专利名称：气体的在位测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体测量，特别涉及利用气体吸收光谱技术在位测量气体的方法及装置。
背景技术：
在垃圾焚烧等领域内，为了控制燃烧炉内的燃烧效率，需要准确、及时地监控燃烧炉内的A含量。燃烧炉内A浓度测量范围为0 25%，温度范围为800 900°C。目前，基于 DLAS (Diode Laser Absorption Spectroscopy)技术的激光吸收光谱气体分析装置广泛应用在气体测量中。DLAS技术的基本原理为调谐测量光的波长，使其对应到待测气体的吸收谱线；测量光穿过待测气体并被探测器接收转换为电信号，得到测量光在所述吸收谱线处的吸收，根据比尔-朗伯定律得到待测气体的浓度等参数。DLAS技术具有诸多优点，如原位在线测量，响应时间很短，可以达到毫秒级，可以实现连续测量； 测量下限低，可用于测量浓度为PPb级的气体；测量精度高。如图1所示，一种在位式氧气测量装置，光发射单元14和光接收单元15设置在燃烧炉10的两侧，同时通过窗口片16、17隔离待测气体11 ；其中，光源2设置在光发射单元 14内，探测器20设置在光接收单元15内。光源2发出的测量光束19被待测气体11中的氧气吸收，通过分析单元30分析测量光束19的透过率，从而得到待测气体11中氧气浓度
等参数。外界空气含有氧气，氧气会进入所述光发射单元14和光接收单元15内，吸收了部分测量光束19，从而影响了测量精度。另外，当待测气体11中的颗粒物较多时，颗粒物会粘附在所述窗口片16、17上，大大降低了测量光束19的透过率，甚至会使透光率为零，严重影响了测量精度，甚至使测量无法进行。为了排除上述不利影响，该测量装置还配置了吹扫单元21，往所述光发射单元14 和光接收单元15内充入吹扫气体22。或者向所述窗口片16、17邻近待测气体11的一侧充入吹扫气体22，从而使待测气体11中的颗粒物无法污染所述窗口片16、17，上述措施大大提高了测量精度，也提高了测量的可持续性。通常使用高纯氮气作为吹扫气体22，但在垃圾焚烧等领域中，高纯氮气难以获得， 再有，氮气内还含有氧气，测量光路上的吹扫气体中的氧气会吸收测量光，从而降低了测量精度。为了解决上述技术问题，通常做法是在光发射单元内设置氧气传感器沈，测得吹扫气体中氧气的浓度，通过扣除吹扫气体(包括光发射单元内、或光接收单元内、或窗口片临近待测气体一侧的吹扫气体)中氧气对测量光的吸收，进而得到燃烧炉内氧气浓度等参数。这种方法的不足之处主要为1、氧气传感器对氧气的响应时间要比测量装置对氧气的响应时间要长，从而测量装置不能实时扣除吹扫气中的氧气浓度，不能实时准确的反应测量区域内的氧气浓度。
2、在吹扫气中的氧气浓度发生波动的时候，氧气传感器对氧气浓度的测量值会有偏差，使得测量装置对测量区域内的氧气浓度测量值误差增大。

发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种测量精度高、成本低的气体的在位测量方法，还提供了一种结构简单、测量精度高、成本低的气体的在位测量装置。为了实现上述发明目的，本发明分别采用如下技术方案气体的在位测量方法，特点是光源发出的测量光在光源和探测器之间形成测量光路，测量光路上具有测量区域和非测量区域；所述非测量区域内通有第一气体，第一气体中含有被测气体；第一气体经过气流延时后进入非测量区域；在气流延时前或延时中，测得第一气体中被测气体的浓度；分析测量光在测量区域和非测量区域的衰减，并利用第一气体中被测气体的浓度，从而获得测量区域内被测气体的浓度。进一步，测得第一气体中被测气体浓度的时间小于或等于第一气体到达非测量区域的时间。作为优选，采用管路或旋风罐来延时第一气体。作为优选，采用电化学技术或光谱分析技术或顺磁分析技术测量第一气体中被测气体的浓度。 进一步，所述被测气体是氧气。