申请/专利权人：中国船舶重工集团公司第七一八研究所

申请日：2018-12-29

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN109682418B

主分类号：G01D21/02

分类号：G01D21/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.05.21#实质审查的生效;2019.04.26#公开

摘要：本发明一种氧烛气体在线检测装置，包括气体流量测试单元、一氧化碳氧气含量分析单元、氯气含量分析单元、气体管路单元和PLC控制与数据处理单元；气体流量测试单元包括电子秤和氧烛托盘，氧烛托盘置于电子秤之上，氧烛托盘用于放置待测氧烛；气体管路单元包括气体出口集气管座及通风橱，通风橱罩于气体流量测试单元外，气体出口集气管座设于氧烛出气口处；一氧化碳氧气含量分析单元用于测试气体中一氧化碳含量及氧气纯度；氯气含量分析单元用于测试气体中氯气的含量；PLC控制与数据处理单元，用于控制氧烛反应，输出和或显示检测结果。本发明检测装置自动化程度高，氧气纯度、气体流量、一氧化碳和氯气含量等所有实验数据可在线实时检测。

主权项：1.一种氧烛气体在线检测装置，其特征在于，包括氧烛单元1、点火单元2、气体流量测试单元3、一氧化碳氧气含量分析单元4、氯气含量分析单元5、气体管路单元6和PLC控制与数据处理单元7，其特征在于：所述的氧烛单元1是一枚带点火引线的氧烛；所述的点火单元2是12V电源，氧烛的点火引线与12V电源连接；所述气体流量测试单元3包括电子秤3-1和氧烛托盘3-2，氧烛托盘3-2置于电子秤3-1之上，氧烛置于氧烛托盘3-2之上；所述一氧化碳氧气含量分析单元4是具备仪器标定、样气过滤和水汽分离、气体测试功能的成套设备，包括进气管路4-1、气体预处理系统4-2、流量调节及气路控制系统4-3、一氧化碳氧气在线分析仪4-4以及标准气体标定系统4-5；所述的氯气含量分析单元5是一台带温度补偿、零点标定及自动校准功能的泵吸式在线氯气分析仪；所述的气体管路单元6包括气体出口集气管座6-4，一号取气管路6-2、二号取气管路6-3、通风橱6-1及相关阀门管件；气体出口集气管座6-4罩设于氧烛出气口处，一号取气管路6-2的进气口插入气体出口集气管座一号孔6-4-1内，二号取气管路6-3的进气口插入气体出口集气管座的二号孔6-4-2内；一号取气管路6-2和二号取气管路6-3的出气口分别穿过通风橱6-1侧面；所述的PLC控制与数据处理单元7包括PLC控制系统和带人机界面的工控机。

