气体在线检测系统的制作方法

本实用新型涉及气体在线检测，具体涉及一种气体在线检测系统。

背景技术：

近几年，随着工业的发展，工业废气的增加对环境造成了严重的污染，因此需要对工厂产生的工业废气进行分析和处理。目前，工厂的气体检测系统存在以下几个问题：(1)气体传感器的工作压力有限定，如果检测室的气压过大，可能造成传感器的损伤。(2)气体传感器的工作流量也有限定，如果检测室的流量过大，可能造成传感器的损伤。(3)湿度对气体传感器造成的干扰多种多样，不管是物理的还是化学的气体传感器，其检测精度受湿度的影响都很大。(4)气体传感器在涉及高浓度、高湿度或高温度气体检测时，长时间连续工作容易导致检测结果不准确或传感器损坏。因此，需要对待测气体进行预处理，将气体的压力、流量、温度和湿度维持在气体检测装置的承受范围之内，以提高检测准确性。

现有的预处理系统虽然能够针对气体的压力、温度和湿度进行调节，但缺乏对检测系统运行节奏的整体调控，不能保证气体检测系统和预处理系统均长期稳定运行，并且结构设计上往往过于复杂。因此，需要一种结构简单，能够保证气体检测装置长期稳定运行的预处理系统。

技术实现要素：

为解决上述领域中存在的问题，本实用新型提供一种气体在线检测系统，通过对待检测的样品气和清洗用空气进行预处理，使气体以恒定的压力、流量、温度和湿度进入气体检测装置，从而提高了检测系统的检测精度，延长了检测系统的使用寿命，保证了检测系统长期可靠地运行。

本实用新型所提供的一种气体检测预处理系统，样品气进气阀门1、样品气加热装置3、第一流量计11、气水分离器5、冷凝器6、气体采样泵7、精密过滤器8和第二流量计12依次通过样品气管道连接形成样品气预处理流路；样品气从样品气进气阀门1进入样品气预处理流路，经过预处理的样品气从第二流量计12排出；

空气进气阀门2、空气加热装置4、气水分离器5、冷凝器6、气体采样泵7、精密过滤器8和第二流量计12依次通过空气管道连接形成空气清洗流路；空气从空气进气阀门2进入空气清洗流路，经过预处理的空气从第二流量计12排出；

所述样品气管道和所述空气管道在所述气水分离器5的前端合并为同一管道，所述样品气预处理流路和空气清洗流路共用所述气水分离器5、冷凝器6、气体采样泵7、精密过滤器8和第二流量计12；

所述气水分离器5、冷凝器6和精密过滤器8的排水口分别通过排水管道连接排水装置9；

所述气体采样泵7的出气端还连接有第三流量计13，所述第三流量计13的量程＞所述第一流量计11的量程＞所述第二流量计12的量程，流路中超过第二流量计12量程的多余气体从第三流量计13排出。

本实用新型的气体检测预处理系统，通过协调空气进气阀门2、样品气进气阀门1、空气加热装置4、样品气加热装置3、冷凝器6、采样泵7、排水装置9的运作，对待检测气体和清洗用空气进行压力、流量、湿度、温度的预处理，从而提高气体检测装置的检测精度并延长检测装置的使用寿命。

本实用新型的气体检测预处理系统，可以切换样品气检测状态、空气清洗状态和系统待机状态。样品气检测时，开启样品气预处理流路，控制待检测气体以恒定的压力、流量、温度和湿度进入后续气体检测装置；样品气检测结束后，开启空气清洗流路，控制清洗用空气以恒定的压力、流量、温度和湿度进入后续气体检测装置，对检测装置中的相关传感器进行定时和定量清洗；空气清洗结束后，关闭进入后续气体检测装置的通路，使检测装置中的相关传感器进入休眠状态。

所述样品气加热装置3和空气加热装置4分别用于对样品气和清洗用空气进行加热。通过加热装置和冷凝器6调节气体温度，以保证不超过后续气体检测装置10中相关传感器能够承受的工作温度。

所述气水分离器5对气体进行一级过滤，除去气体中的大部分液态物质和粉尘等杂质。为获得更好的过滤效果，本实用新型将精密过滤器8安装在冷凝器6之后，对气体进行二级过滤，除去气体中大于0.2μm的杂质分子，从而将样品气中影响测量精度的杂质完全过滤掉。此外，将精密过滤器8设置在冷凝器6之后，需要过滤的气体量最少，不易污损，可延长过滤器使用时间。

所述冷凝器6用于降低气体的温度，使经过所述气水分离器5的气体的露点降低到四摄氏度以下，对气体中的液态物质进行冷凝，降低气体湿度，以减少对后续气体检测装置中相关传感器检测灵敏度的影响。

