CN102608078A

CN102608078A - 模块化式多组分红外气体分析装置

Info

Publication number: CN102608078A
Application number: CN2012100578192A
Authority: CN
Inventors: 姜培刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2012-07-25

Abstract

一种模块化式多组分气体分析装置，包括单组分红外气体分析模块、电化学气体分析模块、气路、底板及安装于底板之下的加热板；其中单组分红外气体分析模块，包括检测器、用于安装检测器的检测器座、密封垫、气室座、粘接于气室座的晶片、安装于气室座的气嘴、用于流通被测气体的气室管、光源、用于安装光源的光源座及分别安装于检测器座和光源座的温度传感器；其中电化学气体分析模块，包括底座、电化学传感器及安装于底座的气嘴。装置内安装1至4个单组分红外气体分析模块，可选安装1个电化学气体分析模块，可以对多种气体组分同时分析，实现一个装置同时测量多个气体组分的浓度。装置结构紧凑、体积小巧、可靠性高，尤其是稳定性好、抗干扰能力强、受环境温度影响小，适合样气和环境恶劣的流程工业以及环保、科研等领域在线使用。

Description

模块化式多组分红外气体分析装置

技术领域

本发明涉及一种模块化式多组分红外气体分析装置，该装置可以同时分析多个组分的气体浓度，适用于工业、环保及科研等领域。

背景技术

分子由原子和外层电子组成，各外层电子的能量是不连续的分立数值，即电子是处在不同的能级中。分子中除了电子能级之外，还有组成分子的各个原子间的振动能级和分子自身的转动能级。

当从外界吸收电磁辐射能时，电子、原子、分子受到激发，会从较低能级跃迁到较高能级。将频率为v的电磁辐射通过气体物质时，如果电磁辐射的能量恰好等于某两个能级的能量之差时，便会被某种粒子吸收并产生相应的能级跃迁，该电磁辐射的波长和频率称为某种粒子的特征吸收波长和特征吸收频率。

被测气体对中红外光线的吸收是红外气体分析器分析气体的基础，吸收规律符合朗伯－比尔定律。

基于气体的红外吸收光谱特性，非单元素的极性气体分子在中红外（2.5～25μm）波段存在着分子振动能级的基频吸收谱线，因此红外气体分析装置灵敏度高，既可以用于常量分析，又可以用于微量分析；且选择性好，可以实现背景气体对测量分析没有影响。精心设计的红外气体分析装置具有很好的稳定性，能用于连续分析气体浓度，适合在线使用。

红外气体分析装置中使用的检测器，目前主要有薄膜电容检测器、微流量检测器、半导体检测器和热释电检测器四种。根据结构和工作原理上的差别，可以将上述四种检测器分成两类，其中前两种检测器属于气动检测器，后两种检测器属于固体检测器。

半导体检测器和热电检测器中没有可移动部件，其检测元件均为固体器件，根据这一特征我们将其统称为固体检测器。固体检测器直接对红外辐射能量有响应，它对被测气体特征吸收光谱的选择性是借助于窄带干涉滤光片实现的。

传统红外气体分析装置只能实现单个气体组分的浓度分析，当需要分析多个组分时，就必须使用多个装置。多个装置的使用使得分析系统内的装置数量过多，且结构复杂，而且造成资源和能源的浪费。

本发明的模块化式多组分红外气体分析装置，可以对多种气体组分同时分析，实现一个装置同时测量多个气体组分的浓度。装置结构紧凑、体积小巧、可靠性高，尤其是稳定性好、抗干扰能力强、受环境温度影响小，适合样气和环境恶劣的流程工业以及环保(如CEMS)、科研等领域在线使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化式多组分气体分析装置。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种模块化式多组分气体分析装置，包括单组分红外气体分析模块、电化学气体分析模块、气路、底板及安装于底板之下的加热板；其中单组分红外气体分析模块，包括检测器、用于安装检测器的检测器座、密封垫、气室座、粘接于气室座的晶片、安装于气室座的气嘴、用于流通被测气体的气室管、光源、用于安装光源的光源座及分别安装于检测器座和光源座的温度传感器；其中电化学气体分析模块，包括底座、电化学传感器及安装于底座的气嘴。

