CN111443140A - 在线测量超低浓度voc的富集检测分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，包括：富集管和温度传感器；所述富集管采用不锈钢管，富集管内填充固体富集吸附粉末填料；温度传感器采用热电偶温度传感器，使用熔接点焊的方法，将热电偶的感温点与不锈钢富集管熔接成一体；富集管的两端使用两个开口的U型铜夹夹紧不锈钢富集管。本发明的有益效果：温度传感器采用热电偶温度传感器，使用熔接点焊的方法，将热电偶的感温点与不锈钢富集管熔接成一体。这样富集管的温度也就变成了热电偶感温点的温度，熔成一体的金属传热速度远远超过陶瓷温度传感器的速度，实现快速感应温度的功能。
Description
技术领域
本发明涉及VOC测量领域，具体涉及一种在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置。
背景技术
环保部门需要对越来越多的工业园区周边环境空气中挥发性有机污染物(简称VOC)进行在线连续监测。
环境空气中VOC成分浓度非常低，需要对待监测VOC污染因子进行低温富集、高温解析后送入色谱进行分析。
由于在线设备的连续工作和无人值守的特点，一般富集采样使用固体吸附材料填充的富集管作为吸附单元，低温条件下富集取样，瞬间(一般温升时间不超过5秒)高温加热富集管后打开载气，使用载气将富集吸附的VOC吹出来送入色谱柱分离进一步分析检测。
现有常见的富集管制作实现方法如下：
采用石英玻璃管作为富集管容器，两端使用石墨卡套接头连接不锈钢载气细管；石英管内填充富集吸附材料，玻璃管外壁缠绕电热丝、包裹导热绝缘的云母片；使用金属丝把有陶瓷外壳的温度传感器捆扎在石英玻璃管外壁检测温度。
这种方法的弊端如下：
结构中的石英玻璃、石墨卡套、不锈钢管材料种类多，在急剧升温的过程中，不同材料的温度膨胀系数不同，长时间使用会有漏气的问题
富集管的快速升温方式为给电热丝通电，在很短的时间内把石英玻璃管从室温加热到300度，热量传递路径为：电热丝发热传给云母片、云母片传给玻璃管，玻璃管升温的同时加热温度传感器的陶瓷壳。上述流程完成了从加热到感应温度的过程。
在上述过程中，云母片传递热量的效率较低，导致富集管的升温加热时间远远超过了5秒的理想时间；温度传感器与玻璃管的贴合不够紧密，温度传感器响应时间较长，导致传感器检测温度到300度的时候，富集管的瞬时温度可能已经超过400度了，而富集吸附材料的耐温上限不超过350度，这样极易导致富集吸附材料的高温失效变质。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，包括：
富集管和温度传感器；所述富集管采用不锈钢管，富集管内填充固体富集吸附粉末填料；温度传感器采用热电偶温度传感器，使用熔接点焊的方法，将热电偶的感温点与不锈钢富集管熔接成一体；富集管的两端使用两个开口的U型铜夹夹紧不锈钢富集管，U型铜夹远离所述富集管的一端使用导线连接至加热控制电路；富集管两端采用不锈钢卡套接头，所述不锈钢卡套接头用于连接富集管与毛细石英管，石英管远离所述富集管的一端连接六通阀。
在其中一个实施例中，所述不锈钢管是SS316L不锈钢管。
在其中一个实施例中，所述温度传感器的两根线连接至温度检测电路，温度检测电路与加热控制电路电气隔离，电路地线不共地。
在其中一个实施例中，所述不锈钢卡套接头是SS316L不锈钢卡套接头。
在其中一个实施例中，还包括：质量流量计，所述质量流量计用于计量富集时间段内通入富集管内的累积样气流量。
在其中一个实施例中，所述富集管内壁做硅烷化钝化处理。
在其中一个实施例中，所述富集管接通大电流低电压直流电源。
在其中一个实施例中，所述大电流是100A。
在其中一个实施例中，所述低电压是2V。
在其中一个实施例中，还包括：保温外壳。
本发明的有益效果：
温度传感器采用热电偶温度传感器，使用熔接点焊的方法，将热电偶的感温点与不锈钢富集管熔接成一体。这样富集管的温度也就变成了热电偶感温点的温度，熔成一体的金属传热速度远远超过陶瓷温度传感器的速度，实现快速感应温度的功能。
附图说明
图1是本发明在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置的结构示意图。
图2是本发明在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置中的U型铜夹子示意图。
图3是本发明在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置的动态结构示意图。
图4是本发明在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置处于富集采样状态示意图。
图5是本发明在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置处于高温解析状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
富集管采用SS316L不锈钢管，内壁做硅烷化钝化处理，减少对VOC的吸附；富集管内填充符合国标要求的固体富集吸附粉末填料。
温度传感器采用热电偶温度传感器，使用熔接点焊的方法，将热电偶的感温点与不锈钢富集管熔接成一体。这样富集管的温度也就变成了热电偶感温点的温度，熔成一体的金属传热速度远远超过陶瓷温度传感器的速度，实现快速感应温度的功能。
