本發(fā)明屬于氣體檢測(cè)及分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣體成分分析裝置及方法。

背景技術(shù)：

在氣體成分在線分析領(lǐng)域中，通常需要考慮消除水分對(duì)分析系統(tǒng)可靠性以及分析精度的影響。高的水分在冬天可能造成整個(gè)管路的結(jié)冰堵塞，需要額外的自動(dòng)加熱和保溫系統(tǒng)確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。高的水分也容易造成水分的冷凝形成水滴，造成對(duì)儀器元件的損壞。所以，一般在樣氣進(jìn)入氣體成分分析系統(tǒng)前需要盡量排除水分，例如采用水冷卻降溫除濕技術(shù)、制冷器除濕技術(shù)、渦旋管制冷除濕技術(shù)、nafion膜式氣體干燥除濕技術(shù)等。這些預(yù)處理不僅增加了系統(tǒng)成本，同時(shí)也是未來(lái)運(yùn)行故障的主要來(lái)源。

此外，一些應(yīng)用領(lǐng)域，高濃度的原始樣氣中某種氣體由于濃度過(guò)高，傳感器的使用壽命很低或者只能使用非常昂貴的氣體分析技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。例如在沼氣成分測(cè)量中，若被測(cè)氣體成分中包含高濃度的h2s(高達(dá)10000ppm)，通常采用電化學(xué)h2s傳感器測(cè)量，在測(cè)量高濃度高量程h2s時(shí)，電化學(xué)傳感器的壽命甚至只有幾周，使得需要通過(guò)特殊的裝置采用批次方法才能實(shí)現(xiàn)在線不實(shí)時(shí)的測(cè)量，例如文獻(xiàn)cn202661435u，提出一種延長(zhǎng)硫化氫電化學(xué)傳感器使用壽命的裝置，通過(guò)硫化氫電化學(xué)傳感器使用需求來(lái)調(diào)整硫化氫電化學(xué)傳感器中分別通入硫化氫氣體和空氣的時(shí)間，可避免為了測(cè)試硫化氫樣氣濃度，一直往硫化氫電化學(xué)傳感器中通入硫化氫樣氣對(duì)傳感器產(chǎn)生的損耗，但是該方法還是不能有效避免在測(cè)量硫化氫樣氣時(shí)對(duì)傳感器的損耗，測(cè)試時(shí)腐蝕也隨之加強(qiáng)，導(dǎo)致氣體分析儀的壽命縮短，需經(jīng)常更換氣體傳感器，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是通過(guò)一種基于稀釋法的氣體分析裝置，間接測(cè)量氣體的組成成分。將被測(cè)氣體與空氣通過(guò)一定比例進(jìn)行混合，以達(dá)到稀釋被測(cè)氣體的目的。被測(cè)氣體稀釋后，可將稀釋后的氣體的露點(diǎn)溫度低于現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度，可使得被測(cè)氣體在分析過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)冷凝，可有效避免水分凝結(jié)對(duì)氣體分析系統(tǒng)造成的干擾，同時(shí)稀釋后的氣體可以使得測(cè)量傳感器的使用壽命顯著提高，或者可以使用抗干擾的低成本傳感器。通過(guò)空氣氣體流量計(jì)和混合氣氣體流量計(jì)信息，可以得到稀釋比，也可以通過(guò)樣氣的氧氣傳感器和混合氣的氧氣傳感器也可以得到稀釋比。通過(guò)稀釋后，稀釋氣體測(cè)氣體分析單元可以采用長(zhǎng)壽命、或者抗干擾的低成本氣體傳感器進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果和稀釋比就可以得到原始樣氣氣體中各組分的濃度。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種氣體分析裝置，其特征在于：包括：空氣采集通道、樣氣采集通道、以及同時(shí)與空氣采集通道和樣氣采集通道連通的混合氣體通道。其中，

