CN220872447U - 一种空气在线监测的自动质控气路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气在线监测的自动质控气路装置，本实用新型的电磁三通阀单元的工作状态可以由控制器控制，当电磁三通阀单元开启时，第一入口与三通阀出口单向导通，从而通过质控气路、气体分析仪进行质控气的检测，当电磁三通阀单元关闭时，第二入口与三通阀出口单向导通，从而通过采样气路、气体分析仪进行采样气的检测，无需人工切换气路，降低了操作难度、提高切换效率以及保证检测准确性，并且通过设置电磁三通阀可以避免质控气、采样气回流而造成的不良影响。

Description

一种空气在线监测的自动质控气路装置

技术领域

本实用新型涉及环境空气的监测领域，具体为一种空气在线监测的自动质控气路装置。

背景技术

在环保问题日益突出、环保事业高速发展的大环境下，推进自动化在线监测已成现今环境监测的主要技术手段。目前，对于各个点位的环境空气监测站房，定期对进行气体分析仪进行质量控制检查，即定期检查并校准气体分析仪，是运维的重要一环，可以有效减少监测数据偏差，保障监测数据质量，并对气体分析仪本身的保养、检修和更换有导向作用。

现阶段质控任务执行的自动化程度低，在实际操作过程中，仍以巡检人员抵达现场进行人工操作为主，操作难度大，等待时间长，效率低，不同类型的分析仪进行质控时，需人工不断地反复切换气路，若控制不当，质控气回流、气路死区废气滞留等问题易对受质控的气体分析仪造成影响，导致质控检查的效果有偏差，影响准确性。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决上述技术问题的至少之一，本实用新型的目的是提供一种空气在线监测的自动质控气路装置。

本申请实施例提供了一种空气在线监测的自动质控气路装置，包括：

主管道，具有输入口，所述输入口用于输入质控气；

管道单元，包括从管道以及采样管道，所述从管道的入口连接所述输入口，所述采样管道的入口用于输入采样气；

电磁三通阀单元，供控制器控制，具有第一入口、第二入口以及三通阀出口，所述第一入口连接所述从管道的出口，所述第二入口连接所述采样管道的出口，所述三通阀出口用于连接气体分析仪；

其中，当所述电磁三通阀单元开启时，所述第一入口与所述三通阀出口单向导通，当所述电磁三通阀单元关闭时，所述第二入口与所述三通阀出口单向导通。

进一步，所述主管道还包括排出口，所述气体检测装置还包括泄压控制阀，所述泄压控制阀与所述输入口以及所述排出口连通。

进一步，所述空气在线监测的自动质控气路装置还包括流量计，所述流量计与所述泄压控制阀以及所述输入口连通。

进一步，所述空气在线监测的自动质控气路装置还包括压力计，所述压力计与所述输入口连通。

进一步，所述管道单元还包括连接管道，所述连接管道的入口连接所述三通阀出口，所述连接管道的出口用于连接气体分析仪。

进一步，所述从管道包括第一子管道、第二子管道、第三子管道以及第四子管道，所述采样管道包括第一采样子管道、第二采样子管道、第三采样子管道以及第四采样子管道，所述电磁三通阀单元包括第一电磁三通阀、第二电磁三通阀、第三电磁三通阀以及第四电磁三通阀；

所述第一子管道连接所述输入口以及所述第一电磁三通阀的第一入口，所述第一采样子管道的出口连接所述第一电磁三通阀的第二入口，所述第一电磁三通阀的出口用于连接气体分析仪；

所述第二子管道连接所述输入口以及所述第二电磁三通阀的第一入口，所述第二采样子管道的出口连接所述第二电磁三通阀的第二入口，所述第二电磁三通阀的出口用于连接气体分析仪；

所述第三子管道连接所述输入口以及所述第三电磁三通阀的第一入口，所述第三采样子管道的出口连接所述第三电磁三通阀的第二入口，所述第三电磁三通阀的出口用于连接气体分析仪；

所述第四子管道连接所述输入口以及所述第四电磁三通阀的第一入口，所述第四采样子管道的出口连接所述第四电磁三通阀的第二入口，所述第四电磁三通阀的出口用于连接气体分析仪。

本申请实施例还提供一种空气在线监测的自动质控气路系统，包括：控制器以及所述空气在线监测的自动质控气路装置，所述控制器与电磁三通阀单元连接。

进一步，所述空气在线监测的自动质控气路系统还包括气体分析仪，所述气体分析仪与三通阀出口连接。

进一步，所述气体分析仪包括SO₂分析仪、NO₂分析仪、CO分析仪以及O₃分析仪中的至少之一。

进一步，所述空气在线监测的自动质控气路系统还包括零气发生器、校准仪以及容纳SO₂、NO₂、CO标准气体的容器，所述校准仪与所述容器、所述零气发生器以及输入口连接，所述校准仪用于输出质控气。

