CN107044965A - 一种气体测量装置 - Google Patents

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乔永平
谢昌卫
史健宗
刘广岳
赵林
康世昌
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
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Abstract

本发明公开一种气体测量装置，包括光源、光检测器、第一气体测量室、第二气体测量室、第一反射镜及第二反射镜，第一气体测量室与第二气体测量室相通，第一气体测量室的入光侧及出光侧分别设置有光源与第一反射镜，第二气体测量室的入光侧及出光侧分别设置有第二反射镜与光检测器，第一反射镜与第二反射镜成角度连接设置；第一气体测量室的进气口处连接设置有一文丘里管。本发明中的气体测量装置中文丘里管的设置，能够有效控制气体的流量，并使气流稳定，降低对测量结果造成的误差，本发明中还设置了恒温保护套和温控器，能够降低测量过程中待测气体的温差对测量结果的影响，使得测量结果更准确。

Description

一种气体测量装置
技术领域
本发明涉及气体测量技术领域，特别是涉及一种气体测量装置。
背景技术
传统的气体分析系统中，测量气体成分时，让光线照射气体，测量通过气体的光的强度，由于不同的气体对光的吸收不同，测量不同的光强度，进而分析气体的组分。但现有的气体测量分析系统只适用于普通气候中的气体测量与分析，并没有适用于青藏高原这一类的高海拔，气流稳定性极低的环境中的气体测量装置，且不能控制所测量气体的流量，容易导致测量结果的不准确。
针对上述技术问题，本发明特此提供一种适用于青藏高原等高海拔及气流稳定性较差的环境中进行气体测量分析的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，使得该气体测量装置能够适用于青藏高原等高海拔及气流稳定性较差的环境中，能够控制所测量气体的流量，且能够降低测量过程中气体的温差对测量结果的影响，使得测量结果更准确。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：提供一种气体测量装置，包括光源、光检测器、第一气体测量室、第二气体测量室、第一反射镜及第二反射镜，所述第一气体测量室与所述第二气体测量室相通，所述第一气体测量室的入光侧及出光侧分别设置有所述光源与所述第一反射镜，所述第二气体测量室的入光侧及出光侧分别设置有所述第二反射镜与所述光检测器，所述第一反射镜与所述第二反射镜成角度连接设置；所述第一气体测量室的进气口处连接设置有一文丘里管。
可选的，气体测量装置还包括有检测箱，所述光源与所述光检测器设置于所述检测箱内，所述第一气体测量室的入光侧及所述第二气体测量室的出光侧均与所述检测箱相连通，且所述第一气体测量室的入光侧与所述第二气体测量室的出光侧平行设置于所述检测箱的同侧。
可选的，所述检测箱上靠近所述第二气体测量室出光侧的位置设置有出气口。
可选的，所述第一反射镜与所述第二反射镜之间所形成的夹角的角度为90°。
可选的，所述光源发出的光线与所述第一反射镜形成的夹角为锐角。
可选的，所述光源发出的光线与所述第一反射镜形成的夹角为45°。
可选的，所述气体测量装置还包括有恒温保护套和温控器，所述恒温保护套内设置有多个帕尔贴，所述帕尔贴与所述温控器相连接，所述温控器为所述帕尔贴提供电源并控制其工作与断开。
可选的，所述第一气体测量室的进气口处设置有温度传感器，所述温度传感器与所述温控器相连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明气体测量装置中文丘里管的设置，由于在青藏高原等高海拔地区，气流的稳定性极差，文丘里管能够有效控制气体的流量，并稳定气流，使进入测量室的气流处于稳定状态，从而降低对测量结果造成的误差，本发明中还设置了恒温保护套和温控器，能够降低测量过程中待测气体的温差对测量结果的影响，使得测量结果更准确。
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为本发明具体实施例中的气体测量装置的整体结构示意图；
其中，1光源；2温度传感器；3进气口；4文丘里管；5第一气体测量室；6恒温保护套；7第一反射镜；8第二反射镜；9第二气体测量室；10出气口；11接收端；12光检测器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种气体测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，使得该气体测量装置能够适用于青藏高原等高海拔及气流稳定性较差的环境中，能够控制所测量气体的流量，且能够降低测量过程中气体的温差对测量结果的影响，使得测量结果更准确。
该气体测量装置具体为，包括光源、光检测器、第一气体测量室、第二气体测量室、第一反射镜及第二反射镜，第一气体测量室与第二气体测量室相通，第一气体测量室的入光侧及出光侧分别设置有光源与第一反射镜，第二气体测量室的入光侧及出光侧分别设置有第二反射镜与光检测器，第一反射镜与第二反射镜成角度连接设置；第一气体测量室的进气口处连接设置有一文丘里管。
