CN106872372B - 一种用于气体分析的恒温积分球装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于气体分析的恒温积分球装置，包括积分球本体，积分球本体上设有出气口、入气口、入射光孔和出射光孔，所述积分球本体外表面包裹有电热膜，且镶嵌在绝热隔离壳中，积分球本体与绝热隔离壳之间设置有真空绝热间隙层，所述绝热隔离壳设置有入气阀和出气阀，所述出气口、入气口、入射光孔和出射光孔均穿出绝热隔离壳外表面。本发明能够用于测量气体的红外吸收光谱，且能减小测试环境对检测结果的影响。

Description

一种用于气体分析的恒温积分球装置
技术领域
本发明涉及光谱仪器领域，特别是一种用于气体分析的恒温积分球装置。
背景技术
光谱分析技术，目前已广泛应用于测量物质的化学组成和相对含量。这种技术具有操作简单、反应灵敏、数据准确等多方面优点。然而，目前的光谱测样仪器主要是用于固体样品分析，且对光源的质量、样品的形貌以及测量环境依赖性较大。环境的温度和湿度以及光的反射、散射、偏振都会对测量数据产生影响，容易产生较大的测量误差。因此，研究一种能广泛用于气体分析、且能减小环境对检测影响的光谱仪器是极有必要的。
发明内容
本发明提供了一种用于气体分析的恒温积分球装置，能够用于测量气体的红外吸收光谱，且能减小测试环境对检测结果的影响。
一种用于气体分析的恒温积分球装置，包括积分球本体，积分球本体上设有出气口、入气口、入射光孔和出射光孔，所述积分球本体外表面包裹有电热膜，且镶嵌在绝热隔离壳中，积分球本体与绝热隔离壳之间设置有真空绝热间隙层，所述绝热隔离壳设置有入气阀和出气阀，所述出气口、入气口、入射光孔和出射光孔均穿出绝热隔离壳外表面。
进一步的，所述积分球本体外表面由电热膜均匀包裹。
进一步的，所述积分球本体内设有球内气压传感器的感应端，所述球内气压传感器的感应端距离入气口和出气口的长度都大于积分球本体半径。
进一步的，所述积分球本体内设有温度传感器，所述温度传感器和所述电热膜分别与温度控制器连接。
进一步的，所述出气口与所述入气口同时指向积分球本体的圆心，且出气口和入气口分别与圆心的连线形成180度角。
进一步的，所述入射光孔与出射光孔同时指向圆心，且入射光孔与出射光孔分别与圆心的连线不在同一直线上。
进一步的，所述出气口设置在积分球本体的左端，所述入气口设置在积分球本体的右端。更进一步的，所述出气阀位于出气口和入气口所在的圆形赤道面的正上方；所述出气阀和入气阀位于出气口和入气口所在的圆形赤道面切割的半球体同侧。
进一步的，所述真空绝热间隙层中设有间隙气压传感器的感应端。
进一步的，所述入射光孔与出射光孔都设有可调孔径光阑；所述入气口和出气口都设有气体限流阀。
以上所述的用于气体分析的恒温积分球装置，具有以下优点：
（1）由于采用了积分球结构，能增强信号强度，提高信噪比，且使球内气体样品受到的光照强度更加均匀，降低了由于入射光的形状和角度等变化产生的影响，进而测得气体的红外吸收光谱更为准确，大大提高了仪器精度、稳定性和可靠性；
（2）由于在积分球外面设置有绝热隔离壳，绝热隔离壳与积分球之间还设置有真空绝热间隙层，能有效的隔离外界测试环境，减小了热传导作用，从而使球内样品温度保持恒温，减小环境对检测结果的影响。
（3）由于在积分球外表面设置了电热膜，能对积分球进行均匀加热，并进一步在绝热隔离壳上设置了出气阀和入气阀，通过导入制冷剂能对积分球进行降温，实现了积分球的温度可调节，以满足不同气体测试对温度的精度要求，减小了气体检测对测试环境的依赖性。
附图说明
图1是本发明的正视结构示意图。
图2是温度调节的模块结构示意图。
图中，球内气压传感器1，出气阀2，温度传感器3，温度控制器4，出气口5，三脚交流插头6，出射光孔7，电热膜8，间隙气压传感器9，入射光孔10，入气口11，绝热隔离壳12，入气阀13。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
如图1所示，一种用于气体分析的恒温积分球装置，包括积分球本体，积分球本体上设有出气口5、入气口11、入射光孔10和出射光孔7，积分球本体外表面包裹有电热膜8，且积分球本体镶嵌在绝热隔离壳12中，积分球本体与绝热隔离壳12之间设置有真空绝热间隙层，绝热隔离壳12设置有入气阀13和出气阀2，出气口5、入气口11、入射光孔10和出射光孔7均穿出绝热隔离壳12外表面；其中，出气阀2可与抽气泵相连，当绝热隔离壳12与积分球本体中的真空绝热间隙层真空度减小时，可通过抽气来增加真空绝热间隙层的真空度，增强积分球绝热性；入气阀13可与制冷剂储存瓶相连，当积分球本体内温度过高时，可适当加入少量制冷剂，确保温度控制，同时打开出气阀2使气化后的制冷剂从真空绝热间隙层排出。积分球本体内还包括有漫反射涂层，采用惰性高反射系数材料制成，如镀金层，防止材料与气体样品发生反应；绝热隔离壳12由高绝热材料制成，内外表面均涂有黑色吸光涂料，以增强积分球装置的绝热性。
为实现积分球本体内均匀加热，积分球本体外表面由电热膜8均匀包裹，本实施例的电热膜由导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间制成，以实现导热均匀，进而使积分球受热均匀。
为控制积分球本体内的气压，在积分球本体内设有球内气压传感器1的感应端，所述球内气压传感器1的感应端距离入气口11和出气口5的长度都大于积分球本体半径，以保证获得准确的气压数据，不受入气和出气气流波动的影响，球内气压传感器1的显示端延伸至绝热隔离壳12外，以方便观察球内气压传感器1获取的气压数据。
进一步的，为能准确把握积分球本体内的温度，本实施例的积分球本体内设有温度传感器3，结合图2所示，温度传感器3和电热膜8分别与温度控制器4连接，通过温度控制器4的显示屏可以观察温度传感器3获取的温度数据，通过输入预设温度，温度控制器4可以根据温度情况，控制流经电热膜8的电流大小。当温度传感器3反馈来的温度接近或高于预设温度后，温度控制器4会逐渐减小流经电热膜8的电流大小。当温度传感器3反馈的温度比预设温度小于10摄氏度时，温度控制器4会控制流经电热膜8的电流，使其在额定最高功率下工作。当从显示屏观察到温度过高时，可以打开入气阀13和出气阀2降低温度。
进一步的，本实施例中，出气口5与入气口11同时指向积分球本体的圆心，出气口5设置在积分球本体的左端，入气口11设置在积分球本体的右端，出气口5和入气口11分别与圆心的连线形成180度角，以形成最远传输距离。入射光孔10与出射光孔7同时指向圆心，且入射光孔10与出射光孔7分别与圆心的连线不在同一直线上，使进入积分球本体的光能经过内壁涂层多次反射，在内壁上形成均匀照度。
更进一步的，出气阀2位于出气口5和入气口11所在的圆形赤道面的正上方，指向圆心且其连线与积分球本体赤道面相垂直，出气阀2和入气阀13位于出气口5和入气口11所在的圆形赤道面切割的半球体同侧，以方便气化后的制冷剂直接排出，避免了气化后的制冷剂对真空绝热间隙层的气压产生太大影响，也防止气压过大对积分球本体造成伤害。
为更好的控制真空绝热间隙层的真空度，真空绝热间隙层中设有间隙气压传感器9的感应端，间隙气压传感器9的显示端延伸至绝热隔离壳12外，以方便观察间隙气压传感器9获取的气压数据。
为调节光照度，入射光孔10与出射光孔7都设有可调孔径光阑；另外，本实施例的入气口11和出气口5都设有气体限流阀，方便控制样品气体进出。
工作过程：先打开入气口11向积分球本体充入待测气体，达到一定气压后关闭入气口11，光源发射光由入射光孔10入射到积分球本体内，经积分球本体内壁涂层多次反射，入射光与积分球内待测气体及积分球内壁涂层材料相互作用后由出射光孔7出射，根据气体在特征吸收谱处的吸收峰强度，获得气体的化学组成和相对含量。

