CN207742098U - 单端原位式管道内气体检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单端原位式管道内气体检测装置，所述气体检测装置包括光源、探测器、吹扫单元以及延伸到所述管道内的第一管，所述第一管的伸入到管道内的部分具有背对管道内气流方向的缺口；单端原位式管道内气体检测装置进一步包括：第一隔离部件设置在所述光源发出的测量光光路上以透过所述测量光，并隔离所述光源和管道内的气体；沿着所述测量光方向上，所述第一隔离部件的一侧或两侧具有弹性的密封部件；驱动单元将能量传递到所述第一隔离部件，使得第一隔离部件发生沿着所述测量光光路方向的来回振动。本实用新型具有检测精度高等优点。

Description

单端原位式管道内气体检测装置

技术领域

本实用新型涉及气体检测，特别涉及单端原位式管道内气体检测装置。

背景技术

对于原位测量的气体分析仪器，为了保护分析仪器的光学系统，避免被过程气体中的粉尘、油污所污染，通常会用洁净的高压氮气或者仪表级压缩空气进行吹扫保护。

单端原位激光气体分析仪相比对穿的激光分析仪存在如下优势：

1.安装方便，只需开一个孔安装，只需搭单边平台，只需放单边线缆，只需一边阀门等物料，减少工程安装费用；

2.安装对空间要求小，对于部分安装空间不足的场合，只能进行单端安装；

3.设备重量轻，一人即可操作，降低维护难度和工作量；

4.调光方便，无需两侧调光，一人即可操作，降低维护难度和工作量。

但单端激光气体分析仪在使用过程中，也存在如下难题：

1.由于反射端是插入到管道内部的，因此反射镜片很容易被过程气体污染，污染导致反射光强降低至临界点后，仪表将无法正常测量；

2.反射镜片被污染后，由于管道内部带气，较难维护。

对于上述具有吹扫结构的原位式气体分析仪器，当管道内气体的压强较为稳定时，分析仪器能够准确反映管道内气体的真实浓度；当管道内气体的压强发生波动时，分析仪器输出的气体浓度值随之发生波动，已经不能真实反映管道内气体的真实浓度。

上述问题一直困扰原位式气体分析仪器的制造商，也没能找到出现上述问题的原因。为了解决上述问题，提出了取样式的解决方案，也即，取样管道内的气体，经过过滤、降温、降压、除水等预处理后得到洁净的、低温、低压、不含液态水的气体，再利用分析仪器检测。该方案虽然能准确获知管道内气体的真实浓度，但也带来了延迟时间长、预处理结构复杂、成本高、可靠性低等诸多不足。

实用新型内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种排除管道内气体污染光学器件、可靠性好的单端原位式管道内气体检测装置。

一种单端原位式管道内气体检测装置，所述单端原位式管道内气体检测装置包括光源、探测器、吹扫单元以及延伸到所述管道内的第一管，所述吹扫单元连通所述第一管内部；所述第一管的伸入到管道内的部分具有背对管道内气流方向的缺口；所述单端原位式管道内气体检测装置进一步包括：

第一隔离部件，所述第一隔离部件设置在所述光源发出的测量光光路上以透过所述测量光，并隔离所述光源和管道内的气体；沿着所述测量光方向上，所述第一隔离部件的一侧或两侧具有弹性的密封部件；

驱动单元，所述驱动单元将能量传递到所述第一隔离部件，使得第一隔离部件发生沿着所述测量光光路方向的来回振动。

根据上述的单端原位式管道内气体检测装置，可选地，所述单端原位式管道内气体检测装置进一步包括：

反射镜，所述反射镜设置在所述第一管伸入到管道内的端部；

第二隔离部件，所述第二隔离部件设置在所述光源发出的测量光光路上以透过所述测量光，并隔离所述反射镜和管道内的气体；沿着所述测量光方向上，所述第二隔离部件的一侧或两侧具有弹性的密封部件；

