CN1715927A - 组合式多组分智能分析仪 - Google Patents
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Abstract
组合式多组分分析仪，由单片机系统、分析样品流路与样品检测系统两部分组成；分析样品流路与样品检测系统中，前后排列的每个检测器均设有管路与阀门，并与样品送样流路相连接，前后检测器管路构成串联或并联连接，各个检测器向单片机输入端口输出统一标准的电信号，供单片机系统进行处理；单片机系统的输出接口连接管路上阀门的控制端，控制阀门的开或断；单片机或微处理器由提供信号转换、分析流路切换、数据存储与传输功能，分析结果显示、样气预处理控制等功能。本发明提供一种多组分、可灵活组合的分析仪器，改变目前国内一种分析仪器只能分析一种或少数几种物质的现状。
Description
一、技术领域
本发明属于一种测量气体组分含量的在线式智能分析仪器。
二、背景技术
在线分析仪器用于化工、石油、煤炭、钢铁等行业生产过程和环境保护中，对生产过程中的最终产品和过程样品的组分含量进行分析，其测量结果可作为过程控制的重要参数。由于控制目标要求的组分可能为多个，需要能够同时分析出不同的物质含量。
但是不同物质的化学物理性质不同，要想检测同一样品的不同物质的含量十分困难。目前，常用的手段是使用工业色谱仪，它是根据色谱分离原理，实现在线的多组分分析，但是工业色谱仪分析周期较长，这种滞后特性使其检测结果难以直接进入闭环控制。
其他分析仪器也基本上采用电化学方法、磁方法、热学方法、电子学的方法分别对混合物中某一成分进行测量。但是目前只有分别采用其几种方法，针对特殊物质的测量分析仪器。因而测试组分少，还没有通过综合使用上述各种方法，灵活组合来测试不同物质成分的分析仪器。对组合样品的结构和成分进行测量分析的方法及装置。CN02148439.2是一种对组合样品的结构和成分进行测量分析的方法及装置，它涉及利用X射线衍射、X射线荧光技术对结构和成分进行测量分析的方法及装置。通过平移样品台使被测样品6位于该焦点，然后用能量探测器接收从被测样品上衍射的X射线和发射的荧光X射线，再传输到计算机12中进行数据处理，得到衍射谱和荧光光谱，从而分析出结构和成分。本发明操作简单，测量速度较快，能够适用于各种组合样品。专利(申请)号：99239334.599116801.1气液两相流量与组分的测量，也叫气液两相流的双参数测量，是气液两相流测试领域内的关键技术之一。本装置结构简单，外形与目前使用的单相流体积流量计相同，无任何附带装置，微形传感器安置在涡街发生体内，仅用一个测量元件，就可实现气(汽)液两相流流量与组分的双参数测量，可将两相含量同时显示。此外，该装置还可进行单相流质量流量的测量。这是一种独创的新型仪表。该装置具有许多单相流涡街流量计的优点，如，寿命长、无可动部件、节能、不易堵塞、结构紧凑、精度高、直接输出电信号、信号易于处理并可远距离。CN98233637.3全自动多参数临床检验分析仪能同时测量血液中钾、钠、氯、钙、碳酸氢盐、pH六种参数全自动临床检验分析仪包括：液体分配组件(3、4、5)、分别与液流分配组件(3、4、5)的一个端口连接的离子选择电极组合组件(6)及反应池(11)，所述反应池(11)还接有反应液。加入装置的流量，温度控制则往往因为工作和要求的不同而有不同的设计。分析仪器则不附加该项功能。给现场使用与配合带来不便。上述仪器无法用于在线的控制。CN03147979.0一种多柱并行气相色谱分析炼厂气组成的方法，包括如下将样品气通入具有四个并行色谱柱A～D、且各色谱柱均有独立的进样口和检测器的气相色谱中进行检测，色谱柱A检测样品气中的氧气、氮气、甲烷和/或一氧化碳，色谱柱B检测二氧化碳、乙烯、乙烷和/或硫化氢，色谱柱C检测C#-[3]～C#-[4]的烃类和C#-[5]烷烃，色谱柱D检测样品气中所有组分，通过各色谱柱组分的响应值计算得到其在关联色谱柱D中的响应值，归一计算得到各组分含量。
在线分析仪器的工作条件要求对过程样品必须进行预处理。而预处理装置的流量，温度控制则往往因为工作和要求的不同而有不同的设计。分析仪器则不附加该项功能。给现场使用与配合带来不便。在线分析仪器的工作条件要求对过程样品必须进行预处理。而预处理装置的流量，温度控制则往往因为工作和要求的不同而有不同的设计。分析仪器则不附加该项功能。给现场使用与配合带来不便。
三、发明内容