Claims (5)

1.一种用于气体分析的恒温积分球装置，包括积分球本体，积分球本体上设有出气口、入气口、入射光孔和出射光孔，其特征在于：所述积分球本体外表面包裹有电热膜，且镶嵌在绝热隔离壳中，积分球本体与绝热隔离壳之间设置有真空绝热间隙层，所述绝热隔离壳设置有入气阀和出气阀，所述出气口、入气口、入射光孔和出射光孔均穿出绝热隔离壳外表面；
所述积分球本体外表面由电热膜均匀包裹；电热膜由导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间制成；
所述积分球本体内设有温度传感器，所述温度传感器和所述电热膜分别与温度控制器连接；
所述出气阀位于出气口和入气口所在的圆形赤道面的正上方；所述出气阀和入气阀位于出气口和入气口所在的圆形赤道面切割的半球体同侧；
所述真空绝热间隙层中设有间隙气压传感器的感应端；
所述积分球本体内设有球内气压传感器的感应端，所述球内气压传感器的感应端距离入气口和出气口的长度都大于积分球本体半径。
2.根据权利要求1所述的用于气体分析的恒温积分球装置，其特征在于：
所述出气口与所述入气口同时指向积分球本体的圆心，且出气口和入气口分别与圆心的连线形成180度角。
3.根据权利要求2所述的用于气体分析的恒温积分球装置，其特征在于：所述入射光孔与出射光孔同时指向圆心，且入射光孔与出射光孔分别与圆心的连线不在同一直线上。
4.根据权利要求2所述的用于气体分析的恒温积分球装置，其特征在于：所述出气口设置在积分球本体的左端，所述入气口设置在积分球本体的右端。
5.根据权利要求1所述的用于气体分析的恒温积分球装置，其特征在于：所述入射光孔与出射光孔都设有可调孔径光阑；所述入气口和出气口都设有气体限流阀。
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