專利名稱：直接測量法煙氣分析儀全系統(tǒng)在線標定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型利用光學和光譜學技術(shù)對氣體濃度進行直接測量，是氣體濃度直接測量系統(tǒng)全系統(tǒng)在線標定裝置。全系統(tǒng)在線標定是氣體濃度直接測量系統(tǒng)真正意義上的系統(tǒng)標定，既提高了系統(tǒng)的測量精度；同時在線標定功能實現(xiàn)了直接測量系統(tǒng)標定的智能化。全系統(tǒng)在線標定裝置是迄今為止除擴散式在線標定方法以外的，滿足“全系統(tǒng)在線標定”的系統(tǒng)標定方法。
技術(shù)背景直接測量法煙氣分析儀是應(yīng)用光學和光譜學技術(shù)對燃煤電站、化工、冶金、水泥等固定污染源煙氣排放進行連續(xù)在線監(jiān)測的儀器。相比于傳統(tǒng)的抽取式測量系統(tǒng)而言，直接測量法無需對煙氣進行取樣，并進行諸如粉塵過濾、水蒸汽冷凝等預處理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且避免了煙氣濃度較低、煙氣中含有焦油等情況下由于冷凝水析出或水蒸汽干擾等引起的測量結(jié)果偏差。直接測量法在具有上述優(yōu)點的同時也具有明顯的缺點。對于市場上絕大多數(shù)直接測量法煙氣濃度測量系統(tǒng)而言，都存在同樣的問題，即無法進行全系統(tǒng)在線標定。由于電子元器件老化以及環(huán)境溫度、壓力、濕度、震動等因素的影響，幾乎所有的測量儀器或系統(tǒng)都必須定期進行零點校準，否則的測量結(jié)果往往存在測量偏差，直接測量法煙氣濃度測量系統(tǒng)同樣如此。根據(jù)固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范和要求，直接測量法煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)每30天至少用校準裝置通入零氣和接近煙氣中污染物濃度的標準氣體校準一次儀器的零點和工作點。對于直接測量法，現(xiàn)在標定的普遍做法是向單獨的氣體流動池通入校準用零氣或標氣，根據(jù)測量結(jié)果來校準儀器或系統(tǒng)的零點和線性。這樣做的問題在于校準所用光路與正常測量光路并非同一光路，從理論上來講很難起到全系統(tǒng)校準的目的，而且操作相當繁瑣。迄今為止，陶瓷濾芯法是直接測量法系統(tǒng)唯一能進行全系統(tǒng)在線標定的方法。該方法的基本思想是，在正常測量狀態(tài)下，煙氣接觸測量探頭時，氣體分子可以通過探頭上的濾芯材料進入光路而粉塵無法進入；在標定狀態(tài)下，標準氣體進入測量探頭的光路中，在正壓狀態(tài)下標氣通過濾芯材料向畑氣中擴散，從而實現(xiàn)了全系統(tǒng)在線標定。對于煙氣濕度比較大的エ況，由于粉塵和其它ー些焦油物質(zhì)容易粘附在濾芯材料的表面，從而導致測量系統(tǒng)無法正常運行。目前，使用該方法的直接測量系統(tǒng)已經(jīng)很少應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于為直接測量法煙氣濃度測量系統(tǒng)提供ー種全系統(tǒng)在線標定裝置，利用此裝置可以實現(xiàn)全系統(tǒng)的在線標定，避免了非全系統(tǒng)標定方式給測量結(jié)果帶來的誤差，同時提高了系統(tǒng)測量結(jié)果的準確性，大大減小了標定工作量提高了標定工作的效率。該裝置完全符合我國固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范和要求。