[发明专利]一种在线监测三氧化硫浓度的装置及方法

权利要求书

1.一种在线监测三氧化硫浓度的装置，其特征在于：包括取样模块、检测模块、气体分析池模块和数据处理模块；所述取样模块对待测气体以及标准气体进行外部取样，并将气体导入气体分析池模块中进行存储；所述检测模块对气体分析池模块中的待测气体或标准气体进行光学检测；所述数据处理模块与检测模块连接，对检测模块检测的数据进行处理计算后输出测量结果；所述取样模块包括多通阀门和取样伴热管；多通阀门的多路输入端分别连接氮气输入、甲烷标准气输入和待测SO₃输入，多通阀门的输出端通过取样伴热管连接气体分析池；

采用上述装置在线监测三氧化硫浓度的方法，所述方法具体包括如下步骤：

(1)切换多通阀门，通入氮气，等效SO₃浓度为零气，记为C₀，经取样伴热管通入气体分析池，通过激光器、光电探测器和数据处理模块完成零气标定，计算零气状态下光学特征值S₀；

(2)计算建立甲烷和SO₃之间的等效浓度关系R1；

(3)切换多通阀门，通入甲烷标准气，利用等效浓度关系R1获得等效SO₃浓度为C₁，经取样伴热管通入气体分析池，通过激光器、光电探测器和数据处理模块完成量程标定，计算SO₃浓度C₁对应的光学特征值S₁；在量程范围内根据固定步长获取多个浓度C_n对应的特征值S_n，建立SO₃浓度和光学特征值的对应关系表T2；

(4)切换多通阀门，接入实际待测SO₃气体进行在线浓度监测，通过激光器、光电探测器和数据处理模块，检测并计算光学特征值S，代入关系表T2中插值得到待测SO₃浓度值C。

2.根据权利要求1所述的在线监测三氧化硫浓度的装置，其特征在于：所述气体分析池模块包括气体分析池、真空泵和温控装置；所述气体分析池为两端透明腔体并对待测气体以及标准气体进行存储，真空泵与气体分析池相连并为气体分析池提供负压环境；温控装置为气体分析池提供高温环境。

3.根据权利要求1所述的在线监测三氧化硫浓度的装置，其特征在于：所述检测模块包括激光器、光电探测器和驱动装置；所述激光器发出的激光通过气体分析池两端后由光电探测器接收；所述驱动装置与激光器连接并对激光器波长进行调制。

4.根据权利要求1所述的在线监测三氧化硫浓度的装置，其特征在于：所述数据处理模块包括数据采集端、中央处理器以及通信模块；所述中央处理器通过数据采集端获取光电探测器输出的信号并对数据进行处理，最终通过通信模块向外部系统发送测量结果数据。

5.根据权利要求1所述的在线监测三氧化硫浓度的装置，其特征在于：光学特征值S的计算方法如下：

通过驱动装置产生低频扫描波形电信号并叠加一个高频调制波形对激光器输出波长的调谐；通过解调光电探测器的吸收光强，提取在高频调制频率分量上的谐波信号；在吸光度0.05情况下，小调制深度时，非线性强度调制项忽略不计，光学特征值由如下公式计算得出：

其中，S为光学特征值，i₁为光强调制的线性项幅值，为线型函数，P为压强，X为气体组分浓度，L为光程长，S(T)为谱线线强，为激光器出光中心波数，a为调制深度。

6.根据权利要求1所述的在线监测三氧化硫浓度的装置，其特征在于：步骤(2)中，甲烷和SO₃之间的等效浓度关系，满足如下公式：

其中，X为气体浓度，S为谱线线强，为线性函数，为激光器出光中心波数，a为调制深度。