海水气体检测装置及检测方法_2

文档序号:8952316阅读:来源:国知局
单元、气体检测单元和废气回收单元,以便于执行原位检测任务。
[0024]下面结合图1,对所述海水气体检测装置中的各功能单元的具体结构设计以及工作原理进行详细地说明。
[0025]如图1所示,本实施例在水样采集单元中主要设置有进水器101、减压阀102、过滤器103等部件。其中,进水器101位于耐压壳体104的外部,用于将待测水样引入到耐压壳体104中。将进水器101的出水口伸入到耐压壳体104上开设的进样口中,并对所述进样口进行封堵,以保证耐压壳体104内部腔室的密闭性。本实施例优选将所述进水器101设计成圆筒形结构,筒壁上均匀开设有进水孔,且最好布满整个筒壁,以扩大采水量和采水区域。在筒壁的外侧优选再覆盖一层不锈钢过滤网,对待测水样进行一次过滤。
[0026]将进水器101的出水口通过不锈钢管连接至减压阀102,利用所述减压阀102降低待测水样的压力,通常降低至一个大气压,以平衡检测装置舱体内外的压力。
[0027]将过滤器103安装在减压阀102的输出端,对降压后的待测水样进行二级过滤,以进一步滤除掉待测水样中的固体杂质,避免对装置的管路造成堵塞。
[0028]在所述气液分离单元中设置有水体加热器201、节流器204、离心式气液分离器205和抽气装置206等主要部件。其中,水体加热器201连通所述的过滤器103,接收经由过滤器103进行二级过滤后输出的待测水样,通过对待测水样进行加热,以实现气液一级分离。由于在压力不变的情况下,水体中气体的溶解度随温度的升高而降低,因此,对待测水样进行加热处理有利于使溶解在待测水样中的气体溢出。
[0029]为了对待测水样的引入量和加热温度进行控制,本实施例在所述水体加热器201中设置了温度传感器2011、液位传感器2012和加热管2013,如图2所示。在水体加热器201的内壁上还贴附有一层保温层2014,以保持加热后的水体温度。通过液位传感器2012检测注入到水体加热器201内部的待测水样的液位高度,并生成检测信号输出至一控制器U1,结合图3所示。所述控制器可以采用单片机等具有数据处理能力的集成芯片实现,当控制器检测到注入到水体加热器201内部的待测水样的液位高度到达设定高度时,输出控制信号至减压阀102,控制减压阀102关闭,停止进样。然后,通过控制器Ul开启加热管2013对水体加热器201中的待测水样进行加热,并实时接收温度传感器2011反馈的温度检测信号,在待测水样的加热温度到达设定值时,控制器Ul控制加热管2013关闭,停止加热。待测水样在加热的过程中,溶解在其中的气体会逐渐溢出,通过开设在水体加热器201顶部的出气孔进入输气管道202,实现气液一级分离。
[0030]对于加热管2013的启停控制,可以采用在加热器2013的供电回路中增设一可控开关,通过控制器Ul控制所述可控开关通断,以控制所述加热管2013开启或者关闭。
[0031]将水体加热器201的出水管通过流量控制阀203与节流器204连通,当待测水样在水体加热器201中完成气液一级分离后,通过控制器Ul开启流量控制阀203,将完成气液一级分离后的气液混合体输送至节流器204,并通过流量控制阀203控制进入节流器204的水量。
[0032]由于在温度不变的情况下,水体中气体的溶解度会随着压力的降低而减小,因此,当水样通过节流器204时,水体流速的增加导致静压减小,使得水体中的溶解气体被二级分呙。
[0033]作为节流器的一种优选结构设计,本实施例将所述节流器204设计成筒形结构,筒内设置两层进水隔栅,通过两层进水隔栅增加水体的流速,继而降低气体的溶解度。
[0034]将节流器204的出水管与离心式气液分离器205的进液口连通,通过节流器204进行气液二级分离后形成的气液混合体流入离心式气液分离器205,通过控制器Ul启动离心式气液分离器205运行,在离心力的作用下,对所述气液混合体进行气液三级分离。
[0035]本实施例在所述离心式气液分离器205中设计有轴流叶片和排水叶片,将气液分离器205的排气口设置在正对轴流叶片的传动轴的位置处,由于离心力的作用,轴流叶片边缘处的气体含量小于其驱动轴处的气体含量,因此通过轴流叶片可以实现气液的三级分离。分离出的气体通过排气口进入所述的输气通道206,通过轴流叶片分离出的液体经排水叶片转移至气液分离器205的排水口,进而通过开设在耐压壳体104上的出水口 403排出到海水气体检测装置的外部。