空氣采集通道：包括空氣進(jìn)氣口、空氣抽氣裝置、進(jìn)氣電磁閥u1、流量調(diào)節(jié)閥v1、氣體流量計(jì)w1；

樣氣采集通道：包括樣氣進(jìn)氣口、樣氣抽氣裝置、氧氣傳感器、進(jìn)氣電磁閥u2、流量調(diào)節(jié)閥v2；

混合氣體通道：包括氣體流量計(jì)w2、氣體混合裝置、氣體分析單元、氣體混合裝置；

如上所述的一種氣體分析裝置，其特征在于：所述空氣采集通道還包括空氣過(guò)濾裝置,空氣過(guò)濾裝置采用hepa過(guò)濾裝置。

如上所述的一種氣體分析裝置，其特征在于：所述樣氣采集通道還包括阻火器。

如上所述的一種氣體分析裝置，其特征在于：空氣抽氣裝置、樣氣抽氣裝置可為風(fēng)扇或氣泵。

如上所述的一種氣體分析裝置，其特征在于：氣體流量計(jì)w1、w2為超聲波氣體流量計(jì)。

如上所述的一種氣體分析裝置，其特征在于：氣體混合裝置載氣為由從空氣進(jìn)氣口通入的空氣和從樣氣進(jìn)氣口通入的樣氣混合而成。

一種氣體分析方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：打開(kāi)進(jìn)氣電磁閥u1，開(kāi)啟流量調(diào)節(jié)閥v1，啟動(dòng)空氣采集通道；

步驟2：將空氣抽取至氣體混合裝置中，讀取氣體流量計(jì)w1的流量為f1，讀取氣體流量計(jì)w2的流量為f2：

若f1≠f2，采用f1或則和f2作為校準(zhǔn)氣體流量計(jì)較準(zhǔn)，使得f1＝f2，執(zhí)行步驟3；

若f1＝f2，執(zhí)行步驟3；

步驟3：通過(guò)氣體分析單元，測(cè)空氣中含有樣氣的某一成分x濃度為c空x；

步驟4：打開(kāi)進(jìn)氣電磁閥u1,通過(guò)氣體流量計(jì)w1讀取流量值f3，通過(guò)氣體流量計(jì)w2讀取流量值f4；

步驟5：通過(guò)氣體分析單元采集氣體流量計(jì)w1、w2的流量數(shù)據(jù)，計(jì)算稀釋比r：

步驟6：通過(guò)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥v1、v2，確定r值:r≥n(n為自然數(shù))，使其滿(mǎn)足稀釋氣體達(dá)到了一定的稀釋比例；

步驟7：通過(guò)稀釋氣體的氣體分析單元檢測(cè)出混合后稀釋氣體濃度cx，并根據(jù)r值，計(jì)算樣氣中氣體的實(shí)際濃度cx′：

cx′×(f4-f3)+c空x×f3＝cx×f4

cx′＝r×(cx-c空x)+c空x

步驟8：修正濃度：

若c1′+c2′+...+ci′≠100％，需修正，修正后的樣氣中氣體濃度為px:

……

x為樣氣中某一成分，x＝1、2、3……i。

一種氣體分析方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：從樣氣進(jìn)氣口通入樣氣：讀取樣氣通道的氧氣傳感器數(shù)值a1；讀取混合氣體通道的氣體分析單元數(shù)值a2，通過(guò)校準(zhǔn)調(diào)零，使a1＝a2＝20.9％；

步驟2：從空氣進(jìn)氣口通入空氣：打開(kāi)進(jìn)氣電磁閥u1，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥v1，將空氣抽取至氣體混合裝置中，通過(guò)氣體分析單元測(cè)得空氣中氧氣濃度為c空氧＝20.9％；

步驟3：從樣氣進(jìn)氣口通入樣氣：調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥v2，啟動(dòng)樣氣采集通道，將樣氣抽取至氣體混合裝置中，通過(guò)氧氣傳感器，測(cè)得樣氣中氧氣濃度為c樣氧，通過(guò)氣體分析單元采集氣體混合裝置中氧氣濃度為c混氧，并計(jì)算稀釋比r：