本申请实施例的有益效果至少包括：

通过设置主管道、包括从管道以及采样管道的管道单元以及电磁三通阀单元，主管道的输入口用于输入质控气，从管道的入口连接输入口，采样管道的入口用于输入采样气，电磁三通阀单元的第一入口连接从管道的出口，电磁三通阀单元的第二入口连接采样管道的出口，电磁三通阀单元的三通阀出口用于连接气体分析仪；电磁三通阀单元的工作状态可以由控制器控制，当电磁三通阀单元开启时，第一入口与三通阀出口单向导通，从而通过质控气路、气体分析仪进行质控气的在线检测，当电磁三通阀单元关闭时，第二入口与三通阀出口单向导通，从而通过采样气路、气体分析仪进行采样气的在线检测，无需人工切换气路，降低了操作难度、提高切换效率以及保证检测准确性，并且通过设置电磁三通阀避免质控气、采样气回流而造成的不良影响。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1为本申请实施例空气在线监测的自动质控气路装置结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本申请实施例自检电路的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步解释和说明。本申请实施例中记载的“连接”可以包括直接连接或者间接连接。

参照图1和图2，本申请实施例提供了一种空气在线监测的自动质控气路装置，包括主管道1、管道单元、电磁三通阀单元、流量计(未图示)、压力计(未图示)、泄压控制阀2以及多通阀单元(包括若干个三通阀A以及四通阀B)。

参照图1和图2，本申请实施例中，主管道1具有用于输入质控气的输入口11以及用于排出气体的排出口12，泄压控制阀2与输入口11以及排出口12连通设置。其中，泄压控制阀2供控制器连接进行控制。

本申请实施例中，管道单元包括从管道以及采样管道。其中，从管道的入口连接输入口11，采样管道的入口用于输入来自采样总管的采样气。

本申请实施例中，电磁三通阀单元供控制器控制，具有第一入口、第二入口以及三通阀出口，第一入口连接从管道的出口，第二入口连接采样管道的出口，三通阀出口用于连接气体分析仪，将气体输入至气体分析仪中进行检测分析，从而实现对质控气或者采样气的检测/监测。需要说明的是，第一入口与三通阀出口单向导通，第二入口与三通阀出口单向导通，防止质控气进入采样管道，影响正常的采样。其中，当电磁三通阀单元开启，第一入口与三通阀出口单向导通，当电磁三通阀单元关闭，第二入口与三通阀出口单向导通。

需要说明的是，本申请实施例中管道单元还包括连接管道，连接管道的入口连接三通阀出口，连接管道的出口用于连接气体分析仪，因此三通阀出口通过连接管道连接气体分析仪。可选地，主管道1、从管道、采样管道以及连接管道的材质可以为聚四氟乙烯软管。

参照图1和图2，可选地，从管道包括第一子管道31、第二子管道32、第三子管道33以及第四子管道34，采样管道包括第一采样子管道41、第二采样子管道42、第三采样子管道43以及第四采样子管道44，电磁三通阀单元包括第一电磁三通阀51、第二电磁三通阀52、第三电磁三通阀53以及第四电磁三通阀54；第一入口包括第一电磁三通阀51、第二电磁三通阀52、第三电磁三通阀53以及第四电磁三通阀54与第一子管道31、第二子管道32、第三子管道33以及第四子管道34连接的入口；第二入口包括第一电磁三通阀51、第二电磁三通阀52、第三电磁三通阀53以及第四电磁三通阀54与第一采样子管道41、第二采样子管道42、第三采样子管道43、第四采样子管道44连接的入口；三通阀出口包括第一电磁三通阀51、第二电磁三通阀52、第三电磁三通阀53以及第四电磁三通阀54的出口。

第一子管道31连接输入口11以及第一电磁三通阀51的其中第一入口，第一采样子管道41的出口连接第一电磁三通阀51的第二入口，第一电磁三通阀51的出口用于连接气体分析仪，形成第一质控气路CH1或第一采样气路；

第二子管道32连接输入口11以及第二电磁三通阀52的其中一个入口，第二采样子管道42的出口连接第二电磁三通阀52的另一个入口，第二电磁三通阀52的出口用于连接气体分析仪，形成第二质控气路CH2或第二采样气路；

