CN114384206A - 气体自动加标回收测试装置及监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体自动加标回收测试装置及监测系统和方法，所述气体自动加标回收测试装置包括样气采集回路、标气输入回路、中心控制器，以及与样气采集回路、标气输入回路连接的气体加标混合装置；所述样气采集回路包括依次连接的气溶胶过滤器、样气质量流量控制器和柱塞泵，用于采集环境空气作为样气；所述标气输入回路包括依次连接的标气质量流量控制器和标气储存罐，用于输入标准气体；所述气体加标混合装置的输出端通过电磁阀与气体在线分析仪连接；所述中心控制器用于控制气体加标回收测试，以实现自动测定加标回收率的功能。本发明在不改变气体在线分析仪软硬件的前提下，解决了自动测定加标回收率的技术难题，具有显著的技术效果。

Description

气体自动加标回收测试装置及监测系统和方法

技术领域

本发明属于气态污染物(大气)监测技术领域，具体涉及一种气体自动加标回收测试装置及监测系统和方法，适用于挥发性有机物(VOCs)等气体在线分析仪自动加标回收测试、干扰测试和日常质控等。

背景技术

为了防治环境空气污染，我国已建成全世界最密集的空气质量自动监测网络，包括常规空气质量监测网络、颗粒物组分监测网络、光化学组分监测网络、温室气体监测网络等。这些监测网络涉及到各类气体在线分析仪，包括VOCs(挥发性有机物)、PAN(过氧乙酰硝酸脂)、NOy(含活性氮的化合物)、NH₃(氨气)、HCHO(甲醛)、HONO(亚硝酸)、SO₂(二氧化硫)、NOx(氮氧化物)、CO(一氧化碳)、O₃(臭氧)、NMHC(非甲烷总烃)、CH₄(甲烷)、CO₂(二氧化碳)等气体在线分析仪。

目前，监测网络内各类气体在线分析仪通过站点内所配套的动态校准仪开展日常质控，仅能执行零点和通标检查或校准，获得是在纯净零气和标气条件下的质控结果，无法真实反映其在复杂气态污染物条件下测试准确度，如相对湿度、复杂成分等因素。同时，随着我国空气质量污染防治迈向精细化管控，精准测量VOCs等各种气态污染物是关键，但环境空气中复杂条件对VOCs等各种气态污染物的精准测量带来了极大的挑战。

由此可见，为了提高VOCs等气态污染物监测数据质量控制水平，掌握环境空气中复杂条件对气体在线分析仪测量结果的影响，及时发现异常，提升在线监测数据的准确性、可靠性，就迫切需要研创一种能解决上述难题且能普遍推广的新技术。

发明内容

针对现有技术的不足和气体自动加标回收测试技术的空白，本发明提供了一种气体自动加标回收测试装置及监测系统和方法，以解决各类气体在线分析仪无法自动加标回收测试的技术难题，便于动态跟踪和掌握VOCs等气体在线分析仪测量环境空气样品准确度水平，提高VOCs等气体在线分析仪质量控制水平，实现精准测量。

其中，加标回收是指在原测定的样品基础上加入一定量的标准样品，然后根据加入的标准样品及测定结果的比值计算回收率的测试方法。

本发明所采用的技术方案：

一种气体自动加标回收测试装置，包括样气采集回路、标气输入回路、中心控制器，以及与样气采集回路、标气输入回路连接的气体加标混合装置，其中：所述样气采集回路包括依次连接的气溶胶过滤器、样气质量流量控制器和柱塞泵，柱塞泵的输出端与气体加标混合装置的第一输入端连接，用于采集环境空气作为样气；所述标气输入回路包括依次连接的标气质量流量控制器和标气储存罐，标气质量流量控制器的输出端与气体加标混合装置的第二输入端连接，用于输入标准气体；所述气体加标混合装置的输出端通过电磁阀与气体在线分析仪连接；所述中心控制器与样气质量流量控制器、柱塞泵、标气质量流量控制器、电磁阀连接，用于控制气体加标回收测试。

进一步地，所述气体加标混合装置的输出端还接有排空装置，所述排空装置的输出端与废气管连通或直接通向室外。所述排空装置内设有气体温度和/或湿度传感器，用于监测加标混合气体的温度和/或湿度。

