[发明专利]用于在管道气体监控系统中确定光学测量路径长度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在管道气体监控系统中确定光学测量路径的方法，该方法适于将光从光源发送通过第一清除管、气体管道以及第二清除管到测量探测器，从其波长特定吸收测量管道气体的气体成分的浓度，其中清除管通入到气体管道中并且充满清除气体，该清除气体在充满后被排放到气体管道中。

背景技术

在光谱气体分析中，在气体混合物（测量气体）中已知的是气体成分或多种气体成分的浓度，分别地通过气体成分的测定的波长特定吸收或者测量气体的测定吸收光谱来确定。为此目的，测量气体被以具有预定光学测量路径长度的测量体积引入，例如样品管，或者在原位过程测量的情形中，诸如气体引导管，炉，漏斗，栈或者类似物的气体管道。光源的光，例如红外灯或者可调节激光二极管，被通过测量体积传送到测量探测器，例如光气或固态探测器，以便根据测量体积的光学路径中的光吸收产生测量探测器输出。

在管道气体监控系统中，光源（或者，等同地，连接到远程光源的光学纤维自由端件）和测量探测器通常布置在安装在与气体管道的壁径向相对的位置处的两个测量头中，测量气体（管道气体）通过该气体管道流动。每个测量头都具有纵向室（清除管），其在一端通入到气体管道中并且在另一端包含相应的有源光学部件（光源或测量探测器）。为保持测量气体远离有源光学组分，因此该室充满以不包含测量的气体成分的清除气。在充满室以后，清除气体被排放到气体管道中。光学窗口可以布置在纵向室内以将包含相应的有源光学部件的主室与通入到气体管道的前室分开。在这种情形中，前室充满和主室可以充满清除气体。

为了确定在测量气体中的关注的气体成分的浓度，必须知道气体成分的波长特定吸收和气体管道中的光学测量路径长度。通常地，光学测量路径长度可以限定为清除管的开口端之间的距离。然而，由于清除气体排放到气体管道中，因此特别地如果测量路径很短并且清除气体的流量很高便很难估测实际的光学测量路径长度。此外，测量路径长度可以基于诸如压力、流动和湍流的变化的过程状况或者基于在清除管的开口端的侵蚀引起的磨损而随着时间而改变。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供特别地当过程状况变化时对光学测量路径长度的改进的估算。

根据本发明，该目的通过上述类型的方法实现，其中在气体成分的浓度的测量期间，清除管瞬时地充满管道气体，并且所述光学测量路径长度从光源与测量探测器之间的已知的路径长度乘以当清除管充满清除气体时测量的光吸收以及当清除管充满所述管道气体时测量的光吸收的比率计算出，其中所述光吸收在时间上相邻的测量中获得。

如果存在布置在清除管中的用于将包含相应有源光学部件的主室与通入到气体管道的前室分开的光学窗，光源与测量探测器之间的路径长度应该被理解为窗到窗的路径长度。该路径长度可以在管道气体监控系统的安装处测量并且可以假定是恒定的。

测定的吸收（或吸收幅度）被理解为是包括诸如气体特定吸收系数、气体浓度和光学路径长度的吸收相关因素的变量。由于当清除管填充以清除气体以及当它们填充以管道气体时光吸收的测量之间的时间间隔非常短，关注的气体成分将保持不变，从而待估测的光学测量路径长度与光源与测量探测器之间的已知的路径长度之间的比率直接地与测量光吸收的比率相符合。因此，实际光学测量路径长度可以由光源与测量探测器之间的已知路径长度乘以测定的光吸收比率计算出来。

其中可以这样增加估测的准确性和鲁棒性，在测量的光吸收的确定的比率中，当清除管填充以清除气体时测量的光吸收值作为在填充清除管以管道气体之前与之后的至少两次测量的平均值而获得。

为此相同的原因，当清除管充满清除气体时并且当其填充以管道气体时测量可以重复若干次，其结果使用诸如平均的统计方法处理。如果，例如，在测定的光吸收中发现太大的变化，实际光学测量路径长度的估测应该被打断并且安排下一次。

为了瞬间地使清除管填充以管道气体，清除气体供给被切断并且管道气体可以沿着与清除方向相反的方向从气体管道中通过清除管而被抽出。这种方法具有在清除管中的管道气体的温度大致与清除管之间的气体管道中的温度相同的优势。至少，在清除管中的管道气体的温度可以良好的准确性进行数学建模，因为在清除管的开口端的温度是已知的（对于气体监控对测量介质的温度敏感的情形来说，过程的温度通常被测量或者是已知的）并且可以容易地测量在另一端的温度。因此，当清除管填充以管道气体时所述测量的光吸收的值可以利用清除管中的温度分布修正，温度分布从所述气体管道中的测量的或者已知的温度以及在所述管道气体离开所述清除管的位置处测量的温度获得。