CN203798638U - 一种内置可调式恒流取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种内置可调式恒流取样装置，包括气体分配器和气体分析气室。气体分配器包括取样管和一喇叭腔体，喇叭腔体包括：第一开口端和第二开口端，所述喇叭腔体的内径沿所述第一开口端至第二开口端的方向逐渐减小，取样管设置在喇叭腔体的中部，取样管与气体分析气室之间通过盘式气阻管连通。工作时，样气沿所述喇叭腔体的第一开口端向第二开口端流动，在振荡幅度可调的振荡泵的抽吸下，在喇叭腔体的中部通过取样管吸入气体分析气室中。本实用新型装置的气阻分配关系、振荡泵抽吸和前后向二级反馈流量调节机制能很好地稳定流过分析气室的流量，解决现有技术中取样装置取样流量受样气流量波动影响大，取样流量不稳定的问题。

Description

一种内置可调式恒流取样装置

技术领域

本实用新型涉及气体分析技术领域，尤其涉及一种内置可调式恒流取样装置。

背景技术

工业生产中常常需要采用在线气体分析器对工业气体进行分析，在线气体分析器能够对分析样气的组分及其含量进行实时连续的测量。现有技术中，为了稳定气体取样流量，在分析器内的分析气室前加装恒流阀。气体流速的变化引起恒流阀内部的弹性调节板上、下两面的压差发生变化，使弹性调节板机械变形改变进气口的截面积，达到调节气体流量的目的。恒流阀是在感知流量发生变化后通过调节进气口的截面积来达到稳流的目的。恒流阀在调节的过程中，由于无气体压力隔离气阻、气体压力缓冲系统和旁路结构，实际的稳流效果差。并且恒流阀结构较复杂，工业测量现场损坏了，只能整体更换新的恒流阀，成本高。

气体在线分析中，另一方法是在分析器内部采用引射器恒流装置，利用引射气压力和引射器本身结构来稳定取样流量。但是引射器需要外接压缩空气来提供引射气，特别是有些防爆现场只能用压缩氮气来作为引射气。压缩空气或氮气的消耗大，一般为1.5L/Min，并且，稳定引射气压力需要附加稳压装置，这都会使维持仪器运行的成本提高。此外，由于工业样气粉尘较多，需要在样气入口处安装过滤器。气体过滤器气阻大，引射器的抽吸能力有限，样气压力低时会导致恒流取样困难，于是只能采用低精度样气过滤器，导致大量粉尘微粒进入分析气室，影响测量结果。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种内置可调式恒流取样装置。主要目的在于解决现有技术中取样装置取样流量受样气流量波动影响大，取样流量不稳定，取样流量调节反应慢的问题。

本实用新型提供的一种内置可调式恒流取样装置，包括气体分配器和气体分析气室，所述气体分配器包括：取样管和一喇叭腔体，所述喇叭腔体包括：第一开口端和第二开口端，所述喇叭腔体的内径沿所述第一开口端至第二开口端的方向逐渐减小，所述取样管设置在所述喇叭腔体的中部，所述取样管与所述喇叭腔体和所述气体分析气室均连通；工作时，样气沿所述喇叭腔体的第一开口端向第二开口端流动，并在所述喇叭腔体的中部通过所述取样管部分吸入所述气体分析气室中。

进一步，所述的内置可调式恒流取样装置，还包括：盘式气阻管，所述盘式气阻管连接于所述取样管与所述气体分析气室之间。

进一步，所述气体分配器还包括：粉末过滤器，所述粉末过滤器密封于所述喇叭腔体第一开口端。

进一步，所述的内置可调式恒流取样装置，还包括：缓冲器和一频率可调的振荡泵，所述缓冲器包括顺序连通的第一缓冲室至第n缓冲室，所述n为大于等于2的正整数，所述第一缓冲室与所述气体分析室连接，所述振荡泵设置于任一相邻的两个缓冲室之间的连通路径上。

进一步，所述n＝3，所述相邻缓冲室之间均采用气阻管连接。

进一步，所述气体分配器还包括：排气管Ⅰ和排气管Ⅱ，所述喇叭腔体第二开口端、排气管Ⅰ和排气管Ⅱ顺序连通，所述排气管I的直径大于所述第一开口端的直径，所述排气管Ⅱ的直径小于所述第一开口端的直径，所述第三缓冲室的气体输出端与所述排气管Ⅱ连通。

