CN103900988B - 红外气体传感器气室及其红外气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外气体传感器气室及其红外气体传感器，包括气室壳体Ⅰ、气室壳体Ⅱ、测量气腔室和参比气腔室，还包括用于确定测量气腔室轴向长度的环形开口结构定位片，所述定位片位于所述第一滤波片和所述第二滤波片之间，并且定位片轴向两侧分别对应与所述第一滤波片和所述第二滤波片紧靠密封连接；具有红外传感器使用寿命长、可靠性高、稳定性好、测量精度高、抗干扰能力强的优点，还可保证在测量高浓度气体时所需气体层长度的精度要求，解决了用红外线测量高浓度气体所需短气室的问题，使其能够适应各种复杂的工业流程现场的在线使用。

Description

红外气体传感器气室及其红外气体传感器

技术领域

本发明涉及红外线气体检测领域，特别涉及一种红外气体传感器气室及其红外气体传感器。

背景技术

对工业流程气体浓度检测所用的传感器，一般按其检测方式来分，主要有以下几种方式的传感器：一是催化燃烧式气体传感器，可燃性气体在催化剂的作用下，在一定温度条件下进行燃烧反应，燃烧时白金电阻温度升高，电阻发生变化，变化值是待测气体浓度的函数，这种传感器只能检测可燃性气体，有局限性，并且是暗火工作，有引燃爆炸危险；二是半导体式气体传感器，利用一些金属氧化物半导体材料在一定的温度下其电导率随着环境气体成分变化而变化原理制造，这种方法稳定性差，受环境影响大；三是热导式气体传感器，利用热量在不同气体中传递时具有的热传导能力不同，通过测量混合气体的热导率从而得到待测气体的体积百分含量，这种传感器受温度影响大，被测气体浓度不能太低，由于气体之间的热导率相近，抗干扰能力弱，只能测量两种组份气体；第四种是化学电池类传感器，它为一种消耗型的传感器，因此使用寿命较短，一般只有1～2年的使用寿命，且输出的信号稳定性差，测量精度低，不适合各种复杂的工业流程现场在线检测使用。

基于上述原因，有人设计了一种红外气体传感器，利用气体分子对不同波段红外线的吸收原理制作而成，主要由红外线辐射光源、气室和接收器三大部件组成，其中辐射源用于发射包括被测气体特征吸收峰波长在内的红外光；气室用于容纳被测气体，让红外光通过的空腔；接收器用于感知红外光强度变化并将其转化为电量的换能装置。

在红外气体传感器检测领域，不同浓度的同种气体对红外光的吸收遵从郎伯-比尔定律，它是指单一波长的平行光通过均匀介质时能量被介质吸收的规律。

I＝I₀e^-kcl

式中：I₀——红外线辐射被气体吸收前的能量；

I——红外线辐射被气体吸收后的能量；

k——气体的吸收系数；

c——吸收气体的浓度；

l——红外线辐射经过吸收气体层的长度。

吸收率： $A=\frac{I_0-I}{I_0}=1-\frac{I}{I_0}=1-e^{-kxl};$

吸收率只和气体的吸收系数k、吸收气体的浓度c以及红外线辐射经过吸收气体层的长度l有关，而吸收系数k是通过推算和实验总结出来的，是一个常数。在实际的数据处理中发现，当不同的气体浓度c和通过吸收气体层的长度l的乘积cl在25％-40％的范围内时，测得的数据具有较好的线性和精度。因此，仪器的测量量程由气室的长度决定，低量程需用长气室，高量程用短气室。

