專利名稱：含氣量測量及氣體采集裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種含氣量測量裝置，特別是涉及一種可以自動、連續、準確地測量頁巖氣、煤層氣等含氣量，并可采集氣體的裝置。
背景技術：
頁巖氣是主體上以吸附和游離狀態賦存于泥頁巖地層中的天然氣聚集，吸附和游離態頁巖氣含量占頁巖氣總量的40% -80%,相對于煤層氣而言頁巖氣含氣量較小，而用于實驗的樣品量有限，因此含氣量測試數據的準確性對于頁巖氣資源的評價結果有重要影響。頁巖氣的成分以烴類氣體為主，但也包含少量非烴類氣體，頁巖氣中烴類氣體含量及成分特征對頁巖氣資源評價具有重要意義，故采集頁巖的解析氣體亦非常重要。目前國內外已研制了多種頁巖氣含氣量測量方法和裝置，第一種測量方法是美國礦務局(USBM)提出的直接法，該方法全程需要人工操作，因而測試效率較低且存在人為誤差；第二種測量裝置是根據質量流量測定氣體質量流量的原理設計，但由于頁巖解析過程中氣體為非均質，且解析過程中存在成分變化，氣體質量的不確定性導致其應用效果較差，精密度無法準確控制；第三種測量裝置是利用測定解析氣體排出的飽和食鹽水的液體流量來計算解析氣體體積，此方法與直接法異曲同工，但由于需要使用大量的玻璃組件與飽和食鹽水，增加了運輸過程和現場使用中的復雜性和危險性，另外恒溫解析過程中飽和食鹽水的揮發及在裝置中的冷凝會對測量結果產生影響。
發明內容
有鑒于上述原因，本發明的目的在于提供一種含氣量測量及氣體采集裝置，該裝置可以自動、連續、準確地測量出頁巖氣等非均質氣體的含氣量，并能采集解析氣體以進行氣體成分分析，且操作簡便、安全性高。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:一種含氣量測量及氣體采集裝置，包括解析罐、恒溫解析箱、控制單元和至少兩個氣體體積測量筒；該解析罐置于該恒溫解析箱中，該解析罐通過氣體傳輸線和控制閥與至少兩個氣體體積測量筒相連接；該氣體傳輸線上設有壓力傳感器；該氣體體積測量筒包括活塞、電動機、位移傳感器，該活塞與該電動機通過可轉動的連接件相連接，該活塞上安裝有該位移傳感器；控制單元包括控制芯片，該控制閥、電動機的控制端分別與該控制芯片的控制信號輸出端相連接，該位 移傳感器、壓力傳感器的信號輸出端分別與該控制芯片的信號輸入端相連接。進一步地: 所述控制閥設有一個用于與所述解析罐連接的進口，同時設有用于與所述至少兩個氣體體積測量筒相連接的出口，且出口數量與所述氣體體積測量筒的數量相等。
所述控制單元還包括壓力計、溫度計，該壓力計、溫度計的信號輸出端分別與所述控制芯片的信號輸入端相連接。所述活塞上設有用于保障所述氣體體積測量筒內氣密性的密封圈。所述氣體體積測量筒上設有進氣口和排氣口，所述解析罐的接口通過所述氣體傳輸線和控制閥與該進氣口相連接，該排氣口上設有電磁閥，該電磁閥的控制端與所述控制芯片的控制信號輸出端相連接。所述解析罐的接口為只允許氣體由所述解析罐向外單向流動的單向閥。所述可轉動的連接件為活塞套筒。裝置還包括計算機，所述控制單元通過RS232數據傳輸線與該計算機相連接。所述解析罐為圓柱形鋼質容器，所述解析罐內存放待測樣品后的剩余空間填充固定粒度的硅膠顆粒。所述恒溫解析箱采用陶瓷電加熱方式進行加熱和控溫。本發明的優點在于:1、由電動機精確控制活塞作位移運動，實現了含氣量測量的自動化，測量結果準確；2、多個氣體體積測量筒交替集氣，實現無測量上限的解析氣體測量和采集；3、解析罐內填充相同粒度的硅膠顆粒，可避免解析過程中飽和食鹽水揮發、冷凝而造成的誤差；4、恒溫解析箱采用陶瓷電加熱，可滿足100°C以上的恒溫解析需求。
圖1是本發明的結構組成示意圖；圖2是本發明一具體實施例的結構組成示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明的結構組成示意圖；圖2是本發明一具體實施例的結構組成示意圖。如圖所示，本發明的含氣量測量及氣體采集裝置包括解析罐10、恒溫解析箱20、控制單元40和至少兩個氣體體積測量筒30。解析罐10置于恒溫解析箱20中，解析罐10通過氣體傳輸線50和控制閥51與至少兩個氣體體積測量筒30相連接。氣體體積測量筒30包括活塞31、電動機32、密封圈33、位移傳感器34、進氣口 35和排氣口 36。活塞31與電動機32通過可轉動的連接件37相連接，活塞31上設有用于保障氣體體積測量筒30內氣密性的密封圈33，活塞31上還安裝有用于感測活塞31位移距離的位移傳感器34，解析罐10上的接口 11通過氣體傳輸線50和控制閥51與進氣口 35相連接，排氣口 36上安裝有用于控制其打開或關閉的電磁閥38。氣體傳輸線50上設有用于感測氣路中壓差的壓力傳感器52。控制單元40 包括控制芯片41、壓力計42、溫度計43等，壓力計42、溫度計43、位移傳感器34、壓力傳感器52的信號輸出端分別與控制芯片41的信號輸入端相連接，電動機32、控制閥51、電磁閥38的控制端分別與控制芯片41的控制信號輸出端相連接。
