CN205388571U - 一种便携式微量气体组分测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式微量气体组分测定仪，包括壳体，设置在壳体上的针式进气通道，以及设置在壳体内的红外线检测器、微型采样泵、三通管道和出气管道；所述三通管道包括第一、第二两个进气管和一个输气管，第一进气管与针式进气通道连接，第二进气管的管口处安装有位于壳体外的通气调节阀，输气管与微型采样泵的入气口连接，所述出气管道与微型采样泵的出气口连接，壳体上设有与出气管道管口位置对应的出气孔；所述红外线检测器设置在三通管道的第一进气管与针式进气通道之间，用于检测从针式进气通道吸入的待测气体的组分。本实用新型便于携带、操作简便并且能够精确测量微量气体。

Description

一种便携式微量气体组分测定仪

技术领域

本实用新型涉及气体组分测定技术领域，特别是涉及一种便携式微量气体组分测定仪，可应用于页岩气、煤层气和致密砂岩等气体组分测量，作为资源评估与预测等的依据。

背景技术

随着非常规油气领域的不断发展，页岩气、煤层气、致密砂岩气等已经成为全球的能源热点。泥页岩、煤岩、致密砂岩的含气组分是确定资源存在的直接参数，关乎资源评价、有利选区、甜点分析、开发设计、产能预测以及经济评价等多个领域，同时也是计算资源量、储量以及可采量的必要参数。因此，如何准确地获得页岩、煤岩含气和致密砂岩等气体组分成为目前页岩气研究工作的重要部分。然而，目前国内外针对气体组分的测定设备和方法并不能满足针对微量气体即时便携的测定需求。

目前实验室内针对气体组分的测定仪器主要分为色谱仪和质谱仪两种。色谱仪具有明显的局限性，色谱仪体积一般较大，主要在实验室内操作，不能及时对所采气样进行组分分析。并且，由于气体样品在运输期间会受到泄漏、混入空气等各种不确定因素影响，实验室使用色谱仪分析结果与实际情况有所偏差。目前虽然有车载实验室配置了色谱检测仪，但色谱仪的使用必须根据检测气体组分不同，配置多个高压气瓶或气罐，成本高的同时也增加了实验的危险性。质谱仪局限性也较为明显，大型的精密质谱仪也主要在实验室内使用，体积较小的质谱仪在现场实际应用时需要专业人员的校对，同时需要保证供电电压的稳定，而这一条件在现场往往难以满足。

目前市场上也有便携式气体组分测定仪，用于针对管道泄漏监测等开放环境下气体组分的测定，而实际情况下所收集的页岩气、煤层气气体样品较少，使用现有的便携式气体组分分析仪无法进行准确测量。

整体来看，现有的气体组分设备和方法主要存在以下问题和不足：

1.精确气体组分测定只能在实验室内进行，需要在现场采集气体样品，运输到实验室后再进行实验，无法及时得到气体组分数据。同时，运输过程中会发生各种不确定因素使实际气体组分发生变化，导致最终结果的偏差。此外，由于气体样品中多含有甲烷、乙烷等可燃气体，增加运输的危险性。

2.将气体组分分析仪放置在车载实验室中，色谱气体组分检测仪占用体积大，成本高昂，且需要配套高压气瓶或气罐使用，需要定期维护，也增加了实验操作和设备运输过程危险性。质谱气体组分检测仪每次使用需要专业人员现场校正，增加人员成本，同时使用时需要保证供电电压的稳定，当质谱气体组分分析仪受到电压不稳的干扰时，故障无法通过其他方法排除。

3.现有的便携式气体组分分析仪，主要针对开放环境下气体浓度的测定，而实际情况下所采集的气样如勘探阶段所能获取的页岩气和煤层气气体样品较少，无法使其在有效的反应时间内精确地测量气体组分。

由此可见，虽然针对非常规天然气气体组分的测定实验仪器和方法种类多样，但是在测量精度、实验设备及测量方法等方面仍存在缺陷与不便，特别是在实验精度、操作性和便携性方面无法兼顾，需要针对性地分析和考虑，以便进一步加以改进。总之，如何创设一种便于携带、操作简便并且能够精确测量微量气体的气体组分含量测量设备，是当前非常规天然气领域的重要研究课题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便携式微量气体组分测定仪，使其便于携带、操作简便并且能够精确测量微量气体，从而克服现有的测试设备在实验精度、操作性和便携性方面无法兼顾的不足。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种便携式微量气体组分测定仪，包括壳体，设置在所述壳体上的针式进气通道，以及设置在所述壳体内的红外线检测器、微型采样泵、三通管道和出气管道；所述三通管道包括第一、第二两个进气管和一个输气管，所述第一进气管与所述针式进气通道连接，所述第二进气管的管口处安装有位于壳体外的通气调节阀，所述输气管与所述微型采样泵的入气口连接，所述出气管道与所述微型采样泵的出气口连接，所述壳体上设有与出气管道管口位置对应的出气孔；所述红外线检测器设置在所述三通管道的第一进气管与所述针式进气通道之间，用于检测从所述针式进气通道吸入的待测气体的组分。

