本發(fā)明屬于氣體分析檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種全自動(dòng)氣體分析檢測(cè)裝置和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外測(cè)定氣體的主要裝置為氣相色譜儀，但應(yīng)用于工業(yè)及農(nóng)業(yè)時(shí)，色譜分析需要操作人員較高的專業(yè)技術(shù)水平并且設(shè)備購買及維護(hù)費(fèi)用昂貴。利用化學(xué)分析方法測(cè)定氣體仍是許多工廠的首選，化學(xué)分析原理簡單易懂，對(duì)操作人員專業(yè)技術(shù)要求不高；化學(xué)分析所需費(fèi)用低，也適合工業(yè)應(yīng)用。但目前利用化學(xué)反應(yīng)分析氣體，都是采用手動(dòng)人工操作，如氧和二氧化碳的主要方法是使用奧氏氣體分析儀。即使有較高級(jí)的測(cè)氧和二氧化碳儀器，也要用奧氏氣體分析儀作較正，以便減少或消除儀器的誤差。作為一種經(jīng)典的化學(xué)氣體分析器，奧氏儀具有價(jià)格便宜、操作方便、維修容易等優(yōu)點(diǎn)，所以至今該儀器仍在化工行業(yè)及其它領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用著，如氮肥廠、煤氣公司等，奧氏儀常用來測(cè)定混合氣中的CO2、O2、不飽和烴氣體的總含量(以CnHm表示)、CO等。但傳統(tǒng)奧式儀購置成本雖低，運(yùn)行成本高，除去人員工資，單每年買試劑和玻璃器皿一項(xiàng)就要一萬多；因?yàn)槭侨斯げ僮?，分析人員的操作技能和態(tài)度，對(duì)分析的精確度有很大的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有人工分析技術(shù)中存在的手動(dòng)操作誤差大、效率慢及氣體分析檢測(cè)后維護(hù)麻煩等問題，提供一種全自動(dòng)、檢測(cè)費(fèi)用低、測(cè)定準(zhǔn)確的氣體分析檢測(cè)裝置及應(yīng)用。
為了準(zhǔn)確及時(shí)地控制氣體質(zhì)量，為準(zhǔn)確指導(dǎo)生產(chǎn)，降低消耗提供依據(jù)，本發(fā)明通過利用程序控制實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化學(xué)分析混合氣體各組分含量，極大的提高了準(zhǔn)確度及效率，并且具有設(shè)備費(fèi)用低、檢測(cè)周期短、測(cè)量精度高、適用范圍廣及對(duì)周圍環(huán)境要求較低的優(yōu)點(diǎn)，非常適合工業(yè)工廠檢測(cè)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種全自動(dòng)快速氣體分析檢測(cè)裝置，它包括進(jìn)樣部件、反應(yīng)部件二部分，其特征在于進(jìn)樣部件包括一號(hào)步進(jìn)推桿1，一號(hào)活塞2；一號(hào)活塞腔3，進(jìn)氣閥7和排氣閥8，一號(hào)活塞腔3內(nèi)有一號(hào)活塞2，一號(hào)活塞2下端固定有一號(hào)步進(jìn)推桿1，在一號(hào)活塞腔3頂端有進(jìn)氣閥7，排氣閥8和壓力傳感器6；反應(yīng)部件包括反應(yīng)器10，注液口11，液封傳感器12，二號(hào)活塞腔16，二號(hào)活塞17和二號(hào)步進(jìn)推桿18，反應(yīng)器10內(nèi)有瓷環(huán)13，反應(yīng)器10的頂端有注液口11，反應(yīng)器10頂部內(nèi)有液封傳感器12，反應(yīng)器10頂部通過進(jìn)樣氣閥9與一號(hào)活塞腔3頂端相通，反應(yīng)器10的底端與二號(hào)活塞腔16底端相通，二號(hào)活塞腔16內(nèi)有二號(hào)活塞17，二號(hào)活塞17上端固定有二號(hào)步進(jìn)推桿18。