进一步，所述振荡泵包括：泵体，电位。

本实用新型的有益效果：针对现有在线气体分析器采用的气体取样装置取样流量不稳定，容易受样气流量波动影响以及采样流量调节响应速度慢的问题。本实用新型提供一种取样流量稳定可内置的恒流取样装置，本实用新型装置的气阻分配关系、压力缓冲结构、电磁振荡泵抽吸和前后向二级反馈流量调节机制能很好地稳定流过分析气室的流量并且提高了采样流量调节响应速度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1是内置可调式恒流取样装置的结构示意图。

图2是气体缓冲器和电磁振荡泵的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例一：如图1所示，是内置可调式恒流取样装置的结构示意图。该取样装置包括气体分配器1，气阻管道12，分析气室13，气体缓冲器20，电磁振荡泵17，盘式气阻管道12的入口与气体分配器1的取样管2相连，气阻管道12的出口与分析气室13的入口相连，气体缓冲器20的气体入口22与分析气室13的出口相连，电磁振荡泵17固定于气体缓冲器20上与气体缓冲器20连通。

本取样装置的气体分配器1包括：压板3，过滤器7，喇叭腔体8，座9，排气管Ⅰ10，排气管Ⅱ11，不锈钢粉末过滤器7通过压板3密封于所述喇叭腔体8第一开口端，喇叭腔体8的第二开口端与排气管Ⅰ10直接连接，排气管Ⅰ10的另一端直接连接排气管Ⅱ11。

本实施例中喇叭腔体8的口径设计为前大后小，小口径一端连接排气管Ⅰ10，取样管2位于喇叭腔体8的中间部位。喇叭腔体8的前端连接样气入口，压力较大，前端口径大可以迅速释放样气入口处的压力，后端连接排气管Ⅰ10，压力低，后端口径小可以减慢气体排放速度，起到增强作用。取样管2位于喇叭腔体8的中间部位，当工业样气压力波动时，在喇叭腔体8中间处的压力基本稳定，能够实现恒压取样，为后续恒流抽取做好准备。

本实施例中气体分配器1的喇叭腔体8、排气管Ⅰ10和排气管Ⅱ11直接相连，气阻小。取样管2的口径小气阻大，进入样气入口5的样气除恒流抽取的小量样气外，其余的样气经排气管Ⅰ10最后再经由排气管Ⅱ11排出装置外。这样的气阻关系一方面可以减小取样流量受工业样气压力变化影响，另一方面可以加快样气排出本装置，从而加快分析仪器的分析响应速度。如果取样用于分析的流量为1L/h，进入气体分配器的样气流量为100L/h，则99L/h的样气经过排气管Ⅰ10排出本装置外。如果工业样气因压力波动大使进入气体分配器1的流量发生较大波动，如在30L/h至100L/h来回变化，这种气阻分配关系以及恒流抽取的结果使1L/h的流量进入分析气室13由传感器响应，其余气体都经由排气管Ⅰ10和排气管Ⅱ11排出本装置外。

本实施例中气体分配器1的排气管Ⅱ11口径比喇叭腔体8、排气管Ⅰ10口径小，气阻变大。并且排气管Ⅱ11与气体缓冲器20的出气口23三通相连。这种结构使样气入口5的流量发生变化时，排气管Ⅱ11的压力相应灵敏的发生变化，通过气体缓冲器20的出气口23增压后，缓冲Ⅲ室19的压力发生相应变化，为流量反馈调节做好准备。

取样管2与分析气室13之间连接有盘式气阻管道12，气阻管道12为本装置中气阻最大的部件，气阻管道的高气阻可以隔离样气压力变化对分析气室13的影响。

本实施例中缓冲器20包括：缓冲Ⅰ室14、缓冲Ⅱ室16、缓冲Ⅲ室19，三个缓冲室通过气阻管Ⅰ15，气阻管Ⅱ18依次连接。缓冲Ⅰ室14的气体入口22与分析气室13的出口相连，缓冲Ⅲ室19的出气口23与排气管Ⅱ11三通连接。

三个缓冲室的圆桶形盖用密封圈压接在基板21上，密封处要求不漏气。三个缓冲室均具有较大的空腔，对气体压力变化进行平滑缓冲，减小压力突变影响恒流取样。三个缓冲室之间由气阻管Ⅰ15、气阻管Ⅱ18隔离，使三个缓冲室相对独立具有压差又相互连通。