本发明的目的是为从根本上解决上述问题，为广大成分分析用户提供一种多组分、可灵活组合的在线分析仪器，改变目前国内一种分析仪器只能分析一种或少数几种物质的现状，使用户可以通过自由组合相应检测器来实现在同一台分析仪上灵活分析多组不同的物质成分。同时将样气预处理和分析仪器整合为一体，方便了用户使用。并为用户提供中英文界面。本发明的目的还在于可以将实时的组分分析结果直接用于过程计算机控制系统。
本发明的上述目的是这样实现的：组合式多组分分析仪由单片机系统、分析样品流路与样品检测系统两部分组成。分析样品流路与样品检测系统中，前后排列的每个检测器均设有管路与阀门，并与样品送样流路相连接，前后检测器管路构成串联或并联连接。
并联连接时，此流路检测完毕，则排空这条流路的样品，关闭此流路。串联方式：在前的每个检测器之后设有管路和阀门连接至在后的检测器的输入管路；各个检测器向单片机输入端口输出统一标准的电信号，供单片机系统进行处理；单片机系统的输出接口连接管路上阀门的控制端，控制阀门的开或断；单片机或微处理器由提供信号转换、分析流路切换、数据存储与传输，分析结果显示、样气预处理控制信号等功能。
各个检测器向单片机输入端口输出统一标准的电信号，供单片机系统进行处理。单片机系统通过分时开启相应流路的阀门来检验特定的物质成分。当检测器为并联时，此流路检测完毕，则排空这条流路的样品，关闭此流路。同时开启下一条流路，使用其他种类的检测器来检测样品。当检测器为串连时，检测样气依次流过各个检测器。由于各个检测器是相互独立的，各检测器输出的是标准的电信号，所以可以在同一台分析仪器种根据需要选择不同的检测器，对多流路的样品进行分析。
单片机系统的输出接口连接管路上阀门的控制端，控制阀门的开或断，对单片机系统的控制方法为由计算机通过“RS232(RS485)”通讯接口进行控制。单片机或微处理器由提供信号转换、分析流路切换、数据存储与传输功能，分析结果显示、样气预处理控制等功能。本发明提供的检测器对红外、电化学、热导、差热、顺磁等等多种系列分析检测器的组合。可用于气体分析，亦可以用于液体的电化学分析，尤其是自动在线的气体组合参数分析，如在线多参数分析。
管路上可设有流量调节装置：采用电动调节阀或质量流量控制器。管路上设有过滤和干燥处理器对样气进行处理，以消除粉尘和水分。向检测流路提供一定温度，流量的样气。
流量的控制是基于流量传感器信号(如采用超声流量计或电子表式流量计)，经过A/D转换后，送入单片机。单片机根据实际流量的大小来控制电动调节器或质量流量控制器控制流量。本发明提供对红外、电化学、热导、差热、顺磁等等多种系列分析检测器的组合。
组合式多组分分析仪由单片机系统、分析样品流路与样品检测系统两部分组成。单片机系统由提供信号转换、分析流路切换、数据存储与传输功能，分析结果显示、样气预处理控制等功能。分析样品流路与样品检测系统，将分析样品根据用户配置要求组合成或并行或串行的检测器组合。各个检测器向单片机输出统一标准的电信号，供单片机系统进行处理。单片机系统通过分时开启相应流路的阀门来检验特定的物质成分。当检测器为并联时，此流路检测完毕，则排空这条流路的样品，关闭此流路。同时开启下一条流路，使用其他种类的检测器来检测样品。当检测器为串连时，检测样气依次流过各个检测器。由于各个检测器是相互独立的，各检测器输出的是标准的电信号，所以可以在同一台分析仪器种根据需要选择不同的检测器，对多流路的样品进行分析。
本发明的特点是：给广大成分分析用户提供一种多组分、可灵活组合的分析仪器，改变目前国内一种分析仪器只能分析一种或少数几种物质的现状，使用户可以通过自由组合相应检测器来实现在同一台分析仪上灵活分析多组不同的物质成分。将样气预处理和分析仪器整合为一体，方便了用户使用。并为用户提供中英文界面。本发明可以将仪器用于在线控制。主要应用：医药、工业、过程控制、实验室、OEM、泄漏测试。
四、附图说明
图1本发明组合式多组分分析仪结构原理图
图2：本发明仪器信号流程
图3本发明阀门控制电路
图4本发明预处理部分原理图
图5本发明主程序流程图
图6本发明第N个检测器的检测程序流程图
五、具体实施方式
(一)、基本结构
参照图1，图2。待分析的样气先经过预处理装置，提供符合检测器要求的样气。样气经过由各个阀门控制的流路控制系统进入各个检测器中。检测器的信号先经过A/D转换为数字信号。数字信号进入单片机后，软件根据信号来源的通道和检测器类型，调用相应的函数，计算输出对应物质成分的含量。
(二)、预处理部分
