CN111751325A - 激光气体分析装置及其流量测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光气体分析装置及其流量测控系统。该流量测控系统包括：气源装置，气源装置上设有用于导入扫气的导气口；分流装置，分流装置与导气口连通，且分流装置上设有至少一组分流通道；以及流量输出装置，流量输出装置配置为多组，并通过第一气管一一对应连接于分流通道，且流量输出装置连通于扫气管道，以用于向扫气管道上输入扫气。激光气体分析装置，包括发射单元、接收单元和流量测控系统，待测气流管道设于发射单元和接收单元之间，其中，发射单元通过扫气管道连通于待测气流管道的一侧，接收单元通过扫气管道连通于待测气流管道的另一侧，流量测控系统连通于扫气管道。由此解决了扫气不稳定的技术问题。

Description

激光气体分析装置及其流量测控系统

技术领域

本发明涉及计量设备技术领域，具体涉及一种用于激光气体分析装置的流量测控系统以及使用该流量测控系统的激光气体分析装置。

背景技术

激光气体分析仪采用可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy，简称TDLAS技术)，TDLAS技术是一种高分辨率的光谱吸收技术，半导体激光穿过被测气体的光强衰减可用朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律表述。其中，气体浓度越高，对光的衰减也越大。因此，可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。

激光气体分析仪一般包括分别安装于过程气流管道的发射单元和接收单元(用于测量被测气体的激光光束)，以及用于分析处理光信号的信号处理单元。其工作原理是：发射单元发射一束单色激光光束穿过被测气体，与之相对应的接收单元对激光光束的透射光进行收集和接收，信号处理单元对获得的光信号进行分析处理来获得所需要测量的过程参数。应用时，可以把测量探头直接安装在所测量的过程气流管道(比如各种烟气管道)上，以便于实时在线分析各项过程参数，如工业过程气体的浓度、温度、压力和流速等。

而在某些应用场合，被测过程气体环境中可能会含有较高浓度的颗粒物(液态或者固态)，比如经水除尘后的转炉煤气通常为过饱和水，含有很多液态水滴，如果这些颗粒物附着在发射单元和接收单元的光学镜片上，导致光学镜片被污染而影响其透光率，致使分析仪无法正常测量。为了解决这个问题，通常会朝向发射单元与接收单元之间的过程气流管道中设置隔离镜片，并从该隔离镜片的左侧或者右侧通入吹扫气体以对光学镜片进行吹扫。但由于通入的吹扫气体流量不稳定，可能会致使被测气体的测量结果不准确。

因此，如何保证通入扫气的流量稳定性成了重要难题，对此需提出一种更为合理的技术方案，从而解决当前存在的技术问题。

发明内容

本发明提供一种激光气体分析装置及其流量测控系统，以解决现有技术中通入的扫气流量不稳定的问题。

为了实现上述效果，本发明采用技术方案为：

一种用于激光气体分析装置的流量测控系统，与于扫气管道连通，所述流量测控系统包括：

气源装置，所述气源装置上设有用于导入扫气的导气口；

分流装置，所述分流装置与所述导气口连通，且所述分流装置上设有至少一组分流通道；以及

流量输出装置，所述流量输出装置配置为多组，并通过第一气管一一对应连接于所述分流通道，且所述流量输出装置连通于所述扫气管道，以用于向所述扫气管道上输入扫气。

可选择地，所述流量输出装置包括第二气管、电子流量计和比例阀，所述电子流量计设于所述第二气管上；所述比例阀一端连通于所述分流通道，另一端通过所述第二气管连通所述扫气管道。

可选择地，所述比例阀为电磁阀，且所述电磁阀的出气端与分流通道连通，所述电磁阀的进气端与所述电子流量计连通。

可选择地，所述气源装置与所述分流装置之间还设有用于调节气体压力的减压阀。

可选择地，所述流量测控系统还包括：

检测模块，所述检测模块用于检测所述流量输出装置的当前流量；

调节模块，所述调节模块用于调节所述流量输出装置的流量开度；以及

控制模块，所述控制模块分别电连接所述检测模块和所述调节模块，以根据检测到的当前流量信息驱动所述调节模块控制所述流量输出装置的流量开度。

可选择地，所述控制模块为单片机或者PLC逻辑控制器。

可选择地，所述检测装置为电子流量计，所述调节模块为比例阀。

可选择地，所述流量测控系统还包括报警器，所述报警器电连接所述控制模块。

一种激光气体分析装置，用于检测待测气流管道中的气体浓度，包括发射单元、接收单元和上述所述的流量测控系统，所述待测气流管道设于所述发射单元和所述接收单元之间，其中，所述发射单元通过所述扫气管道连通于所述待测气流管道的一侧，所述接收单元通过所述扫气管道连通于所述待测气流管道的另一侧，所述流量测控系统连通于所述扫气管道。