进一步地，所述气体加标混合装置包括两个或两个以上的气体混合装置，用于实现多级混合。

进一步地，所述标气输入回路包括两个或两个以上的标气质量流量控制器，分别与不同的标气储存罐连接，用于输入不同类型的标准气体。

进一步地，所述样气采集回路的气溶胶过滤器和样气质量流量控制器之间还接有样气缓冲装置。

进一步地，所述样气采集回路的样气质量流量控制器和柱塞泵之间还接有限流管。

基于上述气体自动加标回收测试装置，本发明提供了一种气体监测系统，包括如上所述的气体自动加标回收测试装置，以及与其连接的气体在线分析仪，所述气体加标混合装置的输出端与气体在线分析仪连接。

本发明还提供了一种气体监测系统的监测方法，包括以下步骤：

采集样气，通过依次连接的气溶胶过滤器、样气质量流量控制器和柱塞泵采集环境空气作为样气，并输入气体加标混合装置；

输入加标气体，通过标气质量流量控制器将标气储存罐中的标准气体输入气体加标混合装置，并与样气进行混合；

通过中心控制器控制所述气体加标混合装置将混合气体输入气体在线分析仪进行测试。

进一步地，所述混合气体经过气体在线分析仪测试后，还包括步骤：通过气体在线分析仪的数据端口，获取气体在线分析仪加标回收测试前后环境空气的监测结果、加标时的监测结果，根据加标量计算加标回收率，并将历史测试结果存入数据库，用于对气体在线分析仪进行准确度水平的动态跟踪评估。

与现有技术相比，本发明具有以下显著特点：

一、本发明实施例所述气体自动加标回收测试装置是掌握VOCs等气体在线分析仪测量环境空气样品准确度水平的关键设备，解决了以往无法实现各类气体在线分析仪自动加标回收测试的技术难题，填补了原有技术的空白，具有显著的技术效果。

二、本发明实施例所述气体自动加标回收测试装置成功贯通了气体在线分析仪走向全面自动化质控的最后“一公里”。该装置可通过气体在线分析仪的数据端口，获取气体在线分析仪加标回收测试前后环境空气样品的监测结果、加标时的监测结果，根据加标量自动计算加标回收率，并将历史测试结果保存进数据库便于对气体在线分析仪进行准确度水平的动态跟踪评估。

三、本发明实施例所述气体自动加标回收测试装置易于加工制造，而且安装、拆卸操作简便。只需将该装置接入到气体在线分析仪原有采样口前，无需改变气体在线分析仪结构，无需针对特定仪器设备进行二次改装，即可实现原有采样和自动加标回收测试的自动切换目的，适用性极强。

附图说明

图1是本发明实施例所述气体自动加标回收测试装置的整体结构示意图。

图2是本发明实施例所述气体自动加标回收测试装置的中心控制器及其关键控制节点的结构示意图。

图3是本发明实施例所述气体监测系统的监测方法流程示意图。

图中标记：1、气溶胶过滤器；2、样气缓冲装置；3、样气质量流量控制器；4、柱塞泵；5、标气质量流量控制器；6、标气储存罐；7、中心控制器；8、第一混合瓶；9、第二混合瓶；10、排空装置；11、气体温度/湿度传感器；12、限流管；13、电磁阀；14、气体在线分析仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在无需做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属本发明的保护范围。

若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的技术特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础。

如图1、2所示，本发明实施例所述的气体自动加标回收测试装置，包括样气采集回路、标气输入回路、中心控制器，以及与样气采集回路、标气输入回路连接的气体加标混合装置，其中：

所述样气采集回路包括依次连接的气溶胶过滤器1、样气质量流量控制器3和柱塞泵4，柱塞泵4的输出端与气体加标混合装置的第一输入端(如图1所示第一混合瓶8的输入口之一)连接，用于采集环境空气作为样气；所述气溶胶过滤器1和样气质量流量控制器3之间还接有样气缓冲装置2，用于避免过冲流量对样气质量流量控制器3精准控制采样流量造成的影响；所述样气质量流量控制器3和柱塞泵4之间还接有限流管12，用于避免柱塞泵4工作时导致的样气压力波动对样气质量流量控制器3精准控制采样流量造成的影响，使得样气流量更加稳定。所述气溶胶过滤器1作为过滤待测样气中的气溶胶颗粒，避免进入气体在线分析仪而污染反应室，干扰测试结果。所述柱塞泵4用于采集环境样气进入混合装置后提供给VOCs等气态在线分析仪测试，中心控制器7通过继电器控制柱塞泵4的动作。

所述标气输入回路包括依次连接的标气质量流量控制器5和标气储存罐6，标气质量流量控制器5的输出端与气体加标混合装置的第二输入端(如图1所示第一混合瓶8的输入口之一)连接，用于输入标准气体。在实际应用中，所述标气输入回路可以包括两个或两个以上的标气质量流量控制器5，分别与不同的标气储存罐6连接，用于输入不同类型的标准气体。