所述吹扫单元提供的气体吹扫所述第二隔离部件的背对反射镜的一侧。

根据上述的单端原位式管道内气体检测装置，可选地，所述驱动单元将能量传递到所述第二隔离部件，使得第二隔离部件发生沿着所述测量光光路方向的来回振动。

根据上述的单端原位式管道内气体检测装置，优选地，所述驱动单元是超声波能量发生器，与所述第一隔离部件连接。

根据上述的单端原位式管道内气体检测装置，可选地，所述单端原位式管道内气体检测装置进一步包括：

第二管，所述第二管设置在所述第一管道的内侧或外侧；

动力单元，所述动力单元驱动所述第二管沿着所述第一管的长度方向来回移动，部分地封堵所述缺口，使得所述缺口在沿着所述测量光光路方向的长度变大或变小。

根据上述的单端原位式管道内气体检测装置，可选地，所述吹扫单元包括：

流量调整模块，所述流量调整模块调节吹扫气体流量，使得在基本流量基础上叠加周期性的流量变化。

根据上述的单端原位式管道内气体检测装置，优选地，所述流量变化是流量增加。

根据上述的单端原位式管道内气体检测装置，优选地，所述第一管的具有缺口的部分在沿着所述管道内的气流方向的截面呈弧形或V形或[形。

根据上述的单端原位式管道内气体检测装置，可选地，所述单端原位式管道内气体检测装置进一步包括：

调节板，所述调节板设置在所述测量光光路上，且处于所述第一隔离部件的背对光源的一侧；所述调节板具有贯穿的通孔，所述通孔在调节板上的分布是中间疏、四周密。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：

1.在隔离部件和光学器件之间通入洁净的吹扫气体，防止管道内的不洁净气体(含有颗粒物等污染光学器件的污染物)接触光学器件以及隔离部件，提高了气体检测装置的运行稳定性和可靠性；

利用隔离部件的振动去除隔离部件上的污染物，如颗粒物，实现了自清洁功能，进一步提高了气体检测装置的运行稳定性和可靠性；

2.针对现有技术中存在的问题，申请人分析如下：

在具有吹扫单元的原位式气体检测装置中，吹扫气体持续地往吹入被测管道内，在被测介质与仪器光学系统之间形成一个隔离区域。吹扫气体吹入管道的流速决定了“吹扫气体保护作用的效果”以及“测量光路的长度(测量光程)”。

吹扫气体的流速是由吹扫气源和管道内被测气体压力的差值所决定，压差越大流速越大，吹扫在光学玻璃表面的动能越大，吹扫力度越强，粉尘不容易附着；同时在气路通径不变的情况下流量也越大，阻隔效果越好，被测气体就越不容易接触被保护表面；而测量光程也会在管道流速一定的情况下相应变短，从而使测量浓度值变小。

所以在吹扫系统中，吹扫气源和管道内被测气体压力的差值是一个非常关键的因素，在实际的应用中，管道内的被测气体压力往往是在变化的，而吹扫气源的压力则是恒定的，这样他们的压差就会发生变化，从而导致实际的吹扫流速是不停变化的，这样不但吹扫保护效果不佳，仪器因光程发生变化而引起浓度不正常波动。

通过申请人对现有问题的分析而获知的上述原因，创造性地设计了平衡部件，使得进入管道内的吹扫气体的压强和管道内气体压强的差值保持不变，也即保证了管道内测量光程的稳定，从而消除了由于管道内气体压强波动而造成的气体检测值异常波动；

3.无需取样、预处理装置，降低了结构复杂度，降低了成本，也提高了可靠性。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本实用新型实施例的原位式管道内气体检测装置的结构简图。

具体实施方式

图1和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本实用新型实施例的单端原位式管道内气体检测装置的结构简图，如图1所示，所述单端原位式管道内气体检测装置包括：

光源、探测器以及延伸到所述管道1内的第一管4，所述第一管4的伸入到管道1内的部分具有背对管道内气流方向的缺口；所述第一管的具有缺口的部分在沿着所述管道内的气流方向的截面呈弧形或V形或[形；

第一隔离部件2，如玻片，所述第一隔离部件2设置在所述光源发出的测量光光路上以透过所述测量光，并隔离所述光源和管道内的气体；沿着所述测量光方向上，所述第一隔离部件的一侧或两侧具有弹性的密封部件；

反射镜，所述反射镜设置在所述第一管伸入到管道内的端部；

第二隔离部件7，所述第二隔离部件设置在所述光源发出的测量光光路上以透过所述测量光，并隔离所述反射镜和管道内的气体；沿着所述测量光方向上，所述第二隔离部件的一侧或两侧具有弹性的密封部件；

吹扫单元，所述吹扫单元连通所述第一管4内部，所述吹扫单元提供的气体吹扫所述第二隔离部件的背对反射镜的一侧，使得第一隔离部件和管道内气体之间，第二隔离部件和管道内气体之间均为洁净的吹扫气体；

