CN102809553A - 多气体浓度定性定量测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用寿命长，测量精度高的多气体浓度定性定量测量装置，其包括两相互平行的介质阻挡放电层，在该两介质阻挡放电层相互背离的表面上分别设一相对且平行的电极，其中一电极连接介质阻挡放电电源，另一电极接地；在两电极相对的介质阻挡放电层之间区域上正对有一光谱仪，该光谱仪连接一数据处理器。同时公开了其测量方法，将待测气体连续不断通过两介质阻挡放电层之间的区域，使两介质阻挡放电层之间的待测气体发生介质阻挡放电，并产生多种波长的发射光谱，使用光谱仪对其波长进行扫描并测量各波长光谱的光强，最后由数据处理器通过查询光谱仪中各气体对应发射光谱的光强，来定性定量地计算出待测气体中各单元素气体的体积浓度。
Description
技术领域
本发明属于气体浓度测量技术领域，具体涉及一种多气体浓度定性定量测量装置，同时涉及该种装置测量气体的测量方法。
背景技术
目前单元素气体分子如O2、N2、Ar、H2、He、Ne等在具体应用中需要详细掌握其具体浓度，以便操作人员能根据该浓度进行各种试验、运用等。然而，目前的单元素气体分子的浓度测量存在各种缺陷：
1、O2的测量方法主要有电化学式、磁力机械式等，其中，电化学式由于是消耗性性测量，该种测量方法所使用的设备工作寿命一般都比较短，一般都不超过两年，尤其是对于微量的O2测量和高纯度的O2测量，有的还没有正式运行就已经损坏；而磁力机械式一般只能测量高浓度O2，对于低浓度的O2基本不能准确测量。
2、Ar和H2主要依靠热导率不同来进行测量，缺点是不能进行低浓度的测量。
3、N2主要采用电致等离子体和放射源等离子体发射光谱法进行测量，但仅限于高纯氩气中的低浓度杂质N2的测量，适用客体范围窄。
4、He、Ne等气体可以通过质谱仪测量，但质谱仪是一种大型、复杂、昂贵且维护难度非常大的仪器，成本高。
5、色谱法能够同时测量多种气体浓度，但是色谱柱复杂，温度控制复杂，同时，色谱法不能进行连续测量，只能间断采样测量，并且测量时需要昂贵的高纯气体作为载体。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明旨在提供一种结构简单，成本低的多气体浓度定性定量测量装置，可实现对多种单元素气体浓度的连续测量，从低浓度到高浓度的气体体积浓度测量，工作寿命长，测量精度高。
为了达到上述目的，本发明的技术方案：一种多气体浓度定性定量测量装置，其包括两相互平行的介质阻挡放电层，在该两介质阻挡放电层相互背离的表面上分别设一相对且平行的电极，其中一电极连接介质阻挡放电电源，另一电极接地；在所述两电极相对的介质阻挡放电层之间区域上正对有一光谱仪，该光谱仪连接一数据处理器。
进一步的，所述两相互平行的介质阻挡放电层为一具有进气口和出气口的气室的相对侧壁，所述两平行的电极设于该气室相对侧壁的外表面上。
所述光谱仪通过与之连接的光纤正对所述两电极相对的介质阻挡放电层之间区域；所述电极分别通过电缆与所述介质阻挡放电电源和地连接；所述数据处理器通过信号电缆与所述光谱仪相连接。
所述气室由含铁量小于等于0.005%的高纯石英制成；所述介质阻挡放电电源为高频率正弦波电源。
本发明的工作原理：在正常情况下组成物质的原子是处于稳定状态的，即物质的基态，此时其能量是最低的。但当原子受到外界能量如电能、热能或光能等作用时，原子的外层电子就从基态跃迁到更高能级上，即激发态，处于激发态的原子很不稳定，约8-10s后，原子即恢复到正常状态，会跃迁回基态或其它较低的能级，在电子从离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道过程中，会释放出多余的能量，这多余的能量以光的形式辐射出来，产生发射光谱，又由于原子内的电子轨道是不连续的，量子化的，故得到的光谱是线光谱。同时组成物质的各种元素的原子结构不同，其产生的光谱也就不同，即是每一种元素的原子都有自己特有的特征光谱线。
在一定条件下，特征光谱线的强弱与其被测元素的含量有关，这样通过测量元素特征光谱线的强度，就可以检定元素的含量。
通过在两电极之间设置不导电的介质阻挡层，使得该介质阻挡层之间的待测气体在大气压下发生原子发射光谱，并通过介质阻挡层使整个电极范围内具有均匀放电，使放电能量稳定。由数据处理器分析发射光谱即可定性定量计算出待测气体中各单元素气体的体积浓度。
由于电极使介质阻挡层之间区域的所有待测气体发生发射光谱，使得本装置可实现对多种单元素气体浓度的连续测量；同时可实现从低浓度到高浓度的气体体积含量的测量；本发明结构简单，使用方便，制造成本低，且工作寿命长，可直接在大气压下运行，运行时气体之间无相互干扰，测量精度高。
本发明的另一目的旨在提供一种多气体浓度定性定量测量方法，即将待测气体连续不断通过两介质阻挡放电层之间的区域，使两介质阻挡放电层之间的待测气体发生介质阻挡放电，并产生多种波长的特征光谱，使用光谱仪对其波长进行扫描并测量各波长光谱的光强，最后由数据处理器通过查询光谱仪中各气体对应特征光谱的光强，来定性定量地计算出待测气体中各单元素气体的体积浓度；优选所述光谱仪对200nm～850nm范围内的波长进行扫描，测出各波长光谱的光强。
