專利名稱：氣體的在位測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及氣體測量，特別涉及利用氣體吸收光譜技術在位測量高溫氣體的
直O
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O 25%，溫度范圍為800 900°C。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。[0012]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。
實用新型內容為了解決現有技術中的上述不足，本實用新型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。為了實現上述目的，本實用新型分別采用如下技術方案一種燃燒爐內氧氣的測量裝置，特點是所述裝置包括激光器，輸出光的頻率對應待測氣體的吸收譜線吸收譜線I、吸收譜線II ；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；探測器，用于接收穿過吹掃氣體、被測氣體后的對應于吸收譜線I的測量光，或穿 過待測氣體標氣后的對應于吸收譜線II的標定光；分析單元，用于根據探測器的信號得到被測氣體內待測氣體的含量；吹掃單元，用于提供氣體去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；標定單元，包括待測氣體的標氣。進一步，所述標定單元包括標定管。進一步，所述標定管上設置便于和激光器、探測器配接的連接裝置。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。作為優選，所述待測氣體是氧氣，所述吸收譜線I為以下任一頻率13164. lScm—1、 13164. 93cm—1、13161. 93cm—1、13159. 44cm—1、13154. 66cm—1、13009. 89cm—1、13001. 35cm—1、
13000.82cm—1、12988. 48cm—1、12979. 66cm—1、12976. 54cm—1、12966. 42cm—1。作為優選，所述待測氣體是氧氣，所述吸收譜線II為以下任一頻率 13163. 78CHT1、13164. 69cm"\l3161. 62cm"\l3158. 74cm"\l3154. 19cm"\l3010. 82cm"\
13001.72CHT1、12999. 97cm_1U2988. 73cm_1U2978. 83cm_\l2977. 12cm_1,12966. 82cm_10作為優選，所述吹掃單元提供空氣作為吹掃氣體。與現有技術相比較，本實用新型有如下有益效果1、測量精度高本實用新型選擇了常溫下吸收非常弱、高溫下吸收較強的待測氣體的吸收譜線I 光發射單元、光接收單元以及測量通道內吹掃氣體的溫度基本為常溫，燃燒爐的溫度則超 過1000K，吹掃空氣中待測氣體對測量光的吸收與管道內高溫氣體對測量光的吸收相比較 弱；而且測量光在吹掃氣體中的光程小于在管道內的光程；再有，空氣中各氣體的濃度變 化很小，因此，吹掃氣體中待測氣體的濃度、溫度、壓力的變化而引起的對測量光在譜線I 處的吸收的變化非常小，可忽略不計。為了進一步提高測量的精度，還需標定測量裝置，在激光器的輸出光頻率范圍內， 選擇了待測氣體的另外一條吸收譜線II，使得在常溫下待測氣體在吸收譜線II處對標定 光的吸收較強。[0032]2、成本低本實用新型可直接使用空氣作為吹掃氣體，明顯地減低了吹掃氣體的成本。由于吹掃氣體中待測氣體的變化而引起對測量光的吸收的變化可忽略不計，因此 無需設置專門的待測氣體傳感器去測量吹掃氣體中待測氣體的含量。
圖1是現有技術中氧氣測量裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例1中氧氣測量裝置的結構示意圖；圖3是本實用新型實施例2中氧氣測量裝置的結構示意圖；圖4是實施例1中選擇的吸收譜線示意圖；圖5是實施例2中選擇的吸收譜線示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型做進一步詳細說明。實施例1 如圖2所示，一種焚燒爐內氧氣的在位測量裝置，焚燒爐內的溫度為1223K左右， 所述測量裝置包括光發射單元14，包括激光器25以及驅動模塊，所述激光器25的輸出光頻率包括 對應于氧氣的吸收譜線I的頻率V1 = 13164. 18cm—1、對應于氧氣的吸收譜線II的頻率V2 =13163. 78cm-10在驅動模塊工作下，激光器25的輸出光頻率可掃過上述頻率。如圖4所 示，在單位濃度單位光程下，在氧氣的吸收譜線I處，高溫(1223K)下的吸收大大超過常溫 (300K)下的吸收，超過15倍。光接收單元15，包括探測器20，探測器20的選擇是本領域的現有技術，在此不再 贅述。分析單元30，用于根據探測器20送來的信號、吹掃光程內氧氣對測量光的吸收而 分析燃燒爐10內高溫氣體在吸收譜線I處測量光的吸收，從而得出燃燒爐10內氧氣的含量。