CN206772932U - 一种在线检测混合气体浓度的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及环境监测领域，具体的说是一种在线检测混合气体浓度的装置。包括检测装置箱体，气体采样单元，气体浓度检测传感器阵列单元，气路控制单元，电气控制与信息处理单元，其特征在于：所述检测装置箱体内设有气体采样单元、气体浓度检测传感器阵列单元、气路控制单元和电器控制与信息处理单元，所述气体采样单元由进气管路、过滤器、微孔滤膜、水汽分离器和二级过滤器组成，所述气体采样单元的外壳内从左至右依次设有过滤器、微孔滤膜、水汽分离器和二级过滤器。本实用新型同现有技术相比，具有响应速度快、测量精度高、稳定性和重复性好等特点。可以有效准确的检测到各气体的浓度，可以实时显示其浓度。
Description
技术领域
本实用新型涉及环境监测领域，具体的说是一种在线检测混合气体浓度的装置。
背景技术
随着社会的发展，经济总量增长迅速，同时所需的资源和能源消耗也在持续增长，对环境的破坏也越来越严重。近年来我国的能源消耗和环境污染形势日趋严重，污染物排放总量持续增加，已超过环境自净能力；特别是对于发电、冶金、石化、煤化工、水泥、供热、垃圾处理、道路交通安全管理、环保检测领域等行业的各种燃煤、燃油、燃气等锅炉排放，需要及时有效的监测和治理。如对于锅炉烟气，主要含有氧、氮、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等气体，对其浓度的在线检测在烟气的净化治理和排放过程中显得十分重要，故发展高灵敏度、低成本的在线气体浓度检测仪也显得十分迫切。
气体浓度的测量主要是采用各类气体浓度测量的传感器进行测量,传感器包括电化学、半导体、光离子、激光、红外传感器等。也可以通过气体对光的特征吸收性能采用红外或紫外光谱技术等进行测量。对于特定的气体，无论是采用传感器或光谱技术都可获得较准确的浓度测量值。而当多种气体混合时，各个气体间对测量会相互影响，使得传感器或光谱方法所测得气体浓度的值误差较大，特别在烟气中脱硫脱硝净化时，对于实际混合气体的在线检测的浓度值则不易测量准确。目前大部分气体分析或在线测量采用光谱技术，主要通过分光光度计对气体进行辐照扫描，不同气体在不同波长范围会产生特征吸收峰，经不同波长的光激发气体分子可获得不同的波长的吸收峰，通过对波长和峰值强度的分析可获得较准确的气体种类和浓度的值。此技术方案较为成熟，主要应用于气体分析领域，但设备结构较复杂且成本较高，限制了其在线检测领域的规模化应用。若采用传感器技术对气体浓度进行测量，因一个传感器是对应一种气体特性而制造的，对于单一气体浓度测量较准确，测试仪器小巧且成本低廉，但对于混合气体的各气体浓度测量，因各气体对传感器的相互干扰等问题则不易测准，也限制了其在气体浓度在线检测领域的应用。如发明专利1866027B公开了一种一体化气体在线检测仪，主要是通过渗透法除水器和精细过滤器对被检测气体中的水汽和灰尘进行去除后对混合气体浓度进行测量，而对各气体间对测量的相互影响并没有进行分析和处理,较难对于混合气体中的各气体浓度进行准确测量。
实用新型内容
本实用新型为克服现有技术的不足，设计一种以可分离气体种类的传感技术为基础的气体在线检测装置，可准确地测量混合气体中各气体的浓度值，且整体设备系统成本低廉，可规模化应用于混合气体浓度的在线检测领域。
为实现上述目的，设计一种在线检测混合气体浓度的装置，包括检测装置箱体，气体采样单元，气体浓度检测传感器阵列单元，气路控制单元，电气控制与信息处理单元，其特征在于：所述检测装置箱体内设有气体采样单元、气体浓度检测传感器阵列单元、气路控制单元和电器控制与信息处理单元，所述气体采样单元的右侧设有气体浓度检测传感器阵列单元，气体浓度检测传感器阵列单元的右侧设有气路控制单元，所述气体采样单元、气体浓度检测传感器阵列单元和气路控制单元分别连接在电气控制与信息处理单元上；所述气体采样单元由进气管路、过滤器、微孔滤膜、水汽分离器和二级过滤器组成，所述气体采样单元的外壳内从左至右依次设有过滤器、微孔滤膜、水汽分离器和二级过滤器，所述进气管路从左至右依次穿过过滤器、微孔滤膜、水汽分离器和二级过滤器并连接气体浓度检测传感器阵列单元；所述气体浓度检测传感器阵列单元由若干个检测传感器和若干滤膜组成，气体浓度检测传感器阵列单元的壳体内从左至右依次设有若干个并列放置的检测传感器，每个检测传感器外分别套设有一个滤膜，位于检测传感器上方的气体浓度检测传感器阵列单元的外壳内设有排气管道，所述排气管道连接气路控制单元。
所述进气管路的左端贯穿气体采样单元的外壳并露出在气体采样单元外。
所述电气控制与信息处理单元设有若干个数据传输接口和若干个信号输出接口，电气控制与信息处理单元通过数据传输接口连接气体采样单元、气体检测传感器阵列单元和气路控制单元。