全文数据：一种氧烛气体在线检测装置及检测方法技术领域本发明属于氧烛技术领域，具体涉及一种氧烛气体在线检测装置及检测方法。背景技术氧烛是一种利用化学反应产生氧气的新型供氧装置，原理是氯酸盐发生化学反应产生氧气。最常用的氯酸盐为氯酸钠，其分解按以下方程式进行；2NaClO3→2NaCl+3O2↑氯酸钠的分解反应为放热反应，但其放出的热量不能维持自身的进一步分解，需要添加金属粉燃料，如铁粉、镁粉、钛粉等，提供热量，维持持续的产氧化学反应。氯酸钠高温下会产生副反应，因此氯酸钠燃烧分解释放的气体，除主要为高纯度氧气外，还混有微量的水汽以及一氧化碳和氯气等有害杂质气体。目前，氧烛作为一种应急救生氧源主要用于航天飞机、潜艇、高原缺氧、矿山避险、医疗救护等领域。由于氧烛燃烧释放的气体直接供给使用者呼吸使用，必须具备稳定的供氧速度，保证紧急救生所需的供氧时间和供氧流量，且氧气纯度高，气体中有害杂质气体的含量须在规定值以内，从而保证人员安全。因此对氧烛气体流量和气体各组分含量的分析检测尤为重要。现有技术及相关文献报告中，多采用在线和实验室离线分析相结合的检测手段对氧烛气体流量及气体各组分含量进行分析。即通常采用流量计或电子秤失重法在线检测氧烛气体流量，氧烛气体各组分含量则通过气袋收集气体后再进行实验室分析，如氧含量采用铜氨吸收法或气相色谱法测试，一氧化碳采用气相色谱法测试，氯气采用分光光度法测试。通过气袋取气的实验室分析方式往往不是连续取样，而是在某个时刻开始取样，气体收集一定时间后再进行实验室分析，实验数据并不能完整反映出整个实验过程中的气体各组分含量变化，并且分析结果受取样时刻影响大。此外，采用在线和离线的实验室分析相结合的检测手段，操作繁琐，人为工作量大，分析成本较高，同时分析周期相对较长，且实验数据不便于统一存储和查看，从而加大了信息化管理难度。发明内容本发明的目的是要提供一种氧烛气体在线检测装置及检测方法，氧烛气体流量及各组分含量均可在线检测，无需再取气进行实验室离线分析，能够有效地简化检测过程。通过该在线检测装置，所有实验数据实时获取，实现氧烛检验的自动化和信息化，从而提高检验过程的监控能力和检验结果的追溯能力。本发明采取以下技术方案：一种氧烛气体在线检测装置，包括气体流量测试单元、一氧化碳氧气含量分析单元、氯气含量分析单元、气体管路单元和PLC控制与数据处理单元；所述气体流量测试单元包括电子秤和氧烛托盘，所述氧烛托盘置于电子秤之上，氧烛托盘用于放置待测氧烛；所述气体管路单元包括气体出口集气管座及通风橱，所述通风橱罩于所述气体流量测试单元外，所述气体出口集气管座设于氧烛出气口处；所述一氧化碳氧气含量分析单元通过穿过通风橱的管路与气体出口集气管座连接，用于测试气体中一氧化碳含量及氧气纯度；所述氯气含量分析单元通过穿过通风橱的管路与气体出口集气管座连接，用于测试气体中氯气的含量；所述PLC控制与数据处理单元，用于控制氧烛反应，接收气体重量、氯气含量、一氧化碳含量、以及氧气纯度信号，通过理论计算把气体重量转化为气体体积流量，并输出和或显示检测结果。进一步地，本发明所述一氧化碳氧气含量分析单元包括样气进气管路、气体预处理系统、流量调节及气路控制系统、一氧化碳氧气在线分析仪以及标准气体标定系统；其中样气进气管路依次经过气体预处理系统、流量调节及气路控制系统连接至一氧化碳氧气在线分析仪，所述气体预处理系统用于对进入的气体进行过滤和水汽分离，所述流量调节与管路控制系统用于被测气体的抽气，控制被测气体的流速、流量，所述一氧化碳氧气在线分析仪用于分析气体中一氧化碳含量和氧气纯度，所述标准气体标定系统用于对一氧化碳氧气在线分析仪进行标定。进一步地，本发明所述氯气含量分析单元是一台带温度补偿、过滤、零点标定及自动校准功能的泵吸式氯气在线分析仪。进一步地，本发明所述气体管路单元上的气体出口集气管座上设有两个出气口，一个出气口通过管路与一氧化碳氧气含量分析单元上的样气进气管路连接，另一个出气口通过管路与氯气含量分析单元连接。