一种电化学法一氧化碳浓度检测装置的制作方法

本发明涉及工业检测领域，具体涉及一种电化学法一氧化碳浓度检测装置。

背景技术：

磨煤机是一种典型的燃料粉碎系统，在电热电厂中磨煤机是用于制造锅炉燃烧所需煤粉的最核心设备，其工作运行状况对整个电厂系统的经济盈利性和安全可靠性有重要的影响。磨煤机在研磨煤粉过程中，块状煤炭经研磨并与空气中的氧气混合，伴随着摩擦生热，会发生不完全的氧化反应，从而产生一氧化碳。氧化反应放热又促使温度升高，当温度达到一定程度时，煤粉会发生自燃，甚至是引起爆炸。一氧化碳预警能够比温度预警系统提前1-1.5小时，从而给维护人员更多的时间排除险情。因此，检测磨煤机内部的一氧化碳气体浓度是电热电厂中重要的预警方法。

目前，国内外检测一氧化碳气体浓度方法众多，其中主要有电化学法、固态电离法和红外吸收法。固态电离法测量气体范围广，传感器寿命长，原理简单，但是对气体成分的区分性较差，精度不够高。红外吸收法检测气体的响应速度快，测量精度较高，但对气室等机械设计的要求很高，成本也很高。电化学方法原理简单，成本低廉，测量精度比光学法高，由于本产品的测量室有恒温功能，克服了电化学法测一氧化碳受环境温度变化的影响，且进气口有滤水装置，减小了待测气体中的湿度对电化学探测器的影响，从而保证了仪器长时间测量的稳定性。现在国内使用的磨煤机检测一氧化碳的装置一般采用国外进口产品，不仅价格高昂，而且后期维护也很复杂，不利于国内电厂大规模化使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种测量精度高，长时间测量稳定的，封闭式的，受环境影响小的，且成本相对较低的电化学法的磨煤机用一氧化碳检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种电化学法一氧化碳浓度检测装置，包括恒温测量气室、抽气泵、取样电磁阀、标定电磁阀、加热制冷模块、电化学信号采集模块和控制系统，所述恒温测量气室上设有进气通道，所述进气通道上设有抽气泵和取样电磁阀，所述恒温测量气室内部设有加热制冷模块、温湿度传感器和电化学信号采集模块，所述进气通道上还连接有标定通道，所述标定通道上设有标定电磁阀，所述取样电磁阀、标定电磁阀、电化学信号采集模块、温湿度传感器、加热制冷模块均与所述控制系统连接。

作为优选，所述电化学信号采集模块包括一氧化碳电化学探头和氧气电化学探头。

作为优选，所述进气通道的进气口还设有颗粒过滤器。

作为优选，所述进气通道上还连接有反吹通道，所述反吹通道上设有反吹电磁阀，所述反吹电磁阀与所述控制系统连接，所述反吹通道的端部设有压缩空气入口。

作为优选，所述反吹通道与进气通道的连接处位于所述取样电磁阀与颗粒过滤器之间。

作为优选，所述反吹电磁阀为脉冲式电磁阀。

作为优选，所述进气通道内还设有压力传感器，所述压力传感器位于颗粒过滤器与反吹通道之间。

作为优选，所述进气通道上还设有除水器。

作为优选，所述控制系统包括单片机一、单片机二和输入输出装置，所述单片机一与所述取样电磁阀、标定电磁阀、电化学信号采集模块、温湿度传感器、加热制冷模块相连，所述单片机二与输入输出装置相连，所述单片机一与单片机二之间可相互传输信息。

作为优选，所述输入输出装置包括输入键盘和显示屏，所述输入键盘和显示屏均与所述单片机二相连接。

本发明的有益效果是：

1、采用能恒定速率的抽气泵抽取待测气体，避免恒温测量气室内压力变化对测量结果的影响。2、采用对恒温测量气室保持高温的方式，对吸入的待测气体进行加热，避免待测气体在测量室内产生冷凝水，减少冷凝水对测量结果的影响。3、采用的是Apollo公司的AF3系列的电化学探头，不仅精度好，而且寿命长。4.三个电磁阀的相互作用，可使系统自动完成检测待测气体浓度、防堵塞反吹扫和调零校准。5采用的是stm32单片机工作，相对于一般的单片机如AVR，处理速度更快，更稳定，可以使得系统运行地更加流畅。6、由于本发明采用的电磁阀、单片机、抽气泵、加热制冷模块等均是常用器件，大大降低了成本及后期维护的成本。本发明具有检测精度高（相对光学法高很多），响应速度快，维护成本低，受环境影响较小的优点，可以广泛应用于热电厂磨煤机对一氧化碳浓度的检测中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作流程图。