[0036]为了使通过所述气液分离器205排出的液体能够顺利地排放到耐压壳体104的外部,本实施例在连接所述排水口和出水口 403的管路中增设了一增压阀402,在气液分离器205对气液混合体进行气液三级分离的过程中,通过控制器Ul控制所述增压阀402开启,将排出液体的压力升高到高于外部海水压力的水平,进而实现液体向外界的顺利排放。同时,利用所述增压阀402还可以起到对所述出水口 403进行封堵的作用,以确保耐压壳体104形成一个密闭的腔体。
[0037]作为本实施例的一种优选设计方案,优选将所述节流器204和离心式气液分离器205内置于一个单独为其形成的密闭腔体内,例如由壳体207围成的一个密闭腔体,以隔绝轴流叶片和排水叶片工作时由摩擦力和介质阻力产生的叶片振动,减小离心式气液分离器205工作时,叶片振动对装置中的其它部件造成的影响。
[0038]待测水样在经过三级气液分离处理后,溶解在待测水样中的气体从液体中分离出来,汇聚在输气管道202中,本实施例在输气管道中安装抽气装置206,例如抽气栗等,连接所述的控制器U1,在待测水样完成气液三级分离处理后,控制器Ul输出控制信号,控制抽气装置206启动,抽吸输气管道202中的气体,并通过排气管208排放至气体检测单元,进行气体参数的测量工作。
[0039]在所述气体检测单元中设置有气体检测室301和气体检测组件302,所述气体检测室301连接所述排气管208,接收通过抽气装置206抽取的待测气体,并进行封存。所述气体检测组件302可以根据需要检测的气体参数类型进行选择配置。例如,当需要对待测气体的类型和浓度进行检测时,可以采用吸光度测量法。此时,在所述气体检测组件302中可以设置发光部件和光接收部件,将发光部件和光接收部件分设在气体检测室301的相对两侧,利用发光部件发射特定波长的光线照射气体检测室301中的待测气体;然后,利用光接收部件接收穿过待测气体射出的光线。所述光接收部件根据接收到的光线强度生成与之对应的检测信号输出至控制器U1,以用于待测气体类型的判断以及气体浓度的计算。
[0040]在本实施例中,可以通过所述控制器Ul直接生成能谱图,分析计算出待测气体的类型和/或浓度。当然,也可以设计控制器Ul仅用于执行检测信号的接收和预处理工作,即,通过控制器Ul接收光接收部件反馈的检测信号,并对所述检测信号进行放大、滤波、模数转换等处理后,采用有线或者无线通信方式上传至船上或者岸边的监控中心,通过监控中心的数据处理终端完成待测气体类型的判断以及气体浓度的计算工作。
[0041]为了防止由排气管208进入到气体检测室301的气体中含有水蒸气,影响检测结果的准确性,本实施例在所述排气管208中或者气体检测室301连接所述排气管208的进气口中还设置有一透气不透水的半透膜303,通过抽气装置206抽取的待测气体经过所述半透膜303隔离掉其中的水蒸气后,再进入到所述的气体检测室301。
[0042]在所述废气回收单元中设置有废气吸附室401和废气抽气栗402,所述废气抽气栗402连接在气体检测室301与废气吸附室401之间,在气体检测组件302完成检测工作后,通过控制器Ul启动废气抽气栗402运行,抽取气体检测室301中的废气,并排放至所述废气吸附室401。在所述废气吸附室401中填充有吸附材料,例如活性炭和沸石分子筛等,用于对废气进行吸附处理。
[0043]为了保证下一次气体检测结果的准确性,在开启废气抽气栗402抽吸气体检测室301中的废气时,应保证抽吸完全,即,将气体检测室301抽成真空状态,以避免前一次的废气残留对下一次的气体检测结果造成影响。
[0044]待气体检测室301抽成真空状态后,控制器Ul控制废气抽气栗402停止运行。此时,可以通过控制器Ul控制减压阀102再次开启,重新引入待测水样,执行下一轮检测工作。
[0045]下面结合图1所示的海水气体检测装置,对海水中溶解气体的具体检测方法进行详细阐述。
[0046]如图4所示,包括以
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