CN113514207B - 气体检测系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了气体检测系统及其检测方法，气体检测系统包括取样探头和检测器；本体设有通孔；混合装置具有第一通道、第二通道和第三通道和膨胀区，所述第一通道和第三通道间的夹角为钝角或平角，并分别连通所述膨胀区，所述第二通道连通所述膨胀区，所述第一通道和第二通道间的夹角为锐角或直角；流路切换模块具有进口、第一出口和第二出口，所述第一出口连通所述取样探头的入口，所述第二出口连通所述检测器的，所述流路切换模块用于使所述进口选择性地连通第一出口和第二出口；流量计分别用于计量所述进口的气体流量，以及所述第三通道出口的流量，所述第一通道内的流量。本发明具有检测准确等优点。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测，特别涉及气体检测系统及其检测方法。
背景技术
在线监测分析仪领域中一些特殊工况其强腐蚀性高湿度条件会对采样管路及系统造成不同程度的故障进而影响正常测量，而轻微的管道故障不明显，等到运维人员发现时往往系统接近崩溃甚至已经停止运行了。
为了检测管路是否存在故障，现有技术中采用的解决方法有以下几种：
现在普遍采用的方法是常规抽取式湿热直接进样的方法。该方法存在以下缺点：
1.大流量抽取会导致采样管路堵塞再加上恶劣工况条件容易导致探头腐蚀；
2.流速和压力波动大，会导致常规的烟气参数测量结果不准确，对测量值也有较大影响，且常规量程不能满足超高浓度气体的测量需求；
3.不能动态实时监测系统管路故障问题，只能靠增加维护检查频率来降低管道堵塞的风险；
4.对于探头至仪器的这一部分管路故障没有方便直观的检查方法，同时针对复杂的管路检查工作难度大大增加。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种气体检测系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
气体检测系统，气体检测系统包括取样探头和检测器；所述气体检测系统还包括：
本体，所述本体设有通孔；
混合装置，所述稀释装置具有第一通道、第二通道和第三通道和膨胀区，所述第一通道和第三通道间的夹角为钝角或平角，并分别连通所述膨胀区，所述第二通道连通所述膨胀区，所述第一通道和第二通道间的夹角为锐角或直角；气体依次穿过所述取样探头、通孔、第二通道、膨胀区和第三通道，之后进入所述检测器；
流路切换模块，所述流路切换模块具有进口、第一出口和第二出口，所述第一出口连通所述取样探头的入口，所述第二出口连通所述检测器的，所述流路切换模块用于使所述进口选择性地连通第一出口和第二出口；
流量计，所述流量计分别用于计量所述进口的气体流量，以及所述第三通道出口的流量，所述第一通道内的流量。
本发明的目的还在于提供了本发明的气体检测系统的检测方法，如管道故障的检测，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
根据本发明的气体检测系统的检测方法，所述检测方法为：
第一气体穿过第一通道后进入膨胀区，压力降低；
待测环境和所述膨胀区间具有压差，使得待测环境内的样气穿过所述取样探头，然后以音速通过所述通孔，之后穿过第二通道进入所述膨胀区，样气和第一气体混合后从所述第三通道排出；
比较流量(ν0·S+Q2)和流量Q3，ν0为音速，S为所述通孔的垂直于其中心轴线的截面积，为进入第一通道的第一气体的流量，Q3为排出所述第三通道的混合气的流量；
若(ν0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔有堵塞；
若(ν0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道的入口之间有泄漏点；
若(ν0·S+Q2)＝Q3，则系统正常。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.实时检测管路的状况；
利用各流量的比较，实时、准确地发现管路中存在的故障，如通孔会否堵塞，探头和检测器之间的管路是否存在泄漏点，有效地防止了采样探头长时间堵塞而被腐蚀，及时发现泄漏点等，相应地延长了使用寿命，提高了检测准确度；
利用参数的比较，进一步发现第三通道下游是否有残留等故障；
2.满足超高浓度气体的测量需求；
利用第一气体和混合装置的工作，实现了样气与第一气体的混合，之后在进入检测器检测，实现了对超高浓度气体的检测；
3.样气测量准确；
样气(以音速)定流量地通过通孔，实现了样气的准确定量，从而提高了后续测量的准确度。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的气体检测系统的结构简图；
图2是根据本发明实施例的气体检测系统的检测方法的流程图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1给出了本发明实施例的气体检测系统的结构示意图，如图1所示，所述气体检测系统为：
取样探头和检测器，所述取样探头适于安装在烟道等待测环境中，所述检测器采用光谱、质谱等检测仪器；
本体，所述本体设有通孔，该通孔由耐高温陶瓷或玻璃材质组成，通孔长度远远小于孔径；
混合装置，所述混合装置具有第一通道、第二通道和第三通道和膨胀区，所述第一通道和第三通道间的夹角为钝角或平角，并分别连通所述膨胀区，所述第二通道连通所述膨胀区，所述第一通道和第二通道间的夹角为锐角或直角；气体依次穿过所述取样探头、通孔、第二通道、膨胀区和第三通道，之后进入所述检测器；