所述信号输出接口包括LCD、LED中的任一种。
所述检测装置箱体由铝合金材料、聚合物复合材料中的任一种制成。
所述过滤器的孔径范围为1-250nm，微孔滤膜的孔径范围为0-1nm。
所述检测传感器外的滤膜离进气管路越远孔径越大，滤膜的孔径范围为0.3nm-1nm。
本实用新型同现有技术相比，具有响应速度快、测量精度高、稳定性和重复性好等特点。可以有效准确的检测到各气体的浓度，可以实时显示其浓度。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
参见图1，其中，1是气体采样单元，2是气体浓度检测传感器阵列单元，3是气路控制单元，4是电气控制与信息处理单元，10是进气管路，11是过滤器，12是微孔滤膜，13是水汽分离器，14是二级过滤器，20是排气管道，21是检测传感器，211是滤膜。
具体实施方式
下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。
如图1所示，被检测的气体通过进气管路10经过过滤器11获得无固体尘粒的混合气体，主要是采用孔径小于250nm的微孔过滤器对采样气体进行过滤。根据被检气体中所含尘粒的多少可进行一级或多级过滤获得采样气体。采样气体温度不超过50℃。若气体温度比较高，同时含有水汽时，可经过微孔滤膜12将水汽与被测气体分离，微孔滤膜12的孔径在1nm以下，材质可为聚四氟乙烯或碳膜。在微孔滤膜12的内侧为混合气体，外侧压强相对内侧为负压，可使气体在流动过程中将内侧水分子通过微孔滤膜12渗透至外侧而抽走。高温气体采用微孔膜扩散分离，同时气体温度过高时可在进气管路10中通过过滤器11和微孔滤膜12中加散热器以降低气体温度。对于采样气体的过滤装置，使用一段时间后，可定期对滤芯进行反冲洗再生后可反复使用。
因混合气体浓度测量时对混入的水汽十分敏感，采样气体中若含有少量水汽时，进一步可采用水汽分离器13将气体中剩余的水汽分离去除。主要采用半导体制冷后进行冷凝分离，即采用玻帖尔效应—电热制冷，通过给半导体制冷器件加电功率，使得与气体接触的冷端的温度降至4℃时，可使得混合气体中的水汽因温差较大而产生冷凝现象将水和气体分离，并通过冷凝水排口将液态水排出。所采用的玻帖尔半导体制冷器件是由Bi2Te3、PbTe、PbS、PbSe、Cu2Se、Cu2S、SnSe、SnS等材料中的一种或多种所组成的器件。
水汽分离后的被检测的混合气体还可通过二级过滤器14进一步将混合气体中可能含有的细尘粒进行过滤后，通过进气管路10进入传感器阵列检测单元2。具有微孔膜的传感器检测室与进气管路10和排气管道20相连排气管道20内的气压低于进气管路10内的气压，可使得气体易于通过微孔膜的传感器检测室进行实时测量。根据被检测气体的分子大小，在若干检测传感器21的前端加不同孔径的气体选择性过滤膜或分子筛膜211，过滤膜孔经大小依次变大，并在0.3nm-1nm范围变化,可采用聚四氟乙烯的微孔过滤膜、或碳和氧化物的分子筛的至少一种。如锅炉烟气中被检测气体的顺序为NO,CO2,O2,N2,CO,NO2,SO2等。如图1所示，传感器可采用阵列形式按上述气体种类排序，如第一种气体经微孔滤膜211被抽至传感器21可测其浓度；第二种气体经微孔滤膜222被抽至传感器22可测其浓度；第三种气体经微孔滤膜233被抽至传感器23可测其浓度；其他气体依次类推可测出各气体的浓度。采用此方案可对混合气体按分子大小分离测量，减小了各气体对所测传感器的相互干扰，可获得较准确的气体浓度测量值。经传感器阵列测量后的气体可通过排气管道20将尾气排出。
被测气体的抽气、过滤、排气、气压、流速、流量等参数由气路控制单元3，包括配套的阀、泵、管路等，进行整体气体测量工艺的控制。气体流量采用质量流量控制器进行控制；采样气体的气压通过气体压力传感器、泵的抽速和阀的控制可使得被测气体的压力保持恒定，这样可获得较准确的气体浓度变化。
所有的气体采样单元1、气体检测传感器阵列单元2、气路控制单元3均与电气控制与信号处理单元4相连。电气控制与信号处理单元4具备电源、信号采集、分析、输出、显示等功能。传感器所测电信号可通过信号采集与中央处理单元将所采集的模拟信号转化为数字信号实时将数据进行存储、显示或传输。在测试过程中，气体的流量、温度等会对测试数据有影响，故在气体浓度测量的同时可通过气体流量和温度传感器实时测量气体的流量和温度。通过中央控制单元可根据各参数的变化对数据进行校准和处理，获得准确的各气体浓度数值。电气控制与信号处理单元4中设有标准的数据传输接口如RS-485、RS-232，可进行有线或无线数据传输。
实施例：
本实用新型在脱硫脱硝烟气的在线检测中的应用。