所述气体加标混合装置的输出端通过电磁阀13与气体在线分析仪14连接。所述气体加标混合装置的输出端还接有排空装置10，所述排空装置10的输出端可以与室内废气管连通或直接通向室外，用于将多余的待测气体排空，使得气体在线分析仪以接近环境气压的条件采集加标气体。所述排空装置10内还设有气体温度和/或湿度传感器11，用于监测加标混合气体的温度和/或湿度；该温度/湿度传感器安装在排空装置内，不会对待测加标气体产生干扰，其传感器测量结果由中心控制器采集并保存在数据库中，便于辅助评估加标回收测试结果。在本实施例中，所述气体加标混合装置包括两个或两个以上的气体混合装置，如图1所示的第一混合瓶8和第二混合瓶9，用于混合样气和标气，通过两个混合瓶的串联，使得样气和标气得到充分混合，以满足气体在线分析仪所需。

所述中心控制器7与样气质量流量控制器3、柱塞泵4、标气质量流量控制器5、电磁阀13等连接，用于控制气体加标回收测试和采集相关仪器和传感器的实时数据。电磁阀13用于切换VOCs等气体在线分析仪原有采样通道和加标回收测试通道，实现无需干预即可随时切换到在线加标回收测试的功能。

基于上述气体自动加标回收测试装置，本发明实施例还提供了一种气体监测系统，包括如上所述的气体自动加标回收测试装置，以及与其连接的气体在线分析仪，所述气体加标混合装置的输出端与气体在线分析仪连接。通过中心控制器7控制样气和标气质量流量控制器按所预设的采样量和加标量连续精准加标，混合气体经过多级混合后输出给VOCs等气体在线分析仪进行加标回收测试，以实现气体在线分析仪自动测定加标回收率的功能。

如图3所示，本发明实施例所述气体监测系统的监测方法，包括以下步骤：

采集样气，通过依次连接的气溶胶过滤器、样气质量流量控制器和柱塞泵采集环境空气作为样气，并输入气体加标混合装置；

输入加标气体，通过标气质量流量控制器将标气储存罐中的标准气体输入气体加标混合装置，并与样气进行混合；

通过中心控制器控制所述气体加标混合装置将混合气体输入气体在线分析仪进行测试；

通过气体在线分析仪的数据端口，获取气体在线分析仪加标回收测试前后环境空气的监测结果、加标时的监测结果，根据加标量计算加标回收率，并将历史测试结果存入数据库，用于对气体在线分析仪进行准确度水平的动态跟踪评估。

本实施例在不改变气体在线分析仪结构，无需针对特定仪器设备进行二次改装的情况下，即可实现自动加标回收测试，将关键参数节点进行实时监控和自动计算测试结果。其工作原理如下：

(1)气体在线分析仪7的采样口分别连接到原有气溶胶过滤器1(采集环境空气)和气体自动加标回收测试装置的加标气体输出口，排空装置10的排空管接到废气排放总管或者单独排放到室外。

(2)通过本装置的中心控制器7控制柱塞泵4启动，调整样气质量流量控制器3和标气质量流量控制器5到预设流量，实现自动连续地对样气进行加标，经多级重复混合(第一混合瓶8和第二混合瓶9)后输出给气体在线分析仪14测定。由于柱塞泵启动、质量流量控制器调整、内部管路混合平衡需要时间，因此中心控制器7预设5分钟延迟切换电磁阀13，期间待测气体通过排空装置10的排空管排出室外或室内废气管。中心控制器7实时监控标气质量流量控制器5和样气质量流量控制器3是否有按照预设的流量值稳定输出流量。当流量稳定性超出±1％时自动停止采样和加标，并提示流量波动报警信息，并推送报警信息给技术人员。

(3)通过旁路监控的方式(气体温度/湿度传感器11安装在排空装置10内)，对待测的加标混合气体的温度和相对湿度进行监控，每隔30秒记录其数值，以作为辅助参数参与评估样气温度和相对湿度对加标回收测试结果的影响。该监控结果可设定阈值，便于相对湿度超过设定阈值后自动停止加标回收测试，自动恢复气体在线分析仪14采集环境空气样品，并推送报警信息给技术人员。

(4)通过气体在线分析仪的数据端口，获取气体在线分析仪14加标回收测试前后环境空气样品的监测结果、加标时的监测结果，根据加标量自动计算加标回收率，并将历史测试结果保存进数据库便于对气体在线分析仪进行准确度水平的动态跟踪评估。

