[發明專利]氣體的在位測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201010223224.0
• 申請日: 2010-07-03
• 公開（公告）號: CN102313704A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 黃偉;顧海濤
• 申請（專利權）人: 聚光科技(杭州)股份有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及氣體測量，特別涉及利用氣體吸收光譜技術在位測量高溫氣體的方法及裝置。

背景技術

在垃圾焚燒等領域內，為了控制燃燒爐內的燃燒效率，需要準確、及時地監控燃燒爐內的O₂含量。燃燒爐內O₂濃度測量范圍為0～25％，溫度范圍為800～900℃。

目前，基于DLAS(Diode?Laser?Absorption?Spectroscopy)技術的激光吸收光譜氣體分析裝置廣泛應用在氣體測量中。DLAS技術的基本原理為：調諧測量光的波長，使其對應到待測氣體的吸收譜線；測量光穿過待測氣體并被探測器接收轉換為電信號，得到測量光在所述吸收譜線處的吸收，根據比爾-朗伯定律得到待測氣體的濃度等參數。DLAS技術具有諸多優點，如：原位在線測量，響應時間很短，可以達到毫秒級，可以實現連續測量；測量下限低，可用于測量濃度為ppb級的氣體；測量精度高。

如圖1所示，一種在位式氧氣測量裝置，光發射單元14和光接收單元15設置在燃燒爐10的兩側，同時通過窗口片16、17隔離待測氣體11；其中，光源2設置在光發射單元14內，探測器20設置在光接收單元15內。光源2發出的測量光束19被待測氣體11中的氧氣吸收，通過分析單元30分析測量光束19的透過率，從而得到待測氣體11中氧氣濃度等參數。

外界空氣含有氧氣，氧氣會進入所述光發射單元14和光接收單元15內，吸收了部分測量光束19，從而影響了測量精度。

另外，當待測氣體11中的顆粒物較多時，顆粒物會粘附在所述窗口片16、17上，大大降低了測量光束19的透過率，甚至會使透光率為零，嚴重影響了測量精度，甚至使測量無法進行。

為了排除上述不利影響，該測量裝置還配置了吹掃單元21，往所述光發射單元14和光接收單元15內充入吹掃氣體22。或者向所述窗口片16、17鄰近待測氣體11的一側充入吹掃氣體22，從而使待測氣體11中的顆粒物無法污染所述窗口片16、17，上述措施大大提高了測量精度，也提高了測量的可持續性。

通常使用高純氮氣作為吹掃氣體22，但在垃圾焚燒等領域中，高純氮氣難以獲得，再有，高純氮氣內還含有氧氣，測量光路上的吹掃氣體中的氧氣會吸收測量光，從而降低了測量精度。

為了解決上述技術問題，通常做法是：在光發射單元內設置氧氣傳感器，測得吹掃氣體中氧氣的濃度，通過扣除吹掃氣體(包括光發射單元內、或光接收單元內、或窗口片臨近待測氣體一側的吹掃氣體)中氧氣對測量光的吸收，進而得到燃燒爐內氧氣濃度等參數。這種方法的不足之處主要為：

1、所述氣體傳感器的測量精度低，而且受氣體壓力、溫度的影響較大。

2、受制于測量原理，氣體傳感器的響應時間長，不能實時測量。

3、穩定性差，所述氣體傳感器的性能隨使用時間的增加而下降較快。

4、氣體傳感器壽命短，不斷更換的傳感器也提高了測量成本。

發明內容

為了解決現有技術中的上述不足，本發明提供了一種測量精度高、成本低的氣體的在位測量方法，還提供了一種結構簡單、測量精度高、成本低的氣體的在位測量裝置。

為了實現上述發明目的，本發明分別采用如下技術方案：

氣體的在位測量方法，特點是：

選擇待測氣體的吸收譜線I、吸收譜線II，激光器輸出波長能調諧到吸收譜線I、吸收譜線II；

吹掃氣體的溫度低于被測氣體的溫度，在單位濃度單位光程下，在吸收譜線I處，被測氣體和吹掃氣體的溫度差引起被測氣體內待測氣體的吸收不低于吹掃氣體內待測氣體的吸收的5倍；

在測量狀態下：

吹掃氣體吹掃被測氣體區域外的測量光路，吹掃氣體中含有待測氣體；

所述激光器輸出的測量光對應所述吸收譜線I，測量光穿過吹掃氣體、被測氣體；

穿過吹掃氣體、被測氣體后的測量光被探測器轉換為電信號，分析單元分析測量光在吸收譜線I處的衰減，并忽略吹掃氣體在吸收譜線I處的吸收的變化，從而得到被測氣體內待測氣體的含量；

在標定狀態下：

所述激光器輸出的標定光對應所述吸收譜線II，標定光穿過待測氣體的標氣，穿過標氣后的標定光被探測器轉換為電信號，分析單元通過分析標定光在吸收譜線II處的衰減，從而完成對分析單元的標定。

卸下激光器以及探測器，并安裝在標定管上；標定管內通入氧氣的標氣，從而進入標定狀態。

進一步，激光器通過光纖與標定管連接，在測量光路和/或標定光路中設置控制器件，用于控制測量光或標定光的通過與否。