为提高系统检测的准确度，在冷凝器6与精密过滤器8之间设置气体采样泵7和第三流量计13。在多数情况下，样品气进气阀门1的入口处是没有正压力的，所以需要气体采样泵7将待测气体泵入管道中。一方面，通过调节气体采样泵7的泵送速度来保障管道中气流和气压的稳定；另一方面，当管道内的气体流量大于第二流量计12的设定流量时，多余的气体就会通过第三流量计13自动分流。管道内的气压越稳定，第二流量计12的输出流量也就越准确，从而更好地保护气体检测装置。此外，将气体采样泵7设置在气水分离器5和冷凝器6之后，能够防止不适合的气体温度和湿度对气体采样泵7造成损坏。

所述第一流量计11为入口处流量计，所述第二流量计12为出口处流量计，所述第三流量计13为分流流量计。三个流量计的量程应满足如下要求：入口处流量计的量程要远大于出口处流量计的量程，分流流量计的量程要大于入口处流量计的量程。三个不同量程的转子流量计分别用于监测进入预处理系统中的初始样品气流量、经过预处理后进入后续气体检测装置的样品气流量、排出的过量样品气流量，以便随时调整空气进气阀门2的开度大小和气体采样泵7的泵送速度，从而保证后续气体检测装置能够在限定的压力和流量下长期稳定运行。

优选地，所述第二流量计12的出气端用于连接气体检测装置；所述第三流量计13的出气端连接气体回收装置14或通向周围大气。所述第三流量计13优选与气体回收装置14连接，将多余的气体排入气体回收装置14中，避免污染环境。

优选地，还包括自动化控制系统，所述自动化控制系统控制各元件的工作状态，从而保证样品气或空气在限定的压力、流量、温度和湿度范围内通过气体检测装置，并控制样品气检测时间、空气清洗时间以及系统休眠时间。

优选地，所述自动化控制系统包括依次连接的工控屏、处理器、串口控制器和继电器模块；

所述继电器模块中的多个继电器分别连接多个控制模块，一个继电器控制一个控制模块；所述多个控制模块包括样品气进气时间控制模块、空气清洗时间控制模块、休眠时间控制模块、冷凝器工作控制模块、采样泵工作控制模块、排水控制模块、样品气加热控制模块、空气加热控制模块；

所述样品气进气时间控制模块与所述样品气进气阀门1连接，所述空气清洗时间控制模块与所述空气进气阀门2连接，所述休眠时间控制模块用于连接气体检测装置，所述冷凝器工作控制模块与所述冷凝器6连接，所述采样泵工作控制模块与所述气体采样泵7连接，所述排水控制模块与所述排水装置9连接，所述样品气加热控制模块与所述样品气加热装置3连接，所述空气加热控制模块与所述空气加热装置4连接。

所述工控屏作为用户界面，可用于显示、选择和调整系统工作状态。处理器中的计时模块作为系统工作调度管理器，用于确定每种工作状态的工作时间，进而控制系统运行的周期与节奏。所述工控屏与串口控制器相连接，通过串口控制器执行动作。所述串口控制器通过接口连接继电器模块，根据计时模块确定的工作状态控制各部分继电器及相应的控制模块，进而控制样品气进气阀门1、空气进气阀门2、样品气加热装置3、空气加热装置4、冷凝器6、气体采样泵7和排水装置9，实现处理器对样品气进气时间、空气清洗时间、空气加热、样品气加热、冷凝器工作、采样泵工作、排水的控制。所述气水分离器5和精密过滤器8在各工作状态下均处于开启状态，无需控制。

优选地，所述工控屏采用7寸工控电容式触摸屏，所述处理器采用ARM处理器。

优选地，所述排水装置9为蠕动泵。所述排水装置9用于排出经气水分离器5、冷凝器6和精密过滤器8除去的水分。所述排水装置9优选蠕动泵，能轻松的输送固液或气液混合相流体，具有无污染、密封性好、维护简单等优点。

优选地，所述第一流量计11的量程为0-1000ml/min，所述第二流量计12的量程为0-100ml/min，所述第三流量计13的量程为0-2000ml/min。

优选地，还包括与所述气体采样泵7并列设置的手动采样阀门15，其进气端连接所述冷凝器6，出气端分别连接所述精密过滤器8和所述第三流量计13。对于有正压力的待测气体，不需要气体采样泵7进行主动吸取。此时可打开手动采样阀门15，待测气体会在压力的驱动下通过本实用新型的预处理系统，由此降低能耗，并延长气体采样泵的使用寿命。

本实用新型还提供一种气体在线检测方法，其特征在于，将任一所述的气体检测预处理系统与气体检测装置连接后进行气体检测，包括：

步骤1：开启自动化控制系统，设置样品气加热温度、空气加热温度、冷凝器冷凝温度、采样泵的泵送速度、排水速度、样品气检测时间、空气清洗时间、系统休眠时间，然后开始程序；

