專利名稱：束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于測量領域，尤其涉及一種用于礦井井下氣體分析的束管色譜氣體分析設備。
背景技術：
據統計，在我國開采的煤礦中，存在自然發火危險的礦井占總礦井數的50％左右，自然發火煤層占累計可采煤層數的60％，且自然火災發生的次數占礦井火災總數的94％以上。因此，自然發火事故的預防必然成為煤礦安全研究的重點。及時準確地發出火災早期預報，不僅可以及時采取防滅火措施，將火災事故消除于萌芽狀態，而且還可以減少防滅火造成的經濟損失，防止火災事故的發生。
研究表明，煤的自燃發展，一般要經過三個時期，即潛伏期(也稱準備期)、自熱期、燃燒期。在潛伏期，煤體溫度與周圍環境溫度基本沒有什么變化，但煤的著火溫度降低，化學活性增強。進入自燃期，煤的氧化速度增加，并分解出水、二氧化碳和一氧化碳。氧化生成熱開始使煤體溫度升高，當煤溫超過自熱的臨界值(60～80℃)時，煤溫將急劇上升，氧化速度加快，并出現煤的干餾，生成碳氫化合物(CmHn)、氫(H2)及一氧化碳(CO)等可燃氣體。這時也是防火滅火最關鍵的時期。如果此時不及時采取一些防滅火措施，煤溫將繼續上升至著火溫度而進入燃燒期。
煤在氧化自燃過程中，不僅放出一定的熱量，而且還熱解釋放出CO、C2H4和C2H6等碳氫化合物，且分解的氣體成分及其濃度與煤溫之間有一定的對應關系。因此，直接檢測煤的熱解氣體產物和空氣中成分變化即可判斷煤的自燃發展程度，以便進行火災的早期預報。
目前，煤礦礦井安全束管監測系統已經開始在煤礦中得到越來越多的普及和應用。
礦井安全束管監測系統是借助束管將井下各處的空氣抽取、匯總到指定的地點，再借助色譜檢測裝置對管束所采集的空氣樣本進行分析，實現對CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、O2、N2等氣體含量的在線監測，其分析結果在以實時監測報告、分析日報兩種方式提供數據的同時，亦可自動存入數據庫中，以便今后對某種氣體含量的變化趨勢進行分析，從而實現了對礦井自燃火災的早期預測。
在實際監測工作過程中，為了將井下的氣體樣本輸送至指定的地點，需要借助各種抽氣裝置來進行氣體樣本的連續抽取工作。
現有的各種束管監測系統，大多采用抽氣泵或真空泵來充當色譜儀的采樣泵，但由于上述種類的泵需要有油進行潤滑，導致進入色譜儀的樣氣受采樣泵的油氣污染現象十分嚴重，縮短了色譜儀的關鍵部件-色譜柱的實際有效使用壽命大大縮短，更換次數增加，檢測運行成本大大提高；同時，由于采樣泵的現場工作條件不理想，造成其使用壽命較短，故障率較高，給束管監測系統的普及和正常使用造成了很大的負面影響。
若采用無油真空泵作為色譜儀的采樣泵，雖然能部分地解決上述問題，但是其昂貴的購置價格和較高的備件價格，會較大的增加用戶的一次性資金投入和實際運行的成本費用，影響了用戶采用束管監測系統的意愿和投入使用的積極性。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，其既能保證進入色譜儀的樣氣無油，亦能截取氣路中氣樣中的某一段氣樣作為樣本，經氣密度提高后再送入色譜儀進行分析，提高其分析精度和速度，還可以利用氣路中氣樣的富余氣體沖刷采樣管路。