本發(fā)明全自動(dòng)快速氣體分析檢測(cè)裝置還包括有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由單片機(jī)和程序組成，控制整個(gè)裝置的運(yùn)作；數(shù)據(jù)顯示即顯示檢測(cè)結(jié)果及過程中各項(xiàng)參數(shù)。
所述的全自動(dòng)快速氣體分析檢測(cè)裝置的進(jìn)樣部件是自動(dòng)進(jìn)樣，一號(hào)步進(jìn)推桿1速度精準(zhǔn)可調(diào)，進(jìn)氣閥7連接被檢測(cè)氣體，進(jìn)氣閥7與排氣閥8配合使用，保證排空進(jìn)樣部件中的死體積，使一號(hào)活塞腔內(nèi)被測(cè)氣體穩(wěn)定準(zhǔn)確；一號(hào)活塞2采用真空脂與一號(hào)活塞腔3緊密貼合，保證腔內(nèi)氣密性；壓力傳感器6、進(jìn)氣閥7、排氣閥8、進(jìn)樣氣閥9與一號(hào)活塞腔3的連接采用絲扣快速接頭軟管連接。
所述的全自動(dòng)氣體分析檢測(cè)裝置的反應(yīng)部件是進(jìn)樣氣閥9與反應(yīng)器10采用絲扣快速接頭軟管連接，內(nèi)裝瓷環(huán)增大氣液接觸面積，注液口11用于更換反應(yīng)完全的液體，液封傳感器12用于防止二號(hào)步進(jìn)推桿18將反應(yīng)液體14推入一號(hào)活塞腔3內(nèi)。
所述的全自動(dòng)快速氣體分析檢測(cè)裝置的反應(yīng)部件中的反應(yīng)器10是檢測(cè)不同的氣體，反應(yīng)器10中吸收液不同，反應(yīng)器10的材質(zhì)可根據(jù)要求采用有機(jī)玻璃或其他材質(zhì)。
本發(fā)明提供了所述的全自動(dòng)快速氣體分析檢測(cè)裝置的應(yīng)用，包括如下步驟：
(1)默認(rèn)狀態(tài)下，進(jìn)氣閥7、排氣閥8、進(jìn)樣氣閥9處于關(guān)閉狀態(tài)，一號(hào)活塞2處于一號(hào)活塞終端位置4，記錄一號(hào)活塞終端位置L終端，二號(hào)活塞17處于二號(hào)活塞起始位置15；
(2)打開排氣閥8，打開進(jìn)樣氣閥9，打開注液口11，向里面注滿反應(yīng)液體14，直到液封傳感器12有信號(hào)發(fā)出，停止注液，關(guān)閉注液口11，關(guān)閉進(jìn)樣氣閥9，啟動(dòng)一號(hào)步進(jìn)推桿1正轉(zhuǎn)，推動(dòng)一號(hào)活塞2動(dòng)作到一號(hào)活塞起始位置5，停止一號(hào)步進(jìn)推桿1，關(guān)閉排氣閥8；
(3)打開進(jìn)氣閥7，啟動(dòng)一號(hào)步進(jìn)推桿1反轉(zhuǎn)，使一號(hào)活塞2動(dòng)作到一號(hào)活塞終端位置4，此時(shí)，待測(cè)氣體已經(jīng)進(jìn)入一號(hào)活塞腔3，關(guān)閉進(jìn)氣閥7，打開排氣閥8，直到壓力傳感器6測(cè)得一號(hào)活塞腔3為常壓，關(guān)閉排氣閥8；
(4)打開進(jìn)樣氣閥9，啟動(dòng)一號(hào)步進(jìn)推桿1正轉(zhuǎn)，使一號(hào)活塞2動(dòng)作到一號(hào)活塞起始位置5，同時(shí)啟動(dòng)二號(hào)步進(jìn)推桿18反轉(zhuǎn)，使二號(hào)活塞17動(dòng)作，使待測(cè)氣體完全進(jìn)入反應(yīng)器10，待測(cè)氣體完全進(jìn)入反應(yīng)器10后，啟動(dòng)二號(hào)步進(jìn)推桿18正轉(zhuǎn)，使二號(hào)活塞17將氣體推入一號(hào)活塞腔3，同時(shí)啟動(dòng)一號(hào)步進(jìn)推桿1反轉(zhuǎn)，直到液封傳感器12有信號(hào)發(fā)出，停止二號(hào)步進(jìn)推桿18動(dòng)作，待壓力傳感器6檢測(cè)到一號(hào)活塞腔內(nèi)為常壓，停止一號(hào)步進(jìn)推桿1動(dòng)作，關(guān)閉樣氣閥9，此時(shí)記錄一號(hào)活塞位置L結(jié)束；
