CN112881290B - 一种用于激光在线检测气体的配气系统及应用方法 - Google Patents

一种用于激光在线检测气体的配气系统及应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于激光在线检测气体的配气系统及应用方法，包括：两个以上的原气瓶；配气管道；储气箱；样品室；两个以上的集气瓶；各原气瓶分别通过管道连接至配气管道，配气管道连接至储气箱，储气箱通过管道分别连接至各集气瓶，各集气瓶通过管道分别连接至样品室；所述配气管道上连接有真空泵，真空泵连接至样品室。本发明能够满足多组不同配比的混合气体的配置；在样品室进行实验的同时能够进行下一组及后续组实验所需配气，实现在线配气；本配气系统布置于室内实验室，不受天气影响。

Description

一种用于激光在线检测气体的配气系统及应用方法
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种用于激光在线检测气体的配气系统及应用方法。
背景技术
气体杂质的检测对于能源利用有着重要意义，如电解水制氢领域氢气的纯度检测、核电厂气体流出物中放射性惰性气体的高灵敏度检测、以及聚变燃料循环中灰气中微量杂质气体组分的检测等。在氢能源利用领域，氢气储存与管道输运中氢气会被N2、Ar或O2污染从而影响氢燃料发动机的性能和寿命。对不同种标准或高纯气体样品进行混合分析时，需要配制不同比例的混合气体。
利用激光进行气体检测研究时，需要有系列的已知含量的标准混合样品，现有的激光在线检测气体装置多不含有配气系统，而是利用工业厂家提供的一定配比混合的气体作为参考气体，由于检测需要的多种配比的混合气体，因此大大增加了气体检测研究的成本。或是单独配制标准混合气体，大大增加了气体检测研究的繁琐性，自动化程度不够，效率低下，无法实现在线检测，难以满足现代技术发展下的检测要求。因此设计一种用于激光在线检测气体研究的配气系统与应用方法, 对于气体组分检测的研究无疑具有重大的意义。
近年来，随着激光器以及光电子学部件的发展，利用脉冲激光直接作用于气体样品分析混合气体杂质组分不仅检测速度快，而且具有较高的灵敏度。
因此，针对激光在线检测气体研究领域，开展配气系统的创新研究与应用方法开发，对于气体的准确检测具有重要的意义。
目前现有技术中已经出现了各种配气装置，例如公开号为CN108970429的中国发明专利文献公开了一种低浓度标准气体的配气装置，包括气体发生组件和稀释配气组件，能实现不同配比的标准气体，其气体发生组件包括主气室，主气室为气袋，该发明针对单独的标准气体配制有效，但气袋无法适用于具有高能量的激光检测系统。
公开号为CN103341330的中国专利文献公开了一种气体检测系统用标准气体配气装置。包括气体瓶系统、原料气输送管合混合室，可以输出并收集标准气体，但无法实现在线检测。因此已有的发明在针对激光在线检测气体研究领域不能使用，存在局限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于激光在线检测气体的配气系统及应用方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于激光在线检测气体的配气系统，其包括：
两个以上的原气瓶，各原气瓶中储存不同的配气；
配气管道；
储气箱；
样品室；
两个以上的集气瓶；
各原气瓶分别通过管道连接至配气管道，配气管道连接至储气箱，储气箱通过管道分别连接至各集气瓶，各集气瓶通过管道分别连接至样品室；
所述配气管道上连接有真空泵，真空泵连接至样品室，该真空泵与样品室、储气箱以及各集气瓶形成循环气路。
本发明的有益效果是：不同集气瓶可以储存不同的配气，当样品室在进行第一组实验时，配气装置在线配制另外两组实验所需气体，并储存在集气瓶中。当第一组气体实验完毕，开关控制器可以随时打开集气瓶进行输气，迅速进行第二组实验。
进一步的，所述配气系统包括三个原气瓶，分别为第一原气瓶，第二原气瓶、第三原气瓶，所述第一原气瓶接有第一输气管，第一输气管上接有第一控制阀，所述第二原气瓶接有第二输气管，第二输气管上接有第二控制阀，所述第三原气瓶接有第三输气管，第三输气管上接有第三控制阀，所述第一输气管、第二输气管、第三输气管连接至配气管道，所述配气管道接有第四控制阀和第五控制阀，第四控制阀和第五控制阀之间连接有第四输气管，所述第四输气管上设有第六控制阀，所述第六控制阀上方连接有真空泵，所述真空泵通过第五输气管与样品室相连，所述第五输气管上接有第七控制阀，所述第五控制阀后端接储气箱，所述储气箱通过第六输气管向第一集气瓶输气，所述第一集气瓶通过第九输气管提供配气至样品室，所述储气箱通过第七输气管向第二集气瓶输气，所述第二集气瓶通过第十输气管提供配气至样品室，所述储气箱通过第八输气管向第三集气瓶输气，所述第三集气瓶通过第十一输气管提供配气至样品室，所述第九输气管上连接有第八控制阀，所述第十输气管上连接接有第九控制阀，所述第十一输气管上连接有第十控制阀。