本實用新型專利采用的技術(shù)方案是[0007]直接測量法煙氣分析儀全系統(tǒng)在線標定裝置，其特征是包括標定單元和測量單元，所述測量単元設(shè)有測量光路和測量區(qū)域，所述標定単元對應(yīng)測量単元的測量區(qū)域設(shè)有相通的開ロ，該標定単元包括標氣室、標氣室兩端的窗鏡、窗鏡保護部件及轉(zhuǎn)向傳動裝置；所述轉(zhuǎn)向傳動裝置包括直線電機和轉(zhuǎn)向部件，標氣室連接在轉(zhuǎn)向部件上，并對應(yīng)位于所述開ロ位置。本實用新型的進ー步設(shè)計在于，所述測量單元設(shè)有一光通管，測量光路的三面直角棱鏡通過鏡座安裝在光通管端部，光源和光電探測裝置位于光通管的另一端部，測量區(qū)域為光通管上開的一矩形開ロ，該矩形開ロ位于鏡座ー側(cè)。所述標定単元內(nèi)置于ー標定管中，標定管上開有所述與測量 區(qū)域相通的開ロ。所述光通管和標定管均為方管形成的腔室，兩者長度相當，固定連接為一體。所述轉(zhuǎn)向部件包括滑座、滑塊和滑桿，滑座上設(shè)有限位滑槽，滑塊上設(shè)有定位凸臺，所述滑座與滑塊相裝配，且滑塊的定位凸臺上還間隔開有多組平行的斜向滑槽，斜向滑槽與滑桿軸的夾角a為15-85度；所述滑座的限位滑槽的兩側(cè)槽壁上設(shè)有T形缺ロ，所述滑桿套穿滑座兩側(cè)T形缺ロ，并垂直于限位滑槽方向裝配，滑桿前部間隔設(shè)有多組圓柱凸臺，所述圓柱凸臺與斜向滑槽相適配，所述各圓柱凸臺的間距L1與各斜向滑槽的間距L2滿足=L2=L1Sina，當滑桿直線運動時，滑桿上的各組圓柱凸臺與滑塊上的各組斜向滑槽依次配合；所述滑桿后端經(jīng)推桿與直線電機的輸出軸相連；所述滑塊與標氣室固定連接。所述窗鏡保護部件包括對稱設(shè)于標氣室兩側(cè)的窗鏡保護蓋、拉桿和支架，所述窗鏡保護蓋后端鉸接在標氣室兩端，窗鏡保護蓋中部或前端連接拉桿，拉桿與支架相接，支架固定在標定管內(nèi)壁上。所述標定管內(nèi)還設(shè)有吹掃氣管。標氣室還連接有輸送標準氣的標氣管；標氣室兩端沿窗鏡外圍圓周方向各設(shè)有幾個標氣排放孔。所述標氣室設(shè)有標氣管接ロ，標氣管接ロ設(shè)置在轉(zhuǎn)向部件的滑座上，標氣管接ロ后部與標氣室連通，前端連接所述標氣管。本實用新型的技術(shù)效果如下I、本實用新型實現(xiàn)了測量系統(tǒng)的全系統(tǒng)標定，使標定狀態(tài)和測量狀態(tài)所用光路完全一致，這就保證了標定狀態(tài)和測量狀態(tài)下測量結(jié)果的一致性，大大提高了系統(tǒng)的測量精度，避免了非全系統(tǒng)標定因零點和線性誤差帶來的系統(tǒng)誤差；2、本裝置可通過電腦或單片機進行控制，以定期用零氣和標氣對系統(tǒng)進行自動標定，大大減小了標定工作量，提高了工作效率；3、本裝置可實現(xiàn)標定和測量模式的方便切換，提高了系統(tǒng)的自動化程度；4、本實用新型實現(xiàn)了在線標定，在減小工作量的同時降低了高空作業(yè)存在的危險性。

圖I是測量探頭主視圖。圖2是測量探頭立體參考圖。[0024]圖3是標定裝置關(guān)鍵部分局部放大圖。圖4是轉(zhuǎn)向部件的放大圖。圖5為轉(zhuǎn)向部件中滑塊的示意圖。圖6為轉(zhuǎn)向部件中滑座的示意圖。圖7為轉(zhuǎn)向部件的剖視圖。附圖標號說明1.標氣室，2.標氣室密封窗鏡,3.窗鏡保護蓋,4.拉桿，5.支架6.標氣排放孔，7.轉(zhuǎn)向傳動裝置，8.標氣管接頭，10.滑桿，11.推桿接 頭，12.推桿，13.推桿固定支架，14.光通管，15.標定管，16.安裝エ藝孔,17.安裝面板,18.標氣管進ロ，19.吹掃氣管進ロ，20.吹掃氣管，21.直線電機，22.鏡座，23.測量區(qū)域；7-1滑塊，7-2滑座，7-3圓柱凸臺；7_4T形缺ロ，7-5斜向滑槽，7-6定位凸臺；7_7弧形連接塊；7_8限位滑槽，7-9第一圓柱凸臺；70_止動槽。
具體實施方式
