CN107101853A - 真空采样器 - Google Patents

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    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供一种真空采样器，包括通过三通管连接的一次减压阀(1)、分析仪(2)和微喷射流真空发生器(3)，所述分析仪(2)和微喷射流真空发生器(3)通过管道连通；所述三通管的接头(4)与分析仪(2)之间设置有二次减压阀(5)；所述三通管的接头(4)与微喷射流真空发生器(3)之间设置有针阀(6)；所述分析仪(2)和微喷射流真空发生器(3)之间设置有单向阀(7)。本发明的有效提高吸收光谱分析仪的测量精度和吸收峰的选择性，成本低，设备结构简单，安装方便。运行费用低，利用气体本身的压差产生真空，无需外部功能。设备不涉及电路、泵或转子部件等不安全的因素，运行过程安全、稳定、可靠。

Description

真空采样器
技术领域
本发明涉及一种气体分析仪器，尤其涉及一种真空采样器。
背景技术
光和物质之间的相互作用，使物质对光产生了吸收、发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所形成的演变关系，称为光谱，是测定和鉴别物质的重要实验手段。常见的气体吸收光谱分析技术有：广谱的NDIR技术和窄线宽的TDLAS技术。其中，TDLAS技术是通过对激光器施加调谐信号实现波长扫描，获得气态物质的吸收谱线，进而推算其成分和状态信息的检测技术，具有高灵敏度，高分辨率等优点，可广泛应用于石油化工、大气环境、家庭民用等领域的相关气体检测。
比尔朗伯定律的物理意义是：当单色光通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度与吸光物质的浓度成正比。由此可见，在其他条件已知的情况下，可以通过测量光强的变化即吸光度来计算气体浓度。当气体浓度一定时，光程L越长，吸光度越高，因此在工程应用中，可以采用增加气室长度的方法来提高测量精度。但是增加气室的长度，一方面对激光的亮度、方向性和汇聚度具有很高的要求，更重要的是，若要将测量精度提高一位，气室长度需增长十倍。受空间和成本的限制，气室长度显然不能无限增长。另外一种方法是空腔振荡的方法，即在气室长度一定的情况下，通过光的多次反射来增加光程，该方法对光路的精度要求很高，显著增加了系统的复杂程度和加工成本，不利于工业生产应用。
由比尔朗伯定律可知，除了光程L之外，气体的吸收还受介质的吸收截面∝(v)的影响，它是压力的函数。在高压下，分子间的碰撞会使气体分子对光谱的吸收产生碰撞展宽，让气体对激光的吸收谱线变矮变宽，不利于仪器寻找合适的吸收峰和测量精度的提高，而且如果多个吸收峰相隔较近，甚至产生叠加，直接影响仪器对吸收峰位置的判断，使得测量结果不准确，在300K、1atm条件下，气体组成为95％CH4、5％C2H6和10ppm H2O时的吸收谱线，图中可以看到常压条件下，当H2O的浓度很低时，其吸收峰完全被湮没在CH4的吸收峰之下，仪器无法追踪到水的吸收峰位置；而在低压环境下，吸收峰变得细高，可将不同的吸收峰分离开，同样的气体组分在相同的温度条件下，压 力降至0.1atm时，H2O和CH4的各个吸收峰被分离开，提高吸收峰的选择性，可从本质上提高测量的准确性和精确度，因此在基于吸收光谱技术的气体分析仪中，降低样品气室的压力具有重要的意义。
目前对于降低气室压力的方法，一般采用抽气泵抽气的方式。但是抽气泵作为转子部件，是利用叶轮或活塞等部件实现抽气和排气的机械，一方面需要消耗额外的能量，一方面会给整个系统带来振动和可靠性问题。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的问题，设计了一种可以自动降低进入分析仪气室压力的采气装置。
一种真空采样器，其特征在于：包括通过三通管连接的一次减压阀、分析仪和微喷射流真空发生器，所述分析仪和微喷射流真空发生器通过管道连通；所述三通管的接头与分析仪之间设置有二次减压阀；所述三通管的接头与微喷射流真空发生器之间设置有针阀；所述分析仪和微喷射流真空发生器之间设置有单向阀。
所述微喷射流真空发生器包括一个三通状腔体，所述腔体上设置有高压气体进气口、低压气体进气口、出气管，微喷射流真空发生器通过高压气体进气口与针阀连接，微喷射流真空发生器通过低压气体进气口与单向阀连接。
所述高压气体进气口设置有喷管。
所述喷管为缩放喷管、渐缩喷管、微喷管或喷射流装置。
所述出气管为直管、渐缩喷管或缩放喷管。
本专利在现有技术的基础上，增设一个以微喷射流喷管为主要元件的真空发生器，以降低气室内的压力。通过射流装置的气体为工作气体，被真空装置吸出的气体为抽吸气体。工作气体是从高压采气口采入，经过第一个减压阀减压至0.3MPa～0.5MPa后通过三通，其中一部分气体作为工作气体流经射流喷管加速，形成高速气流后排出，另一部分气体再经过第二个减压阀减压至0.1Mpa左右，作为待测气体进入低压管道，由于低压管道与真空发生器相连，高速气流可利用气体的粘滞力卷吸出低压管道内的气体，使仪器气室内的压力最终低于0.1MPa，另加一个单向阀阻止高压工作气向其中泄漏。该真空发生器的流量和真空度取决于工作气体的上流压力，可由针阀来调节流量，当真空度达到要求时，停止抽气。
上述微喷射流真空发生器是靠喷管产生高速微喷射流来工作的，微喷射流产生的高速工作气体分为亚声速、声速和超声速三种，这取决于高低压气体的压力差、气流的流动损失以及喷管的形状是渐缩喷管还是缩放喷管，但无论是哪种喷管，只要能够对气流进行加速，都能够形成一定的负压，在应用中，都是可行的方案。
本发明的有益技术效果为：有效提高吸收光谱分析仪的测量精度和吸收峰的选择性。设备结构简单，安装方便，制作和安装成本低，利用气体本身的压差能产生真空，无需外部供能，运行费用低。设备没有转动部件，合理设计工况下无震动、无噪音，运行更安全、更稳定、更可靠。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中微喷射流真空发生器的结构示意图；
其中：一次减压阀1、分析仪2、微喷射流真空发生器3、三通管的接头4、二次减压阀5、针阀6、单向阀7、高压气体进气口31、低压气体进气口32、出气管33、喷管8；
图3为本发明中微喷射流真空发生器的截面结构示意图；
其中0-截面0、1-截面1、2-截面2、3-截面3、4-截面4。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种气体光谱分析真空采样器，其特征在于：包括通过三通管连接的一次减压阀(1)、分析仪(2)和微喷射流真空发生器(3)，所述分析仪(2)和微喷射流真空发生器(3)通过管道连通；所述三通管的接头(4)与分析仪(2)之间设置有二次减压阀(5)；所述三通管的接头(4)与微喷射流真空发生器(3)之间设置有针阀(6)；所述分析仪(2)和微喷射流真空发生器(3)之间设置有单向阀(7)。
所述微喷射流真空发生器(3)包括一个三通状腔体，所述腔体上设置有高压气体进气口(31)、低压气体进气口(32)、出气管(33)，微喷射流真空发生器(3)通过高压气体进气口(31)与针阀(6)连接，微喷射流真空发生器(3)通过低压气体进气口(32)与单向阀(7)连接。
所述高压气体进气口(31)设置有喷管(8)。
所述喷管(8)为缩放喷管、渐缩喷管、微喷管或喷射流装置。
所述出气管(33)为直管、渐缩喷管或缩放喷管。