本實用新型的技術方案是提供一種束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，包括進氣管束切換裝置、色譜分析裝置和抽氣裝置，其特征是在管束切換裝置、色譜分析裝置和抽氣裝置之間設置由電磁閥F1、F2、F3、單向閥DXF1、DXF2、氣缸和驅動氣缸工作的氣源構成的自動進樣裝置，其中，所述的氣缸包括氣缸缸體和氣缸容積調節組件，在氣缸的兩端分別設置有氣路管5-1和5-3；在其側壁上設置有氣路管5-2；管束切換裝置的輸出端與電磁閥F2的2-2端連接，電磁閥F2的2-1端與氣缸的5-1端連接，其2-3端經單向閥DXF1與色譜分析裝置的進樣端連接；電磁閥F1的1-2端與抽氣裝置連接，其1-1端分別與電磁閥F3的3-3端和氣缸的5-3端對應連接，其1-3端與氣源連接；電磁閥F3的3-2端與氣缸的5-2端連接，其3-1端經過單向閥DXF2與氣缸的5-2端連接，其3-3端與電磁閥F1的1-1端連接。
其所述的電磁閥F1、F2和F3為兩位三通電磁閥；其所述的抽氣裝置為抽氣泵。
所述的氣缸容積調節組件包括可移動的活塞6和彈簧7，其中彈簧的兩端分別固定在活塞和氣缸缸體的一端；氣缸的氣路管5-2設置于活塞下止點與上止點之間的缸體上。
或者，所述的氣缸容積調節組件包括一置于氣缸內的氣囊8，氣囊的開口端與氣缸的氣路管5-3連接；氣缸的氣路管5-2設置于氣囊伸縮行程下止點與上止點之間的缸體上。
與現有技術比較，本實用新型的優點是1.采用氣動氣缸充當色譜儀的采樣泵，確保了樣氣的無油，色譜柱的有效使用壽命得到保證，保證了整個裝置的長期穩定運行和分析數據的可靠性；2.樣氣經過氣密度提高后再送入色譜儀進行分析，增大了色譜儀之色譜柱的進氣量，提高了其分析精度和分析速度，能夠更加準確地提供各項參數的變化情況，有助于及時、準確地反映和掌握井下煤的自燃發展程度，及時發出趨勢預報和安全警報；3.整個裝置結構簡潔，工作可靠，能適應各種規格型號的束管監測系統，制造和運行成本低廉，便于推廣，易于為用戶所接受。
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。
圖1是本實用新型的結構模塊示意圖；圖2是本實用新型實施例的系統管路原理示意圖；
圖3是在氣缸采樣狀態下的氣體通路示意圖；圖4是在氣密度提高狀態下的氣體通路示意圖；圖5是樣氣向色譜儀進氣時的氣體通路示意圖；圖6是電磁閥的控制原理圖；圖7是另一實施例的結構示意圖。
圖中5為氣缸，5-1～5-3為氣缸氣路，5-4和5-5為氣缸的上、下內腔，6為活塞，7為彈簧，8為氣囊。
具體實施方式
圖1中，在現有設備的進氣管束切換裝置、色譜分析裝置和抽氣裝置之間，設置了由電磁閥、單向閥、氣缸和驅動氣缸工作的氣源構成的自動進樣裝置，其中，自動進樣裝置的A端與進氣管束切換裝置的輸出端連接，其B端與色譜分析裝置的輸入端連接，其B端與色譜分析裝置的輸入端連接，其C端與原有的抽氣泵連接，其D端與驅動氣缸工作的氣源連接。
圖2中，自動進樣裝置由電磁閥F1、F2、F3、單向閥DXF1、DXF2、氣缸5和驅動氣缸工作的氣源構成的，其中，氣缸包括氣缸缸體5和氣缸容積調節組件，在本實施例中，氣缸容積調節組件包括可移動的活塞6和彈簧7，氣缸缸體被活塞分為5-4和5-5兩個空腔，其中，彈簧位于氣缸的5-5空腔內，且彈簧的兩端分別固定在活塞和氣缸缸體的一端。
在氣缸的兩端分別設置有氣路管5-1和5-3；在其側壁上設置有氣路管5-2，氣缸的氣路管5-2設置于活塞下止點與上止點之間的缸體上。