气体通过安装在进气口处的文丘里管，进行控流与稳流后进入第一气体测量室，光源为测量室内提供光照，气体经第一反射镜与第二反射镜再进入到第二气体测量室内，在两个气体测量室中光的行程以及经反射增加的气体厚度等信息，在第二气体测量室的出气侧光检测器的接收端进行上述信息的检测与接受，最后再经过光检测器进行运算，得到测量结果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，其中，图1为本发明具体实施例中的气体测量装置的整体结构示意图。
如图1所示，本实施例提供一种气体测量装置，包括光源1、光检测器12、第一气体测量室5、第二气体测量室9、第一反射镜7及第二反射镜8，第一气体测量室5与第二气体测量室9相通，第一气体测量室5的入光侧及出光侧分别设置有光源1与第一反射镜7，第二气体测量室9的入光侧及出光侧分别设置有第二反射镜8与光检测器12，第一反射镜7与第二反射镜8成角度连接设置；第一气体测量室5的进气口3处连接设置有一文丘里管4；其中第一气体测量室5与第二气体测量室9均为长方体状，相通且平行设置，光源1为普通光源1即可。
气体通过安装在进气口3处的文丘里管4，进行控流与稳流后进入第一气体测量室5，光源1为测量室内提供光照，气体经第一反射镜7与第二反射镜8再进入到第二气体测量室9内，在两个气体测量室中光的行程以及经反射增加的气体厚度等信息，在第二气体测量室9的出气侧光检测器12的接收端11进行上述信息的检测与接收，最后再经过光检测器12进行运算，得到测量结果。
气体测量装置还包括有检测箱，光源1与光检测器12设置于检测箱内，第一气体测量室5的入光侧及第二气体测量室9的出光侧均与检测箱相连通，且第一气体测量室5的入光侧与第二气体测量室9的出光侧平行设置于检测箱的同侧。
检测箱上靠近第二气体测量室9出光侧的位置设置有出气口10，测量完成后，气体即可从出气口10排出装置。
第一反射镜7与第二反射镜8之间所形成的夹角的角度为90°，入射光线经过第一反射镜7和第二反射镜8反射后形成反射光线，该反射光线与入射光线平行，这样第一气体测量室5和第二气体测量室9可相通且平行设置，节省了装置的空间。
光源1发出的光线与第一反射镜7形成的夹角为锐角，例如30°、45°、60°等均可。优选的，光源1发出的光线与第一反射镜7形成的夹角为45°，根据反射原理及第一反射镜7与第二反射镜8夹角90°可知，经过第一反射镜7和第二反射镜8反射后的光线与入射光线平行，且入射光线在第一气体测量室5和第二气体测量室9中穿过，相比于单程气体检测，增加了光程。当入射光线与第一反射镜7的夹角为45°时，刚好为双光程，相当于被测气体的厚度增加一倍，便于计算光程。
气体测量装置还包括有恒温保护套6和温控器，恒温保护套6内设置有多个帕尔贴，帕尔贴与温控器相连接，温控器为帕尔贴提供电源并控制其工作与断开。
第一气体测量室5的进气口3处设置有温度传感器2，温度传感器2与温控器相连接。温度传感器2对进气口3处的气体温度进行检测，并将检测的信息传递给温控器，从而使温控器控制帕尔贴工作，保证第一气体测量室5与第二气体测量室9内的气体温度与进气口3进气时的温度相同，从而能够有效降低温度对检测结果的影响，这一点对于青藏高原等高海拔地区而言是非常重要的。
上述气体测量装置测量的原理是利用气体分子对特定波长的红外光有吸收作用，通过测量被气体分子吸收后的光强，进行分析。气体分子对光的吸收作用服从朗伯-比尔(Lambert-Beer)吸收定律。假设入射光为平行光，其强度为I0，出射光的强度为I，气体介质的厚度为L。当由气体介质中的分子数dN的吸收造成的光强减弱为dI时，根据朗伯-比尔吸收定律可得：
(1)式中，K为比例常数。经过积分得：
lnI＝-KN+α (2)
(2)式中，N为吸收气体介质的分子总数；α为积分常数。其中，N∝cL，c为气体浓度。则式(2)可写为：
I＝exp(α)exp(-KN)
＝exp(α)exp(-μcL) (3)
＝I0exp(-μcL)
式(3)中，μ为气体的吸收系数。式(3)表明，光强在气体介质中随气体浓度c及厚度L按指数规律衰减。吸收系数取决于气体特性，各种气体的吸收系数μ互不相同。对同一气体，μ则随入射波长而变。若吸收介质中含有i种吸收气体，则式(3)应改为：
I＝I0exp(-L∑μici) (4)
对于多种混合气体，为了分析特定组分，需在光检测器12或光源1前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤波片。
综合上述气体测量原理可知，当气体浓度c及吸收系数μ一定的情况下，气体介质的厚度L越大，光强在气体中衰减越小，光检测器12越容易检测到。上述气体测量装置，采用检测通过了第一气体测量室5的气体介质和第二气体测量室9的气体介质的光线的强度，相当于增加了气体介质的厚度，提高了气体测量的可靠性和灵敏度。另外，采用两个反射镜实现光线的反射，从而增加了光线在气体介质中光程，结构简单、成本较低，并可采用普通光源1，成本更低；采用第一反射镜7与第二反射镜8形成90度角及第一气体测量室5和第二气体测量室9相通平行设置，未增加测量装置的体积。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式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)