驱动单元5，如超声波能量发生器，所述驱动单元将能量传递到所述第一隔离部件，使得第一隔离部件发生沿着所述测量光光路方向的来回振动；所述驱动单元将能量传递到所述第二隔离部件，使得第二隔离部件发生沿着所述测量光光路方向的来回振动；

第二管6，所述第二管设置在所述第一管道的内侧或外侧；

动力单元，所述动力单元驱动所述第二管沿着所述第一管的长度方向来回移动，部分地封堵所述缺口，使得所述缺口在沿着所述测量光光路方向的长度变大或变小；

阀门3，如球阀，所述阀门3设置在所述第一隔离部件和第一管之间，内部适于测量光的穿过；

气源，所述气源提供洁净、干燥的不含有待测气体成分的吹扫气体，如氮气；气源的出口连接流量调整模块和平衡部件；

流量调整模块，所述流量调整模块调节吹扫气体流量，使得在基本流量基础上叠加周期性的流量变化，所述流量变化是流量增加；

切换部件，所述切换部件的入口分别连通流量调整模块和平衡部件，出口连通第一管内部；使得第一管的内部选择性地连通流量调整模块和平衡部件；

调节板，所述调节板设置在所述测量光光路上，且处于所述第一隔离部件的背对光源的一侧；所述调节板具有贯穿的通孔，所述通孔在调节板上的分布是中间疏、四周密；

平衡部件，所述平衡部件包括：

筒形件，所述筒形件的一端通过管线连通所述管道的内部；

活塞，所述活塞设置在所述筒形件内；

弹簧，所述弹簧的一端固定在所述活塞上，另一端固定在所述筒形件上；

气体入口和气体出口，所述气体入口和气体出口设置在所述筒形件的相对的两侧，所述气体出口连通所述切换部件；所述活塞的侧面与气体出口间的重叠面积S₁和气体出口的截面积S₂之比M∈[0，1]，且所述重叠面积的变化ΔS₁与所述弹簧的形变量Δx间关系是：ΔS₁＝k·Δx，k是常数，且P_入为所述气体入口处的气体压强，K为所述弹簧的倔强系数，S₃为所述活塞的垂直于运动方向的截面面积。

本实用新型实施例的根据上述的原位式管道内气体检测装置的工作方法，所述工作方法为：

在工作状态下，通过切换部件的切换，吹扫气体依次通过气体入口、筒形件、气体出口和切换部件后进入第一管内，最后进入管道内，从而使得第一隔离部件和管道内气体之间，第二隔离部件和管道内气体之间均为洁净的吹扫气体；所述气体出口处的气体压强P_出和管道内气体压强P_管的差为ΔP；

所述气体入口处的气体压强保持不变；

管道内的气体压强P_管发生变化，变化量为ΔP_管；弹簧推动活塞移动，所述重叠面积(也即封堵气体出口的面积)S₁发生变化，使得所述气体出口处的气体压强P_出发生变化，变化量为ΔP_出＝ΔP_管，也即气体出口处的气体压强P_出和管道内气体压强P_管的差仍为ΔP，从而使得测量光在管道内的测量光程不变，排除了管道内气体检测时由于管道内气体压强的变化而引起的气体参数如浓度的不正常波动；

同时，所述驱动单元将能力传递到所述第一隔离部件，使得第一隔离部件发生沿着所述测量光光路方向的来回振动，防止颗粒物沾染在所述第一隔离部件上；

在维护状态下，通过切换部件的切换，气源提供的吹扫气体进入所述流量调整模块，所述流量调整模块调节吹扫气体流量，使得在基本流量基础上叠加周期性的流量变化，所述流量变化是流量增加；通过吹扫气体流量的变化去促使第一隔离部件和第二隔离部件上附着的颗粒物掉落，从而清洁隔离部件。

实施例2：

根据本实用新型实施例1的单端原位式管道内气体检测装置及其工作方法在管道内气体浓度检测中的应用例。

在该应用例中，原位式管道内气体检测装置包括：

光源，如可调谐半导体激光器，所述光源发出的测量光穿过管道一侧的吹扫单元后进入所述管道内，与管道内的气体发生相互作用后穿过管道另一侧的吹扫单元后被探测器接收；

探测器，所述探测器将接收到的光信号转换为电信号；光源和探测器设置在管道的相对的两侧；

分析单元，所述分析单元利用吸收光谱技术处理所述电信号，从而获知所述管道内气体的含量；

在平衡部件中，气体进口的截面积为S₂，且所述气体入口和气体出口在垂直于所述气体出口的中心轴线的平面上的投影重合；所述气体入口和气体出口的垂直于其中心轴线的截面为矩形，矩形的宽的延伸方向与活塞的运动方向平行，矩形的长的延伸方向与活塞的运动方向垂直，k为所述矩形的长度的大小值；所述筒形件的另一端封闭，弹簧的一端固定在该封闭端；所述弹簧的一端固定在所述活塞的背对所述管线的一侧。