如圖2所示，于本發明的一具體實施例中，設置了兩個氣體體積測量筒30，解析罐10的接口 11通過氣體傳輸線50與三通閥511 (設置兩個氣體體積測量筒時，控制閥相應地使用三通閥)的進口相連接，三通閥511的兩個出口分別通過氣體傳輸線50與兩個氣體體積測量筒30的進氣口 35相連接，且兩路氣體傳輸線上均安裝有壓力傳感器52。基于圖2所示的實施例，使用本發明測量頁巖氣含氣量并進行氣體采集的過程如下:測量前:打開兩個氣體體積測量筒30的排氣口 36，將活塞31推至最左側，關閉排氣口 36，將排氣口 36與集氣瓶(袋)連接；將待測樣品放入解析罐10中，解析罐10的接口 11通過氣體傳輸線50與三通閥511的進口連接，三通閥511的兩個出口分別通過氣體傳輸線50與兩個氣體體積測量筒30的進氣口 35連接好；開始測量時，解析罐10中的待測樣品(頁巖)受恒溫解析箱20的加熱作用解析出頁巖解析氣體，解析氣體通過三通閥511進入第一個氣體體積測量筒30內，壓力傳感器52將感測的氣路內壓力與環境壓力的差值信號傳輸至控制芯片41，控制芯片41根據該壓力差值信號輸出控制信號至第一個氣體體積測量筒內的電動機32，電動機32收到該控制信號后啟動，通過控制連接件37(連接件使用活塞套筒)的轉動進而使活塞31作位移運動，直到第一個氣體體積測量筒30內壓力與環境壓力相等時，電動機32停止運行；此時，位移傳感器34將活塞31的位移距離傳輸至控制芯片41，控制芯片41將該位移距離以及此時溫度計42測量的溫度值、壓力計43測量的環境壓力值一并經數據線(RS232數據傳輸線)發送給計算機60,由計算機60中的軟件計算出氣體體積并分析氣體成分；當活塞31受解析氣體推動而移動至最右側(即達到最大測量體積)時，控制芯片41輸出控制信號給三通閥511以對其進行切換，切換后解析氣體停止向第一個氣體體積測量筒30輸入，轉而輸入至第二個氣體體積測量筒30，由第二個氣體體積測量筒30進行含氣量測量(測量過程與第一個氣體體積測量筒的測量過程相同)；與此同時，控制芯片41輸出控制信號給電磁閥38,由電磁閥38控制以打開第一個氣體體積測量筒30的排氣口 36,將活塞31推至最左側，第一個氣體體 積測量筒30收集的解析氣體排入集氣瓶(袋)內，SP完成此階段的解析氣體采集，之后，電磁閥38關閉排氣口 36，等待下次集氣。如此，兩個氣體體積測量筒30交替集氣，可實現氣體的連續采集以及氣體體積的連續測量。于其它實施例中，可設置N(N為大于等于2的正整數)個相同或不同容積的氣體體積測量筒30，由控制單元控制其中I個氣體體積測量筒30進行含氣量測量，剩余N-1個氣體體積測量筒排出氣體以進行氣體采集。需要注意的是，設置N個氣體體積測量筒30需要相應地調整更換控制閥，比如，設置兩個氣體體積測量筒30時使用三通閥，設置三個時使用四通閥……設置N個氣體體積測量筒對應使用N+1通閥，控制閥的要求是設有一個用于與解析罐連接的進口，以及設有N個用于與N個氣體體積測量筒相連接的出口。所述的解析罐10為圓柱形鋼質容器，為避免樣品解析過程中飽和食鹽水揮發產生的誤差，解析罐10內存放待測樣品后的剩余空間填充固定粒度的硅膠顆粒；所述解析罐10的接口 11為單向閥，接通后只允許氣體由解析罐10向外單向流動；恒溫解析箱20采用陶瓷電加熱方式進行加熱和控溫，可滿足100°c以上的恒溫解析需求；根據實際需要，氣體體積測量筒30的筒身長和寬均可調整。本發明的含氣量測量及氣體采集裝置，通過設置至少兩個氣體體積測量筒，根據測量筒內外的壓力差，由電動機控制活塞的位移運動，結合活塞位移距離、溫度值及壓力值即可測量并計算出氣體體積并可進行氣體成分分析；至少兩個氣體體積測量筒完全相同，通過控制閥的切換可實現一個或多個測量筒測量，其余測量筒排出已收集氣體后等待下次測量，由控制單元控制至少兩個氣體體積測量筒的交替測量和集氣，可實現含氣量連續測量，無測量上限，并可采集不同階段的解析氣體。本發明可實現自動、連續、準確的測量含氣量，并能采集解析氣體以進行氣體成分分析，操作簡便、安全性高，尤其適用于如頁巖氣解析氣等解析速率變化大的非均質氣體的體積測量及解析氣體的采集。以上所述是本發明的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域的技術人員來說，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，任何基于本發明技術方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易 見的改變，均屬于本發明保護范圍之內。
