CN114965895B - 一种集成式气体浓度检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式气体浓度检测装置，包括采样装置和气体检测仪；采样装置包括主体、后端盖和前端盖；后端盖内设有环形进气腔和检测气体进口，主体的后端开设有一第一音速小孔和多个第二音速小孔，第一音速小孔与检测气体进口连接，第二音速小孔通过第一控制阀与环形进气腔连接，主体的前端设有环形出气腔和多个加热通道，加热通道与第二音速小孔连接，加热通道内设有加热器，前端盖内设有文丘里管，文丘里管的一端与环形出气腔连通，文丘里管的另一端与混合气体通道相连，第一音速小孔与文丘里管的喉部相连，混合气体通道与气体检测仪相连。本发明具有集成度高、体积小巧、便于携带、使用方便、便于维修、检测误差较小的优点。

Description

一种集成式气体浓度检测装置
技术领域
本发明涉及环境气体采集与检测技术领域，具体涉及一种集成式气体浓度检测装置。
背景技术
现有的气体浓度检测仪所涉及的检测气体浓度具有一定的检测范围，往往只能检测在该范围内的气体，实际现场气体的浓度未知，有可能浓度比较大，超出所使用的气体检测仪的检测范围，导致气体检测仪无法检测出来，常用的解决方法是更换量程更大的气体检测仪，往往成本较高，而且有的气体具有危险性、易燃易爆，在换气体浓度检测仪时易产生危险。而稀释气体采样法能够较好地解决上述问题。
中国发明专利CN112903927A公开了一种集成式气体浓度检测装置及工作方法，该装置包括采样气体单元、工作气体单元、喷射器、混合气体单元、气体检测仪及阀门控制器；其工作方法包括以下步骤：1)确定需要打开所有工作气体单元的支路个数，打开相应个数的工作支路控制阀门，工作气体经过工作气体支路及汇合管道进入喷射器的进气口；2)打开采样气体支路的采样支路控制阀门，采样气体经过采样支路进入喷射器的真空口；3)经过一段时间，待气体检测仪读数稳定后，读出稀释后的采样气体的浓度值；4)根据稀释后气体浓度值和打开的所有工作气体单元的支路个数可以推算出原待测气体浓度。该专利可通过控制支路阀门打开的数量，工作气体的多条支路与采样气体支路相互配合，达到恒流后在喷射器内混合，然后在排气口测得稀释后的采样气体浓度，即可得出原采样气体的浓度。
现有技术存在如下缺陷：(1)该集成式气体浓度检测装置采用零散的部件+管道连接的结构，集成度差、体积大、不便于携带，且组装麻烦，使用不方便；(2)对于烟气等温度较高且含有水汽的检测气体进行采样时，由于工作气体的温度相对较低，工作气体与检测气体混合后，可能会出现检测气体中的水汽冷凝，从而增大气体浓度检测误差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种集成度高、体积小巧、便于携带、使用方便、便于维修、检测误差较小的集成式气体浓度检测装置。
本发明提供了一种集成式气体浓度检测装置，包括采样装置和气体检测仪，所述采样装置包括主体以及分别安装于所述主体两端的后端盖和前端盖；
所述后端盖内设有环形进气腔，后端盖上设有与所述环形进气腔连通的工作气体进口，所述后端盖的中部设有贯穿该后端盖两端的检测气体进口，后端盖的前端在环向上分布有多个分别与所述环形进气腔连通的阀门通道，每个所述阀门通道内均安装有一第一控制阀；
所述主体的后端开设有一第一安装孔以及多个分布于该第一安装孔周围的第二安装孔，所述第一安装孔内安装有第一音速小孔，各所述第二安装孔内安装有第二音速小孔，第一音速小孔的后端与所述检测气体进口连接，各所述第二音速小孔的后端分别与各所述阀门通道一一对应连接，所述主体的前端设有环形出气腔，所述环形出气腔的内侧沿径向开设有多个加热通道，各所述加热通道的后端与各所述第二音速小孔的前端一一对应连接，各所述加热通道内均设有加热器，所述主体前端的中部开设有第一检测气体通道；