为了实现上述方法，本发明还提出了这样的气体的在位测量装置，包括光源，输出的测量光被被测气体吸收；探测器，接收穿过测量区域和非测量区域的测量光，并转换为电信号；第一气体提供单元，提供的第一气体经过气流延时部件后通入非测量区域，第一气体中含有被测气体；传感单元，测量气流延时部件中或上游的第一气体中被测气体的浓度；分析单元，分析测量光的衰减，并利用第一气体中被测气体的浓度，从而获得测量区域内的被测气体浓度。作为优选，所述气流延时器件采用管路或旋风罐。作为优选，所述传感单元测得浓度的时间小于或等于第一气体通入非测量区域的时间。与现有技术相比较，本发明有如下有益效果1、实时补偿通过气流延时作用，让测量装置与第一气体中的被测气体传感单元的测量值同步，让测量装置实时扣除第一气体中的被测气体浓度，从而实现测量区域内被测气体测量值的实时准确。2、减小波动影响在第一气体中的被测气体浓度波动的时候，通过气流延时器的作用，让第一气体中的被测气体的浓度波动减小，从而使得传感单元的信号平稳输出。。


图1是现有技术中氧气测量装置的结构示意图；图2是本发明实施例1中氧气测量装置的结构示意图；图3是本发明实施例2中氧气测量装置的结构示意图；图4是本发明实施例3中氧气测量装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。实施例1 如图2所示，一种焚烧炉内氧气的在位测量装置，包括光发射单元14，包括激光器25以及驱动模块，所述激光器25的输出光频率包括对应于氧气的吸收谱线的频率。在驱动模块工作下，激光器25的输出光频率可扫过上述频率。光接收单元15，包括探测器20，探测器20的选择是本领域的现有技术，在此不再赘述。光发射单元14、光接收单元15通过法兰、阀门等装置配接在燃烧炉10上，使得激光器25发出的测量光19穿过燃烧炉10内的测量区域后被探测器20接收。通过窗口片16 隔开被测环境和光发射单元14，通过窗口片17隔开被测环境和光接收单元15。第一气体提供单元21，提供氮气23(含有微量的氧气)先经过气流延时器件27， 之后通入非测量区域，也即吹扫光发射单元14、光接收单元15的内部以及窗口片16、17临近测量区域的一侧。所述气流延时器件27采用较长的管路，气体在管路中的流动延长了第一气体到达非测量区域的时间。传感单元M，采用氧气传感器，利用电化学技术测得第一气体中氧气的浓度。所述传感单元M设置在气流延时器件27上游的管路上。利用传感单元M测出第一气体中被测气体浓度的时间小于或等于第一气体经过气流延时器件27并到达非测量区域的时间， 从而使得该浓度值能及时用于测量区域内氧气浓度的测量。分析单元30，用于根据探测器20送来的信号得出测量光在测量区域和非测量区域内的衰减，分析该衰减并利用测得的第一气体中的氧气浓度值，获得测量区域内氧气的浓度值。本实施例还揭示了一种氧气的在位测量方法，用于测量垃圾焚烧炉内氧气的浓度，所述测量方法具体为在测量状态下，在激光器驱动模块作用下，激光器25输出的测量光频率可扫过氧气的吸收谱线；测量光穿过测量区域、非测量区域后被探测器30接收，并转换为电信号；第一气体提供单元21，提供氮气23 (含有微量的氧气)先经过气流延时器件，之后通入非测量区域，也即吹扫光发射单元14、光接收单元15的内部以及窗口片16、17临近测量区域的一侧。所述气流延时器件27采用较长的管路，气体在管路中的流动延长了第一气体到达非测量区域的时间。设置在气流延时器件27上游的管路上的氧气传感器，利用电化学技术测得第一
5气体中氧气的浓度；测出第一气体中被测气体浓度的时间小于或等于第一气体经过气流延时器件27并到达非测量区域的时间，从而使得该浓度值能及时用于测量区域内氧气浓度的测量；分析单元30根据所述电信号得出测量光在测量区域和非测量区域内的衰减，分析该衰减并利用测得的第一气体中的氧气浓度值，获得测量区域内氧气的浓度值。实施例2 如图3所示，一种焚烧炉内氧气的在位测量装置，与实施例1不同的是1、使用旋风罐四作为气流延时器件；2、氧气传感器设置在旋风罐四上。本实施例还揭示了一种氧气的在位测量方法，与实施例1不同的是提供的第一气体进入旋风罐四，沿着内壁螺旋式地向下流到底部，氧气传感器测得第一气体中氧气的浓度；第一气体从旋风罐四的中间由底部向上流动并排出旋风罐四， 从而延长了第一气体到达非测量区域的时间，以弥补氧气传感器的测量滞后时间。