作为进一步地改进，还包括设置在所述壳体内部的总控电路板，所述红外检测器通过信号调节电路与所述总控电路板连接。

所述壳体上还设有与所述总控电路板连接的显示屏。

所述壳体上还设有与所述总控电路板连接的USB接口。

所述壳体上还设有与所述总控电路板连接的控制调节按钮。

还包括设置在壳体内部的锂电池。

还包括可分离式安装在所述针式进气通道上的气体流量计。

由于采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点：

(1)采用针式进气通道，可以很大程度排除空气对测定结果的影响，提高实验精度，同时可以与各种气体容器配套使用，极大地方便了实际操作性。

(2)内置微型采样泵，泵的吸力可以多级调节，可满足常压、高压、负压环境下对气体样品的采集。

(3)采用红外线吸收原理测定气体组分，红外线分析仪的使用范围宽，不仅可分析气体成分，也可分析溶液成分，且灵敏度较高，反应迅速,能在线连续指示。

(4)通过在三通管道的第二进气管上加装通气调节阀，可对进入红外线检测器的气体样品流速、流量实现无级调节，延长了气体通过红外检测器的时间，在保证红外检测器的传感器反应时间的条件下实现微量气体组分的精准测定。

(5)配置显示屏，可显示气体种类、组分含量、气体单位等信息。

(6)仪器体积小，便携性好，同时操作简单，一般人员经过简单培训即可操作使用。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的便携式微量气体组分测定仪外部结构示意图。

图2是本实用新型的便携式微量气体组分测定仪内部部分部件结构示意图。

图3是主控电路板、显示屏及USB接口的结构布置示意图。

具体实施方式

本实用新型针对现有的气体组分检测仪器在测量精度、操作性和便携性无法兼顾的不足，通过改进进样通道设计，以及采用三通管道并加装可调节式通气阀，实现控制待测气体在检测器中的通过时间，从而让检测器有足够时间反应，进而达到微量精准测定的效果。

请参阅图1、2所示，本实用新型的便携式微量气体组分测定仪，包括壳体1，设置在所述壳体1上的针式进气通道2，以及设置在所述壳体1内的红外线检测器3、微型采样泵4、三通管道51和出气管道52；所述三通管道51包括第一、第二两个进气管和一个输气管，所述第一进气管与所述针式进气通道2连接，所述第二进气管的管口处安装有位于壳体外的通气调节阀53，所述输气管与所述微型采样泵4的入气口连接，所述出气管道52与所述微型采样泵4的出气口连接，所述壳体1上设有与出气管道52管口位置对应的出气孔；所述红外线检测器3设置在所述三通管道51的第一进气管与所述针式进气通道2之间，用于检测从所述针式进气通道2吸入的待测气体的组分。

上述结构中，所述针式进气通道2可以降低残留仪器内部的空气含量，降低空气的影响，提高检测结果的精度。同时针式进气通道2口径小，可以与盐水瓶所装气样、气样袋所装气样等多种气体容器配套使用。

所述红外线检测器3采用红外线吸收原理，利用红外线进行气体分析。它基于待分析组分的浓度不同，吸收的辐射能不同，剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同，动片薄膜两边所受的压力不同，从而产生一个电容检测器的电信号。这样，就可间接测量出待分析组分浓度。

所述微型采样泵4用于实现泵吸式采样方式，可以解决常压、高压和负压气体样品的采集，同时微型采样泵4的吸力大小有多个档位可以调剂，可以满足不同气量下的精准测定。

所述三通管道51的第二进气管上加装可调节式阀门——通气调节阀53，通过调节通气调节阀53的开闭或者开合的程度控制气体流通面的大小，使得微型采样泵4工作时，从窄口径的针式进气管道2进入的气流流速发生变化，从而实现控制待测气体通过红外检测器3的时间，满足微量气体测量的需求，即在保证红外检测器3传感器反应时间的条件下实现微量气体组分的精准测定。为了进一步精确控制气体流速，可在针式进气通道2上安装气体流量计，用于指示通气调节阀53在调节时通过针式进气通道2的气体流速。为了便于携带，该气体流量计与针式进气通道2优选可分离式连接。

请配合参阅图3所示，为了使本实用新型的测定仪更易于操作，在所述壳体1内部设置总控电路板9，壳体1上设置与所述总控电路板9连接的控制调节按钮7、显示屏6以及USB接口10。将所述红外检测器3通过信号调节电路与所述总控电路板9连接，总控电路板9将红外检测器3的测量结果显示在显示屏6，显示屏6可显示气体种类、组分含量、气体单位等信息。需要时，还可通过USB接口10将结果数据导出。