管束切換裝置的輸出端與電磁閥F2的2-2端連接，構成本裝置的A端，電磁閥F2的2-1端與氣缸的5-1端連接，電磁閥F2的2-3端經單向閥DXF1與色譜分析裝置的進樣端連接，構成本裝置的B端，電磁閥F1的1-2端與抽氣裝置連接，構成本裝置的C端，其1-1端分別與電磁閥F3的3-3端和氣缸的5-3端對應連接，其1-3端與氣源連接，構成本裝置的D端，電磁閥F3的3-2端與氣缸的5-2端連接，其3-1端經過單向閥DXF2與氣缸的5-2端連接。
圖3中，采樣系統通電工作后，在氣缸采氣工作階段，在控制電路的作用下，電磁閥F1、F2、F3的線圈尚未得電，待測氣體在抽氣泵吸氣的作用下，經由F2的2-2端→F2的2-1端→氣缸的5-1端→氣缸的5-4空腔→氣缸的5-2端→F3的3-2端→F3的3-3端→F1的1-1端→F1的1-2端→抽氣泵→放空，待測氣體的流通路徑如圖中粗線所示。
在此階段，活塞6在彈簧7的作用下，被拉至其下止點位置，氣缸內腔5-4的容積最大，而氣缸內腔5-5的容積最小。
圖4中，欲增大色譜儀的進氣量，必須對氣缸5-4內的氣體密度進行提升，在延時電路的控制下，電磁閥F3和單向閥1的共同組合/作用，即可實現此項功能。
在采氣過程中的前段時間內，由于電磁閥F3無電，氣流經氣缸的5-2端→F3的3-2端→F3的3-3端→F1的1-1端→F1的1-2端→抽氣泵，此時氣阻較小，氣缸內氣體流速快。由于束管距離長，氣阻大，進入氣缸的井下氣體流速較慢，致使氣缸5-4內的氣體壓力較低，待測氣體的氣體密度亦較低。
當延時電路的延時時間到后，電磁閥F3得電工作，流經F3的3-2端→F3的3-3端的氣流被截斷，強迫氣流由氣缸的5-2端經單向閥DXF2→電磁閥F3的3-1端→F3的3-3端并經過電磁閥F1進入抽氣泵，氣體的具體流通路徑如圖中粗線所示。
由于單向閥DXF2存在一定的氣阻，使得氣缸5-4內的氣流速度變慢，而進入氣缸5-4的井下氣體在大氣壓力的作用下，還是以原流速流向氣缸，從而使氣缸空腔5-4內的氣體密度得到提高。
改變單向閥DXF2的阻力，即可改變氣缸內的氣體密度。
圖5中，在采樣氣路向色譜儀進樣階段，采樣氣路向色譜儀進樣受兩個因素控制，一個是受電磁閥控制電路的端口(圖6中所示的“+”、“-”端)電壓控制，第二是受延時電路控制。
當電磁閥控制電路的端口有電壓輸入時，電磁閥F1、F2的線圈得電吸合，此時氣源的高壓氣體經電磁閥F1的1-3端、1-1端和氣缸的5-3端進入氣缸的5-5空腔，推動活塞6克服彈簧的拉力向上運動，位于氣缸5-4腔內的經過氣體密度提高后的井下待測氣體氣體在活塞的推動下，經氣缸的5-1端、電磁閥F2的2-1端、2-3端和單向閥DXF1被注入色譜儀，實現了氣體進樣動作。
由于電磁閥F1、F2還受延時電路YS2的控制(具體可參見圖6所示的電路)，當YS2延時時間到后，其常閉接點YS2斷開，此時即使電磁閥端口有電壓輸入，電磁閥F1、F2也會失電復位，立即截斷了正在進入色譜儀的井下待測氣體，從而實現了采樣氣路向色譜儀進樣的動作。
在這里，YS2的延時時間就是樣氣進入色譜儀的時間，剩余的時間就是樣氣進入色譜儀后的平衡時間。
由于在進入平衡階段后，電磁閥F1、F2失電復位，氣路立即恢復為初始狀態(即采氣狀態)，因而在氣缸內殘余的還沒有進入色譜儀的氣體會立即被抽氣泵吸走，活塞在彈簧的作用下亦回到其下止點位置，從而開始了下一個采氣、進氣的工作循環。
在本實施例中，氣缸容積的變化是通過活塞的移動來實現的，而活塞的移動是分別依靠氣源和彈簧的分別作用而實現的。