由上述可知，在红外气体传感器中，气室是与被测气体直接接触的部分，被测气体通过气室中的气体层长度决定红外分析仪器的测量范围，被测气体的浓度越低，该气室长度越长，反之，被测气体的浓度越高，该气室长度越短。由上述分析可知，对于测量高浓度(主要是百分之百)的气体来说，所用的气室通过被测气体的气体层长度在0.6mm以下，而现有的红外气体传感器的测量气室的长度多为依据低浓度气体的测量标准制作的一体化结构，吸收气体层的长度较长，在测量高浓度(主要是百分之百)的气体时，如果直接按照现有的低浓度气体所用长气室的一体化结构是很难实现对高浓度气体的检测，并且在气体层长度在0.6mm以下的精度范围内，难以通过单纯的一体化机械加工来保证测量气腔室的气体层长度符合上述要求，制作误差较大，不仅可靠性不高、精度较低、抗干扰能力较差，影响检测效果，而且还不能够适应各种复杂的工业流程现场在线使用；并且现有的红外气体传感器气室的气体层长度是通过一体化结构制作成恒定不变的，气体层长度不易调节，不具有灵活适应性。

因此，需要对现有红外气体传感器的气室进行改进，不仅具有红外传感器使用寿命长、可靠性高、稳定性好、测量精度高、抗干扰能力强的优点，还可保证在测量高浓度气体时所需气体层长度的精度要求，解决了用红外线测量高浓度气体所需短气室的问题，使其能够适应各种复杂的工业流程现场的在线使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种红外传感器气室及其红外传感器，不仅具有红外传感器使用寿命长、可靠性高、稳定性好、测量精度高、抗干扰能力强的优点，还可保证在测量高浓度气体时所需气体层长度的精度要求，解决了用红外线测量高浓度气体所需短气室的问题，使其能够适应各种复杂的工业流程现场的在线使用。

本发明的红外气体传感器气室，包括气室壳体Ⅰ、气室壳体Ⅱ、测量气腔室和参比气腔室，所述气室壳体Ⅰ与所述气室壳体Ⅱ轴向密封固定，所述气室壳体Ⅰ连接端设置有第一滤波片，所述气室壳体Ⅱ连接端设置有与所述第一滤波片相对设置的第二滤波片，所述测量气腔室由所述第一滤波片与所述第二滤波片之间的间隙形成；

还包括用于确定测量气腔室轴向长度的环形开口结构定位片，还包括用于确定测量气腔室轴向长度的环形开口结构定位片，所述定位片位于所述第一滤波片和所述第二滤波片之间，并且定位片轴向两侧分别对应于所述第一滤波片和所述第二滤波片紧靠密封连接。

进一步，所述定位片厚度在0.3mm-0.6mm之间。

进一步，所述气室壳体Ⅰ内部沿轴向设置有隔板Ⅰ，所述隔板Ⅰ将所述气室壳体Ⅰ内腔分隔成相互连通的参比分腔室Ⅰ和参比分腔室Ⅱ；所述气室壳体Ⅱ沿轴向设置有隔板Ⅱ，所述隔板Ⅱ将所述气室壳体Ⅱ内腔分隔成相互连通的参比分腔室Ⅲ和参比分腔室Ⅳ；所述定位片上沿轴向设置有隔板Ⅲ，所述隔板Ⅲ将所述第一滤波片与所述第二滤波片之间的间隙分隔成参比分腔室Ⅴ和所述测量气腔室，所述参比分腔室Ⅴ与所述参比分腔室Ⅱ和所述参比分腔室Ⅳ分别连通；参比分腔室Ⅰ、参比分腔室Ⅱ、参比分腔室Ⅲ、参比分腔室Ⅳ和参比分腔室Ⅴ共同构成所述参比气腔室。

进一步，所述气室壳体Ⅰ上与所述第一滤波片相对一端密封配合有第三滤波片，所述隔板Ⅰ一端与所述第一滤波片密封配合，另一端与所述第三滤波片预留间隙连通参比分腔室Ⅰ和参比分腔室Ⅱ；所述气室壳体Ⅱ上与所述第二滤波片相对一端密封配合有第四滤波片，所述隔板Ⅱ一端与所述第二滤波片密封配合，另一端与所述第四滤波片预留间隙连通参比分腔室Ⅲ和参比分腔室Ⅳ；所述第一滤波片上设置有连通参比分腔室Ⅱ和参比分腔室Ⅴ的连通孔Ⅰ，所述第二滤波片上设置有参比分腔室Ⅳ和参比分腔室Ⅴ的连通孔Ⅱ。

