CN213689496U - 一种气体进样、检测系统 - Google Patents
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Abstract
一种气体进样、检测系统，所述进样系统包括气体压缩组件、第一气路、第二气路和两位开关组件，第一气路和第二气路通过两位开关组件并联，当两位开关组件处于第一工作位置时，载气通过第一气路输送，当两位开关组件处于第二工作位置时，载气通过第二气路输送，第二气路上设有气体富集单元，用于吸附浓缩待测气体，气体压缩组件通过开关阀门与第二气路连通，用于将含有待测气体的混合气体进行压缩后输入气体富集单元，第二气路上还设有泄压阀门，气体富集单元位于泄压阀门和气体压缩组件之间，泄压阀门用于给气体富集单元泄压，在进样时在较短时间内实现吸附气体的解析附，确保测试结果的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体测试技术领域，具体涉及一种变压器油中脱出的微量气体的进样、检测系统。
背景技术
油色谱在线监测装置对气体的检测范围需满足《Q/GDW 10536-2017变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范中的要求，其中CH4、C2H4、C2H6、C2H2这些烃类气体需要满足0.5ppm的灵敏度检测要求，直接使用半导体传感器或者热导传感器不能完全满足，这就需要在检测前对变压器油中脱出的微量气体进行预浓缩，如图1所示。
采样状态如图1a所示，第一连接口1-1和第二连接口1-2连通，第三连接口1-3和第四连接口1-4连通，第五连接口1-5和第六连接口1-6连通，载气4通过六通阀1中的第二连接口1-2和第一连接口1-1进入色谱柱2，再进入气体传感器3，变压器油中脱出的气体从第八连接口1-8进入六通阀1中的第五连接口1-5和1-6，再进入装在变温箱6内部的富集柱7中，再通过六通阀1中的第三1-3和第四连接口1-4从样品出口5流出。当待测组分的前沿即将流出富集柱7时，切换六通阀为进样状态，如图1b所示，第一连接口1-1和第六连接口1-6连通，第三连接口1-3和第二连接口1-2连通，第五连接口1-5和第四连接口1-4连通，并快速加热变温箱6，此时载气4通过六通阀1中的第二连接口1-2和第三连接口1-3反向吹扫富集柱7，使待测组分脱附后通过六通阀1中的第六连接口1-6和第一连接口1-1进入色谱柱2和气体传感器3。其中浓缩柱的固定相一般选择TDX-01碳分子筛，浓缩倍数可达100倍。
该类方法结构比较复杂，变温箱6需要较大的电流进行加热，且较短的时间很难使浓缩柱7内部温度达到平衡，吸附气体无法完全解析附，会对分析样品的浓缩倍数造成一定影响。
实用新型内容
(一)实用新型目的
本实用新型的目的是提供一种气体进样、检测系统，在进样时实现在较短时间内使气体富集单元内的气压达到平衡，实现吸附气体的解析附，确保测试结果的准确性。
(二)技术方案
为解决上述问题，本申请的第一方面提供一种气体进样系统，包括气体压缩组件、第一气路、第二气路和两位开关组件，所述第一气路和第二气路通过所述两位开关组件并联，当所述两位开关组件处于第一工作位置时，载气通过所述第一气路输送，当所述两位开关组件处于第二工作位置时，载气通过所述第二气路输送，所述第二气路上设有气体富集单元，用于吸附浓缩待测气体，所述气体压缩组件通过开关阀门与所述第二气路连通，用于将含有所述待测气体的混合气体进行压缩后输入所述气体富集单元，所述第二气路上还设有泄压阀门，所述气体富集单元位于所述泄压阀门和气体压缩组件之间，所述泄压阀门用于给所述气体富集单元泄压。
具体地，本申请中，所述气路是指由管路形成的气体通道。
进样前，将两位开关组件设置在第一工作位置，通过第一气路输送载气，通过气体压缩组件压缩含有待测气体的混合气体并将压缩后的混合气体输入气体富集单元；
待所述压缩后的混合气体全部进入所述气体富集单元后，打开泄压阀门并同时将所述两位开关组件设置在第二工作位置，使载气将所述气体富集单元中的待测气体载出以进入检测装置。
