[發明專利]氣體的在位測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201010622384.2
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102175642A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 林德寶;陳生龍;戰宏亮;俞大海
• 申請（專利權）人: 聚光科技(杭州)股份有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N27/407;G01N24/10;G01N21/25
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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，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26，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、氧氣傳感器對氧氣的響應時間要比測量裝置對氧氣的響應時間要長，從而測量裝置不能實時扣除吹掃氣中的氧氣濃度，不能實時準確的反應測量區域內的氧氣濃度。

2、在吹掃氣中的氧氣濃度發生波動的時候，氧氣傳感器對氧氣濃度的測量值會有偏差，使得測量裝置對測量區域內的氧氣濃度測量值誤差增大。

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：

光源發出的測量光在光源和探測器之間形成測量光路，測量光路上具有測量區域和非測量區域；所述非測量區域內通有第一氣體，第一氣體中含有被測氣體；

第一氣體經過氣流延時后進入非測量區域；在氣流延時前或延時中，測得第一氣體中被測氣體的濃度；

分析測量光在測量區域和非測量區域的衰減，并利用第一氣體中被測氣體的濃度，從而獲得測量區域內被測氣體的濃度。

進一步，測得第一氣體中被測氣體濃度的時間小于或等于第一氣體到達非測量區域的時間。

作為優選，采用管路或旋風罐來延時第一氣體。

作為優選，采用電化學技術或光譜分析技術或順磁分析技術測量第一氣體中被測氣體的濃度。

進一步，所述被測氣體是氧氣。

為了實現上述方法，本發明還提出了這樣的氣體的在位測量裝置，包括：

光源，輸出的測量光被被測氣體吸收；

探測器，接收穿過測量區域和非測量區域的測量光，并轉換為電信號；

第一氣體提供單元，提供的第一氣體經過氣流延時部件后通入非測量區域，第一氣體中含有被測氣體；

傳感單元，測量氣流延時部件中或上游的第一氣體中被測氣體的濃度；

分析單元，分析測量光的衰減，并利用第一氣體中被測氣體的濃度，從而獲得測量區域內的被測氣體濃度。