实施例3 如图4所示，一种焚烧炉内氧气的在位测量装置，与实施例2不同的是由于测量区域含有的尘等颗粒物较小，因此将窗口片向测量区域移动，不再使用第一气体去吹扫窗口片临近测量区域的一侧。本实施例还揭示了一种氧气的在位测量方法，与实施例1不同的是由于测量区域含有的尘等颗粒物较小，因此将窗口片向测量区域移动，不再使用第一气体去吹扫窗口片临近测量区域的一侧。上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。实施例中列举了氧气的测量，当然还可以是其它气体，如二氧化碳等。测量第一气体中被测气体的技术还可以是光谱分析技术、顺磁分析技术等。本发明的关键是第一气体先经过延时后通入非测量区域，用于吹扫或正压防爆，在第一气体的延时前或延时中测出第一气体中被测气体的浓度，测得该浓度的时间小于第一气体到达非测量区域的时间，从而使得第一气体中被测气体的浓度值能及时用于测量区域内被测气体的测量。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.气体的在位测量方法，其特征在于光源发出的测量光在光源和探测器之间形成测量光路，测量光路上具有测量区域和非测量区域；所述非测量区域内通有第一气体，第一气体中含有被测气体；第一气体经过气流延时后进入非测量区域；在气流延时前或延时中，测得第一气体中被测气体的浓度；分析测量光在测量区域和非测量区域的衰减，并利用第一气体中被测气体的浓度，从而获得测量区域内被测气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于测得第一气体中被测气体浓度的时间小于或等于第一气体到达非测量区域的时间。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于采用管路或旋风罐来延时第一气体。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于采用电化学技术或光谱分析技术或顺磁分析技术测量第一气体中被测气体的浓度。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述被测气体是氧气。
6.气体的在位测量装置，包括光源，输出的测量光被被测气体吸收；探测器，接收穿过测量区域和非测量区域的测量光，并转换为电信号； 第一气体提供单元，提供的第一气体经过气流延时部件后通入非测量区域，第一气体中含有被测气体；传感单元，测量气流延时部件中或上游的第一气体中被测气体的浓度； 分析单元，分析测量光的衰减，并利用第一气体中被测气体的浓度，从而获得测量区域内的被测气体浓度。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于所述气流延时器件采用管路或旋风罐。
8.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于所述传感单元测得浓度的时间小于或等于第一气体通入非测量区域的时间。
全文摘要
本发明涉及气体的在位测量方法，特点是光源发出的测量光在光源和探测器之间形成测量光路，测量光路上具有测量区域和非测量区域；所述非测量区域内通有第一气体，第一气体中含有被测气体；第一气体经过气流延时后进入非测量区域；在气流延时前或延时中，测得第一气体中被测气体的浓度；分析测量光在测量区域和非测量区域的衰减，并利用第一气体中被测气体的浓度，从而获得测量区域内被测气体的浓度。本发明具有测量精度高等优点。
文档编号G01N27/407GK102175642SQ20101062238
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者俞大海, 战宏亮, 林德宝, 陈生龙 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司