Claims (5)

1.一种真空采样器，其特征在于：包括通过三通管连接的一次减压阀（1）、分析仪（2）和微喷射流真空发生器（3），所述分析仪（2）和微喷射流真空发生器（3）通过管道连通；所述三通管的接头（4）与分析仪（2）之间设置有二次减压阀（5）；所述三通管的接头（4）与微喷射流真空发生器（3）之间设置有针阀（6）；所述分析仪（2）和微喷射流真空发生器（3）之间设置有单向阀（7）。
2.如权利要求1所述的真空采样器，其特征在于：所述微喷射流真空发生器（3）包括一个三通状腔体，所述腔体上设置有高压气体进气口（31）、低压气体进气口（32）、出气管（33），微喷射流真空发生器（3）通过高压气体进气口（31）与针阀（6）连接，微喷射流真空发生器（3）通过低压气体进气口（32）与单向阀（7）连接。
3.如权利要求2所述的真空采样器，其特征在于：所述高压气体进气口（31）设置有喷管（8）。
4.如权利要求3所述的真空采样器，其特征在于：所述喷管（8）为缩放喷管、渐缩喷管、微喷管或喷射流装置。
5.如权利要求2所述的真空采样器，其特征在于：所述出气管（33）为直管、渐缩喷管或缩放喷管。
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