所述前端盖内设有文丘里管，前端盖内设有工作气体通道、第二检测气体通道和混合气体通道，所述工作气体通道的一端设于该前端盖的后端并与所述环形出气腔连接，工作气体通道的另一端与所述文丘里管的一端相连，所述第二检测气体通道的一端设于该前端盖的后端并与所述第一检测气体通道的前端对接，第二检测气体通道的另一端与所述文丘里管的喉部相连，所述混合气体通道的一端与所述文丘里管的另一端相连，混合气体通道的另一端延伸出该前端盖外并与所述气体检测仪相连。
进一步地，所述后端盖前端的周部设有第一法兰盘，所述主体后端的周部设有第二法兰盘，所述第一法兰盘和第二法兰盘之间通过螺栓连接，所述后端盖与主体的后端之间设有第一密封垫片。
进一步地，所述第一安装孔和各所述第二安装孔的内端均设有弹性密封座，所述第一音速小孔/第二音速小孔的两端分别抵在所述后端盖和弹性密封座上，所述弹性密封座上设有供所述第一音速小孔/第二音速小孔的出气管穿过的穿孔。
进一步地，所述后端盖的前端对应各阀门通道设有一一对应插入各所述第一音速小孔/第二音速小孔后端的凸柱。
进一步地，所述前端盖前端的周部设有第三法兰盘，所述主体前端的周部设有第四法兰盘，所述第三法兰盘和第四法兰盘之间通过螺栓连接，所述前端盖与主体的前端之间设有第二密封垫片。
进一步地，所述前端盖的后端设有嵌入所述环形出气腔的凸环，所述工作气体通道的一端设于该所述凸环的后端。
进一步地，所述加热器包括同轴设于所述加热通道内的电加热管、以及沿该电加热管的长度方向延伸并连接于所述电加热管和加热通道之间的若干支撑导热片。
进一步地，所述前端盖内还设有与所述文丘里管的喉部相连的负压检测口，所述负压检测口处连接有压力表。
进一步地，所述检测气体进口通过法兰连接有进气管道，所述进气管道上安装有第二控制阀。
进一步地，还包括控制器，所述控制器分别与各所述第一控制阀、加热器和第二控制阀电连接。
本发明相对于现有技术至少具有如下有益效果：
(1)本申请创性地将一检测气体气路、多个工作气体支路和文丘里管集成在一个部件内，集成度高，体积小巧，便于携带，使用时，只需要将工作气体进口与工作气体压缩气源相连，检测气体进口与检测气体相连、混合气体通道与气体检测仪相连即可，使用方便；
(2)本申请的采样装置采用主体、后端盖和前端盖的组合设计，后端盖和前端盖可从主体上拆下，便于对各第一控制阀、第一音速小孔、第二音速小孔、加热器进行更换或维修；
(3)本申请可通过加热器对通过各工作气体支路的工作气体进行加热，再与检测气体进行混合，这样能够防止检测气体的水汽冷凝，从而减小了气体浓度检测误差，当一条工作气体支路上的第一控制阀打开时，该条工作气体支路上的加热器同时也会启动，从而对通过该支路的工作气体进行加热，而第一控制阀未打开的工作气体支路上的加热器无需启动，这样不会因为增减工作气体支路的数量而影响汇合工作气体的温度，便于控制汇合工作气体的温度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图；
图4为图1的C-C剖视图；
图5为图1的D-D剖视图；
图6为本发明实施例的工作原理图。
附图中，100-主体；110-第一安装孔；111-第一音速小孔；120-第二安装孔；121-第二音速小孔；130-环形出气腔；140-加热通道；141-加热器；1411-电加热管；1412-支撑导热片；150-第一检测气体通道；160-弹性密封座；161-穿孔；200-后端盖；210-环形进气腔；220-工作气体进口；230-检测气体进口；231-进气管道；232-第二控制阀；240-阀门通道；241-第一控制阀；251-第一法兰盘；252-第二法兰盘；253-第一密封垫片；260-凸柱；300-前端盖；310-文丘里管；320-工作气体通道；330-第二检测气体通道；340-混合气体通道；351-第三法兰盘；352-第四法兰盘；353-第二密封垫片；360-凸环；370-负压检测口；371-压力表；400-气体检测仪；500-控制器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1-图6所示，本发明实施例提供了一种集成式气体浓度检测装置，包括采样装置和气体检测仪400。