第三子管道33连接输入口11以及第三电磁三通阀53的第一入口，第三采样子管道43的出口连接第三电磁三通阀53的第二入口，第三电磁三通阀53的出口用于连接气体分析仪，形成第三质控气路CH3或第三采样气路；

第四子管道34连接输入口11以及第四电磁三通阀54的第一入口，第四采样子管道44的出口连接第四电磁三通阀54的第二入口，第四电磁三通阀54的出口用于连接气体分析仪，形成第四质控气路CH4或第四采样气路。

参照图1和图2，本申请实施例中，连接管道包括第一连接子管道61、第二连接子管道62、第三连接子管道63以及第四连接子管道64，第一电磁三通阀51的出口通过第一连接子管道61连接气体分析仪，第二电磁三通阀52的出口通过第二连接子管道62连接气体分析仪，第三电磁三通阀53的出口通过第三连接子管道63连接气体分析仪，第四电磁三通阀54的出口通过第四连接子管道64连接气体分析仪。可选地，第一连接子管道61、第二连接子管道62、第三连接子管道63以及第四连接子管道64所对应连接的气体分析仪的类型可以不同，例如可以包括SO₂分析仪、NO₂分析仪、CO分析仪以及O₃分析仪。需要说明的是，其他实施例中从管道中的子管道数量、连接子管道的数量以及电磁三通阀的数量可以根据需要调整，不构成具体限定。

参照图1和图2，本申请实施例中，主管道1与第一子管道31、第二子管道32、第三子管道33均分别通过一个三通阀连接，若干个三通阀A将主管道1分割成若干段，三通阀的设置使得第一子管道31、第二子管道32、第三子管道33的气体无法回流进入主管道1中。

参照图1和图2，本申请实施例中，在第四子管道34处设置有四通阀B，四通阀B分别连接主管道1、第四子管道34的入口、压力计以及流量计，使得流量计与泄压控制阀2以及输入口11连通、压力计与输入口11连通,压力计用于实时监测主管道1的气路压力、流量计用于实时监测主管道1的气路流量。压力计、流量计可与控制器连接。可选地，各个三通阀以及四通阀B的材质可以为PTFE。

参照图1和图2，本申请实施例还提供一种空气在线监测的自动质控气路系统，包括控制器以及上述空气在线监测的自动质控气路装置，控制器与电磁三通阀单元、流量计、压力计、泄压控制阀2电性连接。例如，控制器可以连接第一电磁三通阀51、第二电磁三通阀52、第三电磁三通阀53以及第四电磁三通阀54。

本申请实施例中，空气在线监测的自动质控气路系统还包括气体分析仪，气体分析仪与电磁三通阀的出口连接。可选地，电磁三通阀的出口包括第一电磁三通阀51、第一电磁三通阀51、第二电磁三通阀52、第三电磁三通阀53以及第四电磁三通阀54的出口，气体分析仪包括SO₂分析仪、NO₂分析仪、CO分析仪以及O₃分析仪中的至少之一。需要说明的是，其他实施例中可以包括其他类型的分析仪，不作具体限定。

本申请实施例中，空气在线监测的自动质控气路系统还包括零气发生器、校准仪以及容纳SO₂、NO₂、CO标准气体的容器，例如容器可以为钢瓶。其中，校准仪与容器、零气发生器以及输入口11连接，校准仪用于将SO₂、NO₂、CO标准气体与零气发生器产生的零气进行混合产生质控气，然后将质控气输入至输入口11。

下面以第一质控气路CH1为例，对应连接的气体分析仪为SO₂分析仪，对本申请实施例的具体工作过程进行说明，其他质控气路的控制原理类似：

参照图1和图2，当需要利用SO₂分析仪进行气体检测时，钢瓶中的SO₂标准气体与通过零气发生器产生的零气输入校准仪，校准仪将标准气体和零气按一定的比例混合后制成质控气，经过主管道1的输入口11输入质控气，控制器控制泄压控制阀2开启，将主管道1内部的滞留废气快速排清，以便质控气上气。间隔一定时间后，控制器控制第一质控气路CH1上的第一电磁三通阀51开启，质控气通过CH1进入SO₂分析仪，同时第一质控气路CH1上的第一电磁三通阀51可以避免质控气回流到第一采样子管道41内，待质控气通入稳定后进行质控检测读数。

参照图1和图2，需要说明的是，此时第二电磁三通阀52、第三电磁三通阀53、第四电磁三通阀54处于关闭状态，若第二质控气路CH2、第三质控气路CH3以及第四质控气路CH4同样需要质控，则可以通过控制器控制对应的第二电磁三通阀52、第三电磁三通阀53、第四电磁三通阀54中的一个或多个开启进行在线的质控检测。