如圖I、圖2所示，本實用新型的直接測量法煙氣分析儀全系統(tǒng)在線標定裝置包括標定單元和測量單元。測量單元設(shè)有測量光路和測量區(qū)域23，測量單元采用一方形的光通管14。測量光路包括設(shè)于光通管14 一端的光源和光電探測裝置，以及設(shè)于光通管14另ー端的三面直角棱鏡。三面直角棱鏡通過鏡座22安裝在光通管端部。測量區(qū)域23為光通管14上開的ー矩形開ロ，該矩形開ロ位于靠近鏡座ー側(cè)，該測量區(qū)域23為被測煙氣進出區(qū)域，同時也是標定時，標氣室I設(shè)置的區(qū)域。正常使用時，測量區(qū)域23置于待測煙道中。如圖3所不,標定單兀設(shè)有一標定管15,標定管15為一方管,標定光15和光通管14兩者長度相當?shù)珜挾炔坏?，兩者對焊為一體，即左側(cè)為光通管14和右側(cè)標定管15。標定單元包括標氣室I、標氣室兩端的標氣室密封窗鏡2、窗鏡保護部件及轉(zhuǎn)向傳動裝置，它們內(nèi)置于標定管15中，標定管15上開有與上述測量區(qū)域23相通的長方形開ロ。標氣室I安裝在轉(zhuǎn)向傳動裝置上，并對應(yīng)位于長方形開ロ位置。轉(zhuǎn)向傳動裝置包括直線電機21和轉(zhuǎn)向部件，轉(zhuǎn)向部件連接標氣室1，轉(zhuǎn)向傳動裝置控制標氣室1，正常測量使用時退回標定管15，需標定時進入光通管14的測量區(qū)域。如圖4-圖7所示，轉(zhuǎn)向部件主要是將直線電機的直線驅(qū)動，轉(zhuǎn)換成垂直運動，從而實現(xiàn)對標氣室I位置的控制。轉(zhuǎn)向部分包括滑座7-2、滑塊7-1和滑桿10，滑座7-2上設(shè)有限位滑槽7-8?；瑝K7-1上設(shè)有定位凸臺7-6，所述滑座7-2與滑塊7_1相裝配，且滑塊7_1的定位凸臺7-6上還間隔開有多組平行的斜向滑槽7-5，斜向滑槽7-5與滑桿軸的夾角a為35度(15-85度均可)?；南尬换?-8的兩側(cè)槽壁上設(shè)有T形缺ロ 7_4?；瑮U10套穿滑座兩側(cè)T形缺ロ 7-4并垂直于限位滑槽7-8方向裝配，滑桿10前部間隔設(shè)有多組圓柱凸臺7-3，圓柱凸臺7-3與滑塊的斜向滑槽7-8相適配，各圓柱凸臺7-3的間距L1與各斜向滑槽7-8的間距L2滿足L2=LlSin a，當滑桿10由直線電機21驅(qū)動直線運動時，滑桿10上的各組圓柱凸臺7-3與滑塊7-1上的各組斜向滑槽7-5依次配合；滑桿10后端依次經(jīng)推桿接頭11、推桿12與直線電機21的輸出軸相連，實現(xiàn)直線電機驅(qū)動，推桿12還由推桿固定支架13支撐；所述滑塊7-1設(shè)有ー弧形連接塊7-7，以便于與標氣室I固定連接，滑塊的垂直運動帶動標氣室I的垂直進出測量區(qū)域23?；瑝K上還設(shè)有止動槽70，當滑桿10退出吋，第一圓柱凸臺7-9與止動槽70配合，可避免反向時脫扣，起到限位作用。標定管15內(nèi)還設(shè)有吹掃氣管,標氣管15米用波紋管；標氣室I兩端沿標氣室密封窗鏡2外圍圓周方向各設(shè)有幾個標氣排放孔。標定管15還設(shè)有安裝エ藝孔16和安裝面板17。窗鏡保護部件包括對稱設(shè)于標氣室兩側(cè)的窗鏡保護蓋3、拉桿4和支架5，所述窗鏡保護蓋3后端鉸接在標氣室兩端，窗鏡保護蓋3中部或前端連接拉桿4，拉桿4與支架5相接，支架5固定在標定管內(nèi)壁上。標定時，隨著標氣室的垂直推進，拉桿4拉動窗鏡保護蓋打開；標定后，拉桿4又推動窗鏡保護蓋3蓋緊在平面窗鏡上。標氣管接ロ 18設(shè)置在轉(zhuǎn)向部件的滑塊7-1上，標氣管接ロ 18后部與標氣室I連通，前端連接輸送標準氣的標氣管。 光通管14的一端開有通光孔，紫外光源發(fā)出的光束可由通光孔進入，在光通管14內(nèi)直線傳播，穿過測量區(qū)域23。