(5)重復(fù)第(4)步，直到檢測(cè)到兩次一號(hào)活塞位置L結(jié)束偏差不超過L終端的±0.1％，結(jié)束測(cè)量；
(6)反應(yīng)完畢后，進(jìn)行如下計(jì)算得到被測(cè)氣體體積含量：
計(jì)算公式：待測(cè)氣體含量V％＝(1-L結(jié)束/L終端)*100％。
本發(fā)明可以快速測(cè)定二氧化碳，氧，一氧化碳等其他可以用吸收法化學(xué)分析的氣體組分。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)氣體分析檢測(cè)，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特色及優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確及時(shí)地控制氣體質(zhì)量，為準(zhǔn)確指導(dǎo)生產(chǎn)，降低消耗提供依據(jù)；本發(fā)明通過利用程序控制與分析裝置配合實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化學(xué)分析混合氣體各組分含量，極大的提高了準(zhǔn)確度及效率，針對(duì)低濃度的氣體含量也可以準(zhǔn)確測(cè)定；并且具有設(shè)備費(fèi)用低、檢測(cè)周期短、測(cè)量精度高、適用范圍廣及對(duì)周圍環(huán)境要求較低的優(yōu)點(diǎn)，非常適合工業(yè)工廠試驗(yàn)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖所示：1為一號(hào)步進(jìn)推桿；2為一號(hào)活塞；3為一號(hào)活塞腔；4為一號(hào)活塞終端位置；5為一號(hào)活塞起始位置；6為壓力傳感器；7為進(jìn)氣閥；8為排氣閥；其中7連接被檢測(cè)氣體，9為進(jìn)樣氣閥；10為反應(yīng)器皿；11為注液口；12為液封傳感器；13為瓷環(huán)；14為反應(yīng)液體；15為二號(hào)活塞起始位置；16為二號(hào)活塞腔；17為二號(hào)活塞；18為二號(hào)步進(jìn)推桿。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1：
一種全自動(dòng)快速氣體分析檢測(cè)裝置，它包括進(jìn)樣部件、反應(yīng)部件二部分，其特征在于進(jìn)樣部件包括一號(hào)步進(jìn)推桿1，一號(hào)活塞2；一號(hào)活塞腔3，進(jìn)氣閥7和排氣閥8，一號(hào)活塞腔3內(nèi)有一號(hào)活塞2，一號(hào)活塞2下端固定有一號(hào)步進(jìn)推桿1，在一號(hào)活塞腔3頂端有進(jìn)氣閥7，排氣閥8和壓力傳感器6；反應(yīng)部件包括反應(yīng)器10，注液口11，液封傳感器12，二號(hào)活塞腔16，二號(hào)活塞17和二號(hào)步進(jìn)推桿18，反應(yīng)器10內(nèi)有瓷環(huán)13，反應(yīng)器10的頂端有注液口11，反應(yīng)器10頂部內(nèi)有液封傳感器12，反應(yīng)器10頂部通過樣氣閥9與一號(hào)活塞腔3頂端相通，反應(yīng)器10的底端與二號(hào)活塞腔16底端相通，二號(hào)活塞腔16內(nèi)有二號(hào)活塞17，二號(hào)活塞17上端固定有二號(hào)步進(jìn)推桿18。