可选择地，所述扫气管道上设有用于控制气流截止或者流通的开关阀，所述开关阀位于所述流量测控系统与所述待测气流管道之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

通过上述技术方案，可以朝向扫气管道的不同位置导入扫气，由此提高对待测气体进行稀释时的均匀性，并使得待测气体能够平稳地流动。这样一来，可以使得扫气管道中的待测气体大致保持一致，从而提高激光气体分析装置在测量时监测结果的可靠性。另外，由于扫气的流速和流量可以根据扫气管道的管径大小灵活控制，可以使扫气能够平稳有效地扫除沾附在光学镜片上的颗粒物，继而提高检测结果的准确性。通过本发明，免去扫气管道中导入扫气时的人工操作，实现完全智能控制，促进了行业技术的进步。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为激光气体分析装置在一种实施例中的结构示意图；

图2为流量测控系统的气路在一种实施例中的示意图；

图3为流量测控系统的气路在一种实施例中的连接示意图；

图4为控制电路的信号采集电路的连接示意图。

上述附图中，各标号的含义为：

1-气源装置，2-分流装置，31-电子流量计，32-检测模块，41-比例阀，42-调节模块，51-减压阀，52-开关阀，6-控制模块，7-扫气管道，8-待测气流管道，91-发射单元，92-接收单元，93-光学镜片。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于激光气体分析装置的流量测控系统，设置于扫气管道7上。图1至图4示出了其中一种具体实施方式。其中，所述的扫气可以是氮气、二氧化碳等任意合适的气体，具体以实际的应用场合为准，下文将以氮气的应用为例详述本公开。其中，扫气管道7为不锈钢材质(例如304、316L)。

参阅图1至图4所示，所述流量测控系统包括：气源装置1，所述气源装置1上设有用于导入扫气的导气口；分流装置2，所述分流装置2与所述导气口连通，且所述分流装置2上设有至少一组分流通道；以及流量输出装置，所述流量输出装置配置为多组，并通过第一气管一一对应连接于所述分流通道，且所述流量输出装置连通于所述扫气管道7，以用于向所述扫气管道7上输入扫气，这样一来，可以灵活地控制扫气的流通路径和扫气的导入量，从而满足不同的清扫需求。

通过上述技术方案，可以朝向扫气管道7的不同位置导入扫气，由此提高对待测气体进行稀释时的均匀性，并使得待测气体能够平稳地流动。这样一来，可以使得扫气管道7中的待测气体大致保持一致，从而提高激光气体分析装置在测量时监测结果的可靠性。另外，由于扫气的流速和流量可以根据扫气管道7的管径大小灵活控制，可以使扫气能够平稳有效地扫除沾附在光学镜片93上的颗粒物，继而提高检测结果的准确性。

在本公开中，分流装置为二位三通阀，且流量输出装置配置为两组。在其它实施例中，例如，当设置一组分流装置或者四组分流装置的情况下，分流装置还可以配置为其它结构，具体地，本领域技术人员可以根据扫气的导入量和应用环境灵活设置，本公开对此不做限制。

在本公开提供的具体实施方式中，参阅图1至图3所示，所述流量输出装置包括第二气管、电子流量计31和比例阀41，所述电子流量计31设于所述第二气管上；所述比例阀41一端连通于所述分流通道，另一端通过所述第二气管连通所述扫气管道7。其工作过程可以概括为：需导入扫气时，扫气从气源装置1导出，依次经过分流通道、第一气管、比例阀41和第二气管，最后，经由第二气管导入扫气管道7，可在扫气通入点形成一段“气障”，由此来阻止污染物与光学镜片93接触，避免污染光学镜片93。

基于比例阀41体积小、重量轻且结构简单的特点，可以便于对流量进行调节。并且比例阀41对负载变化也比较敏感，可便于对扫气的流量进行控制，继而在与其它控制单元连通时，实现对扫气压力和速度的无极调节。同时，比例阀41使用功率小、发热少、噪声低，且受温度变化的影响小，能够较好地使用于一些环境恶劣的场合。而通过电子流量计31，可以准确地检测出经过第二气管的扫气流量和流速，从而便于控制模块及时了解当前扫气的信息，实现对扫气管道7中扫气流速和流量的精确控制。需要说明的是，电子流量计31的输出信号可以是数字信号(即通讯方式)，也可以是模拟信号(比如4-20mA)，具体可以根据本领域技术人员预设的信号采集电路而定，本公开对此不做限制。