进一步地，本发明氧烛的点火单元安装于通风橱内侧壁。进一步地，本发明所述的气体出口集气管座的高度不低于20cm。一种氧烛气体在线检测方法，包括如下步骤:步骤一，标定：对氧烛气体进行检测前，打开一氧化碳氧气含量分析单元的标准气体标定系统中的相关阀门组件，对一氧化碳氧气在线分析仪进行标定；步骤二，气路切换：关闭标准气体标定系统，将一氧化碳氧气含量分析单元的气路切换到样气进气管路；步骤三，启动氧烛和开始计时、称重：PLC控制与数据处理单元发出电压信号，氧烛点火单元启动，氧烛被点燃，产生气体，氧烛被点燃的同时，计时开始，电子秤开始称重；步骤四，氧气纯度、一氧化碳和氯气含量检测：样气进入一氧化碳氧气含量分析单元进行氧气纯度和一氧化碳含量检测，样气进入氯气含量分析单元进行氯气含量检测；步骤五，数据输出及处理：气体重量、氯气和一氧化碳含量，以及氧气纯度的检测结果输入至PLC控制与数据处理单元，通过理论计算把气体重量转化为气体体积流量，并由PLC控制与数据处理单元输出处理后的检测结果。有益效果本发明检测装置自动化程度高，氧气纯度、气体流量、一氧化碳和氯气含量等所有实验数据可在线实时检测，大大减少人为工作量，所有实验数据同步存储，便于信息化管理。此外，用于气体检测的仪器的测试精度高，可准确地测量气体流量及气体各组分含量。附图说明图1是本发明氧烛气体在线检测装置的结构示意图。其中，1是氧烛单元，2是点火单元，3是气体流量测试单元，3-1是电子秤，3-2是氧烛托盘，4是一氧化碳氧气含量分析单元，4-1是样气进气管路，4-2是气体预处理系统，4-3是流量调节及气路控制系统，4-4是一氧化碳氧气在线分析仪，4-5是标准气体标定系统，5是氯气含量分析单元，6是气体管路单元，6-1是通风橱，6-2是一号取气管路，6-3是二号取气管路，6-4是气体出口集气管座，7是PLC控制与数据处理单元。图2是气体出口集气管座结构示意图。参见图2，其中，6-4-1是一号孔，6-4-2是二号孔。具体实施方式下面根据附图对本发明做进一步的说明。如图1所示，本发明实施例一种氧烛气体在线检测装置，包括气体流量测试单元3、一氧化碳氧气含量分析单4、氯气含量分析单元5、气体管路单元6和PLC控制与数据处理单元7，待检测的氧烛为一枚带点火引线的氧烛，其点火单元为12V电源，氧烛的点火引线与12V电源连接；其中所述气体流量测试单元3包括电子秤3-1和氧烛托盘3-2，氧烛托盘3-2置于电子秤3-1之上，氧烛托盘3-2用于放置氧烛；所述一氧化碳氧气含量分析单元4是具备仪器标定、样气过滤和水汽分离、气体测试等功能的成套设备，包括样气进气管路4-1、气体预处理系统4-2、流量调节及气路控制系统4-3、一氧化碳氧气在线分析仪4-4以及标准气体标定系统4-5；其中样气进气管路4-1依次经过气体预处理系统4-2、流量调节及气路控制系统4-3连接至一氧化碳氧气在线分析仪4-4，一氧化碳氧气在线分析仪4-4内设有排气管道，标准气体标定系统4-5连接至流量调节及气路控制系统4-3与一氧化碳氧气在线分析仪4-4之间的管路上；所述气体预处理系统4-2用于对进入的气体进行过滤和水汽分离，所述流量调节与管路控制系统4-3用于被测气体的抽气，控制被测气体的流速、流量等参数，主要由吸气泵、转子流量调节阀、三通阀等构成，吸气泵为整条样气进气管路提供动力，所述一氧化碳氧气在线分析仪用于分析气体中一氧化碳含量和氧气纯度。所述氯气含量分析单元5是一台带温度补偿、零点标定及自动校准功能的泵吸式在线氯气分析仪；所述气体管路单元6包括气体出口集气管座6-4，一号取气管路6-2、二号取气管路6-3、通风橱6-1及相关阀门管件。