步骤2：打开样品气进气阀门、样品气加热装置、冷凝器、气体采样泵、排水装置和气体检测装置，同时关闭空气进气阀门和空气加热装置，进行样品气检测；

步骤3：样品气检测流程结束后，打开空气进气阀门、空气加热装置、冷凝器、气体采样泵、排水装置和气体检测装置，同时关闭样品气进气阀门和样品气加热装置，进行空气清洗；

步骤4：空气清洗流程结束后，关闭空气进气阀门、样品气进气阀门、空气加热装置、样品气加热装置、冷凝器、气体采样泵和气体检测装置，同时打开排水装置，系统进入休眠状态。

优选地，所述样品气检测时间为30分钟，所述空气清洗时间为60分钟。

本实用新型还提供一种气体在线检测系统，由本实用新型任一所述的气体检测预处理系统与气体检测装置10连接而成，所述第二流量计12的出气端连接所述气体检测装置10。所述气体检测装置10为本领域常规的气体检测装置，例如在线式气体检测仪，主要利用气体传感器检测样品气中存在的气体种类及其浓度。所述气体检测装置，按可检测的气体数量分为单一气体检测仪和多种气体检测仪，按气体传感器的原理可分为红外线气体检测仪、热磁气体检测仪、电化学式气体检测仪、半导体式气体检测仪、紫外线气体检测仪等。

本实用新型提供的气体检测预处理系统，具有如下优点：

(1)可以根据实际现场的气体浓度情况，灵活调整设置参数，自动控制检测进程。

(2)通过调整系统检测时间，在满足检测需要的同时，大大缩短了传感器的工作时间，从而延长了传感器的工作寿命，也避免了电化学传感器在高浓度检测环境下的数据慢爬，保证检测精度。

(3)自动抽取空气对检测气路进行清洗，清除气路中检测物质残留，降低管路残留物质对检测结果的影响，保证检测系统长期可靠运行。

(4)经过层层处理，将样品气中影响测量精度的水分子、粉尘等杂质完全过滤掉，从而降低气体对传感器的影响，保证检测系统的检测精度，并延长检测系统的寿命。

(5)电子冷凝器的使用，使样品气流经预处理系统后到达检测设备上的温度恒定，降低环境温度对传感器的影响，保证数据检测的一致性和稳定性。

(6)应用采样泵以及不同量程的转子流量计，保证流经检测系统中的样品气流稳定，从而保证检测系统的准确度。

附图说明

以下附图仅为更清楚地说明本实用新型，不以任何方式限制本实用新型的保护范围。

图1为典型实施例中的气体检测预处理系统的示意图。

图2为一些实施例中的气体在线检测系统的示意图。

图3为另一些实施例中的气体在线检测系统的示意图。

图4为典型实施例中的气体检测预处理系统的自动化控制系统的原理图。

图5为典型实施例中的气体检测预处理系统的工作流程图。

附图标记说明：1-样品气进气阀门，2-空气进气阀门，3-样品气加热装置，4-空气加热装置，5-气水分离器，6-冷凝器，7-气体采样泵，8-精密过滤器，9-排水装置，10-气体检测装置，11-第一流量计，12-第二流量计，13-第三流量计，14-气体回收装置，15-手动采样阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步详细说明，需要理解的是，下述实施例仅作为解释和说明，不以任何方式限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型提供一种气体检测预处理系统，样品气进气阀门1、样品气加热装置3、第一流量计11、气水分离器5、冷凝器6、气体采样泵7、精密过滤器8和第二流量计12依次通过样品气管道连接形成样品气预处理流路；样品气从样品气进气阀门1进入样品气预处理流路，经过预处理的样品气从第二流量计12排出；

空气进气阀门2、空气加热装置4、气水分离器5、冷凝器6、气体采样泵7、精密过滤器8和第二流量计12依次通过空气管道连接形成空气清洗流路；空气从空气进气阀门2进入空气清洗流路，经过预处理的空气从第二流量计12排出；

所述样品气管道和所述空气管道在所述气水分离器5的前端合并为同一管道，所述样品气预处理流路和空气清洗流路共用所述气水分离器5、冷凝器6、气体采样泵7、精密过滤器8和第二流量计12；

所述气水分离器5、冷凝器6和精密过滤器8的排水口分别通过排水管道连接排水装置9；

所述气体采样泵7的出气端还连接有第三流量计13，所述第三流量计13的量程＞所述第一流量计11的量程＞所述第二流量计12的量程，流路中超过第二流量计12量程的多余气体从第三流量计13排出。