该部分如图4所示。预处理装置的目的在于向检测器提供干净的具有一定流量和温度的样气。样气进入系统后，采用过滤和干燥的方法对样气进行处理，以消除粉尘和水分。向检测流路提供一定温度，流量的样气。为此采用可控硅整流桥供电的加热其和热电偶测温的结构实现对温度的控制。热电偶经温度补偿后，输入A/D转换器，把模拟信号转变为数字信号，送入单片机，与设定温度比较，由单片机根据温度偏差的高低产生不同脉冲宽度的PWM信号。此信号接到整流桥的触发端上，从而控制整流桥对加热器的供电电压，以达到控制样气温度的目的。
流量的控制是基于流量传感器信号经过A/D转换后，送入单片机。单片机根据实际流量的大小来控制电动调节器的开度，控制流量的大小。
(三)、检测器系统组合
图1中“阀门n_0”(n＝1，2，3…)表示用于并联各个检测器的阀门。“阀门n_1”(n＝1，2，3…)表示第n个检测器检测后的排空阀门。“阀门n-1_n”(n＝2，3，4…)表示连接第n-1个检测器流路和第n个检测器的阀门。
本发明不但可以实现在同一台分析仪器上自由组合各种类型的检测器，而且各个检测器之间还可以随意组合为或并联或串联的形式。当图1中各检测器采用并联方式时。通过单片机控制来关闭“阀门n-1_n”。当采用串联方式分析时，打开第一个要分析的检测器前的阀门n，关闭其他检测器前的阀门n，打开各个要串联的分析检测器间的“阀门n-1_n”，关闭各检测器的排空阀门“阀门n_1”。例如。要组成检测器1与检测器2以串联方式连接，这两个检测器串联后与检测器成并联关系。则各阀门的在检测开始后为：阀门1_0，阀门3_0，f阀门1_2开启，阀门2_3关闭，分析开始时各排空法关闭，分析结束后，各排空阀门打开，排空余气。
由于各个阀门是由单片机控制的，所以整个分析仪的检测器连接方式可以动态的由单片机来改变，从而由极大的灵活的性。主要应用：医药、工业、过程控制、实验室、环境保护、泄漏测试。由于各个检测器向单片机提供的信号是统一的标准电信号。所以不论是何种类型的检测器，只要其输出的电信号符合要求，就可以接入本系统中，从而实现了检测器类型的灵活组合。
(四)、阀门或质量流量控制器的控制
流路阀门的控制如图3所示。单片机按程序指令发出控制信号，经过译码电路译码，向特定的光电耦合器置高电平，光电耦合器导通打开指定流路的阀门。若光电耦合器没有得到相应信号，则对应阀门为关。图1、3为阀门控制电路。
又如采用Alicat质量流量计/控制器，其中内置16位模/数转换器和8位微控制器，流量计响应时间可达10ms，控制器响应时间为100ms，能够用于更加精确的计量和控制可同时提供质量流量、温度和压力数据输出，便于综合的计量和控制可选择计量和控制13种气体介质设备内置了13种气体的校验数据，常用的13种气体为：Air(空气)、Argon(氩)、Methane(甲烷)、CO(一氧化碳)、CO(二氧化碳)、Ethane、H2(氢)、Helium(氦)、N2(氮)、N2O(一氧化氮)、Neon(氖)、Oxygen(氧)、Propane(丙烷)，多种输入/输出方式RS-232、0-5V、0-10V、4-20mA可选，接口灵活，其中RS-232为标准配置输出；可选两路模拟输出。比如RS-232输出为质量流量，第一路模拟输出0-5V为压力，二路模拟输出4-20mA为温度。
可以用RS-232(485)数据接口，便于和计算机及PLC相连，一台PLC或计算机可同时显示或控制26台质量流量控制器(流量计)动态数字显示，大屏幕LCD可显示质量流量、体积、温度、压力参数设备设置和操作简单。
液体样品用Alicat液体流量计和控制器L/LC系列L和LC系列流量计和控制器利用两个已研究透彻的气体物理属性：压力和粘性来测量流量。通过层状流量单元的差压测量来计算流量，这种测量方式具有固有的线性。从而得到比典型100∶1更好的量程比。
Alicat气体质量流量计和体积流量计MV系列M系列“非热式”质量流量计M系列“非热式”质量流量计在层状流量区域采用离散的差压、绝压和温度传感器测量来计算质量流量，计算结果是标准状态(1个大气压25℃)下的结果。由于不存在“热线圈”漂移，M系列突破了热式质量流量技术的限制，它的响应时间可以从10ms起调整。动态显示屏同时显示质量流量、体积流量、温度和绝压，通过按键，用户可以选择主显示方式和所测的气体(13种气体可选)，调节流量计响应时间、流量计流量清零等。