进一步，隔板Ⅰ、隔板Ⅱ和隔板Ⅲ沿轴向方向水平对齐。

进一步，所述第一滤波片、第二滤波片、第三滤波片和第四滤波片均由氟化钙晶片制成。

进一步，气室壳体Ⅱ上设置有与所述测量气腔室连通的待测气进气接头和待测气出气接头，气室壳体Ⅱ上还设置有与参比分腔室Ⅳ连通的参比气进气接头和密封件，所述密封件内设密封壳和填充于所述密封壳内的干燥剂。

进一步，所述密封壳与参比分腔室Ⅳ连通处设有用于防止干燥剂进入所述参比分腔室Ⅳ的滤网。

进一步，待测气进气接头、待测气出气接头、参比气进气接头和密封件均通过环氧树脂粘接到气室壳体Ⅱ上。

本发明还公开了一种应用所述红外气体传感器气室的红外气体传感器，所述红外气体传感器上应用有所述红外气体传感器气室。

本发明的有益效果：本发明的红外气体传感器气室，通过两个气室壳体相互密封连接，并在两个气室壳体连接处，在第一滤波片和第二滤波片之间设置由两滤波片产生轴向压紧力夹紧的环形开口定位片，通过定位片的厚度确定测量气腔室的气体层长度，并可通过调整定位片的厚度来改变被测气体通过测量气腔室的气体层长度，可根据需要，制作具有不同测量气腔室气体层长度的传感器气室，具有灵活多变性，另外，由于定位片的厚度可在较高的精度范围内进行控制，从而能够很好的达到保证测量高浓度气体时所需气体层长度精度要求的目的，不仅达到了通过现有一体化结构加工制作所达不到的精度要求，解决了用红外线测量高浓度气体所需短气室的问题，具有较高的稳定性和较精确的检测效果，而且整体结构易于安装，能够适应各种复杂的工业流程现场的在线使用；另外，本发明的红外气体传感器，设置有本发明所公开的红外气体传感器气室，具有使用寿命长、可靠性高、稳定性好、测量精度高、抗干扰能力强的优点，可满足高浓度气体检测时所需短气室的要求，能够广泛适应各种复杂的工业流程现在的在线使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为图1A-A向结构示意图；

图3为图1B-B向结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，图2为图1A-A向结构示意图，图3为图1B-B向结构示意图，如图所示：本实施例的红外气体传感器气室，包括气室壳体Ⅰ1、气室壳体Ⅱ2、测量气腔室3和参比气腔室，所述气室壳体Ⅰ1与所述气室壳体Ⅱ2轴向密封固定，所述气室壳体Ⅰ1连接端设置有第一滤波片4，所述气室壳体Ⅱ2连接端设置有与所述第一滤波片4相对设置的第二滤波片5，所述测量气腔室3由所述第一滤波片4与所述第二滤波片5之间的间隙形成；其中，气室壳体Ⅰ1和气室壳体Ⅱ2粘接连接，保证密封性；

还包括用于确定测量气腔室轴向长度的环形开口结构定位片6，所述定位片6位于所述第一滤波片4和所述第二滤波片5之间，并且定位片6轴向两侧分别对应于所述第一滤波片4和所述第二滤波片5紧靠密封连接；环形开口结构定位片，又可称为遮光片，在实际制作中由不锈钢材料制成，具有较高的耐腐蚀性,定位片与第一滤波片和第二滤波片可采用现有任何的密封连接方式，如胶水粘接或通过设置密封圈密封连接，均可实现。

本实施例中，所述定位片6厚度在0.3mm-0.6mm之间；通过定位片的厚度确定测量气腔室的气体层长度；完全符合当测量高浓度(指百分之百)气体时对测量气腔室气体层长度的要求，其中优选的，定位片厚度设定为0.6mm，可对高浓度的二氧化碳气体进行红外检测，也可设定为0.3mm，可对高浓度的一氧化碳气体进行红外检测。