在在燃煤、燃油、燃气等领域的应用，所排放的烟气中大多含有二氧化硫和氧化氮等有害气体，一般需要经过脱硫脱硝处理后再排放。故对烟气中气体浓度的在线检测显得十分重要。
本实用新型在检测脱硫脱硝烟气的过程中，可以对脱硫脱硝烟气中的二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、氧气等的气体浓度进行测量。首先通过气体采用单元1将烟气中的烟尘和水汽进行过滤和分离。气体采样方式为泵吸式，样气流量为1L/min，采用气体质量流量传感器MFC进行流量的测量。通过泵的抽速控制，可使得被采集样气的压力保持恒定。烟气温度变化范围为0～200℃，温度测量采用Pt100温度传感器，精度为±1℃。采用电化学式燃料电池型传感器对各气体浓度进行测量。被检测气体排序：一氧化氮(NO)、氧气(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)。测量浓度范围NO、CO、NO2、SO2为0～5000ppm，分辨率为0.5ppm；O2浓度范围为0～30%，分辨率为0.1%。响应时间T90<10S。检测装置的电气特性包括输入工作电压为AC185～255V，整机功耗<50W，休眠时功耗<1W。信号输出接口包括LCD显示，RS-485标准接口；采用两线制，电流范围为4-20mA，信号输出具备有线传输或无线远传功能。检测装置箱体材料采用铝合金或聚合物复合材料，总重量不超过2kg，可采用挂装或立装式安装，防护等级为IP65以上。检测仪工作温度范围为-20℃～55℃；工作湿度范围为15～90%RH(相对湿度），为非凝结型；被测气体压力为1个大气压±10%。
Claims (7)
1.一种在线检测混合气体浓度的装置，包括检测装置箱体，气体采样单元，气体浓度检测传感器阵列单元，气路控制单元，电气控制与信息处理单元，其特征在于：所述检测装置箱体内设有气体采样单元（1）、气体浓度检测传感器阵列单元（2）、气路控制单元（3）和电器控制与信息处理单元（4），所述气体采样单元（1）的右侧设有气体浓度检测传感器阵列单元（2），气体浓度检测传感器阵列单元（2）的右侧设有气路控制单元（3），所述气体采样单元（1）、气体浓度检测传感器阵列单元（2）和气路控制单元（3）分别连接在电气控制与信息处理单元（4）上；所述气体采样单元（1）由进气管路（10）、过滤器（11）、微孔滤膜（12）、水汽分离器（13）和二级过滤器（14）组成，所述气体采样单元（1）的外壳内从左至右依次设有过滤器（11）、微孔滤膜（12）、水汽分离器（13）和二级过滤器（14），所述进气管路（10）从左至右依次穿过过滤器（11）、微孔滤膜（12）、水汽分离器（13）和二级过滤器（14）并连接气体浓度检测传感器阵列单元（2）；所述气体浓度检测传感器阵列单元（2）由若干个检测传感器（21）和若干滤膜（211）组成，气体浓度检测传感器阵列单元（2）的壳体内从左至右依次设有若干个并列放置的检测传感器（21），每个检测传感器（21）外分别套设有一个滤膜（211），位于检测传感器（21）上方的气体浓度检测传感器阵列单元（2）的外壳内设有排气管道（20），所述排气管道（20）连接气路控制单元（3）。
2.如权利要求1所述的一种在线检测混合气体浓度的装置，其特征在于：所述进气管路（10）的左端贯穿气体采样单元（1）的外壳并露出在气体采样单元（1）外。
3.如权利要求1所述的一种在线检测混合气体浓度的装置，其特征在于：所述电气控制与信息处理单元（4）设有若干个数据传输接口和若干个信号输出接口，电气控制与信息处理单元（4）通过数据传输接口连接气体采样单元（1）、气体检测传感器阵列单元（2）和气路控制单元（3）。
4.如权利要求3所述的一种在线检测混合气体浓度的装置，其特征在于：所述信号输出接口包括LCD、LED中的任一种。
5.如权利要求1所述的一种在线检测混合气体浓度的装置，其特征在于：所述检测装置箱体由铝合金材料、聚合物复合材料中的任一种制成。
6.如权利要求1所述的一种在线检测混合气体浓度的装置，其特征在于：所述过滤器（11）的孔径范围为1-250nm，微孔滤膜（12）的孔径范围为0-1nm。
7.如权利要求1所述的一种在线检测混合气体浓度的装置，其特征在于：所述检测传感器（21）外的滤膜（211）离进气管路（10）越远孔径越大，滤膜（211）的孔径范围为0.3nm-1nm。
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2017
- 2017-04-21 CN CN201720437692.5U patent/CN206772932U/zh active Active
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