置有液体腔11，液体腔11的液体入口端与蠕动泵2出口端相连接，蠕动泵2的入口端分别与第一旋转阀3、第二旋转阀4的出口端相连接；第一旋转阀3入口端与低浓度甲烷溶液罐5相连接，第二旋转阀4入口端与高浓度甲烷溶液罐6相连接。
所述检测主机8为picarro G2301 Gas Concentration Analyzer分析仪。
所述水气分离模块1的液体腔11及气室10之间设置有疏水透气膜。
一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定的方法，具体步骤包括：
步骤一：打开检测主机8和气体泵9，在气体泵9的真空压力和出口压力作用下，水气分离模块1气室10内的气体进入干燥管7入口，从干燥管7的出口进入检测主机8，检测后得到气体中甲烷气体的含量，在气体泵9的作用下，水气分离模块1中的气体在管路中循环；
步骤二：打开蠕动泵2，关闭第二旋转阀4，打开第一旋转阀3，则在蠕动泵2入口的压力下，低浓度甲烷溶液罐5中的低浓度甲烷溶液流过第一旋转阀3和蠕动泵2，进入水气分离模块1的液体腔11；在气体分压的作用下，进入水气分离模块1的液体腔11的低浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入水气分离模块1的气室10，检测主机8检测到甲烷气体含量变化，待数据稳定，记下浓度数据n1。
步骤三：打开第二旋转阀4，关闭第一旋转阀3，记下时间T1；在蠕动泵2入口的压力下，高浓度甲烷溶液罐6中的高浓度甲烷溶液流过第二旋转阀4、蠕动泵2，进入水气分离模块1的液体腔11；在气体分压的作用下，进入水气分离模块1液体腔11的高浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入水气分离模块1的气室10；
步骤四：待时间为T1+T时，关闭第二旋转阀4，打开第一旋转阀3，继续观察检测主机8检测数据变化，等待数据首次大于n1时，记下时间T2，待系统数据最大时，记下时间T3，待数据下降到n1时，记下时间T4；
其中，膜结构对甲烷气体的响应时间为T2-T1，对从低到高浓度的平衡时间为T3-T2，对于高浓度到低浓度的平衡时间为T4-T3。
由于本发明设置由蠕动泵2、第一旋转阀3、第二旋转阀4、低浓度甲烷溶液罐5与高浓度甲烷溶液罐6相连接构成的样品进样控制单元、由干燥管7、检测主机8和气体泵9相连接构成的气体检测单元及水气分离模块1，能够测定基于膜结构的水气分离装置的响应和平衡时间，具有实时性、准确性高的特点，可以判断装置对水中溶解气体的响应和平衡特性；本发明的测定方法步骤简洁，数据实时性、可靠性高，给海洋原位气体监测工作带来很大方便。
附图说明
图1是本发明装置的结构原理图。
图2是本发明装置的响应和平衡时间测量原理图。
图中：1、水气分离模块；2、蠕动泵；3、第一旋转阀；4、第二旋转阀；5、低浓度甲烷溶液罐；6、高浓度甲烷溶液罐；7、干燥管；8、检测主机；9、气体泵；10、气室；11、液体腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
参见图1：一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定的装置，包括水气分离模块1，水气分离模块1一侧设置有气室10，气室10气体出口端与干燥管7一端相连，干燥管7的另一端与检测主机8进口端相连，检测主机8出口端与气体泵9入口端相连，气体泵9的出口端与气室10气体入口端相连；在气体泵9的作用下，水气分离装置1中的气体在管路中循环；水气分离模块1的另一侧设置有液体腔11，液体腔11的液体入口端与蠕动泵2出口端相连接，蠕动泵2的入口端分别通过软管与第一旋转阀3、第二旋转阀4的出口端相连接；第一旋转阀3入口端与低浓度甲烷溶液罐5相连接，第二旋转阀4入口端与高浓度甲烷溶液罐6相连接。
所述水气分离模块1的液体腔11及气室10之间设置有疏水透气膜。
所述干燥管7、检测主机8和气体泵9构成气体检测单元。
所述蠕动泵2、第一旋转阀3、第二旋转阀4、低浓度甲烷溶液罐5相连接与高浓度甲烷溶液罐6构成样品进样控制单元。
参见图1、图2：一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定的方法，具体步骤包括：
步骤一：打开检测主机8和气体泵9，在气体泵9的真空压力和出口压力作用下，水气分离模块1气室10内的气体进入干燥管7入口，从干燥管7的出口进入检测主机8，检测后得到气体中甲烷气体的含量，在气体泵9的作用下，水气分离模块1中的气体在管路中循环；
步骤二：打开蠕动泵2，关闭第二旋转阀4，打开第一旋转阀3，则在蠕动泵2入口的压力下，低浓度甲烷溶液罐5中的低浓度甲烷溶液流过第一旋转阀3和蠕动泵2，进入水气分离模块1的液体腔11；在气体分压的作用下，进入水气分离模块1的液体腔11的低浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入水气分离模块1的气室10，CRDS检测主机8检测到甲烷气体含量变化，待数据稳定，记下浓度数据n1；
