CN1250164A

CN1250164A - 气体分析装置

Info

Publication number: CN1250164A
Application number: CN99108298A
Authority: CN
Inventors: 菲利普·波伊诺特
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2000-04-12
Also published as: EP0965831A1; FR2779824B1; SG80036A1; KR20000006148A; US6332349B1; TW380203B; FR2779824A1; JP2000009605A; CA2274736A1

Abstract

一种分析装置,用于从至少两种气体源中抽样分析至少一种组元的指标,包括分接线路(L_Pi)、排出线路(L_Ei)及次级线路(L_Si);各自的导流部件(V_i),能够将每个样品从与之相连的气体源导引到其各自的排出线路,或者通过各自的次级线路导引到一预分析收集点;一三级线路(L_T),其上游部分与所述的收集点相连,而下游部分与一排出或存储点(E)相连;以及至少一分析线路(L_Ai),其上游部分与所述的三级线路相连,而下游部分与一分析仪相连。

Description

气体分析装置

本发明涉及气体分析设备领域，特别是用于以下场合，在该场合下，需要采用多路复用模式(分批模式：按一种可以改变的顺序及对每个测量点也可改变的寻址时间连续分析各点)，在使用了该气氛的容器中、或者在一气体分配网络中的许多点处来分析一种气氛中的一个或多个组元。

这些分析设备处于这样的背景下，其中，工业气体使用者(热处理，电子，食品等)不断增长地要求分析应用在一给定用户站的气氛中的一种或更多种组分，或者要求分析在被注入一过程前、一种分配气体中的一种或多种气体杂质(如氧气或水蒸汽)，其目的是为了能够对所处理的物品进行综合质量控制，该综合质量控制预先假定有可能知道每个物品被处理时的气氛状况。

使用气体的用户因此经常希望能够通过跟踪，了解这些气氛状况，或者能够显示及记录它们，甚至处理这些记录下来的数值。

因此，可以看到，应该提供给这些使用工业气体的用户允许在不同检测点(不管它们是在一使用了该气氛、用于给定处理的容器中的不同点，还是在一气体分配网络中的不同分析点)提取样品的分析方法和设备的可能性，使得有可能：

使所述一个或多个分析仪的响应时间最小化；

确保给分析台提供能代表容器中气氛或流动在待分析分配网络中气体的待分析气体样品，特别是，如将会理解的那样，在分析台远离分接点的情况下；

与每个测量点的顺序无关地抽取样品并进行分析；

取决于被分析样品及所采用的分析仪的类型，在任何给定测量点的寻址时间抽取样品并进行分析。

对于上述多路复用设备，已建议使用一种基于逐步推进阀门、使之交替地位于每个待分析通道前的旋转阀。这种旋转阀的使用尽管不需特别与复杂的硬件相连(其操作耐久性尚待证明)，但总的来说，它需要遵循一非常精确的旋转推进顺序。

本发明的目的特别是提供解决以上技术问题的办法。

根据本发明提供了一种分析装置，用于在一取样程序、用至少一个能够分析所述组元的分析仪、从至少两种初始气体源中分析至少一种组元的指标，包括：

至少两种待分析初始气体源；

至少两个分接线路，每个分接线路的上游部分与一所述的初始气体源相连，其下游部分与一各自的导流部件相连；

至少两个排出线路，每个排出线路的上游部分与一所述的导流部件相连，其下游部分与一排出或存储点相连；

至少两个次级线路，每个次级线路的上游部分与一所述的导流部件相连，其下游部分与一收集点相连，每个导流部件能够将一样品从与之相关联的气体源导引到其各自的排出线路或者通过各自的次级线路导引到收集点；