进一步的，所述第一输气管、第二输气管和第三输气管通过流量控制器控制流量，所述流量控制器连接有第一显示屏。
进一步的，所述第六输气管、第七输气管和第八输气管通过开关控制器控制开闭。
进一步的，所述样品室为正方体，样品室的外壁上设有观察窗口、反射窗口、聚焦镜头和收集镜头。
进一步的，所述观察窗口与聚焦镜头和收集镜头均成90°，所述反射窗口与聚焦镜头正对面设置。
进一步的，所述储气箱接有压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器均连接至温度压力控制器，所述温度压力控制器连接有第二显示屏、温度调节装置和压力调节装置，所述温度调节装置和压力调节装置分别与样品室连接。
进一步的，所述储气箱连接有第一报警器，所述样品室连接有第二报警器。
进一步的，所述样品室由高强度铝合金材质成型。
采用上述进一步方案的有益效果是：（1）第一输送管道连接的流量控制器及显示屏，可以实时地观察并调节各原气的流量；（2）压力传感器和温度传感器可以对储气箱中气体进行温度和压力的检测，并通过第二显示屏和温度压力控制器实时显示并调节；（3）真空泵与样品室、储气箱以及三个集气瓶形成的循环气路可以加快配气速度；（4）样品室与储气箱设置的报警器可以在样品室压力或者温度过高时发出警报并自动停止，保证配气与实验的安全性；（5）样品室带有的聚焦镜头可有效地将激光聚焦于样品室内与气体进行相互作用，带有的收集镜头可有效地收集气体与激光相互作用后产生的等离子体发射光谱，并输出至光谱分析设备如光谱仪等；（6）样品室的观察窗口与聚焦镜头和收集镜头均成90°，在观察激光与样品作用所产生的等离子体形状时无危险性；（7）样品室聚焦镜头对面的室壁设有反射窗口，可以提高光通量，提高气体样品中各元素的检出能力。
本发明一种用于激光在线检测气体的配气系统的应用方法，其包括以下步骤：
步骤一，打开第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀、第八控制阀、第九控制阀、第十控制阀，并打开真空泵，利用真空泵对整个配气系统的管道及储气箱、集气瓶、样品室进行抽真空；
步骤二，关闭第六控制阀、第七控制阀、第八控制阀、第九控制阀、第十控制阀，打开第一控制阀、第二控制阀，将两种原气通入配气管道进行第一组配气，并通入储气箱；其间可在流量控制器外接的第一显示屏进行原气的流量调节；
步骤三，通过开关控制器打开第六输气管将配气导入第一集气瓶，导入后关闭第六输气管，打开第八控制阀，第一集气瓶中的第一组配气对样品室供气；
步骤四，通过压力传感器对储气箱、样品室中的压力进行检测，温度传感器对储气箱、样品室中的温度进行检测，并显示在第二显示屏；
步骤五，通过温度压力控制器控制温度调节装置对样品室温度进行调节，通过温度压力控制器控制压力调节装置对样品室压力进行调节；
步骤六，压力、温度调节完毕，关闭所有控制阀，样品室进行气体实验；所述样品室能够进行两种模式实验，包括侧向收光模式和同向收光模式。
步骤七，进行第二组配气，通过开关控制器闭合第七输气管，并打开第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀，利用真空泵对配气管道、第一输气管、第二输气管、第三输气管、储气箱、第二集气瓶进行抽真空；
步骤八，打开第一控制阀、第三控制阀，将两种原气通入配气管道进行第一组配气，并通入储气箱，其后续步骤同步上述步骤三、步骤四、步骤五、步骤六。
本发明的有益效果是：（1）能够满足多组不同配比的混合气体的配置；（2）在样品室进行实验的同时能够进行下一组及后续组实验所需配气，实现在线配气；（3）本配气系统布置于室内实验室，不受天气影响；（4）本配气系统带有流量控制器、温度压力控制器，自动化、智能化较高。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明配气系统的示意图；
图2为样品室的正视图；
图3为样品室的侧视图；
图4为样品室侧向收光模式的示意图；
图5为样品室同向收光模式的示意图。
实施方式