流路切换模块，所述流路切换模块具有进口、第一出口和第二出口，所述第一出口连通所述取样探头的入口，所述第二出口连通所述检测器的，所述流路切换模块用于使所述进口选择性地连通第一出口和第二出口；
流量计，所述流量计分别用于计量所述进口的气体流量，以及所述第三通道出口的流量，所述第一通道内的流量。
为了降低颗粒物对混合装置及检测器的影响，进一步地，所述气体检测系统还包括：
过滤器，至少二级过滤器设置在所述取样探头内。
为了降低标气中颗粒物的影响以及降低标气压力影响，进一步地，所述气体检测系统还包括：
过滤器和减压阀，所述过滤器和减压阀设置在所述第二出口和检测器之间的管道上。
图2给出了本发明实施例的气体检测系统的检测方法的流程图，如图2所示，所述检测方法为：
第一气体(不含样气中的待测成分或含有的待测成分浓度已知)穿过第一通道后进入膨胀区，压力降低；
待测环境和所述膨胀区间具有压差，使得待测环境内的样气穿过所述取样探头，然后以音速通过所述通孔(实现了对样气的准确定量)，之后穿过第二通道进入所述膨胀区，样气和第一气体混合后从所述第三通道排出；
比较流量(ν0·S+Q2)和流量Q3，ν0为音速，S为所述通孔的垂直于其中心轴线的截面积，为进入第一通道的第一气体的流量，Q3为排出所述第三通道的混合气的流量；
若(ν0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔有堵塞；
若(ν0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道的入口之间有泄漏点；
若(ν0·S+Q2)＝Q3，则系统正常。
为了更精准地发现故障，进一步地，关闭样气，第二气体穿过第一通道后进入膨胀区，压力降低；
标气和所述膨胀区间具有压差，使得标气穿过所述取样探头，然后以音速通过所述通孔，之后穿过第二通道进入所述膨胀区，标气和第一气体混合后从所述第三通道排出，进入检测器，获得标气经过混合后的浓度C1；第一通道内第二气体的流量为Q2；
标气未经过所述通孔和混合装置而进入所述检测器，获得标气的浓度C2；
比较参数和参数/>
若(ν0·S+Q2)＝Q3，表明系统正常；
其它情况，表明系统故障，所述故障包括有泄漏点、堵塞。
为了精准地区别不同故障类型，进一步地，在所述其它情况中：
若(ν0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔有堵塞，所述第三通道下游的管道有气体残留；
若(ν0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道间具有泄漏点；
若(ν0·S+Q2)＝Q3，则所述第三通道下游的管道有气体残留；
若(ν0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔有堵塞；
若(ν0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道间具有泄漏点；
若(ν0·S+Q2)＝Q3，则所述第三通道下游的管道有泄漏点；
若(ν0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔堵塞；
若(ν0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道间具有泄漏点。
实施例2：
根据本发明实施例1的气体检测系统及其检测方法在烟道内烟气监测中的应用例。
在该应用例中，取样探头安装在烟道上，过滤精度较低的一过滤器和过滤精度较高的第二过滤器依次设置在取样探头内的流路上；本体设置在取样探头的出口，内部具有通孔，如截面积可调的通孔；流路切换模块采用三通阀，在第二出口和检测器之间的管道上依次设置过滤器和减压阀；第一气体和第二气体采用相同的气体，如高压氮气，不含有烟气中的待测成分，当然还可以使用待测成分浓度已知的气体替换。
图2给出了本发明实施例的气体检测系统的检测方法的流程图，如图2所示，所述检测方法为：
第一气体(不含样气中的待测成分或含有的待测成分浓度已知)穿过第一通道后进入膨胀区，压力降低；
烟道内和所述膨胀区间具有压差，使得烟气内的烟气穿过所述取样探头，经过二级过滤后以音速通过所述通孔(实现了对样气的准确定量)，之后穿过第二通道进入所述膨胀区，样气和第一气体混合后从所述第三通道排出；
比较流量(ν0·S+Q2)和流量Q3，ν0为音速，S为所述通孔的垂直于其中心轴线的截面积，为进入第一通道的第一气体的流量，Q3为排出所述第三通道的混合气的流量；
关闭样气，第二气体穿过第一通道后进入膨胀区，压力降低；
标气和所述膨胀区间具有压差，使得标气穿过所述取样探头，经过二级过滤后以音速通过所述通孔，之后穿过第二通道进入所述膨胀区，标气和第一气体混合后从所述第三通道排出，进入检测器，获得标气经过混合后的浓度C1；第一通道内第二气体的流量为Q2；
标气未经过所述通孔和混合装置而进入所述检测器，获得标气的浓度C2；
比较参数和参数/>
若(ν0·S+Q2)＝Q3，表明系统正常；
若(ν0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔有堵塞，所述第三通道下游的管道有气体残留；
若(ν0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道间具有泄漏点；