附图标记列表：

1-恒温测量气室；2-进气通道；3-电化学信号采集模块；4-温湿度传感器；5-加热制冷模块；6-抽气泵；7-取样电磁阀；8-反吹通道；9-反吹电磁阀；10-标定通道；11-标定电磁阀；12-颗粒过滤器；13-除水器；14-进气口；15-压缩空气入口；31-一氧化碳电化学探头，32-氧气电化学探头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1、图2所示，一种电化学法一氧化碳浓度检测装置，包括恒温测量气室1、抽气泵6、取样电磁阀7、标定电磁阀11、加热制冷模块5、电化学信号采集模块3和控制系统，恒温测量气室1上设有进气通道2，进气通道2上设有抽气泵6和取样电磁阀7，恒温测量气室1上还设有出气口16，恒温测量气室1内部设有加热制冷模块5、温湿度传感器4和电化学信号采集模块3，进气通道2上还连接有标定通道10，,标定通道10上设有标定电磁阀11，取样电磁阀7、标定电磁阀11、电化学信号采集模块3、温湿度传感器4、加热制冷模块5均与控制系统连接。电化学信号采集模块3包括一氧化碳电化学探头31和氧气电化学探头32。进气通道2上还设有除水器13。

为了防止杂质进入恒温测量气室1而影响测量的准确性，进气通道2的进气口14还设有颗粒过滤器12。

为了防止进气通道2的进气口14堵塞，进气通道2上还连接有反吹通道8，反吹通道8上设有反吹电磁阀9，反吹电磁阀9与控制系统连接，反吹通道8的端部设有压缩空气入口15。反吹通道8与进气通道2的连接处位于取样电磁阀7与颗粒过滤器12之间。反吹电磁阀9为脉冲式电磁阀。进气通道2内还设有压力传感器，压力传感器位于颗粒过滤器12与反吹通道8之间。

控制系统包括单片机一、单片机二和输入输出装置，单片机一与取样电磁阀7、反吹电磁阀9、标定电磁阀11、电化学信号采集模块3、温湿度传感器4、加热制冷模块5相连，单片机二与输入输出装置相连，单片机一与单片机二之间可相互传输信息。输入输出装置包括输入键盘和显示屏，输入键盘和显示屏均与单片机二相连接。

电化学信号采集模块3将采集到的数据传给单片机一；单片机一的作用是将温度、湿度、CO浓度和O₂浓度传给显示屏和单片机二、和远端监控室进行通信、监测恒温测量气室1的温度并控制加热制冷模块5加热或制冷保持恒温测量气室1恒温、控制三个电磁阀的通断、控制抽气泵6的启动或停止工作、并输出测量气体浓度对应的4-20Ma电流。单片机二根据单片机一传来的数据，控制显示屏显示一氧化碳浓度值、氧气浓度值，通过输入键盘设置自动校准调零、查看温度压力等测量参数。

本例中使用的单片机一和单片机二均为stm32单片机，一氧化碳电化学探头31和氧气电化学探头32的型号分别是Apollo公司的CO-AF3 和O₂-AF3，这两款探头不仅测量精度高，而且寿命长，长达三年以上，避免了相对于老式电化学需要经常换探头的缺点。

本发明的使用方法及工作原理如下：

使用本发明检测磨煤机内一氧化碳浓度时，先将进气通道2的入口与磨煤机内部连通，测量时，反吹电磁阀9和标定电磁阀11关闭，取样电磁阀7打开，在抽气泵6的作用下，磨煤机内的待测气体被缓慢均匀地吸入到恒温测量气室1内，颗粒过滤器12可以将煤粉过滤掉。然后除水器13把抽取进来的气体中的水除去，降低抽入气体的湿度，减少水对电化学探头测量的影响。在恒温测量气室1中，采用加热制冷模块5对恒温测量气室1内的温度进行控制，通过温湿度传感器4实时监测恒温测量气室1内的温度并将数据传输给控制系统，由控制系统及时对加热制冷模块5进行控制从而保持恒温测量气室1内的温度恒定，保证测量的精度。

因为磨煤机内煤粉较多，长时间抽取磨煤机内的气体可能会堵塞进气口14，所以需要定时对进气口14进行反吹扫。标定电磁阀11和取样电磁阀7关闭，反吹电磁阀9打开，反吹电磁阀9通过“脉冲式”控制对颗粒过滤器12进行清洁，同时监控压力衰减所需时间；如果颗粒过滤器12不干净，压力值需要数秒的时间（通常为“清洁”衰减时间的五倍）才能衰减到初始值。压力衰减所需的时间还取决于取样管线的长度和直径，因此，系统在首次安装颗粒过滤器12清洁时，记录此时的压力传感器压力值和初始衰减时间作为基准。当压力衰减时间大于初始衰减时间的5倍时，单片机一发出进气口14堵塞的报警信息。

在使用过程中，有时需要对装置进行调零校准，在调零校准模式时，反吹电磁阀9和取样电磁阀7关闭，标定电磁阀11打开，将外界空气吸入到恒温测量气室1中，此时测量室浓度为零，按照此时的浓度对系统进行校准。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。