在缓冲Ⅱ室16、缓冲Ⅲ室19之间连接电磁振荡泵17，电磁振荡泵17的入口与缓冲Ⅱ室16相连接，电磁振荡泵17的出口与缓冲Ⅲ室19相连接。气体缓冲器20的气体入口22气阻较大，可以隔离电磁振荡泵17进行流量调节时的压力变化和排气管Ⅱ11的压力变化对分析气室13的影响。电磁振荡泵具有随泵体两端压力增大抽吸流量减小的特性，既可以在缓冲Ⅱ室16负压下工作，也可以在缓冲Ⅱ室16正压下工作，也就是说，电磁振荡泵既是真空泵，又是压力泵。另外，采用电磁振荡泵的好处是寿命长达10年以上，而电机带动的泵由于转轴和换向刷磨损，寿命只有1～2年。

本实施例中在喇叭腔体8第一开口端设置有过滤器7，过滤器7通过盖于其上的压板3固定于喇叭腔体8第一开口端端头，压板通过紧锁螺钉4固定。压板3与过滤器7垫有O型橡胶密封圈6。工业气体中一般含有大量粉尘，样气需要经过过滤器过滤才能用于气体分析，本实施例中可以定期松开锁紧螺钉4取出不锈钢粉末过滤器7进行更换或清洗不锈钢粉末过滤器7后再装入使用。采用不锈钢粉末过滤器7的好处是耐腐蚀，对气体低吸附，可清洗再利用。

本实施例中所有的气阻管道用不锈钢细管弯成盘管制成，可以根据需要的气阻大小增减盘管的圈数，制造方便。

本实施例中部件之间的相互连接是不锈钢卡套螺纹连接，可拆卸任何一个部件检修更换，便于维护。

实施例二：如图2所示，是气体缓冲器和电磁振荡泵的结构示意图。电磁振荡泵17包括：线圈27、基座24、铁板25、泵体26、带有设定电位器28的驱动电路29，铁板25固定于基座24上，泵体26固定于基座24上。泵体26分别与缓冲Ⅱ室16和缓冲Ⅲ室19连通，工作时线圈27在驱动电路29作用下带动铁板25上下往返运动，铁板25牵引泵体26抽吸缓冲Ⅱ室16和缓冲Ⅲ室19的气体。

本实用新型装置的气阻分配关系、压力缓冲结构和前后向二级反馈流量调节机制能很好地恒定流过分析气室13的气体流量。压力缓冲主要通过气阻管和气体缓冲器20实现。

本实用新型装置的恒流取样机理如下：电磁振荡泵在驱动电路的作用下受迫振动，提供恒定的抽力，抽取缓冲Ⅱ室16的气体进入缓冲Ⅲ室19，使缓冲Ⅱ室16形成负压，缓冲Ⅲ室19形成正压，同时连接在缓冲Ⅱ室16和缓冲Ⅲ室19之间的气阻管Ⅱ18会形成反流，在电磁振荡泵和气阻管Ⅱ18的共同作用下最终能使缓冲Ⅱ室16和缓冲Ⅲ室19的压差稳定，电磁振荡泵17抽吸的流量和气阻管Ⅱ18反流的流量达到动态平衡，即为压差感应式流量调节原理。动态平衡后，流过气阻管Ⅰ15的流量也随之稳定，流过分析气室13的流量也就随之稳定。当本装置样气入口5的流量或压力发生变化时，在以下前后向二级反馈流量调节机制的调节作用下，流过分析气室13的流量就能很好地恒定在调校时设定的流量值上。前后向二级反馈流量调节机制调节原理如下：

当样气入口5流量增大，在取样管2处的取样流量将随之增加，产生的调节过程为：

后向调节——由于气体分配器20的排气管Ⅰ10和排气管Ⅱ11气阻小，气体缓冲器20的气体出口23连接缓冲Ⅲ室19和排气管Ⅱ11，缓冲Ⅲ室19就能快速感应样气流量的变化，结果缓冲Ⅲ室19压力增加，电磁振荡泵17抽吸流量减小，这是第一级反馈流量调节机制；同时位于缓冲Ⅱ室16和缓冲Ⅲ室19之间的气阻管Ⅱ18返回缓冲Ⅱ室16的流量也增加，这是第二级反馈流量调节机制。两级反馈流量调节的结果都是减小了流过分析气室13的流量，直到缓冲Ⅱ室16和缓冲Ⅲ室19之间的压差与样气入口5流量没有发生变化时的缓冲Ⅱ室16和缓冲Ⅲ室19压差相同，流量调节过程结束。