上述光發射單元14、光接收單元15通過法蘭、閥門等裝置配接在燃燒爐10上，使 得光發射單元14發出的測量光19能夠被光接收單元15接收。通過窗口片16隔開被測環 境和光發射單元14，通過窗口片17隔開被測環境和光接收單元15。吹掃單元21，用于提供空氣23(空氣中氧氣的含量很穩定)去吹掃光發射單元 14、光接收單元15的內部以及測量通道。測量光19在燃燒爐內的光程為4m，在吹掃氣體中 的光程為1. 2m。標定單元，包括標定管9以及標定氣源(未示出)，標定管9的兩端設置便于與光 發射單元14、光接收單元15配接的連接裝置，標定氣源包括氧氣的零氣以及標氣。本實施例還揭示了一種氧氣的在位測量方法，用于測量垃圾焚燒爐內氧氣的濃 度，焚燒爐內的溫度為1223K左右，氧氣的含量為10%左右，所述測量方法具體為如圖4所示，選擇氧氣的吸收譜線I的頻率V1 = 13164. lScnT1、吸收譜線II的頻 率V2 = 13163. 78cm-1.在單位濃度單位光程下，在氧氣的吸收譜線I處，高溫(1223K)下的吸收大大超過常溫(300K)下的吸收，超過15倍；根據選擇的吸收譜線確定激光器25，使得 在激光器驅動模塊作用下，激光器25的輸出光頻率可掃過上述吸收譜線；在測量狀態下吹掃單元21提供的空氣23吹掃光發射單元14、光接收單元15以及測量通道，光 發射單元14、光接收單元15以及測量通道內為常溫；在驅動模塊作用下，激光器25的輸出光頻率被調諧到V1 = 13164. IScnT1,測量光 19穿過測量通道、燃燒爐10內的高溫氣體后被探測器20接收，并轉換為電信號，分析單元 30根據探測器20送來的信號，再扣除掉吹掃光程內氧氣對測量光的吸收，從而得到高溫氣 體對頻率V1 = 13164. IScnT1處輸出光的吸收，分析該吸收后得到燃燒爐10內氧氣的濃度 X
權利要求氣體的在位測量裝置，其特征在于所述裝置包括激光器，輸出光的頻率對應待測氣體的吸收譜線吸收譜線I、吸收譜線II；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；探測器，用于接收穿過吹掃氣體、被測氣體后的對應于吸收譜線I的測量光，或穿過待測氣體標氣后的對應于吸收譜線II的標定光；分析單元，用于根據探測器的信號得到被測氣體內待測氣體的含量；吹掃單元，用于提供氣體去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；標定單元，包括待測氣體的標氣。
2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于所述標定單元包括標定管。
3.根據權利要求2所述的測量裝置，其特征在于所述標定管上設置便于和激光器、探 測器配接的連接裝置。
4.根據權利要求2所述的測量裝置，其特征在于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。
5.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于所述待測氣體是氧氣，所述吸收譜線 I 為以下任一頻率13164. 18CHT1、13164. 93CHT1、13161. 93CHT1、13159. 44cm_\l3154. 66cm"\ 13009. 89CHT1、13001. 35cm"\ 13000. 82cm"\ 12988. 48cm"\ 12979. 66cm"\l2976. 54cm"\ 12966. 42CHT1。
6.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于所述待測氣體是氧氣，所述吸 收譜線 II 為以下任一頻率13163. 78CHT1、13164. 69CHT1、13161. 62CHT1、13158. 74cm"\ 13154. 19cm"\l3010. 82cm"\l3001. 72cm"\ 12999. 97cm"\ 12988. 73cm"\l2978. 83cm"\ 12977. 12CHT1、12966. 82cm_10
專利摘要本實用新型涉及氣體的在位測量裝置，特點是所述裝置包括激光器，輸出光的頻率對應待測氣體的吸收譜線吸收譜線I、吸收譜線II；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；探測器，用于接收穿過吹掃氣體、被測氣體后的對應于吸收譜線I的測量光，或穿過待測氣體標氣后的對應于吸收譜線II的標定光；分析單元，用于根據探測器的信號得到被測氣體內待測氣體的含量；吹掃單元，用于提供氣體去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；標定單元，包括待測氣體的標氣。本實用新型具有測量精度高、成本低等優點。
文檔編號G01N21/39GK201697876SQ20102025409
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月3日 優先權日2010年7月3日
發明者顧海濤, 黃偉 申請人:聚光科技(杭州)股份有限公司