步驟4：通過(guò)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥v1、v2，確定r值:r≥n(n為自然數(shù))，使其滿(mǎn)足一定的稀釋比需求；

步驟5：打開(kāi)空氣進(jìn)氣電磁閥u1，啟動(dòng)空氣采集通道，通過(guò)氣體分析單元，測(cè)得空氣中含有樣氣的某一成分x濃度為c空x；

步驟6：打開(kāi)電磁閥u1，通過(guò)稀釋通道的氣體分析單元采集混合后樣氣，通過(guò)氣體分析單元可檢測(cè)出混合后氣體濃度cx、通過(guò)稀釋比r可計(jì)算出樣氣中氣體的實(shí)際濃度cx′：

cx′＝r×(cx-c空x)+c空x；

步驟7：修正濃度：

若c1′+c2′+...+ci′≠100％，需修正，修正后的樣氣中氣體濃度為px:

……

x為樣氣中某一成分，x＝1、2、3……i。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：.通過(guò)稀釋法進(jìn)行取樣，混合后的氣體含水量低，露點(diǎn)溫度低于環(huán)境溫度，避免在分析過(guò)程中樣氣中的水分冷凝影響氣體分析的準(zhǔn)確性，免去復(fù)雜的預(yù)處理系統(tǒng)，降低儀器成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；3.將高濃度的氣體稀釋后，可以采用長(zhǎng)壽命，抗干擾的低成本氣體傳感器進(jìn)行稀釋混合氣的氣體成分分析，在通過(guò)稀釋比還原原始?xì)怏w的氣體成分的濃度。這種方法延長(zhǎng)了氣體傳感器使用壽命；降低了儀器的購(gòu)買(mǎi)成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一流程圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例二流程圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

見(jiàn)附圖1：一種氣體分析裝置，包括空氣采集通道、樣氣采集通道、混合氣體通道；

空氣采集通道由空氣進(jìn)氣口、空氣抽氣裝置、進(jìn)氣電磁閥u1、流量調(diào)節(jié)閥v1、氣體流量計(jì)w1組成；樣氣采集通道由樣氣進(jìn)氣口、進(jìn)氣電磁閥u2、空氣抽氣裝置、流量調(diào)節(jié)閥v2組成；混合氣體通道由氣體流量計(jì)w2、氣體混合裝置、氣體分析單元組成；樣氣采集通道內(nèi)為沼氣；空氣采集通道可設(shè)置空氣過(guò)濾裝置，空氣過(guò)濾裝置為hepa過(guò)濾器?？諝獬闅庋b置為風(fēng)扇，、樣氣抽氣裝置為氣泵。氣體流量計(jì)w1、氣體流量計(jì)w2為超聲波氣體流量計(jì)，精度1.5級(jí)，量程比1:160

由從空氣進(jìn)氣口通入的空氣和從樣氣進(jìn)氣口通入的沼氣混合而成。在本實(shí)施例中，氣體混合裝置為具有一定體積的容器用于將樣氣與空氣進(jìn)行混合，通過(guò)管道連接進(jìn)入氣體分析單元，容器的體積可以根據(jù)實(shí)際情況確定，混合形式也可以是一定長(zhǎng)度的管道，樣氣與空氣在管道中混合后再通過(guò)管道連接進(jìn)入氣體分析單元。

氣體分析單元為紅外ch4(0-5％),co2(0-5％)氣體傳感器以及電化學(xué)o2(0-25％)，h2s(0-500ppm)氣體傳感器。

應(yīng)用于上述氣體分析裝置中的氣體分析方法，用于測(cè)試沼氣中各組分的質(zhì)量濃度，包括以下步驟：

1.打開(kāi)進(jìn)氣電磁閥u1，開(kāi)啟流量調(diào)節(jié)閥v1，啟動(dòng)空氣采集通道；

2.將空氣抽取至氣體混合裝置中，讀取氣體流量計(jì)w1的流量為f1，讀取氣體流量計(jì)w2的流量為f2,采用w2作為標(biāo)準(zhǔn)，將f1進(jìn)行標(biāo)定，確保f1＝f2；