如图1-5所示，本发明为一种用于激光在线检测气体的配气系统，所述配气系统包括第一原气瓶1，第二原气瓶2、第三原气瓶3，所述第一原气瓶1接有第一输气管7，第一输气管7上接有第一控制阀4，所述第二原气瓶2接有第二输气管8，第二输气管8上接有第二控制阀5，所述第三原气瓶3接有第三输气管9，第三输气管9上接有第三控制阀6，所述第一输气管7、第二输气管8、第三输气管9通过流量控制器33控制流量，所述流量控制器33接有第一显示屏34；所述第一输气管7、第二输气管8、第三输气管9连接至配气管道10，所述配气管道10接有第四控制阀11和第五控制阀12，第四控制阀11和第五控制阀12之间连接有第四输气管15，所述第四输气管15上设有第六控制阀14，所述第六控制阀14上方连接有真空泵16，所述真空泵16通过第五输气管17与样品室19相连，所述第五输气管17上接有第七控制阀18，所述第五控制阀12后接有储气箱13，所述储气箱13通过第六输气管20向第一集气瓶23输气，所述第一集气瓶23通过第九输气管29提供配气至样品室19，所述储气箱13通过第七输气管21向第二集气瓶24输气，所述第二集气瓶24通过第十输气管30提供配气至样品室19，所述储气箱13通过第八输气管22向第三集气瓶25输气，所述第三集气瓶25通过第十一输气管31提供配气至样品室19。所述第六输气管20、第七输气管21、第八输气管22通过开关控制器32控制开闭。所述第九输气管29上连接有第八控制阀26，所述第十输气管30上连接接有第九控制阀27，所述第十一输气管31上连接有第十控制阀28。
所述储气箱13接有第一报警器41、温度传感器35、压力传感器36，所述温度传感器35、压力传感器36接至温度压力控制器37，所述温度压力控制器37通过控制压力调节装置40、温度调节装置39，对样品室19压力和温度进行调节控制。所述样品室接有第二报警器42，所述温度压力控制器37接有第二显示屏38。其中，第一显示屏34和第二显示屏38均为触控显示屏。
所述样品室19正面设有第一进气口19-1、第二进气口19-2、第三进气口19-3，三个进气口分别与第一集气瓶23、第二集气瓶24和第三集气瓶25连接，三个进气口上方设有观察窗口19-4；所述样品室19右侧面设有聚焦镜头19-5，左侧面设有反射窗口19-7；所述样品室19顶部设有收集镜头19-6。
为了保证样品室19的强度，样品室19由高强度铝合金材质成型。
本发明提供了一种用于激光在线检测气体的配气系统应用方法：具体包括以下步骤：
步骤一，打开第四控制阀11、第五控制阀12、第六控制阀13、第七控制阀18、第八控制阀26、第九控制阀27、第十控制阀28，并打开真空泵16，利用真空泵16对第一输气管7、第二输气管8、第三输气管9、配气管道10、第四输气管15、第五输气管17、第六输气管20、第七输气管21、第八输气管22、第九输气管29、第十输气管30、第十一输气管31及储气箱13、第一集气瓶23、第二集气瓶24、第三集气瓶25、样品室19进行抽真空；
步骤二，关闭第六控制阀14、第七控制阀18、第八控制阀26、第九控制阀27、第十控制阀28，打开第一控制阀4、第二控制阀5，将两种原气通入配气管道10进行第一组配气，并通入储气箱13。可在流量控制器33外接的第一显示屏34进行原气的流量调节；
步骤三，通过开关控制器32打开第六输气管20将配气导入第一集气瓶23，导入后关闭第六输气管20。打开第八控制阀22，第一集气瓶23中的第一组配气对样品室19供气；
步骤四，通过压力传感器36对储气箱13、样品室19中的压力进行检测，温度传感器35对储气箱13、样品室19中的温度进行检测，并显示在第二显示屏38；
步骤五，通过温度压力控制器37控制温度调节装置39对样品室19温度进行调节，通过温度压力控制器37控制压力调节装置40对样品室19压力进行调节；
步骤六，压力、温度调节完毕，关闭所有控制阀，样品室19可进行气体实验；
步骤七，进行第二组配气，通过开关控制器32闭合第七输气管21，并打开第四控制阀11、第五控制阀12、第六控制阀14，利用真空泵16对配气管道10、第一输气管7、第二输气管8、第三输气管9、储气箱13、第二集气瓶24进行抽真空；
步骤八，打开第一控制阀4、第三控制阀6，将两种原气通入配气管道10进行第二组配气，并通入储气箱13。可在流量控制器33外接的第一显示屏34进行原气的流量调节，后续步骤同步上述骤三、步骤四、步骤五、步骤六；
对于样品室19本发明可以进行侧向收光模式和同向收光模式两种收光模式。激光检测对不同元素有着不同的检测限，本发明可以针对不同的气体元素可以选择不同的模式进行检测，提高激光检测精度，灵活性较高。
上面结合附图对本发明的实施加以描述，但是本发明不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式是示意性而不是加以局限本发明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种用于激光在线检测气体的配气系统的应用方法，其特征在于：配气系统包括：
两个以上的原气瓶，各原气瓶中储存不同的配气；
配气管道；
储气箱；
样品室；
两个以上的集气瓶；