可选地，由于高于气体分析仪进气流量范围的质控气输入受质控的气体分析仪后，同时也会出现质控气压力过高的情况，长期反复通入过高压力的气体易损耗气体分析仪内部的元件，影响仪器使用寿命；此外，不同仪器之间连通的气路管道交联复杂，在管路交界处的气路死区内滞留气体与当前流程所需气体类型或浓度不同，滞留气体释出后与当前所需流通气体混合，影响当前流通气体浓度的准确性。本申请实施例中，在至少一个质控气路进行质控的过程中，控制器可以根据流量计、气压计获取到的数据范围控制泄压控制阀2进行快速开闭式自动调节，利用基于Joukowsky原理的压力和流量反馈控制方式，使质控气管路在产生一定的、受控的气冲击和积累效应下，加速质控气的上气、稳定压力和结束后快速排空，有效避免气路死区的残留气体影响当前质控气浓度。

例如，质控流程初始阶段，泄压控制阀2将气路死区内的其他阶段残余气体快速排空，然后快速开闭，以便新的目标质控气从自动化质控装置的质控气输入口11(CAL-I N)输入并充满质控主气路，即加速质控气上气并促进质控气预混；质控流程的读数阶段，泄压控制阀2快速开闭，排出多余质控气，将输入气体分析仪的质控气流量控制在该分析仪常规的进气流量范围内，避免质控气压力和流量过大而造成仪器劳损；质控流程结束时，不再输入来自校准仪的质控气，泄压控制阀2快速排清残余的质控气，加速气路恢复，关闭电磁单通阀后切换通入来自站房采样总管的采样气和恢复气体分析仪的采样数据读数，避免采样气体中会掺杂未排清的质控气体。

可选地，在需要进行采样气路的切换时，以第一质控气路CH1为例，此时将第一电磁三通阀51关闭，使得采样气可以通过第一采样子管道41的出口进入第一电磁三通阀51并进入至SO₂分析仪中进行采样气的分析。因此，通过对电磁三通阀的控制即可以实现质控气路以及采样气路的快速切换，质控流程结束后可以自动关闭电磁三通阀，需要开启质控流程时自动开启电磁三通阀，从而质控气或者采样气进行检测分析，无需人工手动切换。另外，电磁三通阀具有阀门间结构紧凑、响应速度快、调节精度高、调节范围大、密闭性优良等特点，通过控制器对电磁三通阀的开关有利于实现质控监测变化流体间压差变化平滑，进一步控制质控气路的自动化高效切换，提高质控数据的效率与精准度。

本申请实施例中，控制所有的电磁三通阀、泄压控制阀2连续自动开闭，开闭动作间隔10s，整个开闭周期为20s，连续开闭30000次，导出测试数据，查看累计开闭次数和每次开闭对应的执行情况，开闭执行次数累计30000次以上，成功率达99％以上，电磁三通阀和泄压控制阀2均具备不少于30000次的使用寿命。

本申请实施例中，若电磁三通阀失效且失效后分为两种状态(关闭、开启)，如果是关闭状态，失效的电磁三通阀对于质控气仍有阻隔作用，可以避免质控气回流到采样通道而影响其他的气体分析仪，但该通道无法再通入质控气来对于分析仪进行质控。而若失效后为开启状态，质控气会在这个电磁三通阀流通，该通道无法通入采样气体到分析仪，但也不影响正在进行质控的分析仪和另外正常采样监测的分析仪，也可避免人为远程打开三通电磁阀并往采样通道输入质控零气而稀释采样气体中污染物、故意降低污染物浓度的监测数据造假行为。

本申请实施例中，基于质控气防回流功能，做质控气进出口的流量偏差测试，控制输入质控标气流量约为10L/min，质控压力在0.2Mpa以内，选择某一质控气路，开启质控气路的电磁三通阀，用流量计测量回流流量，读数取5组，当通道输入口11的流量趋近于0sccm，偏差在1sccm以内，即为合格，用相同方式测试同一装置的其他通道，得到的测试结果均为合格，测试结果显示表明防回流阻隔性良好。

本申请实施例中，控制器控制开关量驱动板，通过对线圈寄存器的开关量切换，进行开关量的开启和关闭控制。开关量驱动板主要实现对继电器的控制驱动，完成弱电到强电的继电器控制。本申请实施例中，气体检测系统配置有各个电磁三通阀对应的自检电路，如图3所示，为其中一个电磁三通阀的自检电路，检测电压为0.15V，控制的具体流程为：监测质控前后电磁三通阀正常工作的电流值，进而判定是否异常，当电磁三通阀接收到开启指令后，线圈损坏后则可能没有电流通过或电流值异常，在质控流程开始时和进行过程中，实时监测电磁三通阀的工作电流，出现异常时会及时进行预警、中止正在执行的质控流程，有效避免质控流程无效或质控结果错误。同时，便于及早进行针对性维护，避免电磁三通阀失效而导致气体分析仪的采样监测数据有偏差或者仪器异常，有助于保障后续的质控流程能按时正常启动，保障质控时效性。