3.關(guān)閉進(jìn)氣電磁閥u2,打開(kāi)進(jìn)氣電磁閥u1，啟動(dòng)空氣采集通道，通過(guò)氣體分析單元，測(cè)得空氣中ch4含量為c空ch4、co2含量為c空co2、h2s含量為c空h2s、o2含量為c空o2；通常情況下c空ch4＝0％、c空co2＝0.04％、c空h2s＝0％、c空o2＝20.9％；：

4.打開(kāi)電磁閥u1,通過(guò)氣體流量計(jì)w1讀取流量值f3，通過(guò)氣體流量計(jì)w2讀取流量值f4；

5.通過(guò)氣體分析單元采集氣體流量計(jì)w1、w2的流量數(shù)據(jù)，計(jì)算稀釋比r：

6.通過(guò)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥v1、v2，調(diào)節(jié)r的值，為滿(mǎn)足測(cè)試要求:20≤r≤25；

7.通過(guò)氣體分析單元可檢測(cè)出混合后氣體濃度cch4、cco2、ch2s、co2；

8.通過(guò)稀釋比r可計(jì)算出樣氣中氣體的實(shí)際濃度c'ch4、c'co2、c'h2s、c'o2：

c'ch4＝r×(cch4-c空ch4)+c空ch4

c'co2＝r×(cco2-c空co2)+c空co2

c'h2s＝r×(ch2s-c空h2s)+c空h2s

c'o2＝r×(co2-c空o2)+c空o2；

9.修正數(shù)據(jù)：

若c'ch4+c'co2+c'h2s+c'o2＝100％，不需要修正；

若c'ch4+c'co2+c'h2s+c'o2≠100％，進(jìn)行修正；

表一是根據(jù)實(shí)施例一方法得到的測(cè)試數(shù)據(jù)：

表一

根據(jù)表一測(cè)試值計(jì)算可得到表二數(shù)據(jù)，計(jì)算過(guò)程如下：

1.計(jì)算稀釋比滿(mǎn)足測(cè)試要求；

2.通過(guò)氣體分析單元可檢測(cè)出混合后氣體濃度：

cch4＝2.73％、cco2＝1.86％、ch2s＝0.0080％、co2＝19.97％

3.通過(guò)稀釋比r可計(jì)算出樣氣中氣體的實(shí)際濃度c'ch4、c'co2、c'h2s、c'o2：

c'ch4＝r×(cch4-c空ch4)+c空ch4＝59.81％

c'co2＝r×(cco2-c空co2)+c空co2＝39.92％

c'h2s＝r×(ch2s-c空h2s)+c空h2s＝0.18％

c'o2＝r×(co2-c空o2)+c空o2＝0.52％

4.修正數(shù)據(jù)：

按照c'ch4+c'co2+c'h2s+c'o2＝59.81％+39.92％+0.18％+0.52％＝100.43％≠100％，需修正：

表二：原料氣濃度和稀釋法計(jì)算濃度對(duì)比表

實(shí)施例二：

見(jiàn)附圖2：一種氣體分析裝置，包括空氣采集通道、樣氣采集通道、混合氣體通道；

空氣采集通道由空氣進(jìn)氣口、空氣抽氣裝置、進(jìn)氣電磁閥u1、流量調(diào)節(jié)閥v1、氣體流量計(jì)w1組成；樣氣采集通道由樣氣進(jìn)氣口、進(jìn)氣電磁閥u2、樣氣采集裝置,氧氣傳感器、流量調(diào)節(jié)閥v2組成；混合氣體通道由氣體流量計(jì)w2、氣體混合裝置、氣體分析單元組成。樣氣樣氣通道內(nèi)為沼氣；空氣采集通道可設(shè)置空氣過(guò)濾裝置，空氣過(guò)濾裝置為hepa過(guò)濾器。空氣抽氣裝置、樣氣抽氣裝置分別為風(fēng)扇和氣泵。氣體流量計(jì)w1、氣體流量計(jì)w2為超聲波流量計(jì)。