一个三级线路，该三级线路的上游部分与所述的收集点相连，其下游部分与一排出或储存点相连；

至少一个分析线路，该分析线路的上游部分与所述的三级线路相连，其下游部分与所述至少一个分析仪中的至少一个相连。

按照本发明的分析装置还可含有以下特征中的一个或多个：

所述的三级线路包括一泵唧部件，它位于所述的收集点和所述三级线路与所述至少一个分析线路之间的连接点之间；

所述的三级线路包括一止回阀，它位于所述至少一个分析线路的连接点至所述三级线路的下游；

所述的三级线路包括一溢流管，它位于所述至少一个分析线路的连接点至所述三级线路的下游，且至少一个分析线路装备有一以产生一压头损失的部件；

所述排出线路或至少一个排出线路装备有一泵唧部件；

所述分析线路或每个分析线路装备有一导流部件，从而有可能根据具体情况，将一校准气体或清洗气体导流到所述的所述待分析气体的分析仪中；

所述的一个或多个导流部件由一三通电磁阀组成；

所述的分接线路中的一个或多个导流部件由通过连接相互关联的分接线路、排出线路及次级线路的点而形成的组件组成，在该点的下游，每个排出线路和次级线路装配有一能够允许或中断气体流过各自线路的部件；

所述初始气体源处于一高于大气压的压力下；

所述初始气体源处于一等于或低于大气压的压力下；

所述初始气体源所述初始气体源是取自于一气体分配网络的分析物；

所述初始气体源是取自于一使用了一气体气氛的容器中不同点的分析物；

所述装置包括多个分析仪，且所述一个或多个分析线路在一供气箱处与所述三级线路相连；

所述装置包括单个分析线路，该分析线路与所述三级线路及顺序排列的分析仪相连；

所述装置每个分析仪包括一分析线路。

本发明的其它特征及优点将通过结合附图对以下实施例的描述(以解释的方式给出，而不是对本发明的限制)而明白，附图中：

图1为一使用了单一分析线路及单一分析仪的本发明所述装置示意图；

图2为一包括有三个分析仪和三个分析线路的本发明所述装置示意图，其中所述分析仪和分析线路在一供气箱处与三级线路相连；

图3示出一按照本发明所述的导引部件的一个具体实施例，它由通过连接相互关联的取样线路、排出线路及次级线路的点而形成的组件构成，每个排出线路和次级线路装配有一二通阀；

图4、图5示出了从通向一出口的三级线路中取出分析线路的两个本发明替换实施例；

图6为一按照本发明所述装置的部分示意图，其中，所述三级线路包括一位于三级线路与分析线路的连接点的下游的溢出管，分析线路本身装备有一以产生一压头损失的部件。

图1为一按照本发明所述装置的示意图，它包括六个分接线路L_pi，每一个分接线路都从一初始气体源S_i开始，并通过一过滤器F_i与一导流部件V_i(这里，每一线路中都为一三通电磁阀)相连。

作为一个例子，初始气体源可以包括从一分配网络(一种检验获准进入一过程前的气体中杂质的典型设备)中取出的气体样品，或者作为一种替换，也可以包括从使用了一种气氛的容器(炉子、管道及贮藏箱等)中的不同点取出的气体样品。

接着，根据不同情况，待分析初始气体源可能处于高于大气压的压力下(在分配网络的情况，其中可能达到几巴甚至几十巴)，或者也可能处于一基本等于或低于大气压的压力下。例如，已知在许多使用工业气体的容器中，如热处理炉或加工食品的遂道中，这些“开”式容器内的压力等于大气压再加几毫巴(P＝PA+(1-50)mbar)。

按照本发明，一次级线路L_si(它汇入一收集点R)及一排出线路L_Ei(在所描述的实施例中，通过一泵唧部件P_i汇入一出口E_i)被连接到每个三通电磁阀V_i。

如将要提到那样，在所描述的实施例中，两个排出线路在一个出口处合并，如排出线路1和排出线路2在一出口E₁处合并，那么，已经描述过的含有六个线路的装置就仅包括三个排出口E₁、E₂、E₃。

下面继续图1所示装置的说明，可以看到，一个三级线路L_T能够从收集点R开始，通过一泵唧部件P及一止回阀C排出气体到一出口E。

一能够通过一三通电磁阀V_A、发送待分析气体到一分析仪A的分析线路L_A，从该三级线路中分取出来。

分析仪A也装备有一能将所接受的气体排出到一出口E_A的气体出口。

进一步将注意到，该装置还辅设有一三通电磁阀V_P，电磁阀V_A和V_P相配合，可以根据不同情况，分别导引待分析气体(沿线路L_A)、校正气体(取自线路Lc)，或者一种清洗气体(取自线路L_PR)到分析仪A。