采样装置包括主体100以及分别安装于主体100两端的后端盖200和前端盖300。
如图1和图2所示，后端盖200内设有环形进气腔210，后端盖200上设有与环形进气腔210连通的工作气体进口220，后端盖200的中部设有贯穿该后端盖200两端的检测气体进口230，后端盖200的前端在环向上分布有多个分别与环形进气腔210连通的阀门通道240，每个阀门通道240内均安装有一第一控制阀241。
为了将检测气体引入检测气体进口230，检测气体进口230通过法兰连接有进气管道231，进气管道231上安装有第二控制阀232，第二控制阀232能够起到启闭进气管道231的作用。
如图1、图3、图4和图5所示，主体100的后端开设有一第一安装孔110以及多个分布于该第一安装孔110周围的第二安装孔120，第一安装孔110内安装有第一音速小孔111，各第二安装孔120内安装有第二音速小孔121，第一音速小孔111的后端与检测气体进口230连接，各第二音速小孔121的后端分别与各阀门通道240一一对应连接，主体100的前端设有环形出气腔130，环形出气腔130的内侧沿径向开设有多个加热通道140，各加热通道140的后端与各第二音速小孔121的前端一一对应连接，各加热通道140内均设有加热器141，主体100前端的中部开设有第一检测气体通道150。
具体来说，如图1和图4所示，加热器141包括同轴设于加热通道140内的电加热管1411、以及沿该电加热管1411的长度方向延伸并连接于电加热管1411和加热通道140之间的若干支撑导热片1412。通过第二音速小孔121的工作气体进入加热通道140，工作气体通过加热通道140时，能够充分与电加热管1411和支撑导热片1412接触并进行换热，从而提高了加热效率。
前端盖300内设有文丘里管310，前端盖300内设有工作气体通道320、第二检测气体通道330和混合气体通道340，工作气体通道320的一端设于该前端盖300的后端并与环形出气腔130连接，工作气体通道320的另一端与文丘里管310的一端相连，第二检测气体通道330的一端设于该前端盖300的后端并与第一检测气体通道150的前端对接，第二检测气体通道330的另一端与文丘里管310的喉部相连，混合气体通道340的一端与文丘里管310的另一端相连，混合气体通道340的另一端延伸出该前端盖300外并与气体检测仪400相连。
使用时，采样装置的工作气体进口220连接被压缩的工作气体(工作气体一般选用惰性气体，如氮气等)，采样装置的检测气体进口230连接检测气体，混合气体通道340连接气体检测仪400，然后根据气体检测浓度的需要打开对应数量的第一控制阀241和加热器141，工作气体进入环形进气腔210，再通过各打开的第一控制阀241进入第二音速小孔121，然后通过各第二音速小孔121后面的加热器141加热，最后进入环形出气腔130汇合，汇合后的工作气体再通过工作气体通道320进入文丘里管310，工作气体通过文丘里管310时，文丘里管310的喉部产生负压，使得检测气体依次通过工作气体进口220、第一音速小孔111、第一检测气体通道150和第二检测气体通道330吸入文丘里管310，然后与工作气体混合并进入混合气体通道340，最后进入气体检测仪400进行采样浓度检测，经过一段时间待气体检测仪400读数稳定后，读出稀释后的采样气体的浓度值。