前向调节——样气入口5流量增大，由于气阻管道12气阻最大，取样流量将响应较慢，但趋势仍然会导致缓冲Ⅰ室14和缓冲Ⅱ室16压力增加，也会使电磁振荡泵17抽吸流量减小。直到缓冲Ⅱ室16和缓冲Ⅲ室19之间的压差与样气入口5流量没有发生变化时的缓冲Ⅱ室16和缓冲Ⅲ室19压差相同，流量调节过程结束。

流量调节结束后，缓冲Ⅱ室16流入缓冲Ⅲ室19流量与样气入口5流量没有发生变化时，缓冲Ⅱ室16流入缓冲Ⅲ室19流量相同，该流量也等于缓冲Ⅰ室14经过气阻管Ⅰ15流入缓冲Ⅱ室16的流量，也应是流过分析气室13的流量。缓冲Ⅱ室16流入缓冲Ⅲ室19流量＝泵抽吸的流量-气阻管Ⅱ18反流的流量。

流量调节过程结束后，三个缓冲室14、16、19的压力均有所增加，使分析气室13进出口的压差维持不变，流过分析气室13的气体流量恒定。当样气入口流量减小时，装置的流量调节过程与上述相反，但结果同样是流过分析气室13的流量恒定不变。本实用新型装置的气阻分配关系、压力缓冲结构、电磁振荡泵17抽吸和前后向二级反馈流量调节机制能很好地恒定流过分析气室13的流量。

本实用新型中电磁振荡泵17的抽吸量由驱动电路29决定，故需要给驱动电路29的设定电位器28预置一个参数，该参数为分析气室分析所需流量值的标称值。按照如下步骤设定标准值，由钢瓶标气与大流量计串联接到本实用新型的样气入口5提供样气，小流量计串接在分析气室13出口与气体缓冲器20的气体入口22之间。调节钢瓶上的减压阀，使本装置样气入口5流量为工业样气范围的中间值，大流量计指示出该值的大小。调节驱动电路29上的电位器28，使小流量计指示值为分析气室分析所需流量值的标称值。此时，驱动电路29上的电位器28的设定值就是分析气室分析所需流量值的标称值。调校结束后，样气入口5接样气，电磁振荡泵在驱动电路的作用下提供恒定的抽力。当本装置样气入口的流量发生变化时，在前后向二级反馈流量调节机制的调节作用下，流过分析气室的流量就能很好地恒定在调校时的流量值上。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种内置可调式恒流取样装置，包括气体分配器和气体分析气室，其特征在于:所述气体分配器包括：取样管和一喇叭腔体，所述喇叭腔体包括：第一开口端和第二开口端，所述喇叭腔体的内径沿所述第一开口端至第二开口端的方向逐渐减小，所述取样管设置在所述喇叭腔体的中部，所述取样管与所述喇叭腔体和所述气体分析气室均连通；工作时，样气沿所述喇叭腔体的第一开口端向第二开口端流动，并在所述喇叭腔体的中部通过所述取样管部分吸入所述气体分析气室中。

2.如权利要求1所述的内置可调式恒流取样装置，其特征在于：还包括盘式气阻管，所述盘式气阻管连接于所述取样管与所述气体分析气室之间。

3.如权利要求1所述的内置可调式恒流取样装置，其特征在于：所述气体分配器还包括：粉末过滤器，所述粉末过滤器密封于所述喇叭腔体第一开口端。

4.如权利要求1-3中任一项所述的内置可调式恒流取样装置，其特征在于：还包括：缓冲器和一频率可调的振荡泵，所述缓冲器包括顺序连通的第一缓冲室至第n缓冲室，所述n为大于等于2的正整数，所述第一缓冲室与所述气体分析室连接，所述振荡泵设置于任一相邻的两个缓冲室之间的连通路径上。

5.如权利要求4所述的内置可调式恒流取样装置，其特征在于：所述n＝3，所述相邻缓冲室之间均采用气阻管连接。

6.如权利要求5所述的内置可调式恒流取样装置，其特征在于：所述气体分配器还包括：排气管Ⅰ和排气管Ⅱ，所述喇叭腔体第二开口端、排气管Ⅰ和排气管Ⅱ顺序连通，所述排气管I的直径大于所述第一开口端的直径，所述排气管Ⅱ的直径小于所述第一开口端的直径，所述第三缓冲室的气体输出端与所述排气管Ⅱ连通。

7.如权利要求4所述的内置可调式恒流取样装置，其特征在于：所述振荡泵包括：泵体，电位。