本实用新型实施例的根据上述的原位式管道内气体检测装置的工作方法，所述工作方法为：

吹扫气体依次通过气体入口、筒形件、气体出口和吹扫单元后进入管道内；所述气体出口处的气体压强P_出和管道内气体压强P_管的差为ΔP；所述吹扫气体中不含有管道内的待测气体或含有已知浓度的待测气体；

所述气体入口处的气体压强保持不变；

管道内的气体压强P_管发生变化，变化量为ΔP_管；弹簧推动活塞移动，所述重叠面积S₁发生变化，使得所述气体出口处的气体压强P_出发生变化，变化量为也即气体出口处的气体压强P_出和管道内气体压强P_管的差仍为ΔP，从而使得测量光在管道内的测量光程不变，排除了管道内气体检测时由于管道内气体压强的变化而引起的气体参数如浓度的不正常波动。

Claims (9)

1.一种单端原位式管道内气体检测装置，所述单端原位式管道内气体检测装置包括光源、探测器、吹扫单元以及延伸到所述管道内的第一管，所述吹扫单元连通所述第一管内部；所述第一管的伸入到管道内的部分具有背对管道内气流方向的缺口；其特征在于：所述单端原位式管道内气体检测装置进一步包括：

第一隔离部件，所述第一隔离部件设置在所述光源发出的测量光光路上以透过所述测量光，并隔离所述光源和管道内的气体；沿着所述测量光方向上，所述第一隔离部件的一侧或两侧具有弹性的密封部件；

驱动单元，所述驱动单元将能量传递到所述第一隔离部件，使得第一隔离部件发生沿着所述测量光光路方向的来回振动。

2.根据权利要求1所述的单端原位式管道内气体检测装置，其特征在于：所述单端原位式管道内气体检测装置进一步包括：

反射镜，所述反射镜设置在所述第一管伸入到管道内的端部；

第二隔离部件，所述第二隔离部件设置在所述光源发出的测量光光路上以透过所述测量光，并隔离所述反射镜和管道内的气体；沿着所述测量光方向上，所述第二隔离部件的一侧或两侧具有弹性的密封部件；

所述吹扫单元提供的气体吹扫所述第二隔离部件的背对反射镜的一侧。

3.根据权利要求2所述的单端原位式管道内气体检测装置，其特征在于：所述驱动单元将能量传递到所述第二隔离部件，使得第二隔离部件发生沿着所述测量光光路方向的来回振动。

4.根据权利要求3所述的单端原位式管道内气体检测装置，其特征在于：所述驱动单元是超声波能量发生器，与所述第一隔离部件连接。

5.根据权利要求1所述的单端原位式管道内气体检测装置，其特征在于：所述单端原位式管道内气体检测装置进一步包括：

第二管，所述第二管设置在所述第一管的内侧或外侧；

动力单元，所述动力单元驱动所述第二管沿着所述第一管的长度方向来回移动，部分地封堵所述缺口，使得所述缺口在沿着所述测量光光路方向的长度变大或变小。

6.根据权利要求1所述的单端原位式管道内气体检测装置，其特征在于：所述吹扫单元包括：

流量调整模块，所述流量调整模块调节吹扫气体流量，使得在基本流量基础上叠加周期性的流量变化。

7.根据权利要求6所述的单端原位式管道内气体检测装置，其特征在于：所述流量变化是流量增加。

8.根据权利要求6所述的单端原位式管道内气体检测装置，其特征在于：所述第一管的具有缺口的部分在沿着所述管道内的气流方向的截面呈弧形或V形或[形。

9.根据权利要求1所述的单端原位式管道内气体检测装置，其特征在于：所述单端原位式管道内气体检测装置进一步包括：

调节板，所述调节板设置在所述测量光光路上，且处于所述第一隔离部件的背对光源的一侧；所述调节板具有贯穿的通孔，所述通孔在调节板上的分布是中间疏、四周密。