所述控制系統(tǒng)由單片機(jī)和程序組成，控制整個(gè)裝置的運(yùn)作；數(shù)據(jù)顯示即顯示檢測(cè)結(jié)果及過程中各項(xiàng)參數(shù)。
一號(hào)活塞2采用真空脂與一號(hào)活塞腔3緊密貼合，保證腔內(nèi)氣密性；壓力傳感器6、進(jìn)氣閥7、排氣閥8、樣氣閥9與一號(hào)活塞腔3的連接采用絲扣快速接頭軟管連接。
樣氣閥9與反應(yīng)器10采用絲扣快速接頭軟管連接，內(nèi)裝瓷環(huán)13增大氣液接觸面積，注液口11用于更換反應(yīng)完全的液體，液封傳感器12用于防止二號(hào)步進(jìn)推桿18將反應(yīng)液體14推入一號(hào)活塞腔3內(nèi)。
反應(yīng)器10的材質(zhì)可根據(jù)要求采用有機(jī)玻璃。
一號(hào)活塞位L終端為一號(hào)步進(jìn)電機(jī)活塞從起始位置5運(yùn)動(dòng)到終端位置4的步數(shù)23064。
所述的全自動(dòng)快速氣體分析檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)是一套控制各部件動(dòng)作的硬件和程序，用于自動(dòng)控制進(jìn)樣及反應(yīng)過程的監(jiān)測(cè)。
本實(shí)施例中用于檢測(cè)的1#標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度為N230.00％、CO230.00％、平衡氣H240％，本實(shí)例中所用反應(yīng)溶液為：30％的氫氧化鉀(或氫氧化鈉)溶液，取30g化學(xué)純的氫氧化鉀溶于70ml水中。在30％的氫氧化鉀(或氫氧化鈉)溶液灌入反應(yīng)器皿10后，通大氣的液面上加液體石蠟油使其隔絕空氣。
本發(fā)明還提供了所述的全自動(dòng)快速氣體分析檢測(cè)裝置的分析方法，包括如下步驟：
(1)默認(rèn)狀態(tài)下，進(jìn)氣閥7、排氣閥8、樣氣閥9處于關(guān)閉狀態(tài)，一號(hào)活塞2處于一號(hào)活塞終端位置4，二號(hào)活塞17處于二號(hào)活塞起始位置15；
(2)打開排氣閥8，打開樣氣閥9，打開注液口11，向里面注滿反應(yīng)液體14(30％氫氧化鉀溶液)，直到液封傳感器12有信號(hào)發(fā)出，停止注液，關(guān)閉注液口11，關(guān)閉樣氣閥9，啟動(dòng)一號(hào)步進(jìn)推桿1正轉(zhuǎn)，推動(dòng)一號(hào)活塞2動(dòng)作到一號(hào)活塞起始位置5，停止一號(hào)步進(jìn)推桿1，關(guān)閉排氣閥8；
(3)打開進(jìn)氣閥7，啟動(dòng)一號(hào)步進(jìn)推桿1反轉(zhuǎn)，使一號(hào)活塞2動(dòng)作到一號(hào)活塞終端位置4，此時(shí)，待測(cè)氣體為1#標(biāo)準(zhǔn)氣體(濃度為N230.00％、CO230.00％、平衡氣H240％)已經(jīng)進(jìn)入一號(hào)活塞腔3，關(guān)閉進(jìn)氣閥7，打開排氣閥8，直到壓力傳感器6測(cè)得一號(hào)活塞腔3為常壓，關(guān)閉排氣閥8；