(5)该装置可根据所接入的气体在线分析仪14的采样流量或采样体积，更换不同容积的混合瓶，以满足不同气体在线分析仪采样体积所需。混合瓶的规格从500mL到5L升不等，两级混合总容积为1L到10L。

(6)该装置还可扩展标气质量流量控制器5的数量，实现两种或两种以上不同类型标气的同时加标，以进行气体在线分析仪干扰测试。

(7)该装置可通过使用零空气或高纯氮气代替环境空气，使其功能变成在线稀释配气装置，为气体在线分析仪质控提供零气或不同浓度点的标准气源，以满足气体在线分析仪日常质控所需。

(8)通过中心控制器7可设置加标浓度梯度等工作时序，并在预定时序完成后自动恢复气体分析仪采集环境空气样品。

(9)通过中心控制器7，还可导出加标测试过程中样气流量、标气流量、样气温度和相对湿度、气体在线分析仪监测结果等数据。

该装置的内部管路可根据特定气体分析需求，选用特氟龙管或硅烷化管；缓冲瓶和混合瓶采用硼硅酸玻璃材质，对VOCs等复杂组分无干扰、不吸附，并避免部分不稳定待测气体见光分解。该装置各个部件和器具的测控完全自动化、智能化，性能稳定、耐用。

综上所述，本装置为VOCs等气体在线分析仪的加标回收测试提供了更丰富的技术支撑，并能自动针对测试过程中监控的结果实时推送报警信息给技术人员，提高了整个加标回收测试过程的稳定性和加标回收测试结果的可靠性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气体自动加标回收测试装置，其特征在于，包括样气采集回路、标气输入回路、中心控制器，以及与样气采集回路、标气输入回路连接的气体加标混合装置，其中：

所述样气采集回路包括依次连接的气溶胶过滤器、样气质量流量控制器和柱塞泵，柱塞泵的输出端与气体加标混合装置的第一输入端连接，用于采集环境空气作为样气；

所述标气输入回路包括依次连接的标气质量流量控制器和标气储存罐，标气质量流量控制器的输出端与气体加标混合装置的第二输入端连接，用于输入标准气体；

所述气体加标混合装置的输出端通过电磁阀与气体在线分析仪连接；

所述中心控制器与样气质量流量控制器、柱塞泵、标气质量流量控制器、电磁阀连接，用于控制气体加标回收测试。

2.根据权利要求1所述气体自动加标回收测试装置，其特征在于，所述气体加标混合装置的输出端还接有排空装置，所述排空装置的输出端与废气管连通或直接通向室外。

3.根据权利要求2所述气体自动加标回收测试装置，其特征在于，所述排空装置内设有气体温度和/或湿度传感器，用于监测加标混合气体的温度和/或湿度。

4.根据权利要求1所述气体自动加标回收测试装置，其特征在于，所述气体加标混合装置包括两个或两个以上的气体混合装置，用于实现多级混合。

5.根据权利要求1所述气体自动加标回收测试装置，其特征在于，所述标气输入回路包括两个或两个以上的标气质量流量控制器，分别与不同的标气储存罐连接，用于输入不同类型的标准气体。

6.根据权利要求1所述气体自动加标回收测试装置，其特征在于，所述样气采集回路的气溶胶过滤器和样气质量流量控制器之间还接有样气缓冲装置。

7.根据权利要求1所述气体自动加标回收测试装置，其特征在于，所述样气采集回路的样气质量流量控制器和柱塞泵之间还接有限流管。

8.一种气体监测系统，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一权利要求所述的气体自动加标回收测试装置，以及与其连接的气体在线分析仪，所述气体加标混合装置的输出端与气体在线分析仪连接。

9.根据权利要求8所述气体监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集样气，通过依次连接的气溶胶过滤器、样气质量流量控制器和柱塞泵采集环境空气作为样气，并输入气体加标混合装置；

输入加标气体，通过标气质量流量控制器将标气储存罐中的标准气体输入气体加标混合装置，并与样气进行混合；

通过中心控制器控制所述气体加标混合装置将混合气体输入气体在线分析仪进行测试。

10.根据权利要求9所述气体监测系统的监测方法，其特征在于，所述混合气体经过气体在线分析仪测试后，还包括以下步骤：

通过气体在线分析仪的数据端口，获取气体在线分析仪加标回收测试前后环境空气的监测结果、加标时的监测结果，根据加标量计算加标回收率，并将历史测试结果存入数据库，用于对气体在线分析仪进行准确度水平的动态跟踪评估。

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