此外，参阅图2所示，电子流量计31和比例阀41还可以集成为一体。

在一种实施例中，所述比例阀41为电磁阀，且所述电磁阀的出气端与分流通道连通，所述电磁阀的进气端与所述电子流量计31连通。通过这种方式使电磁阀反向连接，可便于改变控制电路的输出电压来调整电磁阀的电源电压。由于是从电磁阀的出气端通入吹扫气，因此电磁阀在控制电路的控制下以及吹扫气的反向冲击力的作用下，可以实现0～100％的任意开度调节，继而实现对扫气流量的准确控制。

当然，比例阀41还可以配置为电磁阀、数字比例阀、电磁比例阀等任意合适的类型，具体可以根据本领域技术人员预设的控制电路而定，对此不做限制。电子流量计31如图1至图4所示，所述气源装置1与所述分流装置2之间还设有用于调节气体压力的减压阀51。这样，可以通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠扫气本身的能量，使出口压力自动保持稳定，从而有益于向扫气管道7中平稳地输入压力值大致恒定的扫气。

为了便于及时了解和控制扫气的流量，所述流量测控系统还包括：检测模块，所述检测模块用于检测所述流量输出装置的当前流量，从而及时地了解到流量的大小；调节模块，所述调节模块用于调节所述流量输出装置的流量开度，以实现对流量的调控；以及控制模块6，所述控制模块6分别电连接所述检测模块和所述调节模块，以根据检测到的当前流量信息驱动所述调节模块控制所述流量输出装置的流量开度。这样一来，可以实时了解到当前扫气的输入信息，实现了自动控制。

作为一种选择，所述控制模块6为单片机。在本公开中，可以选择型号为MC9S12XS256的单片机。当然，也可以选择型号为STM32F407VET6的单片机。当然，该控制模块6还可以为PLC逻辑控制器。对于其具体型号和类型，本领域技术人员可以根据实际需求灵活设置。此外，该控制模块6还可以是微控制单元(Microcontroller Unit，简称MCU)，还可以是中央处理器(Central Processing Unit/Processor，即CPU)，本公开对此均不作限制。

在一种具体实施例中，参阅图4所示，所述检测装置为电子流量计31，所述调节模块为比例阀41。在这种情况下，可以配置与该比例阀41相适配的控制电路，从而实现对比例阀41开度的无极调节；同时，还可以配置与电子流量计31相适配的信号采集电路，从而及时获知当前扫气的流量。这样一来，可以根据当前扫气的流量灵活地调节比例阀41阀门的开度，实现对扫气流量的修正。由于控制电路和信号采集电路均是常规电路，而且会随比例阀41和电子流量计31的配置方案不同而有所变化，本领域技术人员根据本发明构思可以进行常规性改进得到相应的控制电路和信号采集电路，故在此不做详述。

在本公开中，电子流量计31的型号为型号为CI-YC003。

此外，检测装置还可以为气体流量传感器，调节模块还可以为自力式平衡阀，对此亦不做限制。在此基础上，该流量测控系统还可以包括报警器，所述报警器电连接所述控制模块6。这样，当出现扫气停气或者吹扫气压力不足等情况时，控制器将驱动报警器发出报警，使工作人员能够及时维护并检修气源装置1、分流装置2或者流量输出装置，以保证扫气能够安全有效地输入扫气管道7。

根据本公开的第二方面，提供了一种激光气体分析装置，用于检测待测气流管道8中的气体浓度。例如在化工、焦化、制药、冶金、环保、食品等发酵过程监测气体浓度，也可以应用于生物反应器、堆肥处理、气体发生和残氧测量、自动惰封系统、离心机、沼气/填埋气体氧浓度监测。此外，还可以用于氧化过程监控。其中，图1至图4示出了其中一种具体实施方式。