權利要求
1.一種含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:它包括解析罐、恒溫解析箱、控制單元和至少兩個氣體體積測量筒； 該解析罐置于該恒溫解析箱中，該解析罐通過氣體傳輸線和控制閥與至少兩個氣體體積測量筒相連接；該氣體傳輸線上設有壓力傳感器； 該氣體體積測量筒包括活塞、電動機、位移傳感器，該活塞與該電動機通過可轉動的連接件相連接，該活塞上安裝有該位移傳感器； 控制單元包括控制芯片，該控制閥、電動機的控制端分別與該控制芯片的控制信號輸出端相連接，該位移傳感器、壓力傳感器的信號輸出端分別與該控制芯片的信號輸入端相連接。
2.如權利要求1所述的含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:所述控制閥設有一個用于與所述解析罐連接的進口，同時設有用于與所述至少兩個氣體體積測量筒相連接的出口，且出口數量與所述氣體體積測量筒的數量相等。
3.如權利要求2所述的含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:所述控制單元還包括壓力計、溫度計，該壓力計、溫度計的信號輸出端分別與所述控制芯片的信號輸入端相連接。
4.如權利要求3所述的含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:所述活塞上設有用于保障所述氣體體積測量筒內氣密性的密封圈。
5.如權利要求4所述的含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:所述氣體體積測量筒上設有進氣口和排氣口，所述解析罐的接口通過所述氣體傳輸線和控制閥與該進氣口相連接，該排氣口上設有電磁閥，該電磁閥的控制端與所述控制芯片的控制信號輸出端相連接。
6.如權利要求3或4 或5所述的含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:所述解析罐的接口為只允許氣體由所述解析罐向外單向流動的單向閥。
7.如權利要求6所述的含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:所述可轉動的連接件為活塞套筒。
8.如權利要求7所述的含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:裝置還包括計算機，所述控制單元通過RS232數據傳輸線與該計算機相連接。
9.如權利要求8所述的含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:所述解析罐為圓柱形鋼質容器，所述解析罐內存放待測樣品后的剩余空間填充固定粒度的硅膠顆粒。
10.如權利要求9所述的含氣量測量及氣體采集裝置，其特征在于:所述恒溫解析箱采用陶瓷電加熱方式進行加熱和控溫。
全文摘要
本發明公開了一種含氣量測量及氣體采集裝置，包括解析罐、恒溫解析箱、控制單元和至少兩個氣體體積測量筒；解析罐置于恒溫解析箱中，解析罐通過氣體傳輸線和控制閥與至少兩個氣體體積測量筒相連接；氣體傳輸線上設有壓力傳感器；氣體體積測量筒包括活塞、電動機、位移傳感器，活塞與電動機通過可轉動的連接件相連接，活塞上安裝有位移傳感器；控制單元包括控制芯片，控制閥、電動機的控制端分別與控制芯片的控制信號輸出端相連接，位移傳感器、壓力傳感器的信號輸出端分別與控制芯片的信號輸入端相連接。本發明可以自動、連續、準確地測量出頁巖氣等非均質氣體的含氣量，并能采集解析氣體以進行氣體成分分析，且操作簡便、安全性高。
文檔編號G01N7/16GK103245588SQ20131018520
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月17日 優先權日2013年5月17日
發明者秦婧, 蘆苒, 夏響華, 汪雙清, 孫瑋琳, 楊佳佳, 沈斌 申請人:國家地質實驗測試中心