可选地，空气在线监测的自动质控气路系统还可以包括与控制器连接的显示单元，在显示单元上可以观察流量计、气压计的数据、各个电磁三通阀、泄压控制阀2的工作状态、各个质控气路状态、气体分析仪的结果、钢瓶压力(压力过低时提示报警，以便及时换新的钢瓶)、零气发生器工作状态、零气流量、校准仪工作状态、标气流量、空气在线监测的自动质控气路装置所在的站房环境的站房温湿度、三相电流电压(A相、B相、C相)、采样总管温湿度、总管静压、标气瓶压力、空调状态、滞留时间、CO泄漏、烟雾报警、水浸报警监测数据或状态，发现流量或压力异常时，在显示单元自动报警并中止执行中的质控流程，避免质控结果不准确或损坏仪器。同时，基于站房环境的物联感知，某项监测值遇到数据超限，或监测器状态异常时触发自动报警提示，避免站房内的异常因素干扰气体分析仪和其他配套设备稳定运行，有助于保障环境空气监测数据的准确性和有效性。可选地，人员可以通过显示单元操作以对控制器进行控制，控制电磁三通阀或者泄压控制阀2，或者输入指令启动质控流程或者结束质控流程，使得控制器自动控制电磁三通阀的工作状态。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种空气在线监测的自动质控气路装置，其特征在于，包括：

主管道，具有输入口，所述输入口用于输入质控气；

管道单元，包括从管道以及采样管道，所述从管道的入口连接所述输入口，所述采样管道的入口用于输入采样气；

电磁三通阀单元，供控制器控制，具有第一入口、第二入口以及三通阀出口，所述第一入口连接所述从管道的出口，所述第二入口连接所述采样管道的出口，所述三通阀出口用于连接气体分析仪；

其中，当所述电磁三通阀单元开启时，所述第一入口与所述三通阀出口单向导通，当所述电磁三通阀单元关闭时，所述第二入口与所述三通阀出口单向导通。

2.根据权利要求1所述空气在线监测的自动质控气路装置，其特征在于：所述主管道还包括排出口，所述空气在线监测的自动质控气路装置还包括泄压控制阀，所述泄压控制阀与所述输入口以及所述排出口连通。

3.根据权利要求2所述空气在线监测的自动质控气路装置，其特征在于：所述空气在线监测的自动质控气路装置还包括流量计，所述流量计与所述泄压控制阀以及所述输入口连通。

4.根据权利要求1所述空气在线监测的自动质控气路装置，其特征在于：所述空气在线监测的自动质控气路装置还包括压力计，所述压力计与所述输入口连通。

5.根据权利要求1-4任一项所述空气在线监测的自动质控气路装置，其特征在于：所述管道单元还包括连接管道，所述连接管道的入口连接所述三通阀出口，所述连接管道的出口用于连接气体分析仪。

6.根据权利要求1-4任一项所述空气在线监测的自动质控气路装置，其特征在于：所述从管道包括第一子管道、第二子管道、第三子管道以及第四子管道，所述采样管道包括第一采样子管道、第二采样子管道、第三采样子管道以及第四采样子管道，所述电磁三通阀单元包括第一电磁三通阀、第二电磁三通阀、第三电磁三通阀以及第四电磁三通阀；

所述第一子管道连接所述输入口以及所述第一电磁三通阀的第一入口，所述第一采样子管道的出口连接所述第一电磁三通阀的第二入口，所述第一电磁三通阀的出口用于连接气体分析仪；

所述第二子管道连接所述输入口以及所述第二电磁三通阀的第一入口，所述第二采样子管道的出口连接所述第二电磁三通阀的第二入口，所述第二电磁三通阀的出口用于连接气体分析仪；

所述第三子管道连接所述输入口以及所述第三电磁三通阀的第一入口，所述第三采样子管道的出口连接所述第三电磁三通阀的第二入口，所述第三电磁三通阀的出口用于连接气体分析仪；

所述第四子管道连接所述输入口以及所述第四电磁三通阀的第一入口，所述第四采样子管道的出口连接所述第四电磁三通阀的第二入口，所述第四电磁三通阀的出口用于连接气体分析仪。