測量區(qū)23即被測氣體的流通區(qū)域，為一矩形槽ロ，煙氣可持續(xù)不斷的垂直穿過此區(qū)域，紫外光束也是在此區(qū)域穿過被測氣體之后，射入位于測量探頭另一端(即插入端)的三面直角棱鏡，光束經(jīng)反射后反轉(zhuǎn)180°沿光通管直線返回，經(jīng)通光孔射出進入光電探測器，由此完成了對被測氣體的測量，矩形方管的長度和插入煙道的進深根據(jù)煙道エ況可實際調(diào)整。標定管15是用于容納標氣室、標氣室窗鏡、標氣室傳動裝置、推桿、標氣接頭以及用于通入標氣的標氣管(波紋管)等標定組件組成的一個相對獨立的空間。煙氣分析儀處于正常測量狀態(tài)時，標氣室被置于標定管內(nèi)，并不發(fā)揮作用；當標定程序啟動時，標氣室被推入測量區(qū)域，氣室內(nèi)通入標氣，紫外光束穿過標氣室，則可完成標定。標氣室的主動カ由位于安裝面板端面的直線電機提供,直線電機帶動推桿做軸向往復運動，通過推桿與傳動裝置的聯(lián)合作用，可實現(xiàn)運動方向切換。應(yīng)用實例當需要進行測量系統(tǒng)標定操作吋，由直線電機21傳出的軸向推力施加在滑桿10和12上，滑桿10與推桿12之間有推桿接頭11，此軸向推力則被標氣室轉(zhuǎn)向傳動裝置7轉(zhuǎn)換為垂直于軸向的推力，標氣室I焊接在標氣室傳動裝置7上，可隨著標氣室傳動裝置7運動。直線電機21提供往復的軸向動力，經(jīng)過滑桿10、推桿12、傳動裝置7的相互傳遞與配合，往復的軸向動力則被轉(zhuǎn)化為往復的徑向動力。經(jīng)過計算，當滑桿10的軸向正向行程為73mm時，標氣室I剛好能夠從標定管15完全進入測量區(qū)域23，標氣室I運動速度約為lOmm/s。由此，當開啟標定操作時，標氣室I以lOmm/s的速度被緩慢推入測量區(qū)域23，在標氣室I進入測量區(qū)域23的過程中，一方面標氣室I兩端密封窗鏡2外側(cè)的保護蓋板3在拉桿4的作用下慢慢打開，同時吹掃氣體通過吹掃氣管20分別對標氣室I兩端進行吹掃保護，防止煙氣進入光路影響測量結(jié)果；另一方面，標氣瓶內(nèi)的標準氣體通過波紋管9從標氣室I的中部進入，然后慢慢擴散充滿整個標氣室I，并由標氣室I兩端靠近密封窗鏡2的標氣室出口 6緩慢排出。光源發(fā)出的紫外可見測量光束穿過標氣室I后沿三面直角棱鏡中心對稱軸方向從三面直角棱鏡大面進入，然后180度反方向再次穿過標氣室I進入光電探測器。若此時進入標氣室I的是零氣則進行零點標定，若進入標氣室I的是量程氣則進行量程校準或線性檢查，從而實現(xiàn)了全系統(tǒng)在線標定。[0047]當標定操作完成后，直線電機21提供的反向動カ則將標氣室I拉回標定管15內(nèi)，被測煙氣又重新流過測量區(qū)域。在標氣室I進入標定管15過程中，蓋板拉桿4在拉桿的作用下將蓋板慢慢合上，等標氣室I完全進入標定管15，密封窗鏡2被蓋板3完全蓋住，從而避免了煙氣對窗鏡的污染。此時，光源發(fā)出的光穿過被測煙氣后沿三面直角棱鏡中心對稱軸方向從三面直角棱鏡大面進入，然后180度反方向再次穿過被測煙氣后進入光電探測器，此時光信號中的氣體信息則為煙氣濃度信號。根 據(jù)程序設(shè)定標定周期，可實現(xiàn)全系統(tǒng)在線標定。
權(quán)利要求1.直接測量法煙氣分析儀全系統(tǒng)在線標定裝置，其特征是包括標定單元和測量單元，所述測量單元設(shè)有測量光路和測量區(qū)域，所述標定單元對應(yīng)測量單元的測量區(qū)域設(shè)有相通的開口，該標定單元包括標氣室、標氣室兩端的窗鏡、窗鏡保護部件及轉(zhuǎn)向傳動裝置；所述轉(zhuǎn)向傳動裝置包括直線電機和轉(zhuǎn)向部件，標氣室連接在轉(zhuǎn)向部件上，并對應(yīng)位于所述開口位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在線標定裝置，其特征是所述測量單元設(shè)有一光通管，測量光路的三面直角棱鏡通過鏡座安裝在光通管端部，光源和光