数字1，2，3用来指示三通电磁阀V₆的三个通路，以助于更方便地描述其动作过程，更笼统地讲，以助于更方便地描述图1所示装置的运行方式。

当电磁阀V₆的旋管处于打开状态时，通路1-2被使用，也就是说取自气体源S₆的气体被发送到收集点R。而当电磁阀V₆的旋管处于关闭状态时，则通道1-3被使用，以沿着排出线路L_E6将取自气体源S₆的气体被发送到排出口E₃。

因此可以看到，图1所示用于多路复用模式分析的装置使得有可能从六个不同点取得气体样品并将它们分发给分析仪，该装置的设计使得有可能使用一监视/控制系统(图中未示出)，比如一自动处理单元，通过以下方式来连续地分接不同的分析点：即首先导引一给定气体源(经过收集点R)至分析仪A、而所有取自气体源S_i的其它气体样品都被导引到排出口E_i，随后，导引上述被分析气体源至其出口，这时另一气体源的电磁阀被启动，以执行其分析工作，其它气体源保持不动，也就是说，被导引到其出口。

上述类型的装置也使得有可能连续分接该六个初始气体源，使分析仪的响应时间最小化，并确保该分析仪能接受到代表气体源S_i中气氛的气体样品，尤其是由于这样或那样的原因，分析仪在非常远离分接点时的情况下。

也可以看到，上述类型的装置也使得有可能按任何顺序，从一个气体源转换到另一个气体源，且每个测量点的寻址时间是完全可排列的，例如，采用一已在上面提到的控制系统，还有可能更精确地监控某些特定的测量点(比如当这些点更关键时)。

同样，为满足那些希望能观察或记录特定数据(如处理容器气氛中特定组分指标随时间的变化曲线)的特定用户的要求，用本发明所述装置可以很容易地再生(为显示或存贮目的)取自该装置中分析仪或分析仪们的信号。需要的话，这些信号也可以按顺序进行处理，以根据一个或多个检测到的指标发出警报，或者在这些信号的基础上，用自动处理单元来校准一个或多个气体组分的指标。

作为一个实例，让我们考虑当初始气体源Si是一个或多个使用了工业气体的容器(比如处于控制气氛下的热处理炉)上的分接点的情况，这些容器中的气体基本上处于大气压下。

接着，再考虑当分析仪A装备有它自己的泵唧部件、与分析仪构成一整体时的实例。

那么，可以看到，不管所述的初始气体源(即从容器或容器们中分接出气体的点)是什么，分接出的气体都在基本上等于大气压的压力下到达收集点R及其后的三级线路L_T，分析仪A通过自己的泵唧部件，经过分接线路L_A从三级线路的提取，仅仅分接出操作所需要的气体流速，其余到达分接点R及没有导向分析仪的气体沿三级线路被排出到出口E。

接着，按照分析台和分接点的距离，对气泵P₁，P₂，P₃及P进行测量，特别是对气泵P进行测量，以使到达收集点R及三级线路L_T的流速高于为进行操作分析仪A所需(及将泵取)的流速。

通过观察图1，很容易看到，电磁阀V_A和V_P的联合作用，使得有可能，如在暂停或在夜间所述装置处于脱机状态时，导引一取自线路L_PR的清洗气体或取自线路L_C的校正气体到分析仪A，此时，所有的分接线路L_Pi按以下方式构造：即或者确实关闭，或者充溢但保持和与之相关联的出口E_i的联系。

尽管图1中每个导流部件，特别是每个分接线路的阀门V_i，都由一三通阀组成，但是当然，也可以构想出其它类型的导流部件，这并不脱离本发明的范围，如在图3所示实施例所表明的那样，在该例子中，导流部件V包括取自气体源S的分接线路L_P、导向收集R的次级线路L_S、及排出线路L_E的连接点，每个线路L_E、L_S，即点的下游，都装备有一二通阀(分别为V_S及V_E)，以使得有可能允许或防止气体从各线路流过，并因此，实际上也使得有可能根据要求，交替地将取自初始气体源S的气体导引到收集点R或者排出线路。