该系统在进样时实现在较短时间内使气体富集单元内的气压达到平衡，实现吸附气体的解析附，确保测试结果的准确性。
在一可选实施例中，所述气体压缩组件为气缸；
在另一可选实施例中，所述气体压缩组件包括连接的集气室和真空泵，所述集器室用于对所述混合气体进行压缩，所述真空泵用于将所述集气室内的混合气体泵入所述气体富集单元。
在一可选实施例中，所述气体富集单元的气体容量为V，所述气体压缩组件用于将常压下体积为2～10V的混合气体压缩至体积为V。
具体地，所述气体富集单元为装有吸附填料的富集柱，填料具体可根据待测气体进行选择，优选与油色谱色谱柱相同。
在一具体实施例中，所述吸附填料为苦味酸改性碳分子筛和多孔聚合物色谱填料的混合物；所述苦味酸改性碳分子筛中苦味酸的质量为碳分子筛的2～10％，所述多孔聚合物色谱填料与苦味酸改性碳分子筛的体积比为(80～90)：(10～20)。
在一可选实施例中，所述两位开关组件为两个两位三通阀。
在另一可选实施例中，所述两位开关组件为六通阀，当所述六通阀处于第一工作位置时，第一连接口和第二连接口连通、第三连接口和第四连接口连通、第五连接口和第六连接口连通，载气通过所述第二连接口输入后直接通过所述第一连接口输出，所述气体压缩组件通过所述第五连接口处的开关阀门与所述第五连接口连接，所述泄压阀门设置在所述第四连接口处，所述气体富集单元一端通过管路与所述第三连接口连接，另一端通过管路与所述第六连接口连接，当所述六通阀处于第二工作位置时，所述第一连接口和第六连接口连通、所述第三连接口和第二连接口连通、所述第五连接口和第四连接口连通。
本申请的第二方面，提供了一种气体检测系统，包括进样系统和检测装置，所述进样系统为上述任一项所述的进样系统。
具体地，所述检测装置为连接的色谱柱和气体传感器。
(三)有益效果
本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本申请提供的气体进样、检测系统，在进样时实现在较短时间内使气体富集单元内的气压达到平衡，实现吸附气体的解析附，确保测试结果的准确性。
附图说明
图1是现有气体检测系统工作示意图；
图2为本实用新型一实施例提供的气体检测系统在两位开关组件处于第一工作位置时的工作示意图；
图3为本实用新型一实施例提供的气体检测系统在两位开关组件处于第二工作位置时的工作示意图；
图4为本实用新型另一实施例提供的气体检测系统在两位开关组件处于第一工作位置时的工作示意图；
图5为本实用新型又一实施例提供的气体检测系统示意图。
其中，1、六通阀，2、色谱柱，3、气体传感器，4、载气，5、样品出口，6、变温箱，7、富集柱、8、进样口，9、第一两位三通阀，10、第二两位三通阀，11、开关阀门，12、气体压缩组件，13、泄压阀门，121、真空泵，122、集气室，a、第一管路，b、第二管路。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
如图2和3所示，本实用新型提供一种气体进样系统，包括气体压缩组件12、第一气路a、第二气路b和两位开关组件，所述第一气路a和第二气路b通过所述两位开关组件并联，当所述两位开关组件处于第一工作位置时，载气通过所述第一气路a输送，当所述两位开关组件处于第二工作位置时，载气通过所述第二气路b输送，所述第二气路b上设有富集柱7，用于吸附浓缩待测气体，所述气体压缩组件12通过开关阀门11与所述第二气路b连通，用于将含有所述待测气体的混合气体进行压缩后输入所述富集柱7，所述第二气路b上还设有泄压阀门13，所述富集柱7位于所述泄压阀门13和气体压缩组件12之间，所述泄压阀门13用于给所述富集柱7泄压。