在一些实施例中，所述样品气加热装置和空气加热装置为气体电加热器。

如图2所示，在一些实施例中，所述第二流量计12的出气端用于连接气体检测装置10；所述第三流量计13的出气端通过气体管道连接气体回收装置14。

如图3所示，在另一些实施例中，所述第二流量计12的出气端用于连接气体检测装置10；所述第三流量计13的出气端通向周围大气。

在一些实施例中，还包括自动化控制系统，所述自动化控制系统控制各元件的工作状态，从而保证样品气或空气在限定的压力、流量、温度和湿度范围内通过气体检测装置10，并控制样品气检测时间、空气清洗时间以及系统休眠时间。

在一些实施例中，所述自动化控制系统包括依次连接的工控屏、处理器、串口控制器和继电器模块；

所述继电器模块中的多个继电器分别连接多个控制模块，一个继电器控制一个控制模块；所述多个控制模块包括样品气进气时间控制模块、空气清洗时间控制模块、休眠时间控制模块、冷凝器工作控制模块、采样泵工作控制模块、排水控制模块、样品气加热控制模块、空气加热控制模块(图4)；

所述样品气进气时间控制模块与所述样品气进气阀门1连接，所述空气清洗时间控制模块与所述空气进气阀门2连接，所述休眠时间控制模块用于连接气体检测装置10，所述冷凝器工作控制模块与所述冷凝器6连接，所述采样泵工作控制模块与所述气体采样泵7连接，所述排水控制模块与所述排水装置9连接，所述样品气加热控制模块与所述样品气加热装置3连接，所述空气加热控制模块与所述空气加热装置4连接。

在一些实施例中，所述工控屏采用7寸工控电容式触摸屏。

在一些实施例中，所述处理器采用ARM处理器。

在一些实施例中，采用ARM9处理器，嵌入式系统，外接工控电容式触摸屏，采用串口RS-232/485转换器连接ARM9处理器与串口控制器，进而控制各继电器。

在一些实施例中，所述排水装置9为蠕动泵。在一些实施例中，所述气体采样泵与蠕动泵共用电源。

在一些实施例中，所述第一流量计11的量程为0-1000ml/min，所述第二流量计12的量程为0-100ml/min，所述第三流量计13的量程为0-2000ml/min。

在一些实施例中，还包括与所述气体采样泵7并列设置的手动采样阀门15，其进气端连接所述冷凝器6，出气端分别连接所述精密过滤器8和所述第三流量计13。

在一些实施例中，本实用新型提供的气体检测预处理系统的具体工作流程如下(图5)：

步骤1：开启工控屏，选择系统工作模式，然后开始运行。

步骤2：系统进入样品气检测流程，同时计时模块开始计时；串口控制器执行动作，打开样品气进气阀门，打开采样泵，打开样品气加热装置，打开冷凝器电源，关闭空气进气阀门，打开蠕动泵，打开气体检测装置电源。30分钟后，完成样品气检测流程。

步骤3：系统进入空气清洗流程，串口控制器执行动作，打开空气进气阀门，打开采样泵，打开空气加热装置，打开冷凝器电源，关闭样品气进气阀门，打开蠕动泵，打开气体检测装置电源。60分钟后，完成空气清洗流程。

步骤4：系统进入待机状态，串口控制器执行动作，打开蠕动泵，关闭空气进气阀门，关闭样品气进气阀门，关闭冷凝器电源，关闭空气加热装置，关闭采样泵，关闭样品气进气阀门，关闭气体检测装置电源。

本实用新型还提供一种气体在线检测方法，将任一所述的气体检测预处理系统与气体检测装置连接后进行气体检测，包括：

步骤1：开启自动化控制系统，设置样品气加热温度、空气加热温度、冷凝器冷凝温度、采样泵的泵送速度、排水速度、样品气检测时间、空气清洗时间、系统休眠时间，然后开始程序；

步骤2：打开样品气进气阀门、样品气加热装置、冷凝器、气体采样泵、排水装置和气体检测装置，同时关闭空气进气阀门和空气加热装置，进行样品气检测；

步骤3：样品气检测流程结束后，打开空气进气阀门、空气加热装置、冷凝器、气体采样泵、排水装置和气体检测装置，同时关闭样品气进气阀门和样品气加热装置，进行空气清洗；

步骤4：空气清洗流程结束后，关闭空气进气阀门、样品气进气阀门、空气加热装置、样品气加热装置、冷凝器、气体采样泵和气体检测装置，同时打开排水装置，系统进入休眠状态。

在一些实施例中，所述样品气检测时间为30分钟，所述空气清洗时间为60分钟。

本实用新型还提供一种气体在线检测系统，由本实用新型任一所述的气体检测预处理系统与气体检测装置10连接而成，所述第二流量计12的出气端连接所述气体检测装置10。

如图2所示，在所述气体在线检测系统的一些实施例中，所述气体检测装置10和所述第三流量计13的出气端分别通过气体管道连接气体回收装置14。

如图3所示，在所述气体在线检测系统的另一些实施例中，所述气体检测装置10和所述第三流量计13的出气端通向周围大气。