步骤三：关闭第一旋转阀3，打开第二旋转阀4，记下时间T1；在蠕动泵2入口的压力下，高浓度甲烷溶液罐6中的高浓度甲烷溶液流过第二旋转阀4、蠕动泵2，进入水气分离模块1的液体腔11；在气体分压的作用下，进入水气分离模块1液体腔11的高浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入水气分离模块1的气室10；
步骤四：待时间为T1+T时，关闭第二旋转阀4，打开第一旋转阀3，继续观察检测主机8检测数据变化，等待数据首次大于n1时，记下时间T2，待系统数据最大时，记下时间T3，待数据下降到n1时，记下时间T4；
其中，膜结构对甲烷气体的响应时间为T2-T1，对从低到高浓度的平衡时间为T3-T2，对于高浓度到低浓度的平衡时间为T4-T3。
本发明的工作原理为：通过设置水气分离模块1、样品进样控制单元和气体检测单元，在气体泵9的作用下，水气分离装置1中的气体在管路中循环；打开样品进样控制单元的第一旋转阀3，关闭第二旋转阀4，在气体分压的作用下，进入水气分离模块1的液体腔11的低浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入水气分离模块1的气室10，检测主机8检测到甲烷气体含量变化；打开样品进样控制单元的第二旋转阀4，关闭第一旋转阀3，在气体分压的作用下，进入水气分离模块1的液体腔11的高浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入水气分离模块1的气室10，检测主机8检测到甲烷气体含量变化；通过实时数据记录计算得出响应和平衡时间，给深海原位气体检测提供实时、可靠的参考。
Claims (2)
1.一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定方法，其特征在于：所使用的基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定装置包括水气分离模块(1)，水气分离模块(1)一侧设置有气室(10)，气室(10)气体出口端与干燥管(7)一端相连，干燥管(7)的另一端与检测主机(8)进口端相连，检测主机(8)出口端与气体泵(9)入口端相连，气体泵(9)的出口端与气室(10)气体入口端相连；水气分离模块(1)的另一侧设置有液体腔(11)，液体腔(11)的液体入口端与蠕动泵(2)出口端相连接，蠕动泵(2)的入口端分别通过软管与第一旋转阀(3)、第二旋转阀(4)的出口端相连接；第一旋转阀(3)入口端与低浓度甲烷溶液罐(5)相连接，第二旋转阀(4)入口端与高浓度甲烷溶液罐(6)相连接；所述水气分离模块(1)的液体腔(11)及气室(10)之间设置有疏水透气膜；
测定的具体步骤包括：
步骤一：打开检测主机(8)和气体泵(9)，在气体泵(9)的真空压力和出口压力作用下，水气分离模块(1)气室(10)内的气体进入干燥管(7)入口，从干燥管(7)的出口进入检测主机(8)，检测后得到气体中甲烷气体的含量，在气体泵(9)的作用下，水气分离模块(1)中的气体在管路中循环；
步骤二：打开蠕动泵(2)，关闭第二旋转阀(4)，打开第一旋转阀(3)，则在蠕动泵(2)入口的压力下，低浓度甲烷溶液罐(5)中的低浓度甲烷溶液流过第一旋转阀(3)和蠕动泵(2)，进入水气分离模块(1)的液体腔(11)；在气体分压的作用下，进入水气分离模块(1)的液体腔(11)的低浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入水气分离模块(1)的气室(10)，检测主机(8)检测到甲烷气体含量变化，待数据稳定，记下浓度数据n1；
步骤三：关闭第一旋转阀(3)，打开第二旋转阀(4)，记下时间T1；在蠕动泵(2)入口的压力下，高浓度甲烷溶液罐(6)中的高浓度甲烷溶液流过第二旋转阀(4)、蠕动泵(2)，进入水气分离模块(1)的液体腔(11)；在气体分压的作用下，进入水气分离模块(1)液体腔(11)的高浓度甲烷溶液透过膜结构，分离出甲烷气体进入水气分离模块(1)的气室(10)；
步骤四：待时间为T1+T时，关闭第二旋转阀(4)，打开第一旋转阀(3)，继续观察检测主机(8)检测数据变化，等待数据首次大于n1时，记下时间T2，待系统数据最大时，记下时间T3，待数据下降到n1时，记下时间T4；
其中，膜结构对甲烷气体的响应时间为T2-T1，对从低到高浓度的平衡时间为T3-T2，对于高浓度到低浓度的平衡时间为T4-T3。
2.根据权利要求1所述的一种基于阶跃脉冲的水气分离设备性能测定方法，其特征在于：
所述检测主机(8)为picarro G2301 Gas Concentration Analyzer分析仪。
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