各原气瓶分别通过管道连接至配气管道，配气管道连接至储气箱，储气箱通过管道分别连接至各集气瓶，各集气瓶通过管道分别连接至样品室；
所述配气管道上连接有真空泵，真空泵连接至样品室，该真空泵与样品室、储气箱以及各集气瓶形成循环气路；
所述配气系统包括三个原气瓶，分别为第一原气瓶，第二原气瓶、第三原气瓶，所述第一原气瓶接有第一输气管，第一输气管上接有第一控制阀，所述第二原气瓶接有第二输气管，第二输气管上接有第二控制阀，所述第三原气瓶接有第三输气管，第三输气管上接有第三控制阀，所述第一输气管、第二输气管、第三输气管连接至配气管道，所述配气管道接有第四控制阀和第五控制阀，第四控制阀和第五控制阀之间连接有第四输气管，所述第四输气管上设有第六控制阀，所述第六控制阀上方连接有真空泵，所述真空泵通过第五输气管与样品室相连，所述第五输气管上接有第七控制阀，所述第五控制阀后端接储气箱，所述储气箱通过第六输气管向第一集气瓶输气，所述第一集气瓶通过第九输气管提供配气至样品室，所述储气箱通过第七输气管向第二集气瓶输气，所述第二集气瓶通过第十输气管提供配气至样品室，所述储气箱通过第八输气管向第三集气瓶输气，所述第三集气瓶通过第十一输气管提供配气至样品室，所述第九输气管上连接有第八控制阀，所述第十输气管上连接接有第九控制阀，所述第十一输气管上连接有第十控制阀；
所述应用方法包括以下步骤：
步骤一，打开第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀、第八控制阀、第九控制阀、第十控制阀，并打开真空泵，利用真空泵对整个配气系统的管道及储气箱、集气瓶、样品室进行抽真空；
步骤二，关闭第六控制阀、第七控制阀、第八控制阀、第九控制阀、第十控制阀，打开第一控制阀、第二控制阀，将两种原气通入配气管道进行第一组配气，并通入储气箱；其间可在流量控制器外接的第一显示屏进行原气的流量调节；
步骤三，通过开关控制器打开第六输气管将配气导入第一集气瓶，导入后关闭第六输气管，打开第八控制阀，第一集气瓶中的第一组配气对样品室供气；
步骤四，通过压力传感器对储气箱、样品室中的压力进行检测，温度传感器对储气箱、样品室中的温度进行检测，并显示在第二显示屏；
步骤五，通过温度压力控制器控制温度调节装置对样品室温度进行调节，通过温度压力控制器控制压力调节装置对样品室压力进行调节；
步骤六，压力、温度调节完毕，关闭所有控制阀，样品室进行气体实验；所述样品室能够进行两种模式实验，包括侧向收光模式和同向收光模式；
步骤七，进行第二组配气，通过开关控制器闭合第七输气管，并打开第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀，利用真空泵对配气管道、第一输气管、第二输气管、第三输气管、储气箱、第二集气瓶进行抽真空；
步骤八，打开第一控制阀、第三控制阀，将两种原气通入配气管道进行第一组配气，并通入储气箱，其后续步骤同步上述步骤三、步骤四、步骤五、步骤六。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光在线检测气体的配气系统的应用方法，其特征在于：所述第一输气管、第二输气管和第三输气管通过流量控制器控制流量，所述流量控制器连接有第一显示屏。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光在线检测气体的配气系统的应用方法，其特征在于：所述第六输气管、第七输气管和第八输气管通过开关控制器控制开闭。
4.根据权利要求1所述的一种用于激光在线检测气体的配气系统的应用方法，其特征在于：所述样品室为正方体，样品室的外壁上设有观察窗口、反射窗口、聚焦镜头和收集镜头。
5.根据权利要求4所述的一种用于激光在线检测气体的配气系统的应用方法，其特征在于：所述观察窗口与聚焦镜头和收集镜头均成90°，所述反射窗口与聚焦镜头正对面设置。
6.根据权利要求1所述的一种用于激光在线检测气体的配气系统的应用方法，其特征在于：所述储气箱接有压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器均连接至温度压力控制器，所述温度压力控制器连接有第二显示屏、温度调节装置和压力调节装置，所述温度调节装置和压力调节装置分别与样品室连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于激光在线检测气体的配气系统的应用方法，其特征在于：所述储气箱连接有第一报警器，所述样品室连接有第二报警器。
8.根据权利要求1所述的一种用于激光在线检测气体的配气系统的应用方法，其特征在于：所述样品室由高强度铝合金材质成型。
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