Alicat气体质量流量和体积流量控制器MC/VC Alicat层状流量控制器采用了一个比例阀与流量计部分相连。测量是在流量计的层状区域进行的，一体化的PID控制器按照用户的可编程设定点定位阀门。可以接收0-5V的控制设定点信号，还能接受RS-232、0-10VDC或4-20mA控制输入信号。控制器能配置为单路或双路信号输出(与设定点点压无关)，气体量程从0.5CCM满量程到1000LPM+满量程，相应时间100ms。有了RS-232数字连接，不仅所有的过程参数可同时获得，还具有远程设置点能力。在并行连接中，最多26台设备能被单独寻址和控制。
(五)、软件系统
软件上，采用如图4所示的分时扫描各个流路的方法。对于单个流路来说，在分析前，需按图5所示，先关闭其他流路的阀门，以确保各个流路间不会相互干扰。然后开启本流路的阀门，进行分析检验。检测器分析样品后，向单片机输出标准的电信号，经过AD转换数字滤波，根据该流路所使用检测器的类型来确定计算方法，求出相应的成分含量。
Claims (4)
1、组合式多组分分析仪，其特征是由单片机系统、分析样品流路与样品检测系统两部分组成；分析样品流路与样品检测系统中，前后排列的每个检测器均设有管路与阀门，并与样品送样流路相连接，前后检测器管路构成串联或并联连接；各个检测器向单片机输入端口输出统一标准的电信号，供单片机系统进行处理；单片机系统的输出接口连接管路上阀门的控制端，控制阀门的开或断；单片机或微处理器提供信号转换、分析流路切换、数据存储与传输，分析结果显示、样气预处理控制信号。
2、由权利要求1所述的组合式多组分分析仪，其特征是前后检测器管路构成串联方式的结构如下：在前的每个检测器之后设有管路和阀门连接至在后的检测器的输入管路；管路上设有过滤和干燥处理器。
3、由权利要求1所述的组合式多组分分析仪，其特征是管路上设有流量调节装置：采用电动调节阀或质量流量控制器。
4、由权利要求1所述的组合式多组分分析仪，其特征是单片机系统的控制方法为由计算机通过RS232或RS485通讯接口进行控制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510040345 CN1715927A (zh) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | 组合式多组分智能分析仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510040345 CN1715927A (zh) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | 组合式多组分智能分析仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1715927A true CN1715927A (zh) | 2006-01-04 |
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ID=35821938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200510040345 Pending CN1715927A (zh) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | 组合式多组分智能分析仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN1715927A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102654470A (zh) * | 2012-04-19 | 2012-09-05 | 江苏亚洲气体设备有限公司 | 一种热导式动态参比气气体分析仪 |
| CN110954655A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-04-03 | 核工业北京化工冶金研究院 | 地浸铀矿山集控室巡测装置动态增减测量装置及方法 |
| CN111856048A (zh) * | 2019-04-30 | 2020-10-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种蚀变碳酸盐自动分析装置及分析方法 |
-
2005
- 2005-06-01 CN CN 200510040345 patent/CN1715927A/zh active Pending
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