该分析装置内可安装1至4个单组分红外气体分析模块。

该分析装置内可安装1个电化学气体分析模块，或不安装电化学气体分析模块。

各个所述单组分红外气体分析模块的气嘴之间，所述单组分红外气体分析模块的气嘴与所述电化学气体分析模块的气嘴之间，通过内径1mm至6mm的气路管相连。

所述检测器座和光源座上分别安装有温度传感器；所述检测器座和光源座被所述加热板分别加热，加热温度范围为35℃至65℃。

所述检测器安装于所述检测器座内；所述光源安装于所述光源座内。

所述检测器座与所述气室座之间安装有所述晶片和所述密封垫；所述光源座与所述气室座之间安装有所述晶片和所述密封垫。

所述气室管两端安装有所述气室座，气室座上安装有所述气嘴；所述气室管的材料为金属，长度为1mm至300mm。

所述气室管长度不大于30mm时，将两端的所述气室座合为一体加工，并不安装所述气室管。

所述检测器座与所述气室座之间通过紧固件连接；所述光源座与所述气室座之间通过紧固件连接。

所述检测器为双通道固体检测器，一个为分析通道，另一个为参比通道。

所述光源为MEMS红外脉冲光源，调制频率范围为1Hz至100Hz。

本发明所述模块化式多组分红外气体分析装置的特点是：

1、MEMS红外光源是电调制的脉冲光源，具有较高的调制频率，符合红外检测器的特性要求。

2、双通道固体检测器的使用缩小了红外检测器的体积，并且有效提高了装置的稳定性。

3、高精度恒温控制降低了环境温度对装置测量的影响。

4、一个装置同时测量多个组分的气体浓度，避免系统内使用多个气体分析装置，可以使得分析系统结构简单，降低了系统成本，且节约了资源和能源。

5、装置内没有可移动部件，增强了装置的可靠性。

附图说明

图1 模块化式多组分红外气体分析装置的整体示意图；

图2 单组分红外气体分析模块的结构示意图；

图3 电化学气体分析模块的结构示意图。

图中：1、检测器；2、检测器座；3、密封垫；4、气室座；5、晶片；6、气嘴；7、气室管；8、光源；9、光源座；10、温度传感器；11、底座；12、电化学传感器；13、底板；14、气路管；15、加热板。

具体实施方式

以下具体实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的模块化式多组分气体分析装置中的光源座、检测器座、气室座、气室管采用硬铝、超硬铝或其它硬金属加工，电化学传感器采用金属或非金属加工。

光源座和检测器座的外形设计成立方体或近似立方体，光源和检测器分别安装于光源座和检测器座内。

气室管长度大于30mm时，将两个气室座分别固定于气室管两端，并将两个气嘴分别安装于两个气室座上。

气室管长度不大于30mm时，将两端的气室座合为一体加工，成为组合气室座，并不安装所述气室管，两个气嘴分别安装于组合气室座的两端。此组合气室座内部有直通孔，内径与气室管内径相当。此时气室管不独立存在，而是隐含在组合气室座内部。

气室管用于被测气体的流通，气体流量为0.1至2L/min。

气室座两端侧面粘接有晶片。

光源座与气室座、检测器座与气室座之间分别安装有密封垫，并分别通过紧固件连接。单组分红外气体分析模块、电化学气体分析模块与底板之间通过紧固件连接。

需要多组分同时分析时，将2个或2个以上单组分红外气体分析模块并列安装于底板，最多可以安装4个单组分红外气体分析模块。

需要采用电化学气体分析模块时，可以安装1个电化学气体分析模块。

各个单组分红外气体分析模块的气嘴之间，单组分红外气体分析模块的气嘴与电化学气体分析模块的气嘴之间，通过气路管相连。气路管可以使用软管（橡胶管、氟橡胶管等）或硬管（尼龙管、四氟管、不锈钢管等）。

检测器座和光源座上分别安装有温度传感器，检测器座和光源座被加热板分别加热，加热板固定与底板之下。

单组分红外气体分析模块的MEMS红外脉冲光源发射特定频率的辐射光，辐射光通过气室被检测器接收。检测器的两个通道分别为分析检测通道和参比检测通道。当气室通入氮气时，红外光在气室内不被吸收，分析检测通道输出信号最大。当气室通以待测组分时，红外光在气室内产生特征吸收，分析检测通道输出信号减小。分析检测通道输出信号随气室中待测组分的吸收而发生变化，于是产生一个与待测组分浓度成比例的输出信号。参比检测通道的输出信号不受被测气体及其浓度影响，用于反映和平衡光源光强的变化，以补偿分析检测通道输出信号的变化，从而有效提高装置的稳定性。

以上为本发明的优选实施方式，仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。本领域的技术人员能够依据本发明公开的内容而设计并实现的一些雷同、替代、等同方案，均应属于本发明的范畴，本发明的保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，包括单组分红外气体分析模块、电化学气体分析模块、气路、底板及安装于底板之下的加热板；单组分红外气体分析模块，包括检测器、用于安装检测器的检测器座、密封垫、气室座、粘接于气室座的晶片、安装于气室座的气嘴、用于流通被测气体的气室管、光源、用于安装光源的光源座及分别安装于检测器座和光源座的温度传感器；电化学气体分析模块，包括底座、电化学传感器及安装于底座的气嘴。

2.如权利要求1所述的模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，该分析装置内可安装1至4个单组分红外气体分析模块；可安装1个电化学气体分析模块，或不安装电化学气体分析模块。

3.如权利要求1所述的模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，各个所述单组分红外气体分析模块的气嘴之间，所述单组分红外气体分析模块的气嘴与所述电化学气体分析模块的气嘴之间，通过内径1mm至6mm的气路管相连。

4.如权利要求1所述的模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，所述检测器座和光源座上分别安装有温度传感器；所述检测器座和光源座被所述加热板分别加热，加热温度范围为35℃至65℃。

5.如权利要求1所述的模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，所述检测器安装于所述检测器座内；所述光源安装于所述光源座内。

6.如权利要求1所述的模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，所述检测器座与所述气室座之间安装有所述晶片和所述密封垫；所述光源座与所述气室座之间安装有所述晶片和所述密封垫。

7.如权利要求1所述的模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，所述气室管两端安装有所述气室座，气室座上安装有所述气嘴；所述气室管的材料为金属，长度为1mm至300mm。

8.如权利要求1所述的模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，所述气室管长度不大于30mm时，将两端的所述气室座合为一体加工，并不安装所述气室管。

9.如权利要求1所述的模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，所述检测器座与所述气室座之间通过紧固件连接；所述光源座与所述气室座之间通过紧固件连接。

10.如权利要求1所述的模块化式多组分红外气体分析装置，其特征在于，所述检测器为双通道固体检测器，一个为分析通道，另一个为参比通道；所述光源为MEMS红外脉冲光源，调制频率范围为1Hz至100Hz。