CN1075549A - 改进的气体取样室 - Google Patents
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Abstract
一种用于气体分析仪的气体取样室包括一具有
内向镜反射表面的细长空心管，该表面还起光管作
用，以将来自光源的辐射通过取样气体引导到探测
器。在该细长空心管的壁内的许多小孔使取样气体
可自由进入和排出。由于采用覆盖空心管内的小孔
的一层半渗透性薄膜片，使尺寸大于0.1微米的烟气
及灰尘微粒就被挡在室外。用电加热方式加热取样
室以达到一温度高于取样气体成分的露点来防止其
凝聚。
Description
本专利申请是美国专利申请No.07/604，615（1990，10，16已提交申请）的继续，而后者是美国专利申请No.07/503，216（于1990，4，12提交申请，以专利号5，060，508名称为气体取样室于1991，10，29公布）的继续。
本发明涉及气体分析仪器领域，特别是涉及一种用于大家熟知的一种非扩散的红外线（NOIR）型的气体分析仪的气体取样室。
非扩散红外线技术长期来被认为是用于气体测量的最好方法。非扩散红外线气体分析仪除了有特别高效的特点外，还具有特别灵敏、稳定、可靠及容易维护保养的优点。非扩散红外线气体测量技术的主要缺点是使用的仪器比较复杂和昂贵。
一个非扩散红外线气体分析仪典型地包括一红外线源，一个用作调整红外线源使之能适用于同步检测的由电动机驱动的机械调制盘，一个把气体压入或引入到取样室的泵、一带道滤波器、一灵敏的红外线探测器加上用作把红外线能从红外线源聚集到探测器上的昂贵的红外线透镜和窗口。这样，尽管事实上非扩散红外线气体测量技术是一种最好的技术之一，但是由于比较复杂和比较昂贵的仪器而使该技术未能得到广泛应用。
本发明大大地简化了非扩散红外线气体测量技术的仪器，而这种简化相应地使它的成本大大降低，因此使非扩散红外线技术在许多方面开始应用，以前由于这种仪器的成本高及比较复杂的应用，非扩散红外线技术被认为是不实用的。
例如，本发明的取样室是安置在传感相当快速和灵敏地传感火焰的二氧化碳探测器的中心（本发明申请人的于1991年10月1日）公布的号为5053，754美国专利）它还可被安置在一通风控制器或通风恒温器的中心（该通风恒温器已在本发明人于1991年6月6日提出的申请号为07/611，630，题为“通风控制器”的美国专利申请中阐述），这种通风恒温器或通风控制器对监检室内的空气中的二氧化碳浓度并在其超过限值时及时地引入新鲜空气以防止室内空气的污染是极为有用的。
本发明的简化气体取样室，它取消昂贵的光学器件、机械式调制盘和把气体压入或引入到取样室的泵因而提供了一种减少非扩散的红外线分析仪的复杂性的新途径。此外本发明的取样室还提供一增加探测灵敏度的高效率的长通道。
在布鲁等人的于1987年11月24日公布的专利号为4，709，150的美国专利中，对一种用多孔材料如塑料或烧结金属组成的气体取样室作了描述。布鲁等提出微孔尺寸应为0.3至100微米，但并未指明和建议用多孔管壁作为反射的辐射导向元件。或许是这个原因，他并未提出有关气体在取样室内部凝聚成微滴的问题。
布鲁等人未指明或提出从镜反射表面的多次反射问题。这种多次反射严重影响他们发明的系统的性能。由于没有本发明的取样室的聚辐射能力的优点，布鲁等人的发明系统具有相当差的辐射聚集能力，结果产生了比较低的信噪比。此外，布鲁等人的发明系统不具有一长通道，因此与本发明的系统相比较，他的发明系统的灵敏度要受到较大损失。