氣體混合裝置用來(lái)調(diào)制稀釋樣氣。由從空氣進(jìn)氣口通入的空氣和從樣氣進(jìn)氣口通入的沼氣混合而成。在本實(shí)施例中，氣體混合裝置為具有一定體積的容器用于將樣氣與空氣進(jìn)行混合，通過(guò)管道連接進(jìn)入氣體分析裝置，容器的體積可以根據(jù)實(shí)際情況確定，混合形式也可以是一定長(zhǎng)度的管道，樣氣與空氣在管道中混合后再通過(guò)管道連接進(jìn)入氣體分析裝置。

氣體分析單元為紅外ch4(0-5％),co2(0-5％)氣體傳感器以及電化學(xué)o2(0-25％)，h2s(0-500ppm)。

應(yīng)用于上述氣體分析裝置中的氣體分析方法，用于測(cè)試沼氣中各組分的質(zhì)量濃度，包括以下步驟：

1.從樣氣進(jìn)氣口通入樣氣：讀取樣氣通道的氧氣傳感器數(shù)值a1；讀取混合氣體通道的氣體分析單元數(shù)值a2，通過(guò)校準(zhǔn)調(diào)零，使a1＝a2＝20.9％；

2.從空氣進(jìn)氣口通入空氣：打開(kāi)進(jìn)氣電磁閥u1，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥v1，將空氣抽取至氣體混合裝置中，通過(guò)氣體分析單元測(cè)得空氣中氧氣濃度為c空氧＝20.9％，c空ch4＝0％、c空co2＝0.04％、c空h2s＝0％；

3.從樣氣進(jìn)氣口通入樣氣：調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥v2，啟動(dòng)樣氣采集通道，將樣氣抽取至氣體混合裝置中，通過(guò)氧氣傳感器，測(cè)得樣氣中氧氣濃度為c樣氧，通過(guò)氣體分析單元采集氣體混合裝置中氧氣濃度為c混氧，并計(jì)算稀釋比r：

4.通過(guò)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥v1、v2，確定r值:m≤r≤n(m、n為自然數(shù))，使得稀釋氣體達(dá)到了一定的稀釋比例；

5.打開(kāi)空氣進(jìn)氣電磁閥u1，啟動(dòng)空氣采集通道，通過(guò)氣體分析單元，測(cè)得空氣中含有樣氣的某一成分x濃度為c空x；

6.打開(kāi)電磁閥u1，通過(guò)稀釋通道的氣體分析單元采集混合后樣氣，通過(guò)氣體分析單元可檢測(cè)出混合后氣體濃度cx、通過(guò)稀釋比r可計(jì)算出樣氣中氣體的實(shí)際濃度cx′：

cx′＝r×(cx-c空x)+c空x；

7.修正濃度：

若c1′+c2′+...+ci′≠100％，需修正，修正后的樣氣中氣體濃度為px:

……

x為樣氣中某一成分，x＝1、2、3……i。

表三是根據(jù)實(shí)施例二方法得到的測(cè)試數(shù)據(jù)：

表三

根據(jù)表三測(cè)試值計(jì)算可得到表四數(shù)據(jù)，計(jì)算過(guò)程如下：

1.計(jì)算稀釋比

2.通過(guò)稀釋比r可計(jì)算出樣氣中氣體的實(shí)際濃度c'ch4、c'co2、c'h2s：

c'ch4＝r×(cch4-c空ch4)+c空ch4＝59.95％

c'co2＝r×(cco2-c空co2)+c空co2＝40.23％

c'h2s＝r×(ch2s-c空h2s)+c空h2s＝0.18％

c'o2＝＝0.48％＝c樣氧

3.修正計(jì)算數(shù)據(jù)：

按照c'ch4+c'co2+c'h2s+c樣o2＝100.84％≠100％需修正：

po2＝c樣o2＝0.48％

表四：原料氣濃度和稀釋法計(jì)算濃度對(duì)比表

本發(fā)明中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。