气体出口集气管座6-4罩设于氧烛出气口处，一号取气管路6-2的进气口插入气体出口集气管座一号孔6-4-1内，二号取气管路6-3的进气口插入气体出口集气管座的二号孔6-4-2内，一号取气管路6-2穿过通风橱6-1侧面与一氧化碳氧气含量分析单元4的样气进气管路4-1连接，二号取气管路6-3的出气口穿过通风橱6-1侧面与氯气含量分析单元5连接。将氧烛单元1、气体流量测试单元3放置于通风橱6-1内，所述点火单元2安装于通风橱6-1内侧壁。PLC控制与数据处理单元7包括PLC控制系统和带人机界面的工控机，具备电源、控制、信号采集、分析、输出、显示等功能。主要包括氧烛点火的自动启动、实验结束控制、点火状态显示、检测结果的处理以及输出；具体为：所述PLC控制与数据处理单元7所述的12V电源2、电子秤3-1、氯气含量分析单元5、一氧化碳氧气含量分析单元4与PLC控制与数据处理单元7电气连接，PLC控制与数据处理单元7控制12V电源的开启，接收气体重量、氯气含量、一氧化碳含量、以及氧气纯度等信号，通过理论计算把气体重量转化为气体体积流量，并由PLC控制与数据处理单元输出处理后的检测结果。本发明实施例较佳地，设计气体出口集气管座6-4的高度不低于20cm。如图1所示，一种氧烛气体在线检测方法，具体过程为：为了保证气体分析仪的检测精度，氧烛1检测前，打开一氧化碳氧气含量分析单元4的标准气体标定系统4-5，对一氧化碳氧气分析仪4-4进行标定。标定结束后，将气路切换回样气进气管路4-1。将氧烛托盘3-2放置于电子秤3-1上，将氧烛1放置于氧烛托盘3-2上，在氧烛出气口上罩设上高度为20cm的气体出口集气管座6-4，其一号取气管路6-2和二号取气管路6-3分别插入于气体出口集气管座6-4一号孔6-4-1和二号孔6-4-2的下方，氧烛引线头插入12V电源2，拉下通风橱6-1玻璃门。点击PLC控制与数据处理单元7中人机界面上的清零按钮，质量归零。点击人机界面上的点火按钮，12V电源2启动，氧烛1被点燃，放出气体，实验开始计时，电子秤3-1开始称重。大部分气体经通风橱6-1的排气管道排出室外，被检测的样气在吸气泵的作用下分别经一号取气管路6-2和二号取气管路6-3到达一氧化碳氧气含量分析单元4和氯气含量分析单元5。一氧化碳氧气含量分析单元4中，吸气泵为整条样气进气管路提供动力，调节流量调节阀，控制样气流速为0.5～1Lmin。氯气含量分析单元5中，泵的抽速为1～3Lmin。样气在一氧化碳氧气含量分析单元4中经过气体预处理系统4-2进行过滤和水汽分离后，进入一氧化碳氧气在线分析仪4-4进行检测。由于氯气易溶于水，样气进入氯气分析单元5后，经过滤后直接进行检测。一氧化碳氧气在线分析仪4-4测量一氧化碳基于红外光谱技术原理进行测量，测量范围0-50ppm，量程可选，线性误差＜满量程值的0.5％。测量氧气浓度基于氧的顺磁性原理进行测量，测量范围0-100％，量程可选，线性误差＜各自量程的0.1％。氯气分析基于电化学原理进行测量，测量范围0-10ppm，精度0.01ppm，各种成分浓度的测量互不干扰，可获得准确地气体浓度测量值。经分析仪测量后的样气通过排气管道将尾气排出。PLC控制与数据处理单元7将接收的氧烛气体重量的数据通过理论计算转换为氧烛气体体积流量数据，当气体体积流量连续3分钟低于10Lmin时，PLC控制与数据处理单元7控制实验自动结束，记录下实验时间，即为供氧时间。人机界面除显示实时数据外，也可显示氧烛气体体积流量以及各组分含量随时间变化的实时曲线。本装置适用于对氧烛气体流量及气体组分含量进行在线检测，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本方案的技术方案作出的各种改进，例如通过增加流量测试单元、点火单元、一氧化碳氧气含量分析单元、氯气含量分析单元，从而改进管路和增加PLC控制，实现两枚甚至多枚氧烛的气体流量及气体组分含量同时在线检测，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