此外，也可通過設置曲軸、活塞桿和活塞的結構形式來實現活塞的移動，還可以采用液壓源和彈簧相結合的技術方案來實現活塞的移動，作為本領域的公知技術，在此不再敘述。
圖6中，電磁閥的控制電路主要由延時電路YS1、YS2和電磁閥F1～F3的控制線圈構成，其中，延時電路YS2的兩端并接在電源的“+”、“-”端之間，電磁閥F1、F2的控制線圈并聯后經延時電路YS2的常閉控制接點YS2與電源的“+”、“-”端連接，延時電路YS1的兩端經二極管D與電磁閥F1、F2的控制線圈并聯，電磁閥F3的控制線圈F3經延時電路YS1的常開接點YS1與延時電路YS1的兩端并接。
該電路主要通過對電磁閥F1、F2、F3的控制，完成三項功能a、氣缸采氣，b、氣密度提升，c、往色譜儀進氣。
在氣缸采氣階段，當某一路單管指示燈亮后，由于延時電路YS1通過二極管D1～Dn自指示燈正端電源取得，因此YS1進入延時狀態，常開節點1-3不通，電磁閥F1、F2、F3都無電，氣路工作于采氣狀態；在氣密度提升階段，延時電路YS1得延時時間到，其常開接點YS1導通，電磁閥F3得電吸合，氣路進入氣密度提升狀態；在色譜儀進氣階段，控制電路得“+”、“-”接線端口有電壓輸入，延時電路YS2得電開始進入延時工作狀態，同時由于常閉接點YS2此時導通，所以電磁閥F1、F2的線圈得電吸合，并且該電壓也通過二極管D加到電磁閥F3上，使F3繼續維持通電吸合狀態，這樣，氣路立即切換至色譜儀進氣階段。
當YS2延時時間到，常閉接點YS2斷開，電磁閥F1、F2、F3立即斷電，送往色譜儀的氣流立即被切斷，色譜儀進入樣氣平衡階段，氣路恢復為采氣狀態。
由于抽氣泵始終在工作，而進氣管路的電磁閥尚未通電打開，故殘留在氣缸內及管路內的氣體被立即抽走，為下一路的采氣、進氣創造了良好的初始條件。
上述的延時電路YS1和YS2可以采用延時繼電器，亦可采用其他具有延時功能的電路來完成其延時功能，此為現有技術，在此不再敘述。
結合上述各氣路連接圖和控制線路圖可以看出，電磁閥F1用于高、低壓氣體的轉換，電磁閥F2用于吸氣和進氣的轉換，電磁閥F3用于氣密度控制，延時電路YS1和YS2用于控制電磁閥F1、F2、F3完成進氣、排氣程序及氣密度控制。
圖7中，作為本實用新型的另一實施例，其氣缸容積調節組件采用了一個置于氣缸內的氣囊8，氣囊的開口端與氣缸的氣路管5-3連接，通過控制電磁閥的通、斷，進行氣路的切換，實現氣囊的膨脹與收縮。
其通過氣囊的膨脹與收縮，來實現氣缸內腔5-4和5-4的容積變化和調節，進而實現與圖2所示實施例同樣的技術效果，完成同樣的采氣、氣密度提升和向色譜儀進氣功能，其具體的待測氣樣流通氣路與圖3～圖5所示相同，在此不再敘述。
由于本實用新型采用氣動氣缸充當色譜儀的采樣泵，確保了樣氣的無油，色譜柱的有效使用壽命得到保證，保證了整個裝置的長期穩定運行和分析數據的可靠性，并且，樣氣經過氣密度提高后再送入色譜儀進行分析，增大了色譜儀之色譜柱的進氣量，提高了其分析精度和分析速度，能夠更加準確地提供各項參數的變化情況，有助于及時、準確地反映和掌握井下煤的自燃發展程度，及時發出趨勢預報和安全警報，此外，整個裝置結構簡潔，工作可靠，能適應各種規格型號的束管監測系統，制造和運行成本低廉，便于推廣，易于為用戶所接受。
本實用新型可廣泛用于各種對礦井井下氣體成分進行分析的束管色譜氣體分析設備和裝置。
