CN1005429B - 光度计 - Google Patents

Abstract

光度计，其测量光束或者参考光束在通过一个样品池之后被固体接收器所接受，该接收器是由聚偏氟乙烯薄膜制成的。其被光束照射的面积与样品池的截面积相同大小。

Description

光度计

通过联邦德国专利公开说明书OS2910188和OS1598893，光度计已是众所周知的了，在该光度计中光束透过测量样品池或者参比样品池后，被一个充气的接收器所接收，该接收器的截面积是和样品池的截面积同样大小。

这样的光度计也是公知的，即：在该光度计中光束透过测量样品池或者参比样品池后，被固体接收器所接收。该固体接收器受辐射的面积，比测量样品池或者参比样品池的截面积显著地小。这样的固体接收器是有缺点的，即：如果不设置附加的光学装置，那么，该固体接收器只能接收离开样品池光束的一部分。当辐射器的截面积相当大时，如在通常情况下适用于红外波段（热辐射源）的辐射器，这种光学设备在一定条件下可能是很耗费的。随之而来的是，借助于光学装置也许不能成功地将全部能量集中到接收器上来。因为这样的固体接收器不是空载运行的，相对于充气的接收器而言，具有较长稳定性的优点。

本发明的任务是改善一种用于气体分析或液体分析的光度计，其测量光束或者参比光束通过样品池以后，被固体接收器所接收。这种光度计的发明的特征在于：紧接着样品池后面设置一个聚偏氟乙烯薄膜，作为固体接收器。这种聚偏氟乙烯薄膜接受光辐射的截面积与样品池的截面积一样大小。

通过英国专利说明书979850，一个气体分析仪已是众所周知的了。该气体分析仪配备有两个被红外光束通过样品池，从测量样品池或者参比样品池出来的光束被一个接收器所接收，在接收器中倾斜地安装着一个部分透射反射镜。这个分析仪的工作方式是以下述为前提的，即：一部分入射到接收器的红外光束透过斜置的反射镜，并通过一个在镜箱端头的滤光器落在一个光电元件上面。而另外一部分进入镜箱的红外光束成直角地反射，然后通过另外一个滤光片射到设置在接收器镜箱侧面的光电元件上面。滤光器必需以预先给定的方式选择参数，以使不同连结方式的光电元件的输出数值，能够给出一个测量气体浓度的特性值。因此，这种分析器显然不同于本申请案的主题。

通过尺寸大小的相匹配可得到良好耦合的可能性。如果，聚偏氟乙烯薄膜是圆形的话，那么，它的直径大小可以从14mm到25mm。此外还具有象配备有充气接收器的光度计相类似的不需要将光束聚焦装置的优点。

依照本发明构成的光度计是将带有光气压探测器的光度计的优越性同装备有固体接收器的光度计的优点连成一体的。

按照本发明的另一种结构，可将薄膜安装在一个充气的吸收红外辐射的接收器内，并且当入射光束时不仅具有热电效应，而且还具有压电效应，此时，热电效应用来确定参考信号，而压电效应用来确定测量成份。压电效应可从本发明装置的光气压效应产生，在这个装置中还产生热电效应。

测量信号和参考信号，在按照本发明构成的光度计里，通过利用两个接收器性能，从时间上一个接一个地在光程中获得。由此，使用新的光度计在就地测量技术中是成为可能的了。

接收器本身，由一个暗箱组成，它充填有待测的气体成分或者等效气体，暗箱的一侧用一个红外辐射可透过的窗口来封闭，这样可以使得从辐射源出来的红外光束进入暗箱中。

在辐射源和吸收段之间设置着调制装置，该调制装置以给定的频率周期性地切断红外光束。此外，在光程中接收器的前面，设置了用接收器气体充填的滤光池，该滤光池周期性地从光程中脱离开来。滤光池的动作频率小于调制装置的斩波频率。

通过滤光池的光束既不在吸收段被吸收，也不在接收器中被气体吸收。此光束遇到按照本发明所构成的装置，在该装置上产生了一种热电效应，该效应和入射光束的强度成正比例。这个热电效应用来作为光度计的参考信号。

如果光束没有滤光池的影响，那么辐射就落到接收器充填气体的吸收范围内。在接收器中吸收的辐射能转换为压强，此压强会引起装置的弯曲，其程度与在吸收段内前置吸收的大小有关，并用于形成测量信号。