本申请通过第一音速小孔111和第二音速小孔121的气体流速为恒流，可根据选择音速小孔的孔径大小来控制所需的稳定流速。音速小孔的工作原理为：当小孔出口端的压力与进口端的压力比值≤0.46时，气体流经小孔的速度与则小孔两端压力变化无关，而只取决于气体分子流经小孔的震动速度，即产生恒流。
假设通过各第一音速小孔111和第二音速小孔121孔径大小相同，打开x个第一控制阀241，在气体检测仪400处测得稀释后的采样气体的浓度是Cz，则原始检测气体的浓度Cy可以通过公式得到，Cy＝Cz(x+1)。
上述技术方案相对于现有技术至少具有如下有益效果：
(1)本申请创性地将一检测气体气路、多个工作气体支路和文丘里管310集成在一个部件内，集成度高，体积小巧，便于携带，使用时，只需要将工作气体进口220与工作气体压缩气源相连，检测气体进口230与检测气体相连、混合气体通道340与气体检测仪400相连即可，使用方便；
(2)本申请的采样装置采用主体100、后端盖200和前端盖300的组合设计，后端盖200和前端盖300可从主体100上拆下，便于对各第一控制阀241、第一音速小孔111、第二音速小孔121、加热器141进行更换或维修。
(3)本申请可通过加热器141对通过各工作气体支路的工作气体进行加热，再与检测气体进行混合，这样能够防止检测气体的水汽冷凝，从而减小了气体浓度检测误差，当一条工作气体支路上的第一控制阀241打开时，该条工作气体支路上的加热器141同时也会启动，从而对通过该支路的工作气体进行加热，而第一控制阀241未打开的工作气体支路上的加热器141无需启动，这样不会因为增减工作气体支路的数量而影响汇合工作气体的温度，便于控制汇合工作气体的温度。
本实施例中，参照图1，为了便于安装和拆卸后端盖200，后端盖200前端的周部设有第一法兰盘251，主体100后端的周部设有第二法兰盘252，第一法兰盘251和第二法兰盘252之间通过螺栓连接，为了提高后端盖200和主体100之间连接的密封性，后端盖200与主体100的后端之间设有第一密封垫片253。
优选地，第一安装孔110和各第二安装孔120的内端均设有弹性密封座160，第一音速小孔111/第二音速小孔121的两端分别抵在后端盖200和弹性密封座160上，弹性密封座160上设有供第一音速小孔111/第二音速小孔121的出气管穿过的穿孔161。安装时，直接将第一音速小孔111/第二音速小孔121前端的出气管插入弹性密封座160内的穿孔161，再装上后端盖200将第一音速小孔111/第二音速小孔121的后端抵紧，即可实现第一音速小孔111/第二音速小孔121的安装，安装方便、快捷。
优选地，后端盖200的前端对应各阀门通道240设有一一对应插入各第一音速小孔111/第二音速小孔121后端的凸柱260，凸柱260能够对后端盖200的安装起到定位作用。
本实施例中，参照图1，为了便于安装和拆卸前端盖300，前端盖300前端的周部设有第三法兰盘351，主体100前端的周部设有第四法兰盘352，第三法兰盘351和第四法兰盘352之间通过螺栓连接，同样地，为了提高前端盖300与主体100之间连接的密封性，前端盖300与主体100的前端之间设有第二密封垫片353。
优选地，前端盖300的后端设有嵌入环形出气腔130的凸环360，工作气体通道320的一端设于该凸环360的后端，凸环360能够对前端盖300的安装起到定位作用。
本实施例中，前端盖300内还设有与文丘里管310的喉部相连的负压检测口370，负压检测口370处连接有压力表371，这样能够通过压力表371对文丘里管310喉部的真空度进行检测，从而对检测气体的吸力进行监测。
本实施例中，如图6所示，该集成式气体浓度检测装置还包括控制器500，控制器500分别与各第一控制阀241、加热器141和第二控制阀232电连接，以通过控制器500自动控制第一控制阀241、加热器141和第二控制阀232的开关，当然，在其它实施例中，第一控制阀241、加热器141和第二控制阀232的开关也可以采用手动方式的方式控制。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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 (10)