1.一种气体测量装置，其特征在于：包括光源、光检测器、第一气体测量室、第二气体测量室、第一反射镜及第二反射镜，所述第一气体测量室与所述第二气体测量室相通，所述第一气体测量室的入光侧及出光侧分别设置有所述光源与所述第一反射镜，所述第二气体测量室的入光侧及出光侧分别设置有所述第二反射镜与所述光检测器，所述第一反射镜与所述第二反射镜成角度连接设置；所述第一气体测量室的进气口处连接设置有一文丘里管。
2.根据权利要求1所述的一种气体测量装置，其特征在于：所述气体测量装置还包括有检测箱，所述光源与所述光检测器设置于所述检测箱内，所述第一气体测量室的入光侧及所述第二气体测量室的出光侧均与所述检测箱相连通，且所述第一气体测量室的入光侧与所述第二气体测量室的出光侧平行设置于所述检测箱的同侧。
3.根据权利要求2所述的一种气体测量装置，其特征在于：所述检测箱上靠近所述第二气体测量室出光侧的位置设置有出气口。
4.根据权利要求1所述的一种气体测量装置，其特征在于：所述第一反射镜与所述第二反射镜之间所形成的夹角的角度为90°。
5.根据权利要求1所述的一种气体测量装置，其特征在于：所述光源发出的光线与所述第一反射镜形成的夹角为锐角。
6.根据权利要求5所述的一种气体测量装置，其特征在于：所述光源发出的光线与所述第一反射镜形成的夹角为45°。
7.根据权利要求1所述的一种气体测量装置，其特征在于：所述气体测量装置还包括有恒温保护套和温控器，所述恒温保护套内设置有多个帕尔贴，所述帕尔贴与所述温控器相连接，所述温控器为所述帕尔贴提供电源并控制其工作与断开。
8.根据权利要求7所述的一种气体测量装置，其特征在于：所述第一气体测量室的进气口处设置有温度传感器，所述温度传感器与所述温控器相连接。
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