若(ν0·S+Q2)＝Q3，则所述第三通道下游的管道有气体残留，第三通道下游管路有高浓度气体残留，每个循环均会解析出一部分，即导致C1的浓度增大；
若(ν0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔有堵塞；
若(ν0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道间具有泄漏点；
若(ν0·S+Q2)＝Q3，则所述第三通道下游的管道有泄漏点；
若(ν0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔堵塞；
若(ν0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道间具有泄漏点。
可见，通过本专利技术方案，实时、精准地发现故障类型和故障点，还利用混合装置和通孔的组合，实现了样气的精准定量及其混合，实现了超高浓度样气的测量。
Claims (6)
1.根据气体检测系统的检测方法，所述气体检测系统包括取样探头和检测器；所述气体检测系统还包括：
本体，所述本体设有通孔；
混合装置，所述混合装置具有第一通道、第二通道和第三通道和膨胀区，所述第一通道和第三通道间的夹角为钝角或平角，并分别连通所述膨胀区，所述第二通道连通所述膨胀区，所述第一通道和第二通道间的夹角为锐角或直角；气体依次穿过所述取样探头、通孔、第二通道、膨胀区和第三通道，之后进入所述检测器；
流路切换模块，所述流路切换模块具有进口、第一出口和第二出口，所述第一出口连通所述取样探头的入口，所述第二出口连通所述检测器的，所述流路切换模块用于使所述进口选择性地连通第一出口和第二出口；
流量计，所述流量计分别用于计量所述进口的气体流量，以及所述第三通道出口的流量，所述第一通道内的流量；
所述检测方法为：
第一气体穿过第一通道后进入膨胀区，压力降低；
待测环境和所述膨胀区间具有压差，使得待测环境内的样气穿过所述取样探头，然后以音速通过所述通孔，之后穿过第二通道进入所述膨胀区，样气和第一气体混合后从所述第三通道排出；
比较流量(v0·S+Q2)和流量Q3，v0为音速，S为所述通孔的垂直于其中心轴线的截面积，Q3为排出所述第三通道的混合气的流量，Q2为第一通道内第二气体的流量；
若(v0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔有堵塞；
若(v0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道的入口之间有泄漏点；
若(v0·S+Q2)=Q3，则系统正常。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
关闭样气，第二气体穿过第一通道后进入膨胀区，压力降低；
标气和所述膨胀区间具有压差，使得标气穿过所述取样探头，然后以音速通过所述通孔，之后穿过第二通道进入所述膨胀区，标气和第一气体混合后从所述第三通道排出，进入检测器，获得标气经过混合后的浓度C1；
标气未经过所述通孔和混合装置而进入所述检测器，获得标气的浓度C2；
比较参数Q3/(v0·S)和参数C2/C1；
若Q3/(v0·S)= C2/ C1，(v0·S+Q2)=Q3，表明系统正常；
其它情况，表明系统故障，所述故障包括有泄漏点、堵塞。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，在所述其它情况中：
若Q3/(v0·S)＞C2/C1，(v0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔有堵塞，所述第三通道下游的管道有气体残留；
若Q3/(v0·S)＞C2/C1，(v0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道间具有泄漏点；
若Q3/(v0·S)＞C2/C1，(v0·S+Q2)=Q3，则所述第三通道下游的管道有气体残留；
若Q3/(v0·S)＜C2/C1，(v0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔有堵塞；
若Q3/(v0·S)＜C2/C1，(v0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道间具有泄漏点；
若Q3/(v0·S)＜C2/C1，(v0·S+Q2)=Q3，则所述第三通道下游的管道有泄漏点；
若Q3/(v0·S)=C2/C1，(v0·S+Q2)＞Q3，则所述通孔堵塞；
若Q3/(v0·S)=C2/C1，(v0·S+Q2)＜Q3，则所述通孔和第一通道间具有泄漏点。
4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述第一气体和第二气体是相同的气体。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述气体检测系统还包括：
过滤器，至少二级过滤器设置在所述取样探头内。
6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述气体检测系统还包括：
过滤器和减压阀，所述过滤器和减压阀设置在所述第二出口和检测器之间的管道上。
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