1.一种集成式气体浓度检测装置，包括采样装置和气体检测仪，其特征在于：
所述采样装置包括主体以及分别安装于所述主体两端的后端盖和前端盖；
所述后端盖内设有环形进气腔，后端盖上设有与所述环形进气腔连通的工作气体进口，所述后端盖的中部设有贯穿该后端盖两端的检测气体进口，后端盖的前端在环向上分布有多个分别与所述环形进气腔连通的阀门通道，每个所述阀门通道内均安装有一第一控制阀；
所述主体的后端开设有一第一安装孔以及多个分布于该第一安装孔周围的第二安装孔，所述第一安装孔内安装有第一音速小孔，各所述第二安装孔内安装有第二音速小孔，第一音速小孔的后端与所述检测气体进口连接，各所述第二音速小孔的后端分别与各所述阀门通道一一对应连接，所述主体的前端设有环形出气腔，所述环形出气腔的内侧沿径向开设有多个加热通道，各所述加热通道的后端与各所述第二音速小孔的前端一一对应连接，各所述加热通道内均设有加热器，所述主体前端的中部开设有第一检测气体通道；
所述前端盖内设有文丘里管，前端盖内设有工作气体通道、第二检测气体通道和混合气体通道，所述工作气体通道的一端设于该前端盖的后端并与所述环形出气腔连接，工作气体通道的另一端与所述文丘里管的一端相连，所述第二检测气体通道的一端设于该前端盖的后端并与所述第一检测气体通道的前端对接，第二检测气体通道的另一端与所述文丘里管的喉部相连，所述混合气体通道的一端与所述文丘里管的另一端相连，混合气体通道的另一端延伸出该前端盖外并与所述气体检测仪相连。
2.根据权利要求1所述的集成式气体浓度检测装置，其特征在于：
所述后端盖前端的周部设有第一法兰盘，所述主体后端的周部设有第二法兰盘，所述第一法兰盘和第二法兰盘之间通过螺栓连接，所述后端盖与主体的后端之间设有第一密封垫片。
3.根据权利要求2所述的集成式气体浓度检测装置，其特征在于：
所述第一安装孔和各所述第二安装孔的内端均设有弹性密封座，所述第一音速小孔/第二音速小孔的两端分别抵在所述后端盖和弹性密封座上，所述弹性密封座上设有供所述第一音速小孔/第二音速小孔的出气管穿过的穿孔。
4.根据权利要求3所述的集成式气体浓度检测装置，其特征在于：
所述后端盖的前端对应各阀门通道设有一一对应插入各所述第一音速小孔/第二音速小孔后端的凸柱。
5.根据权利要求1所述的集成式气体浓度检测装置，其特征在于：
所述前端盖前端的周部设有第三法兰盘，所述主体前端的周部设有第四法兰盘，所述第三法兰盘和第四法兰盘之间通过螺栓连接，所述前端盖与主体的前端之间设有第二密封垫片。
6.根据权利要求5所述的集成式气体浓度检测装置，其特征在于：
所述前端盖的后端设有嵌入所述环形出气腔的凸环，所述工作气体通道的一端设于该所述凸环的后端。
7.根据权利要求1所述的集成式气体浓度检测装置，其特征在于：
所述加热器包括同轴设于所述加热通道内的电加热管、以及沿该电加热管的长度方向延伸并连接于所述电加热管和加热通道之间的若干支撑导热片。
8.根据权利要求1所述的集成式气体浓度检测装置，其特征在于：
所述前端盖内还设有与所述文丘里管的喉部相连的负压检测口，所述负压检测口处连接有压力表。
9.根据权利要求1所述的集成式气体浓度检测装置，其特征在于：
所述检测气体进口通过法兰连接有进气管道，所述进气管道上安装有第二控制阀。
10.根据权利要求9所述的集成式气体浓度检测装置，其特征在于：
还包括控制器，所述控制器分别与各所述第一控制阀、加热器和第二控制阀电连接。
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