关于气体扩散到布鲁等人的发明的室内的情况，对照本发明，可注意到用于他们发明的取样室上的多孔材料有几百微米厚。可是，本发明中，气体扩散到取样室是通过一层大约25至50微米厚的半渗透性薄膜而发生的。因此与本发明相比，要花费很多时间使气体（或气体中的浓度变化）扩散到布鲁等人发明的室中。这就大大地延长了布鲁等人发明的室的反应时间，因此把它选作火焰探测传感器是很不理想的，而本发明的室对二气化碳浓度变化却反应极快并且实验室的试验已证实本发明的取样室具有极快的反应时间，用于火焰探测器中是极为理想的。
在专利号为59-173734（A）的日本专利中，米雅扎井描述了一种红外线气体分析仪，其中，辐射是沿着一个取样管和一个基准管而平行地进行的。这些管子具有一螺旋管的结构。
在米雅扎井的专利中所描述的系统属于一种传统的非扩散的红外线气体测量系统。要不是入射的幅射在取样管和基准管内部都经历多次反射这一事实，他的发明系统与传统的非扩散红外线系统就没有不同，也根本没有优点。米雅扎井的设计还需要一机械式调制盘、数个引导多种气体通过取样管及基准管的泵及两个探测器。这样，当考虑到这些因素时，米雅扎井的发明在简易性和效能方面是比不上本发明的。
在专利号为63-298031（A）的日本专利中，富士缪拉公开了一种滤波器的用途，在他的发明中，滤波器是需要的，因为在他发明的系统中使用的辐射源和探测器是安置在取样室的内部，并因此使它们受到取样的污染。
Miyatake等人的于1985年2月12日公布的专利号为4，499，379的美国专利及Ebi等人的于1985年2月26日公布的专利号为4，501，968的美国专利中，已阐述了一气体分析仪器，它具有一个用于在一定温度下盛放待测定气体成分浓度的试样气体的，并发射特征波长的红外线辐射的加热的取样气体容器。这种气体分析仪是根据放射原理工作的并不是一种非扩散红外线吸收分析仪。在取样管壁内的一加热器把取样气体加热到至少100℃的温度以使气体辐射红外线。这就是说，要增加来自气体取样的辐射，同时，减少来自相对于气体幅射的本底幅射。所述的取样管的内表面被看作是一镜面，但该专利未给出其理由。由于气体本身就是各向同性的辐射源，因此看来室壁就不可能以任何有用的方式用来引导辐射。
在Vennos的于1976年6月29日公布的专利号为3，966，439的美国专利中，阐述了一种流体取样装置，它包括一个泵并被用作积聚存在于工厂、发电厂、矿山等环境空气中的微粒样品。
Vennous未谈及红外线穿过气体取样以确定其浓度的问题，这样Vennous的滤波系统是由一种不相似的技术制成的。
同样地，在安德森等人的于1990年8月14日公布的专利号为4，947，578的美国专利中，描述了一种用于诱虫的受控放气系统。在此专利中诱引蒸气可通过薄膜而扩散。由于微孔的尺寸是由需要的放气速率确定，安德森等人使用这种薄膜就与本发明的不类似。
本发明的气体取样室的第一目的是用来作为光管，以有效地把来自红外线源的辐射通过一气体取样引导到一探测器。
本发明的气体取样室的第二目的是有选择地把大于0.1微米的烟气和灰尘微粒排斥在取样室外，这样就不导致一种特定气体浓度的测量误差，而又同时允许气体分子得以自由进入和离开所述的取样室。
根据本发明的一个最佳实施例，取样室的内面壁包括一作为光管的镜反射表面，该光管通过红外线源把在细长的取样室一端传入的辐射引导到位于取样室另一端的探测器。
根据本发明还包括在室壁内的一小孔，该小孔由一层半渗透薄膜所覆盖，可阻止大于0.1微米的微粒进入室内的空间。
本发明的又一目的是提供一气体取样室以防止在其内面壁上的气体或烟气的凝聚。
根据本发明的一最佳实施例，提供了一用于加热取样室的装置因为任一气体或蒸汽有凝聚在取样室内壁上的倾向，因此取样室室温应高于任何气体或蒸汽的露点。
下面结合对照以举例方式说明本发明的一最佳实施例的附图，将会很好地理解被认为是本发明特点的那些新颖特征，无论是关于其结构和使用方法还是其目的和优点。然而特别要了解的是这些图仅是为了讲解和描述之用而并非用来作为本发明范围的限定。