權利要求1.一種束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，包括進氣管束切換裝置、色譜分析裝置和抽氣裝置，其特征是在管束切換裝置、色譜分析裝置和抽氣裝置之間設置由電磁閥(F1)、(F2)、(F3)、單向閥(DXF1)、(DXF2)、氣缸和驅動氣缸工作的氣源構成的自動進樣裝置，其中，所述的氣缸包括氣缸缸體和氣缸容積調節組件，在氣缸的兩端分別設置有氣路管(5-1)和(5-3)；在其側壁上設置有氣路管(5-2)；管束切換裝置的輸出端與電磁閥(F2)的(2-2)端連接，電磁閥(F2)的(2-1)端與氣缸的(5-1)端連接，其(2-3)端經單向閥(DXF1)與色譜分析裝置的進樣端連接；電磁閥(F1)的(1-2)端與抽氣裝置連接，其(1-1)端分別與電磁閥(F3)的(3-3)端和氣缸的(5-3)端對應連接，其(1-3)端與氣源連接；電磁閥(F3)的(3-2)端與氣缸的(5-2)端連接，其(3-1)端經過單向閥(DXF2)與氣缸的(5-2)端連接，其(3-3)端與電磁閥(F1)的(1-1)端連接。
2.按照權利要求1所述的束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，其特征是所述的電磁閥(F1)、(F2)和(F3)為兩位三通電磁閥。
3.按照權利要求1所述的束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，其特征是所述的抽氣裝置為抽氣泵。
4.按照權利要求1所述的束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，其特征是所述的氣缸容積調節組件包括可移動的活塞(6)和彈簧(7)，其中彈簧的兩端分別固定在活塞和氣缸缸體的一端。
5.按照權利要求1或4所述的束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，其特征是所述氣缸的氣路管(5-2)設置于活塞下止點與上止點之間的缸體上。
6.按照權利要求1所述的束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，其特征是所述的氣缸容積調節組件包括一置于氣缸內的氣囊(8)，氣囊的開口端與氣缸的氣路管(5-3)連接。
7.按照權利要求1或6所述的束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，其特征是所述氣缸的氣路管(5-2)設置于氣囊伸縮行程下止點與上止點之間的缸體上。
專利摘要一種束管色譜氣體分析設備的自動進樣裝置，屬測量領域。包括進氣管束切換裝置、色譜分析裝置和抽氣裝置，其特征是在管束切換裝置、色譜分析裝置和抽氣裝置之間設置由電磁閥(F1)、(F2)、(F3)、單向閥(DXF1)、(DXF2)、氣缸和驅動氣缸工作的氣源構成的自動進樣裝置。由于采用氣缸充當色譜儀的采樣泵，確保了樣氣的無油，保證了整個裝置的長期穩定運行和分析數據的可靠性，且樣氣經過氣密度提高后再送入色譜儀進行分析，提高了其分析精度和分析速度，有助于及時發出趨勢預報和安全警報，其制造和運行成本低廉，便于推廣，易于為用戶所接受，可廣泛用于各種對礦井井下氣體成分進行分析的束管色譜氣體分析設備和裝置。
文檔編號G01N30/16GK2807257SQ200520024259
公開日2006年8月16日 申請日期2005年6月7日 優先權日2005年6月7日
發明者白念祥 申請人:淄博祥龍測控技術有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