通过对待测气体进行介质阻挡放电，并产生多种发射光谱，由光谱仪进行扫描，数据处理器进行分析计算即可得出待测气体内各单元素气体的体积浓度。操作简单方便，测量精度高，可实现对多种单元素气体浓度的连续测量；同时可实现从低浓度到高浓度的气体体积含量的测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明测量装置的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。
一种如图1所示多气体浓度定性定量测量装置包括两相互平行的介质阻挡放电层，在该两介质阻挡放电层相互背离的表面上分别设一相对且平行的电极41，其中一电极41连接介质阻挡放电电源5，另一电极41接地6；在所述两电极41相对的介质阻挡放电层之间区域33上正对有一光谱仪2，该光谱仪2连接一数据处理器1。
本发明主要是以原子发射光谱法原理为基础，通过介质阻挡放电层使得电极41在整个电极范围内具有均匀的放电，使放电能量稳定，进而使得所述两介质阻挡放电层之间区域33的待测气体发生稳定的各种原子发射光谱，由光谱仪2对该各种原子发射光谱进行扫描，由数据处理器对光谱仪2内的各对应发射光谱的光强进行查询，可以定性定量地计算出待测气体中各单元素气体的体积浓度。
具体地，见图1，所述多气体浓度定性定量测量装置包括两相互平行的介质阻挡放电层，该相互平行的介质阻挡放电层为一具有进气口31和出气口32的气室3的相对侧壁，该气室3由含铁量小于等于0.005%的高纯石英制成，为不导电介质，即是直接以含铁量小于等于0.005%的高纯石英制成的气室3两相对侧壁作为介质阻挡放电层，节约制造成本。在该气室3两相对侧壁的外表面上分别设立平行的电极41，也即是所述两平行的电极41设于所述气室3相对侧壁的外表面上，其中一电极41通过电缆51与所述介质阻挡放电电源5连接，该介质阻挡放电电源5优选为高频率正弦波电源，另一电极41通过电缆51接地6；在所述两电极41相对的气室3之间的区域上正对有一光谱仪2，该光谱仪2通过与之连接的光纤21正对所述两电极41相对的气室3之间的区域，其对气室3之间的待测气体波长发射光谱进行扫描，测量出各波长光谱的光强。所述光谱仪2通过信号电缆11连接一数据处理器1，该数据处理器1通过查询光谱仪2中各气体对应特征光谱的光强，即可定性定量地计算出待测气体中各单元素气体的体积浓度，所述数据处理器1如微处理器等。
本例中的电极41由贵重金属如金、铜等制成。而作为优选的高频率正弦波电源作为直接阻挡放电电源5，频率为70KHz。
对于该多气体浓度定性定量测量装置的测量方法，将待测气体连续不断通过两介质阻挡放电层之间的区域，使两介质阻挡放电层之间的待测气体发生介质阻挡放电，并产生多种波长的发射光谱，使用光谱仪对其波长进行扫描并测量各波长的发射光谱的光强，最后由数据处理器通过查询光谱仪中各气体对应发射光谱的光强，来定性定量地计算出待测气体中各单元素气体的体积浓度。
具体结合本发明中的测量装置来说明，将待测气体连续从气室3的进气口31进入，然后从出气口32出来，打开介质阻挡放电电源5使得电极41正常工作，两电极41将其间的待测气体通过介质阻挡放电，产生多种波长的发射光谱，由与该区域相对的光谱仪2对各种波长的发射光谱进行扫描，并测量出各波长的发射光谱的光强，最后由与光谱仪2通过信号电缆11相连接的数据处理器1查询光谱仪2中各气体对应发射光谱的光强，来定性定量地计算出待测气体中各单元素气体的体积浓度含量。
对于光谱仪2，其主要对200nm～850nm范围内的波长进行扫描，测出各波长光谱的光强。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种多气体浓度定性定量测量装置，其特征在于：包括两相互平行的介质阻挡放电层，在该两介质阻挡放电层相互背离的表面上分别设一相对且平行的电极，其中一电极连接介质阻挡放电电源，另一电极接地；在所述两电极相对的介质阻挡放电层之间区域上正对有一光谱仪，该光谱仪连接一数据处理器。
2.根据权利要求1所述的多气体浓度定性定量测量装置，其特征在于：所述两相互平行的介质阻挡放电层为一具有进气口和出气口的气室的相对侧壁，所述两平行的电极设于该气室相对侧壁的外表面上。
3.根据权利要求1所述的多气体浓度定性定量测量装置，其特征在于：所述光谱仪通过与之连接的光纤正对所述两电极相对的介质阻挡放电层之间区域。
4.根据权利要求1所述的多气体浓度定性定量测量装置，其特征在于：所述电极分别通过电缆与所述介质阻挡放电电源和地连接；所述数据处理器通过信号电缆与所述光谱仪相连接。
5.根据权利要求2所述的多气体浓度定性定量测量装置，其特征在于：所述气室由含铁量小于等于0.005%的高纯石英制成。
6.根据权利要求1所述的多气体浓度定性定量测量装置，其特征在于：所述介质阻挡放电电源为高频率正弦波电源。
7.使用所述权利要求1至6中任意一项所述多气体浓度定性定量测量装置的测量方法，其特征在于：将待测气体连续不断通过两介质阻挡放电层之间的区域，使两介质阻挡放电层之间的待测气体发生介质阻挡放电，并产生多种波长的发射光谱，使用光谱仪对其波长进行扫描并测量各波长光谱的光强，最后由数据处理器通过查询光谱仪中各气体对应发射光谱的光强，来定性定量地计算出待测气体中各单元素气体的体积浓度。
8.根据权利要求7所述的多气体浓度定性定量测量方法，其特征在于：所述光谱仪对200nm～850nm范围内的波长进行扫描，测出各波长光谱的光强。
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