一种用于密闭气氛的气体浓度检测装置及检测方法

本技术涉及气体浓度检测，尤其涉及一种用于密闭气氛的气体浓度检测装置及检测方法。

背景技术：

1、气体浓度检测在工业生产、环境监测等领域具有广泛应用。特别是在密闭空间内进行气体实时监测时，检测结果的准确性往往面临严峻挑战——密闭空间内部的气压可能从接近真空急剧升高至数个大气压，温度也可能大幅波动，而大多数气体传感器的输出信号都与环境气压和温度密切相关。当传感器直接暴露于这种恶劣环境中时，测量结果会产生显著偏差，需要频繁校准或依赖复杂的补偿算法，增加了运维成本。

2、为解决上述问题，现有技术已有一些尝试。公开号为cn210071677u的专利公开了一种免标定在线激光气体浓度测量气室，通过波纹管连接测量气室与参考气室以保持二者同温同压。然而，该方案中测量气室直接通入待测气体，传感器仍直接承受恶劣工况冲击，且结构复杂，无法在系统运行过程中对传感器进行维护或更换。

3、公告号为cn115182820a的专利公开了一种零泄漏波纹管调节阀压力平衡补偿系统，针对燃气轮机燃料调节阀中波纹管因承受交变压力而易损坏的问题，通过控制器实时比较波纹管内腔压力与阀门主气压力，并动态控制电磁阀开闭以实现压力平衡。然而，该方案的技术目的在于保护阀门波纹管本身的机械结构，而非为气体传感器提供稳定的工作环境；其压力平衡过程依赖于与外界高压气源的持续动态交互，系统在工作过程中并非完全密闭，无法直接应用于需要对低浓度待测气氛进行零污染、零泄漏检测的场景。

4、综上所述，现有技术中尚缺乏一种能够使气体传感器在气压和温度剧烈波动的密闭环境中始终工作在常温常压条件下，同时不消耗、不污染待测低浓度气氛，并且允许传感器在线维护的气体浓度检测装置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提出了一种用于密闭气氛的气体浓度检测装置及检测方法，以解决现有技术中气体传感器在气压和温度剧烈波动的密闭环境中难以实现长期稳定、准确检测的问题。

2、本技术的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本技术提供了一种用于密闭气氛的气体浓度检测装置，包括金属波纹管、气体检测腔、气体传感器、第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀；

4、所述金属波纹管的一端固定，另一端可沿其伸缩方向移动，以使所述金属波纹管通过伸缩改变其内腔容积；

5、所述金属波纹管上设置有进出气接口；所述金属波纹管的内腔通过所述第一控制阀与待测密闭腔体连通，并通过所述第三控制阀与所述气体检测腔连通；所述进出气接口通过所述第二控制阀与所述金属波纹管的内腔连通；

6、所述进出气接口用于向所述金属波纹管的内腔充入气体和从所述金属波纹管的内腔排出气体，以预设所述金属波纹管内的气体压力；

7、所述气体传感器设置于所述气体检测腔内，用于检测进入所述气体检测腔的气体浓度。

8、在上述技术方案的基础上，优选的，还包括导向支承组件，所述金属波纹管的一端固定支承于所述导向支承组件，另一端沿所述金属波纹管的伸缩方向可移动地支承于所述导向支承组件。

9、在上述技术方案的基础上，优选的，所述导向支承组件包括光杆滑台和可滑动地设置于所述光杆滑台上的滑动件；所述金属波纹管的一端与所述光杆滑台固定连接，另一端与所述滑动件固定连接，所述滑动件的滑动方向沿所述金属波纹管的伸缩方向设置。

10、在上述技术方案的基础上，优选的，还包括压力检测件和温度检测件，所述压力检测件和所述温度检测件的检测端均与所述金属波纹管的内腔连通，分别用于检测所述金属波纹管内腔的气体压力和温度。

11、在上述技术方案的基础上，优选的，还包括控制器，所述第二控制阀和所述第三控制阀均为受控阀，所述控制器分别与所述压力检测件、所述温度检测件、所述第二控制阀和所述第三控制阀控制电性连接。