在一具体实施例中，如图2和3所示，所述两位开关组件包括第一两位三通阀9和第二两位三通阀10，泄压阀门13位于所述第一两位三通阀9和富集柱7之间，开关阀门11位于富集柱7和第二两位三通阀门10之间，进样前，将两位开关组件设置在第一工作位置，使载气4依次通过第一两位三通阀9、第一气路a、第二两位三通阀10进入色谱柱2，通过气体压缩组件12压缩含有待测气体的混合气体并打开开关阀门11使压缩后的混合气体浪涌进入富集柱7；待所述压缩后的混合气体全部进入所述富集柱7后，打开泄压阀门13并同时快速将所述第一两位三通阀9和第二两位三通阀10设置在第二工作位置，使载气依次经过第一两位三通阀9、富集柱7、第二两位三通阀10后携带待测气体进入色谱柱2。
整个过程是在常温下进行，由两个两位三通阀完成气流切换功能，该过程在几百毫秒内完成，由于富集柱7对待测气体的吸附作用，排出的气体仅为非待测气体的多余气体，打开泄压阀门13后，富集柱7内的压力变小，利用压力差对待测气体进行解吸附，使载气4对富集柱7进行反向吹扫可以快速的将待测气体推动至色谱柱2和气体传感器3进行检测。
在另一可选实施例中，如图4所示，所述两位开关组件为六通阀，当所述六通阀1处于第一工作位置时，第一连接口1-1和第二连接口1-2连通，第三连接口1-3和第四连接口1-4连通，第五连接口1-5和第六连接口1-6连通，载气4依次通过所述第二连接口1-2、第一气路a、所述第一连接口1-1后进入色谱柱2，所述气体压缩组件12通过所述第五连接口1-5处的开关阀门11与所述第五连接口1-5连接，所述泄压阀门13设置在所述第四连接口1-4处，所述富集柱7一端通过管路与所述第三连接口1-3连接，另一端通过管路与所述第六连接口1-6连接，当所述六通阀处于第二工作位置时，所述第一连接口1-1和第六连接口1-6连通、所述第三连接口1-3和第二连接口1-2连通、所述第五连接口1-5和第四连接口1-4连通。采样时，六通阀1处于第一工作位置，载气4依次通过所述第二连接口1-2、第一气路a、所述第一连接口1-1后进入色谱柱2，通过气体压缩组件12压缩含有待测气体的混合气体并将压缩后的混合气体输入富集柱7，待所述压缩后的混合气体全部进入所述富集柱7后，打开泄压阀门13并同时快速将六通阀1设置在第二工作位置，载气4依次通过第二连接口1-2和第三连接口1-3反向吹扫富集柱7，使待测组分脱附后通过六通阀1中的第六连接口1-6和第一连接口1-1进入色谱柱2和气体传感器3。
具体地，本实用新型实施例中泄压阀门13和开关阀门11均为两通电磁阀。
该系统在进样时实现在较短时间内使富集柱7内的气压达到平衡，实现吸附气体的解析附，确保测试结果的准确性。
在一可选实施例中，如图2～4所示，所述气体压缩组件12为气缸；
在另一可选实施例中，如图5所示，所述气体压缩组件12包括连接的集气室122和真空泵121，所述集器122室用于对所述混合气体进行压缩，所述真空泵121用于将集气室内的混合气体泵入富集柱7。
以上两个实施例提供的气体压缩组件尤其适用于采集变压器油中脱出的微量气体。在气体实施例中，气体压缩组件还可以是其他结构的具有气体压缩、输送功能的组件，本实用新型不做限定。
在一可选实施例中，富集柱7的气体容量为V，所述气体压缩组件12用于将常压下体积为2～10V的混合气体压缩至体积为V。当气体按以上比例进行压缩时，既能保证待测试气体在富集柱7中富集浓缩，又能确保富集柱7中的气压在打开泄压阀门后100-200ms时间内达到平衡，确保排出其它气体而待测气体有效保留在富集柱7内。
具体地，富集柱7装有吸附填料，填料具体可根据待测气体进行选择，优选与色谱柱相同。
在一具体实施例中，所述吸附填料为为苦味酸改性碳分子筛和多孔聚合物色谱填料的混合物；所述苦味酸改性碳分子筛中苦味酸的质量为碳分子筛的2～10％，所述多孔聚合物色谱填料与苦味酸改性碳分子筛的体积比为(80～90)：(10～20)，优选地，所述多孔聚合物色谱填料为购买自美国Waters公司的Propark N填料，所述碳分子筛为购买自美国Supelco公司的粒径为100～120目的CarbonpackB，所述多孔聚合物色谱填料与苦味酸改性碳分子筛的体积比为90：10。当富集柱7采用以上填料时，可以有效吸附成分为H2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2的待测气体，避免待测气体在泄压时排出富集柱7，进一步提高测试结果的准确性。