本实施例中，所述气室壳体Ⅰ1内部沿轴向设置有隔板Ⅰ7，所述隔板Ⅰ7将所述气室壳体Ⅰ1内腔分隔成相互连通的参比分腔室Ⅰ8和参比分腔室Ⅱ9；所述气室壳体Ⅱ2沿轴向设置有隔板Ⅱ10，所述隔板Ⅱ10将所述气室壳体Ⅱ2内腔分隔成相互连通的参比分腔室Ⅲ11和参比分腔室Ⅳ12；所述定位片6上沿轴向设置有隔板Ⅲ13，隔板Ⅲ13与所述定位片6一体成型，所述隔板Ⅲ13将所述第一滤波片4与所述第二滤波片5之间的间隙分隔成参比分腔室Ⅴ14和所述测量气腔室3，所述参比分腔室Ⅴ14与所述参比分腔室Ⅱ9和所述参比分腔室Ⅳ12分别连通；参比分腔室Ⅰ8、参比分腔室Ⅱ9、参比分腔室Ⅲ11、参比分腔室Ⅳ12和参比分腔室Ⅴ14共同构成所述参比气腔室；两气室壳体均采取单筒隔半方式，隔板隔离所得参比分腔室彼此连通，缩短参比气腔室的轴向长度，结构紧凑实用，方便安装，节省安装空间。

本实施例中，所述气室壳体Ⅰ1上与所述第一滤波片4相对一端密封配合有第三滤波片15，所述隔板Ⅰ7一端与所述第一滤波片4密封配合，另一端与所述第三滤波片15预留间隙16连通参比分腔室Ⅰ8和参比分腔室Ⅱ9；所述气室壳体Ⅱ2上与所述第二滤波片5相对一端密封配合有第四滤波片17，所述隔板Ⅱ10一端与所述第二滤波片5密封配合，另一端与所述第四滤波片17预留间隙18连通参比分腔室Ⅲ和参比分腔室Ⅳ；所述第一滤波片4上设置有连通参比分腔室Ⅱ9和参比分腔室Ⅴ14的连通孔Ⅰ19，所述第二滤波片5上设置有连通参比分腔室Ⅳ12和参比分腔室Ⅴ14的连通孔Ⅱ20。

本实施例中，隔板Ⅰ7、隔板Ⅱ10和隔板Ⅲ13沿轴向方向水平对齐；采用单筒隔半结构，隔板Ⅰ和隔板Ⅱ分别对应平分气室壳体Ⅰ内腔和气室壳体Ⅱ内腔，隔板Ⅲ平分定位片，具有较好的稳定性和参比效果。

本实施例中，所述第一滤波片4、第二滤波片5、第三滤波片15和第四滤波片17均由氟化钙晶片制成；抗干扰能力强。

本实施例中，气室壳体Ⅱ2上设置有与所述测量气腔室3连通的待测气进气接头20和待测气出气接头21，气室壳体Ⅱ2上还设置有与参比分腔室Ⅳ12连通的参比气进气接头22和密封件23，所述密封件23内设密封壳24和填充于所述密封壳内的干燥剂25；本实施例中，待测气进气接头和待测气出气接头与外部气路连通，实现测量待测气体浓度的目的，参比气腔室中密封的是高纯氮气，参比气进气接头在充气完成后用焊锡封死，并套上塑料套26，保证密封性，密封壳24为玻璃容器。

本实施例中，所述密封壳与参比分腔室Ⅳ连通处设有用于防止干燥剂进入所述参比分腔室Ⅳ的滤网27；用于防止干燥剂进入参比气腔室。

本实施例中，待测气进气接头20、待测气出气接头21、参比气进气接头22和密封件23均通过环氧树脂粘接到气室壳体Ⅱ上；连接结构简单稳固，具有较好的密封性。

本发明还公开了一种应用所述红外气体传感器气室的红外气体传感器，所述红外气体传感器上应用有所述红外气体传感器气室。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种红外气体传感器气室，其特征在于：包括气室壳体Ⅰ、气室壳体Ⅱ、测量气腔室和参比气腔室，所述气室壳体Ⅰ与所述气室壳体Ⅱ轴向密封固定，所述气室壳体Ⅰ连接端设置有第一滤波片，所述气室壳体Ⅱ连接端设置有与所述第一滤波片相对设置的第二滤波片，所述测量气腔室由所述第一滤波片与所述第二滤波片之间的间隙形成；