(4)打開樣氣閥9，啟動(dòng)一號(hào)步進(jìn)推桿1正轉(zhuǎn)，使一號(hào)活塞2動(dòng)作到一號(hào)活塞起始位置5，同時(shí)啟動(dòng)二號(hào)步進(jìn)推桿18反轉(zhuǎn)，使二號(hào)活塞17動(dòng)作，使待測(cè)氣體完全進(jìn)入反應(yīng)器10，反應(yīng)器10內(nèi)有大量瓷環(huán)13，可以與待測(cè)氣體有更大的接觸面積，待測(cè)氣體完全進(jìn)入反應(yīng)器10后，啟動(dòng)二號(hào)步進(jìn)推桿18正轉(zhuǎn)，使二號(hào)活塞17將氣體推入一號(hào)活塞腔3，同時(shí)啟動(dòng)一號(hào)步進(jìn)推桿1反轉(zhuǎn)，直到液封傳感器12有信號(hào)發(fā)出，停止二號(hào)步進(jìn)推桿18動(dòng)作，待壓力傳感器6檢測(cè)到一號(hào)活塞腔內(nèi)為常壓，停止一號(hào)步進(jìn)推桿1動(dòng)作，關(guān)閉樣氣閥9，此時(shí)記錄一號(hào)活塞位置L步數(shù)為16610；
(5)重復(fù)第4步，直到檢測(cè)到兩次一號(hào)活塞位置L結(jié)束偏差不超過L終端的±0.1％，結(jié)束測(cè)量，此時(shí)L結(jié)束步數(shù)為16122；
(6)反應(yīng)完畢后，被測(cè)氣體含量直接顯示。
計(jì)算公式：待測(cè)氣體含量V％＝(1-L結(jié)束/L終端)*100％＝30.10％。
通過五次分析測(cè)定CO2結(jié)果如表1所示，結(jié)果顯示比手動(dòng)測(cè)定提高準(zhǔn)確度10倍，另外手動(dòng)測(cè)定一個(gè)樣品大約需要10min，而自動(dòng)測(cè)定一個(gè)樣品則需要2min，極大的縮短了檢測(cè)分析時(shí)間。
表1
實(shí)施例2
本實(shí)施例中用于檢測(cè)的2#標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度為N260.00％、CO21.00％、平衡氣H239.00％，本實(shí)例中所用反應(yīng)溶液為：30％的氫氧化鉀(或氫氧化鈉)溶液，取30g化學(xué)純的氫氧化鉀溶于70ml水中。在30％的氫氧化鉀(或氫氧化鈉)溶液灌入反應(yīng)器皿10后，通大氣的液面上加液體石蠟油使其隔絕空氣。
給出反應(yīng)液體14(發(fā)煙硫酸溶液)待測(cè)氣體為2#標(biāo)準(zhǔn)氣體(濃度為N260.00％、CO21.00％、平衡氣H239.00％)，待測(cè)氣體含量V％＝(1-L結(jié)束/L終端)*100％。
通過五次分析測(cè)定CO2結(jié)果如表2所示，結(jié)果顯示常規(guī)手動(dòng)化學(xué)分析無法分析濃度較低的CO2人為操作，誤差太大，而自動(dòng)測(cè)定儀則可以輕松測(cè)定低濃度的氣體。
表2
實(shí)施例3
本實(shí)施例中用于檢測(cè)的3#標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度為N230.00％、O230.00％、平衡氣H240％，本實(shí)例中所用反應(yīng)溶液為焦性沒食子酸的堿性溶液，取10g化學(xué)純的焦性沒食子酸溶于100ml 30％的氫氧化鉀溶液中。在焦性沒食子酸的堿性溶液灌入反應(yīng)器皿10后，通大氣的液面上加液體石蠟油使其隔絕空氣。
反應(yīng)液體14為焦性沒食子酸的堿性溶液，待測(cè)氣體為3#標(biāo)準(zhǔn)氣體(濃度為N230.00％、O230.00％、平衡氣H240％)其余操作步驟同實(shí)施例1，待測(cè)氣體含量V％＝(1-L結(jié)束/L終端)*100％。
通過五次分析測(cè)定O2結(jié)果如表3所示，誤差減小，檢測(cè)效率提高。
表3
以上詳細(xì)說明僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能以此限定本發(fā)明的范圍。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍之內(nèi)。