参阅图1至图4所示，该激光气体分析装置包括发射单元91、接收单元92和本公开提供的第一方面所述的流量测控系统，所述待测气流管道8设于所述发射单元91和所述接收单元92之间，其中，所述发射单元91通过所述扫气管道7连通于所述待测气流管道8的一侧，所述接收单元92通过所述扫气管道7连通于所述待测气流管道8的另一侧，所述流量测控系统连通于所述扫气管道7。其中，在本公开中，发射单元91和接收单元92可以是通过法兰盘安装于扫气管道7，从而便于对发射单元91和接收单元92进行安装和维护。

这样一来，可以朝向扫气管道7的不同位置(参阅图1所示，扫气可以从A口导入，也可以从B口导入)导入扫气，由此提高对待测气体进行稀释时的均匀性，并使得待测气体能够平稳地流动。一方面，可以使得扫气管道7中的待测气体大致保持一致，从而提高激光气体分析装置在测量时监测结果的可靠性。另一方面，扫气在扫气管道7中形成一段“气障”，将光学镜片和待测气体隔离，防止待测气体中的颗粒物接触并污染镜片；还可以使扫气能够平稳有效地扫除沾附在光学镜片93上的颗粒物，继而提高检测结果的准确性。

在本公开提供的一种具体实施例中，所述扫气管道7上设有用于控制气流截止或者流通的开关阀52，所述开关阀52位于所述流量测控系统与所述待测气流管道8之间，从而便于在完成待测气体的测量工作后，停止向扫气管道7输入扫气。在本公开中，开关阀52为球阀。在其它实施例中，该开关阀52还可以是斜座阀或者电磁阀。对于开关阀52的具体规格和种类，本领域技术人员可以根据应用环境灵活设置，本公开对此不做限制。

以上即为本发明列举的实施方式，但本发明不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种用于激光气体分析装置的流量测控系统，与扫气管道(7)连通，其特征在于，所述流量测控系统包括：

气源装置(1)，所述气源装置(1)上设有用于导入扫气的导气口；

分流装置(2)，所述分流装置(2)与所述导气口连通，且所述分流装置(2)上设有至少一组分流通道；以及

流量输出装置，所述流量输出装置配置为多组，并通过第一气管一一对应连接于所述分流通道，且所述流量输出装置连通于所述扫气管道(7)，以用于向所述扫气管道(7)上输入扫气。

2.根据权利要求1所述的流量测控系统，其特征在于，所述流量输出装置包括第二气管、电子流量计(31)和比例阀(41)，所述电子流量计(31)设于所述第二气管上；所述比例阀(41)一端连通于所述分流通道，另一端通过所述第二气管连通所述扫气管道(7)。

3.根据权利要求2所述的流量测控系统，其特征在于，所述比例阀(41)为电磁阀，且所述电磁阀的出气端与分流通道连通，所述电磁阀的进气端与所述电子流量计(31)连通。

4.根据权利要求1所述的流量测控系统，其特征在于，所述气源装置(1)与所述分流装置(2)之间还设有用于调节气体压力的减压阀(51)。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的流量测控系统，其特征在于，所述流量测控系统还包括：

检测模块，所述检测模块(32)用于检测所述流量输出装置的当前流量；

调节模块，所述调节模块(42)用于调节所述流量输出装置的流量开度；以及

控制模块(6)，所述控制模块(6)分别电连接所述检测模块和所述调节模块，以根据检测到的当前流量信息驱动所述调节模块控制所述流量输出装置的流量开度。

6.根据权利要求5所述的流量测控系统，其特征在于，所述控制模块(6)为单片机或者PLC逻辑控制器。

7.根据权利要求5所述的流量测控系统，其特征在于，所述检测装置为电子流量计(31)，所述调节模块为比例阀(41)。

8.根据权利要求5所述的流量测控系统，其特征在于，所述流量测控系统还包括报警器，所述报警器电连接所述控制模块(6)。

9.一种激光气体分析装置，用于检测待测气流管道(8)中的气体浓度，其特征在于，包括发射单元(91)、接收单元(92)和如权利要求1～8中任一项所述的流量测控系统，所述待测气流管道(8)设于所述发射单元(91)和所述接收单元(92)之间，其中，所述发射单元(91)通过所述扫气管道(7)连通于所述待测气流管道(8)的一侧，所述接收单元(92)通过所述扫气管道(7)连通于所述待测气流管道(8)的另一侧，所述流量测控系统连通于所述扫气管道(7)。

10.根据权利要求9所述的激光气体分析装置，其特征在于，所述扫气管道(7)上设有用于控制气流截止或者流通的开关阀(52)，所述开关阀(52)位于所述流量测控系统与所述待测气流管道(8)之间。

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