電探測裝置位于光通管的另一端部，測量區(qū)域為光通管上開的一矩形開口，該矩形開口位于鏡座一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線標定裝置，其特征是所述標定單元內(nèi)置于一標定管中，標定管上開有所述與測量區(qū)域相通的開口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線標定裝置，其特征是所述光通管和標定管均為方管形成的腔室，兩者長度相當，固定連接為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的在線標定裝置，其特征是所述轉(zhuǎn)向部件包括滑座、滑塊和滑桿，滑座上設(shè)有限位滑槽，滑塊上設(shè)有定位凸臺，所述滑座與滑塊相裝配，且滑塊的定位凸臺上還間隔開有多組平行的斜向滑槽，斜向滑槽與滑桿軸的夾角α為15-85度；所述滑座的限位滑槽的兩側(cè)槽壁上設(shè)有T形缺口，所述滑桿套穿滑座兩側(cè)T形缺口，并垂直于限位滑槽方向裝配，滑桿前部間隔設(shè)有多組圓柱凸臺，所述圓柱凸臺與斜向滑槽相適配，所述各圓柱凸臺的間距L1與各斜向滑槽的間距L2滿足=L2=L1Sin α，當滑桿直線運動時，滑桿上的各組圓柱凸臺與滑塊上的各組斜向滑槽依次配合；所述滑桿后端經(jīng)推桿與直線電機的輸出軸相連；所述滑塊與標氣室固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的在線標定裝置，其特征是所述窗鏡保護部件包括對稱設(shè)于標氣室兩側(cè)的窗鏡保護蓋、拉桿和支架，所述窗鏡保護蓋后端鉸接在標氣室兩端，窗鏡保護蓋中部或前端連接拉桿，拉桿與支架相接，支架固定在標定管內(nèi)壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的在線標定裝置，其特征是所述標定管內(nèi)還設(shè)有吹掃氣管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的在線標定裝置，其特征是標氣室還連接有輸送標準氣的標氣管；標氣室兩端沿窗鏡外圍圓周方向各設(shè)有幾個標氣排放孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的在線標定裝置，其特征是所述標氣室設(shè)有標氣管接口，標氣管接口設(shè)置在轉(zhuǎn)向部件的滑座上，標氣管接口后部與標氣室連通，前端連接所述標氣管。
專利摘要本實用新型提供一種直接測量法煙氣分析儀全系統(tǒng)在線標定裝置，由于在標定狀態(tài)和測量狀態(tài)所用光路一致，無論是用零氣進行的零點標定，還是用標氣進行的線性校準或檢查，均能保證標定狀態(tài)和測量狀態(tài)結(jié)果的一致性，同時消除了非全系統(tǒng)標定模式下零點校準和線性校準偏差引起的系統(tǒng)測量偏差，大大提高了系統(tǒng)測量精度。該裝置包括標定單元和測量單元，測量單元設(shè)有測量光路和測量區(qū)域，所述標定單元對應(yīng)測量單元的測量區(qū)域設(shè)有相通的開口，該標定單元包括標氣室、標氣室兩端的窗鏡、窗鏡保護部件及轉(zhuǎn)向傳動裝置，標氣室連接有標氣管，標氣室安裝在轉(zhuǎn)向傳動裝置上，并對應(yīng)位于所述開口位置；所述轉(zhuǎn)向傳動裝置包括直線電機和轉(zhuǎn)向部件，轉(zhuǎn)向部件連接標氣室。
文檔編號G01N21/27GK202583060SQ20122023638
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者湯光華, 曲震, 陳書建, 凌雁波, 張西謀, 武善磊, 陳祥, 朱明榮, 朱紅育 申請人:南京國電環(huán)?？萍加邢薰?br>