还包括用于确定测量气腔室轴向长度的环形开口结构定位片，所述定位片位于所述第一滤波片和所述第二滤波片之间，并且定位片轴向两侧分别对应于所述第一滤波片和所述第二滤波片紧靠密封连接。

2.根据权利要求1所述的红外气体传感器气室，其特征在于：所述定位片厚度在0.3mm-0.6mm之间。

3.根据权利要求2所述的红外气体传感器气室，其特征在于：所述气室壳体Ⅰ内部沿轴向设置有隔板Ⅰ，所述隔板Ⅰ将所述气室壳体Ⅰ内腔分隔成相互连通的参比分腔室Ⅰ和参比分腔室Ⅱ；所述气室壳体Ⅱ沿轴向设置有隔板Ⅱ，所述隔板Ⅱ将所述气室壳体Ⅱ内腔分隔成相互连通的参比分腔室Ⅲ和参比分腔室Ⅳ；所述定位片上沿轴向设置有隔板Ⅲ，所述隔板Ⅲ将所述第一滤波片与所述第二滤波片之间的间隙分隔成参比分腔室Ⅴ和所述测量气腔室，所述参比分腔室Ⅴ与所述参比分腔室Ⅱ和所述参比分腔室Ⅳ分别连通；参比分腔室Ⅰ、参比分腔室Ⅱ、参比分腔室Ⅲ、参比分腔室Ⅳ和参比分腔室Ⅴ共同构成所述参比气腔室。

4.根据权利要求3所述的红外气体传感器气室，其特征在于：所述气室壳体Ⅰ上与所述第一滤波片相对一端密封配合有第三滤波片，所述隔板Ⅰ一端与所述第一滤波片密封配合，另一端与所述第三滤波片预留间隙连通参比分腔室Ⅰ和参比分腔室Ⅱ；所述气室壳体Ⅱ上与所述第二滤波片相对一端密封配合有第四滤波片，所述隔板Ⅱ一端与所述第二滤波片密封配合，另一端与所述第四滤波片预留间隙连通参比分腔室Ⅲ和参比分腔室Ⅳ；所述第一滤波片上设置有连通参比分腔室Ⅱ和参比分腔室Ⅴ的连通孔Ⅰ，所述第二滤波片上设置有参比分腔室Ⅳ和参比分腔室Ⅴ的连通孔Ⅱ。

5.根据权利要求4所述的红外气体传感器气室，其特征在于：隔板Ⅰ、隔板Ⅱ和隔板Ⅲ沿轴向方向水平对齐。

6.根据权利要求5所述的红外气体传感器气室，其特征在于：所述第一滤波片、第二滤波片、第三滤波片和第四滤波片均由氟化钙晶片制成。

7.根据权利要求6所述的红外气体传感器气室，其特征在于：气室壳体Ⅱ上设置有与所述测量气腔室连通的待测气进气接头和待测气出气接头，气室壳体Ⅱ上还设置有与参比分腔室Ⅳ连通的参比气进气接头和密封件，所述密封件内设密封壳和填充于所述密封壳内的干燥剂。

8.根据权利要求7所述的红外气体传感器气室，其特征在于：所述密封壳与参比分腔室Ⅳ连通处设有用于防止干燥剂进入所述参比分腔室Ⅳ的滤网。

9.根据权利要求8所述的红外气体传感器气室，其特征在于：待测气进气接头、待测气出气接头、参比气进气接头和密封件均通过环氧树脂粘接到气室壳体Ⅱ上。

10.一种应用权利要求1-9任一权利要求所述红外气体传感器气室的红外气体传感器，其特征在于：所述红外气体传感器上应用有所述红外气体传感器气室。