一种气体进样方法，通过上述任一项所述系统进样，包括：
进样前，将两位开关组件设置在第一工作位置，通过第一气路输送载气，通过气体压缩组件12压缩含有待测气体的混合气体并将压缩后的混合气体输入富集柱7；
待所述压缩后的混合气体全部进入富集柱7后，打开泄压阀门并同时将所述两位开关组件设置在第二工作位置，使载气将富集柱7中的待测气体载出以进入检测装置。
具体地，所述检测装置为连接的色谱柱2和气体传感器3。
本实用新型方法实施例与系统实施例对应，具体描述及效果参见上述系统实施例，在此不再赘述。
如图2～5所示，本实用新型还提供了一种气体检测系统，包括进样系统和检测装置，所述进样系统为上述任一项所述的进样系统。
本实用新型还提供了一种气体检测方法，通过上述方法将待测气体推入检测装置进行检测。
本实用新型的气体检测方法和系统均与进样系统实施例对应，具体描述及效果参见上述系统实施例，在此不再赘述。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种气体进样系统，其特征在于，包括气体压缩组件、第一气路、第二气路和两位开关组件，所述第一气路和第二气路通过所述两位开关组件并联，当所述两位开关组件处于第一工作位置时，载气通过所述第一气路输送，当所述两位开关组件处于第二工作位置时，载气通过所述第二气路输送，所述第二气路上设有气体富集单元，用于吸附浓缩待测气体，所述气体压缩组件通过开关阀门与所述第二气路连通，用于将含有所述待测气体的混合气体进行压缩后输入所述气体富集单元，所述第二气路上还设有泄压阀门，所述气体富集单元位于所述泄压阀门和气体压缩组件之间，所述泄压阀门用于给所述气体富集单元泄压。
2.根据权利要求1所述的气体进样系统，其特征在于，所述气体压缩组件为气缸。
3.根据权利要求1所述的气体进样系统，其特征在于，所述气体压缩组件包括集气室和真空泵，所述集气室用于对所述混合气体进行压缩，所述真空泵用于将所述集气室内的混合气体泵入所述气体富集单元。
4.根据权利要求1所述的气体进样系统，其特征在于，所述气体富集单元的气体容量为V，所述气体压缩组件用于将常压下体积为2～10V的混合气体压缩至体积为V。
5.根据权利要求1所述的气体进样系统，其特征在于，所述气体富集单元为装有吸附填料的富集柱。
6.根据权利要求1所述的气体进样系统，其特征在于，所述两位开关组件为两个两位三通阀。
7.根据权利要求1所述的气体进样系统，其特征在于，所述两位开关组件为六通阀，当所述六通阀处于第一工作位置时，第一连接口和第二连接口连通、第三连接口和第四连接口连通、第五连接口和第六连接口连通，载气通过所述第二连接口输入后直接通过所述第一连接口输出，所述气体压缩组件通过所述第五连接口处的开关阀门与所述第五连接口连接，所述泄压阀门设置在所述第四连接口处，所述气体富集单元一端通过管路与所述第三连接口连接，另一端通过管路与所述第六连接口连接，当所述六通阀处于第二工作位置时，所述第一连接口和第六连接口连通、所述第三连接口和第二连接口连通、所述第五连接口和第四连接口连通。
8.一种气体检测系统，包括进样系统和检测装置，其特征在于，所述进样系统为权利要求1～7任一项所述的进样系统。
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Cited By (1)
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| CN112129866A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-25 | 许继集团有限公司 | 一种气体进样、检测方法及系统 |
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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