本发明涉及气体检测，特别涉及原位式管道内气体检测装置及其工作方法。
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。
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。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种排除管道内气体压强变化对检测的不利影响的、结构简单、成本低、可靠性好的原位式管道内气体检测装置。
一种原位式管道内气体检测装置，所述原位式管道内气体检测装置包括吹扫单元，所述吹扫单元连通所述管道内部；所述原位式管道内气体检测装置进一步包括：
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吹扫单元；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
根据上述的原位式管道内气体检测装置，优选地，所述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。
根据上述的原位式管道内气体检测装置，优选地，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。
根据上述的原位式管道内气体检测装置，优选地，所述筒形件的另一端封闭。
根据上述的原位式管道内气体检测装置，优选地，所述弹簧的一端固定在所述活塞的背对所述管线的一侧。
根据上述的原位式管道内气体检测装置，优选地，所述原位式管道内气体检测装置进一步包括：
光源，所述光源发出的测量光穿过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；
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。
根据上述的原位式管道内气体检测装置，可选地，所述光源和探测器设置在所述管道的同一侧或相对的两侧。
根据上述的原位式管道内气体检测装置，优选地，所述光源是可调谐半导体激光器。
根据上述的原位式管道内气体检测装置，可选地，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。
本发明的目的还在于提供了根据上述原位式管道内气体检测装置的工作方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现：
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δp出＝δp管。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.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；
2.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，本发明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发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明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发明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发明。为了教导本发明技术方案，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发明的范围内。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发明的多个变型。由此，本发明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示意性地给出了本发明实施例的原位式管道内气体检测装置的结构简图，如图1所示，所述原位式管道内气体检测装置包括：
吹扫单元，所述吹扫单元连通所述管道内部，吹扫气体进入吹扫单元内，从而隔离光学器件和管道内的气体，防止光学器件被污染；
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吹扫单元；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
本发明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。
实施例2：
根据本发明实施例1的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。
本发明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，