按照本发明的接收器可以应用于这样的光度计，在该光度计中从辐射源出来的红外光束在进入接收器之前，光通过一个被测量气体流经的吸收样品池。

本发明的光度计可用于现场就地测量。在这里，应将待分析的气体流，在辐射器单元和接收器单元之间通过。

按本发明所构成的光度计借助于附图作详细说明：

图1及图2表示一种光度计，它由一个测量样品池和一个参比样品池构成。

图3及图4表示仅用一个光程进行工作的光度计。

图5说明了图3及图4的光度计赖以为基础的测量原理。

从图1及图2可以看出是交变光的光度计，其中光源1产生红外光束。通过电动机2来驱动一个斩波叶轮3，利用此斩波叶轮3光束可以从一侧进入参比样品池4或者测量样品池5，而相反的另侧被阻断。依据本发明在样品池4及5的后面直接设置有固体接收器6，它具有与测量样品池和参比样品池总孔径相同。固体接收器6是由聚偏氟乙烯薄膜构成的，它除了具有热电性能之外还具有压电效应性能。聚偏氟乙烯薄膜的热效应性能通过黑化后会变得更佳。聚偏氟乙烯薄膜的厚度为6～10微米。代替聚偏氟乙烯薄膜也可以采用类似的具有热电性能的聚合物。例如：用聚氟乙烯或聚氯乙烯制成的薄膜。

与通常的装有固体接收器的光度计相比，按照本发明所构成的光度计不经过测量气体流的辐射光程长度非常短，如果大气中包括例如象CO₂或H₂O这样的测量气体，那么这种较长的光程可能会导致错误的测量。

如果该光度计遭受振动，则给薄膜6附加地设置一个第二薄膜7，该薄膜7和薄膜6在电气上是反接的（图2）。

图3所表示的光度计，其光源1的红外辐射进入吸收样品池8，该样品池装有能透过红外辐射的窗口9及10。待测气体流经吸收样品池8，为此，其上安装有进口接管11和出口接管12，通过窗口10离开吸收样品池8的红外光束经过滤光片15射到包含有测量成份的滤光池13上，然后射入充有测量气体的接收器14内。在吸收样品池8和滤光片15之间设置有斩波叶轮（调制盘）3，它围绕轴16旋转。斩波叶轮3也可以直接设置在光源1的前面，换言之，设置在光源1及吸收样品池8之间。

沿着双箭头17的方向将滤光池13间歇性地推进光路中去或拉出来。按照本发明在接收器14中设置有聚偏氟乙烯薄膜6。它在入射辐射时不仅具有热电作用，而且还具有光气压作用。此时所产生的参考信号（作为热电效应的结果）及压电测量信号（作为光气压效应的结果）在引出端19给出来。

按照本发明所设置的薄膜，其两面均用一层薄的透明的导电材料复盖，最好是金属。为了提高热电效应可将薄膜6的一面（即在辐射入射的一端）黑化。引出端19与这些层相连接。

图4表示用于就地现场测量的光度计。此种实施形式不同于图3的实施形式，其区别在于：斩波叶轮3直接放在光源的前面，待测的气体流20位于光源1及滤光片15之间。此外，所述光度计的同样的元件都用相同的标志号来表示。周期性地中断光辐射的斩波叶轮3用来产生测量效果。斩波频率选在5～20赫之间是有利的。

图5给出了信号A的表现形式，该信号产生在按照本发明所设置的装置6的引出端19处。假如在按照图3及图4的光度计中，其滤光池13处于光程之外，则产生一个用大振幅来表示的信号。在这种情况下，如图5所示，热电效应E_py叠加到压电效应E_pi上。

假如：按照图3及图4的光度计，将滤光池13沿着双箭头17的方向推入光程中去，则在引出端19产生一个小的信号，这就是在图5中用小振幅振荡波形表明的。在这种情况下由聚偏氟乙烯制成的薄膜6上产生的只有热电效应E_py。而压电效应被抑制了。在参考信号得以产生的相位内，在滤光池13中产生了部分辐射前置吸收，未吸收的辐射，在接收器14中导致气体的升温。

参考信号E_py及测量信号（E_py+E_pi）将先后通过引出端19加到一个计算单元上去。该单元的转换是借助于一个机械的或电气的装置来和滤光池13沿着双箭头17的方向的动作相同步的。

按照图3及图4的光度计还要附加安装干涉滤光片15。由于干涉滤光片15，按照本发明设置的薄膜6的负荷可保持在一定限度内。此外，还能避免由吸附的伴生气体所引起的差错。

干涉滤光片15的透过范围与测量组份的吸收范围是相一致的。

在图5中所述电信号的求值可以在计算线路中进行。测量值的大小可以依据下列的关系式来获得：

这里的α相当于测量组份的吸收，β是零点调整用的因子。

Claims (3)

1、气体或液体分析用的光度计，包括一个光源（1），一个光调制装置（3），一个在该样品池光路中的样品池（8），及直接在样品池后光路中的一个接收器（14），其光幅射入射面与样品池的横截面一样大小，其特征在于，在充有待测气体或其等效气体的接收器（14）中设有一个聚偏氟乙烯薄膜（6），当入射幅射时，它不仅具有热电作用而且也具有压电作用，其中热电效应用于确定参考信号，而压电效应用于确定测量信号，（图3;图4）。

2、根据权利要求1所述的光度计，其特征在于，在就地现场测量时，在光源（1）的红外光束射入接收器（14）前，通过一段不在样品池内的测量气体行程（20）。（图4）。

3、根据权利要求1所述的光度计，其特征在于，在幅射源和吸收行程之间设置有用接收器气体充填的选择样品池（13），把它照一定的节奏旋转插入光程中去。

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