整个测定仪的供电电源采用设置在壳体1内部的锂电池11，壳体1上设置电源开关键8。

以下通过结合附图1-3对本实用新型的便携式微量气体组分测定仪的具体实施方式做说明介绍。

如图1-3所示，本实用新型的一种便携式微量气体组分测定仪主要包括壳体1、针式进气通道2、红外检测器3、微型采样泵4、三通管道51、出气管道52、液晶显示屏6、控制调节按钮7、电源开关键8、信号调节电路、总控电路板9、USB数据接口10以及锂电池11。

其中，针式进气通道2设置在壳体1顶端中部，壳体1内设置红外检测器3，用于检测从针式进气通道2进入的气体。微型进样泵4通过三通管道51与红外检测器3连接，用于提供可吸入气体的外力，出气管道52将微型进样泵4的出气端连通至壳体1外部。微型进样泵4的吸力大小有十个档位可以调剂，可以满足不同气量下的精准测定。三通管道51具有与红外检测器3连接的第一进气管和可与外部空气连通的第二进气管，第二进气管的管口处安装有通气调节阀53，可以实现对进入空气量的无级调节。当微型进样泵4工作时，关闭通气调节阀53，仅从针式进气通道2吸入气体；打开通气调节阀53，针式进气通道2和第二进气管将同时进气，由于第二进气管的口径大于针式进气通道2的口径，针式进气通道2中的气体流速将大大降低，调节通气调节阀53的开合程度，针式进气通道2中的气体流速也将随之改变，从而实现进入红外线检测器3的气体样品流速、流量的无级调节，延长了气体通过红外检测器3的时间，在保证红外检测器3的传感器反应时间的条件下实现微量气体组分的精准测定。

总控电路板9是整个信号处理的终端，与红外检测器3的传感器、显示屏6、USB接口10和锂电池11连接。信号调节电路将红外检测器3所传输的信号放大并传送至总控电路板9。总控电路板9将红外检测器3的检测结果在显示屏6上显示，同时可以通过USB接口10传输数据。

由于采用上述技术方案，本实用新型的便携式微量气体组分测定仪体积小，便携性好，操作简单，测量精确。用于实施微量气体的组分测量时，可采用如下操作步骤：

A.摁下电源开关键8约3s将测定仪打开，等待红外线检测器3初始化完成；

B.打开微型采样泵4，将针式进气通道2的进气口与流量计连接，根据所采气样多少通过通气调节阀53调节仪器采样流量；

C.待上述工作准备完成后，移除流量计，关闭微型采样泵4；

D.准备采集样品：1)盐水瓶样品：将盐水瓶胶塞面朝上，将一支装满水的注射器和针式进气通道2的进气口同时通过胶塞插入瓶中，打开微型采样泵4，同时通过注射器向瓶中注水，待屏幕上显示的待检气体浓度达到峰值后停止操作；2)气样袋样品：将针式进气通道2的进气口处加装与气样袋接口匹配的胶塞，将进气口和胶塞一起塞进气样袋接口，打开气样袋阀门、微型采样泵4，待屏幕上显示的待检气体浓度达到峰值后停止操作；

E.待所有样品测定完毕后可通过USB接口10与U盘连接导出检测数据。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种便携式微量气体组分测定仪，其特征在于，包括壳体，设置在所述壳体上的针式进气通道，以及设置在所述壳体内的红外线检测器、微型采样泵、三通管道和出气管道；

所述三通管道包括第一、第二两个进气管和一个输气管，所述第一进气管与所述针式进气通道连接，所述第二进气管的管口处安装有位于壳体外的通气调节阀，所述输气管与所述微型采样泵的入气口连接，所述出气管道与所述微型采样泵的出气口连接，所述壳体上设有与出气管道管口位置对应的出气孔；

所述红外线检测器设置在所述三通管道的第一进气管与所述针式进气通道之间，用于检测从所述针式进气通道吸入的待测气体的组分。

2.根据权利要求1所述的一种便携式微量气体组分测定仪，其特征在于，还包括设置在所述壳体内部的总控电路板，所述红外检测器通过信号调节电路与所述总控电路板连接。

3.根据权利要求2所述的一种便携式微量气体组分测定仪，其特征在于，所述壳体上还设有与所述总控电路板连接的显示屏。

4.根据权利要求2所述的一种便携式微量气体组分测定仪，其特征在于，所述壳体上还设有与所述总控电路板连接的USB接口。

5.根据权利要求2所述的一种便携式微量气体组分测定仪，其特征在于，所述壳体上还设有与所述总控电路板连接的控制调节按钮。

6.根据权利要求1所述的一种便携式微量气体组分测定仪，其特征在于，还包括设置在壳体内部的锂电池。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种便携式微量气体组分测定仪，其特征在于，还包括可分离式安装在所述针式进气通道上的气体流量计。