富集管靠近两侧位置使用两个开口的U型铜夹子夹紧不锈钢富集管，保证铜夹与富集管的良好导电连接，铜夹另一端使用导线连接至加热控制电路。
对不锈钢富集管接通大电流的低电压电源(比如2V,100A的直流电源)，由于不锈钢管本身有一定的电阻，大电流流过不锈钢富集管，即可产生巨大热量。
本结构的发热原理是电流流过富集管而自身产生的热量，没有电热丝发热传导的过程，自发热能够实现瞬间快速升温效果；由于流过不锈钢富集管各处的电流相同，富集管各处的发热量也相同，这样保证了富集管各处的升温均匀性；
富集管两端采用相同材质的SS316L不锈钢卡套接头，接头连接富集管与毛细石英管。石英管另一端连接至高温六通阀。
石英管的存在，保证了富集管与六通阀的电气绝缘特性，对不锈钢富集管通电的电流只流过富集管发热，不会被六通阀或其他金属件短路分流。
由于整个装置没有大体积的导热或加热铝件，不需要吸收大量的热量就可以快速升温，不需要释放大量的热就能够快速降温，故装置具有非常短的温度响应时间。
温度传感器的两根线连接至温度检测电路，温度检测电路与加热控制电路电气隔离，电路地线不共地。这样温度检测电路不会受到加热大电流回路的干扰，增加了温控的稳定性。
装置还包括保温外壳、降温模块、质量流量计。
当富集管需要富集采样的时候，关闭加热，打开降温模块(降温模块可以采用风扇等降温模块)，让富集管处于低温状态；关闭六通阀，此时样气经过六通阀、流经富集管、经过质量流量计后排出。质量流量计用于计量富集时间段内通入富集管内的累积样气流量，便于后面计算样气的浓度。
温度控制模块采集热电偶的温度传感器的信号，控制富集管加热或降温。
六通阀控制切换气体的流通路径，切换装置工作在采样或解析测量状态。
具体工作流程如下:
富集采样状态
温度控制模块关闭加热、打开降温模块，使富集管工作在低温条件下；
六通阀关闭，样气流经六通阀、采样富集管、质量流量计，富集管吸附样气中的VOC；
载气流经六通阀后进入色谱柱，把色谱柱吹洗干净，等待下一次测量。
高温解析状态
温度控制模块关闭降温、打开加热，使富集管工作在高温条件下；
六通阀打开，载气流经六通阀、采样富集管、色谱柱后进入检测器，检测器分析出测量结果后，根据质量流量计测量累积的样气流量，计算出单位体积下的样气浓度。
高温老化状态
载气将富集管内的富集VOC吹到色谱柱后，温控模块维持富集管高温状态几分钟，继续使用载气吹扫富集管，使富集管能够洗脱干净，准备下一次测量。
高温老化完成后，六通阀关闭，富集管加热关闭，降温打开，装置回到富集采样状态，进行下一个周期的测量。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，包括：
富集管和温度传感器。所述富集管采用不锈钢管，富集管内填充固体富集吸附粉末填料；温度传感器采用热电偶温度传感器，使用熔接点焊的方法，将热电偶的感温点与不锈钢富集管熔接成一体；富集管的两端使用两个开口的U型铜夹夹紧不锈钢富集管，U型铜夹远离所述富集管的一端使用导线连接至加热控制电路；富集管两端采用不锈钢卡套接头，所述不锈钢卡套接头用于连接富集管与毛细石英管，石英管远离所述富集管的一端连接六通阀。
2.如权利要求1所述的在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，所述不锈钢管是SS316L不锈钢管。
3.如权利要求1所述的在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，所述温度传感器的两根线连接至温度检测电路，温度检测电路与加热控制电路电气隔离，电路地线不共地。
4.如权利要求1所述的在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，所述不锈钢卡套接头是SS316L不锈钢卡套接头。
5.如权利要求1所述的在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，还包括：质量流量计，所述质量流量计用于计量富集时间段内通入富集管内的累积样气流量。
6.如权利要求1所述的在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，所述富集管内壁做硅烷化钝化处理。
7.如权利要求1所述的在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，所述富集管接通大电流低电压直流电源。
8.如权利要求7所述的在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，所述大电流是100A。
9.如权利要求7所述的在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，所述低电压是2V。
10.如权利要求1所述的在线测量超低浓度VOC的富集检测分析装置，其特征在于，还包括：保温外壳。
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| CN112595818A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-02 | 武汉微纳传感技术有限公司 | 一种增强型气体检测传感器 |
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