12、在上述技术方案的基础上，优选的，所述控制器被配置为在检测到的气体压力和温度处于预设检测范围内时控制所述第三控制阀开启。

13、在上述技术方案的基础上，优选的，所述控制器还被配置为在检测到的气体压力波动幅度超出预设阈值时控制所述第三控制阀关闭，并在检测到的气体压力达到预设泄压值时控制所述第二控制阀开启。

14、在上述技术方案的基础上，优选的，所述气体传感器为光学气体传感器。

15、在上述技术方案的基础上，优选的，所述气体检测腔上设置有用于可拆卸地安装所述气体传感器的安装接口，所述金属波纹管靠近所述第一控制阀的一端设置有用于与待测密闭腔体可拆卸连接的连接接口。

16、第二方面，本技术公开了一种用于密闭气氛的气体浓度检测方法，利用了第一方面所述的用于密闭气氛的气体浓度检测装置，包括如下步骤：

17、s1：关闭所述第一控制阀和所述第三控制阀，开启所述第二控制阀，通过所述进出气接口调节所述金属波纹管内腔的气体压力，使所述气体压力达到预设压力值，然后关闭所述第二控制阀；

18、s2：开启所述第一控制阀，使所述待测密闭腔体与所述金属波纹管的内腔连通，并保持所述第一控制阀开启，直至所述金属波纹管内腔的气体压力和温度达到稳定状态；

19、s3：在保持所述第一控制阀开启的状态下，开启所述第三控制阀，使所述金属波纹管的内腔与所述气体检测腔连通，由所述气体传感器对待测气体的浓度进行连续检测。

20、本技术相对于现有技术具有以下有益效果：

21、（1）本技术通过可伸缩的金属波纹管实现检测气路容积的变化，通过三个控制阀分别控制待测密闭腔体、进出气接口和气体检测腔的气路通断，并通过进出气接口预设金属波纹管内的气体压力，使气体传感器与气压、温度调节过程相隔离，有利于降低待测密闭腔体内气压和温度剧烈变化对气体传感器的检测精度及使用安全性的影响，并能够在相对密闭的条件下进行连续气体浓度检测，通过采用被动式气压和温度稳定方式，无需外部能源驱动金属波纹管伸缩或主动加热冷却，系统结构简单可靠，能耗低。

22、（2）通过设置压力检测件和温度检测件实时获取金属波纹管内腔的气体压力和温度，并结合控制器对第二控制阀和第三控制阀进行自动控制，实现了预设气压、稳定状态判断、检测时序控制以及异常工况识别的自动化。控制器根据检测数据自动判断是否满足检测条件，减少了人工判断和操作带来的误差，提高了装置的响应速度、运行一致性及自动化程度。

23、（3）控制器被配置为仅在气体压力和温度处于预设检测范围内时才开启第三控制阀，实现了气压温度稳定过程与气体浓度检测过程的时序解耦，避免气体传感器在压力或温度尚未稳定时进行检测，提高了检测结果的准确性并降低了传感器受到冲击的风险。当检测到压力波动幅度超出预设阈值时，控制器关闭第三控制阀以快速隔离保护气体传感器；当压力达到预设泄压值时，控制器开启第二控制阀进行主动泄压，形成了由异常隔离和超压泄放构成的分级保护机制，降低了气体传感器损坏及装置超压运行的风险。

24、（4）采用光学气体传感器进行非消耗式或低消耗式浓度检测，不需要消耗待测气体，也不向检测气路中加入反应试剂，有利于保持密闭气氛中低浓度待测组分的原有状态，减少检测过程对待测气氛的干扰，并降低向密闭气氛中引入杂质气体的可能性。

25、（5）通过安装接口实现气体传感器的可拆卸安装，并通过连接接口实现检测装置与待测密闭腔体之间的可拆卸密封连接，便于对气体传感器进行更换、增设和升级，也便于对检测装置进行整体维护。借助第一控制阀可在维护期间保持待测密闭腔体的隔离状态，降低维护操作对密闭腔体内部正常运行的影响。此外，金属波纹管的尺寸可根据待测密闭腔体的容积和预期压力波动范围进行选择和调整，使得本装置在硬件上对适用气压和温度波动范围没有实质性的限制，具有良好的通用性和扩展性。