图1是一根据本发明所示的一个气体分析仪的主要部件的侧面立视图;
图2是一通过所述气体取样室的典型辐射线路径的示意图。
图3是一根据本发明的最佳实施例的气体取样室的部分横剖视图。
如图1所示，一气体分析仪包括一个含有一辐射源的光源室12。该光源可以是一个小白炽灯，而辐射可以是由灯泡产生的可见光和/或红外线辐射。该光源室12与气体取样室10连结气体取样室含有一用来确定一种特定气体成分浓度的待分析的气体试样。辐射从光源室12穿过包含在取样室10内的气体试样，然后照射到位于探测室14内的一探测器上。该探测器产生一个照射到它上面的模拟辐射强度的电信号。为了增强装置的灵敏度，大家通晓的是在该探测器前的光路中安放一狭通频带滤波器，使探测器接收由待确定浓度的气体所强烈吸收的大部分波长辐射。该由探测器产生的电信号被施加到一电子电路15上以便把一电信号转换到一个表征所述气体浓度的信号。
图2是一光学图，显示一由光源16发射的典型射线18所采用的光路，射线是沿着气体取样室的长度方向传送且呈现多次反射，最后照射到探测器20上。
图3是穿过该气体取样室的一局部横剖视图。该气体取样室体是一个含有一内向的镜状反射面22的细长空心管21。在本实施例中，这个表面22是管21的壁的单一部分，而在一替代实例中，其表面可以用一涂层或一层镜反射材料。
所述的细长空心管21至少包括一个小孔（其中小孔24是典型的一种）。这些小孔是用来使周围气体进入或离开取样室。然而，能自由地进入室中尘和烟气微粒是不合乎要求的，为此，小孔24由一半渗透性薄膜片28所复盖，使尺寸大于0.1微米的颗粒被排斥在外。为了获得对尺寸小于0.1微米的颗粒的高扩散速率，该半渗透薄膜片28必须相当薄，因此它被支承在一筛网26上。在本最佳实施例中，该半渗透薄膜是由硅橡胶组成的。
由于该气体取样室始终充满着气体，如果环境温度下降到一定程度，在取样室内的水蒸汽或其他的一种气体就有可能凝聚成液体状并以许多小滴的形式沉淀在镜反射表面22以及探测器20上。这将会干扰取样室的工作所必需的镜反射，并导致错误的测量结果。
为了防止这种情况发生，在本最佳实施例中，在气体取样室10上安置一加热线圈30一测量取样室壁温的热敏电阻32。该热敏电阻及加热线圈都连结到用作伺服机构的一加热器控制电路34上，以众所熟知的方式使取样室维持在一调定温度下工作。
这样，上面已描述了一个细长管形元件形状的管形元件气体取样室，它具有一从光源将辐射线通过气体引导到探测器的内向镜反射表面。灰尘和烟气微粒由复盖小孔半渗透薄膜片阻挡在取样室外，薄膜片所覆盖小孔是贯穿取样室的管壁的。为了防止在室内的各种的气体成份的凝聚可加热取样室壁，而在本实施例中，一预调温度是由一伺服机构维持的。
上述详细描述是以本发明的一个实施例以例证来说明的，而应理解到本发明的另外的实施例对熟知该技术领域的技术人员来说将是显而易见的。在本文中所描述的及连同别的有关实施例都被认为是包括在本发明的范围内。
Claims (2)
1、一个用于通过气体引导辐射的取样室，它总体包括：
一由一种气密材料制成的细长空心管具有一内向镜反射表面，借助于来自内向镜反射面的多次反射而高效率地，把在所述细长空心管一端传入的辐射引导到其另一端；所述的细长管的一部分至少有一位于其两端中间的小孔；
一层复盖在所述的至少一个小孔的半渗透性薄膜片，所述的薄膜片允许小于0，1微米的气载微粒穿过膜片扩散到该细长管内部空间，且阻止大于0.1微米气载微料进入所述空间。
2、所述的权利要求1的取样室总体上还包括：加热所述的镜反射表面的装置以达到一高于气体露点的温度，防止气体在所述的镜反射表面上的凝聚作用。
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