对于本专业技术人员来讲，显而易见，尽管图1中的装置代表一个从三级线路L_T中分取走一分析线路L_A的具体实施例，但当然，也可以构思出其它结构，它们将不脱离本发明的范围，且应当被认为是落入本说明书上述总体规划的范围之内，按照本发明的总体规划，该装置包括：“至少一个分析线路，该分析线路的上游部分与所述的三级线路相连，其下游部分…”。因此，图4中的部分示意重复了图1中的连接结构，而图5阐述了一个变型，它将在“从分析线路L_A上分取出三级线路”这样的事实基础上被描述，两种构型可以互换：

-该两个线路(分析线路和三级线路)在任何情况下都在一点“相连”(或取自一点)，及

-可以认为，在图5的情况下，三级线路“上游部分与收集点相连”，尽管在图中通过一以符号L_CN代表的“连接”线段。

因此，将可以理解，命名方法只是次要的，最应注意的应该是每个线路的真正目的。

尽管如此，需要提出的是，图1、图4中的结构还是很有利的，因为通过分接线路L_A从三级线路L_T分接出来的气体将会更可靠地处于大气压力下，既然该气体正被导向出口E。

现在返回到对图1的详细说明，尽管在上面曾经构思出一个应用实例，其中分析仪A配备有自己的泵唧部件，当然，也可以构思出一不带有自己的泵唧部件的分析仪A，这种情况下，有利于实现按照本发明图6所示原理的结构，其中，三级线路L_T包括有一位于分析线路L_A与三级线路连接点下游的溢流管D，而分析线路L_A自身装备有一用以产生一压头损失的部件X。

该形成压头损失的部件可以从一部件，如一节流阀，或者作为替换用一截流阀，一限流器，一校正孔等各种不同方式中产生，或者作为一种替换，采用一很普通的方式，该用来产生压头损失的手段也可以通过对用在线路该位置处的管道做成一特别设计的方式得到。

因此可以看到，由在三级线路中的溢流管(一个溢流管被看作一上游压力调整器)和在分析线路中用以产生压头损失的部件组成的装配件，将可以确保在分析线路中有一个稳定的流速，并可以因此到达分析仪，不管所述的分接点以及所述分接线路中气体的压力如何，既然无论上游可能发生什么变化，所述三级线路以及分析线路中的压力都是完全固定的。

就考虑从三级线路上取出分析线路，还是从分析线路上取出三级线路的问题，也可以得到上述同样的结论。

虽然在图1举例说明一按照本发明所述分析装置(其中只包括一个分析仪)，而图2例举了一包括三个分析仪A₁，A₂，A₃的本发明所述装置。

在图2的装置中，与图1所示装置相比，收集点R的上游并没有改变，由此，以下说明将仅针对收集点R的下游部分进行。

这里，该装置每个分析仪包括有一分析线路(分别为L_A1，L_A2，L_A3)，每个分析线路在一供气箱处与三级线路相连，所述供气箱在三级线路上用一黑色椭圆长条代表。

每个分析线路进一步包括一导流部件，这里由三通电磁阀(V_A1，V_A2，V_A3)组成。

如前所述，这里每个分析仪再次装备有一允许将接受到的气体排放到一出口的气体排放口，它们分别为E_A1，E_A2，E_A3。

进一步可以看到，该装置含有一电磁阀V_P，它与每个电磁阀V_Ai相连，并能够导引一清洗气体(取自线路L_PR)或一校正气体(取自校正线路L_C)到每个电磁阀V_Ai并因此到达每个分析仪。

因此可以看到，在保持所有在图1范围内指出的优点的同时，结合对收集点R的上游部分不同分析点的连续分接功能，一种该类型的装置还可能为每个分接点分析一种或更多种组分。

在图3-图6范围中已经述及的变型当然也可以应用在图2所示装置的范围内(导引部件包括有一个T阀及两个二通阀，或者分析仪不装备有自己的泵唧部件并且馈通一以产生一压力落差的部件)。