权利要求：1.一种氧烛气体在线检测装置，其特征在于，包括氧烛单元1、点火单元2、气体流量测试单元3、一氧化碳氧气含量分析单元4、氯气含量分析单元5、气体管路单元6和PLC控制与数据处理单元7，其特征在于：所述的氧烛单元1是一枚带点火引线的氧烛。所述的点火单元2是12V电源，氧烛的点火引线与12V电源连接。所述气体流量测试单元3包括电子秤3-1和氧烛托盘3-2。氧烛托盘3-2置于电子秤3-1之上，氧烛置于氧烛托盘3-2之上。所述一氧化碳氧气含量分析单元4是具备仪器标定、样气过滤和水汽分离、气体测试等功能的成套设备，包括进气管路4-1、气体预处理系统4-2、流量调节及气路控制系统4-3、一氧化碳氧气在线分析仪4-4以及标准气体标定系统4-5。所述的氯气含量分析单元5是一台带温度补偿、零点标定及自动校准功能的泵吸式在线氯气分析仪。所述的气体管路单元6包括气体出口集气管座6-4，一号取气管路6-2、二号取气管路6-3、通风橱6-1及相关阀门管件。气体出口集气管座6-4罩设于氧烛出气口处，一号取气管路6-2的进气口插入气体出口集气管座一号孔6-4-1内，二号取气管路6-3的进气口插入气体出口集气管座的二号孔6-4-2内。一号取气管路6-2和二号取气管路6-3的出气口分别穿过通风橱6-1侧面。所述的PLC控制与数据处理单元7包括PLC控制系统和带人机界面的工控机。2.如权利要求1所述的一种氧烛气体在线检测装置，其特征在于：所述的氧烛单元1、气体流量测试单元3放置于通风橱6-1内，所述的点火单元2安装于通风橱6-1内侧壁。3.如权利要求1所述的一种氧烛气体在线检测装置，其特征在于：所述的一氧化碳氧气含量分析单元4的进气管路4-1依次经过气体预处理系统4-2、流量调节及气路控制系统4-3并连接至一氧化碳氧气在线分析仪4-4。一氧化碳氧气在线分析仪4-4内设有排气管道。4.如权利要求1所述的一种氧烛气体在线检测装置，其特征在于：所述的一号取气管路6-2的出气口与一氧化碳氧气含量分析单元4的进气管路4-1连接，二号取气管路6-3的出气口与氯气含量分析单元5连接。5.如权利要求1所述的一种氧烛气体在线检测装置，其特征在于：所述的气体出口集气管座6-4的高度不低于20cm。6.如权利要求1所述的一种氧烛气体在线检测装置，其特征在于：所述的12V电源2、电子秤3-1、氯气含量分析单元5、一氧化碳氧气含量分析单元4与PLC控制与数据处理单元7电气连接。PLC控制与数据处理单元7控制12V电源的开启。气体重量、氯气和一氧化碳含量，以及氧气纯度等信号传输至PLC控制与数据处理单元。7.一种氧烛气体在线检测方法，其特征在于：所述氧烛气体的在线检测方法采用权利要求1中所述的氧烛气体在线检测装置，包括如下步骤：步骤一，标定：对氧烛气体进行检测前，打开一氧化碳氧气含量分析单元中的标准气体标定系统，对一氧化碳氧气在线分析仪进行标定；步骤二，气路切换：关闭一氧化碳氧气含量分析单元中的标准气体标定系统，将气路切换到样气进气管路；步骤三，启动氧烛和开始计时、称重：PLC控制与数据处理单元发出电压信号，12V电源启动，氧烛被点燃，产生气体。氧烛被点燃的同时，计时开始，电子秤开始称重；步骤四，氧气纯度、一氧化碳和氯气含量检测：在吸气泵的作用下，样气经过一号取气管路进入一氧化碳氧气含量分析单元进行氧气纯度和一氧化碳含量检测，经过二号取气管路进入氯气含量分析单元进行氯气含量检测；步骤五，数据输出及处理：气体重量、氯气和一氧化碳含量，以及氧气纯度的检测结果输入至PLC控制与数据处理单元，通过理论计算把气体重量转化为气体体积流量，并由PLC控制与数据处理单元输出处理后的检测结果。

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