这里再次，将三通电磁阀的三个通路用数字1，2，3表示，以对该电磁阀的工作方式做一清楚的解释，以及总的来说，以对该装置的运行方式做一清楚的解释。

当电磁阀V_A3的旋管处于打开状态时，通路1-2被使用，而当电磁阀V_A3的旋管不是处于打开状态时，则通道1-3被使用。

现在让我们考虑一个实例，在该实例情况下，取自气体源S₆的气体被导引到收集点R，所有取自其它气体源S₁-S₅的其它样品被导引到它们各自的出口E₁～E₃。

例如，如果取自气体源S₆的气体将通过分析仪A₃进行分析，那么电磁阀V_A3的旋管被打开(通过一辅助控制系统，该辅助控制系统在这里将不作说明，这些已提到的控制系统对分析及过程控制技术领域的人员来讲非常熟悉)，允许气体沿着通道1-2流动，而其它电磁阀V_A1及V_A2则不处于打开状态，允许分析仪A₁及A₂被取自组合件V_P/L_PR的清洗气体冲洗。

当然，如果一取自气体源S₆的气体样品接着也要通过另一个分析仪A₁或A₂进行分析，那么完全可以关闭电磁阀V_A3的旋管，以允许分析仪A₃被清洗气体清洗，以及，比如为了允许取自气体源S₆的气体样品达到分析仪A₂，可以打开电磁阀V_A2的旋管，而电磁阀V_A1仍保持关闭，分析仪A₁被清洗。

Claims

1.一种分析装置，用于在一抽样程序中，使用至少一个能够分析所述组元的分析仪(A₁，A₂，…)，从至少两种初始气体源(S₁，S₂，…)中分析至少一种组元的指标的装置，包括：

至少两种待分析初始气体源(S₁，S₂，…)；

至少两个分接线路(L_P1，L_P2，…)，每个分接线路的上游部分与所述初始气体源中的一种相连，其下游部分与各自的导流部件(V₁，V₂，…)相连；

至少两个排出线路(L_E2，L_E2，…)，每个排出线路的上游部分与所述的导流部件中之一相连，其下游部分与一排出或存储点(E₁，E₂，…)相连；

至少两个次级线路(L_S1，L_S2，…)，每个次级线路的上游部分与一所述的导流部件相连，其下游部分与一收集点(R)相连，每个导流部件能够将一样品从与之相关联的气体源导引到其各自的排出线路或者通过各自的次级线路导引到收集点；

一个三级线路(L_T)，该三级线路的上游部分与所述的收集点相连，其下游部分与一排出或储存点(E)相连；

至少一个分析线路(L_Ai)，该分析线路的上游部分与所述的三级线路相连，其下游部分与所述至少一个分析仪中的至少一个相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的三级线路包括一泵唧部件(P)，它位于所述的收集点和所述三级线路与所述至少一个分析线路之间的连接点之间。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的三级线路包括一止回阀，它位于所述至少一个分析线路的连接点至所述三级线路的下游。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的装置，其特征在于：所述的三级线路包括一溢流管(D)，它位于所述至少一个分析线路的连接点至所述三级线路的下游，且至少一个分析线路装备有一以产生一压头损失的部件(X)。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的装置，其特征在于：所述排出线路或至少一个排出线路装备有一泵唧部件(P_i)。

6.根据权利要求1至5中任何一项所述的装置，其特征在于：分析线路或每个分析线路装备有一导引部件(V_Ai)，从而使得有可能根据情况，将一校准气体或一清洗气体导引到所述待分析气体的分析仪中。

7.根据权利要求1至6中任何一项所述的装置，其特征在于：所述的一个或多个导流部件由一三通电磁阀组成。

8.根据权利要求1至6中任何一项所述的装置，其特征在于：所述分接线路中的一个或多个导流部件由通过连接相互关联的分接线路、排出线路及次级线路的点而形成的组件组成，在该点的下游，每个排出线路和次级线路装配有一能够允许或中断气体流过各自线路的部件。

9.根据权利要求1至8中任何一项所述的装置，其特征在于：所述初始气体源处于一高于大气压的压力下。

10.根据权利要求1至8中任何一项所述的装置，其特征在于：所述初始气体源处于一等于或低于大气压的压力下。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述初始气体源是取自于一气体分配网络的分析物。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：所述初始气体源是取自于一使用了一气体气氛的容器中不同点的分析物。

13.根据权利要求1至12中任何一项所述的装置，其特征在于：它包括多个分析仪，且所述的一个或多个分析线路在一供气箱处与所述三级线路相连。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：它只包括一个分析线路，该分析线路与所述三级线路及顺序排列的分析仪相连。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：每个分析仪包括一分析线路。