CN110186955A - 一种双光路冷镜式露点仪 - Google Patents

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    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
    • G01N25/66—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point
    • G01N25/68—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point by varying the temperature of a condensing surface

Abstract

本发明涉及精密仪器技术领域，且公开了一种双光路冷镜式露点仪，包括检测头、设于检测头顶部的观察窗和设于检测头底部的制冷装置，所述检测头内腔的上下端分别设有补偿镜和检测冷镜，所述观察窗位于补偿镜的顶部，所述制冷装置位于检测冷镜的正下方，所述检测头的壁板且位于补偿镜和检测冷镜之间的位置设有入射补偿光路、反射补偿光路、入射检测光路和反射检测光路，所述入射补偿光路和反射补偿光路对应布置形成光学反射系统并用于消除误差。本发明通过将双光路置于同一个检测室内，可使得补偿镜和检测冷镜实现变量控制，由补偿镜消除检测冷镜对于温度、气体杂质等影响光学参数的环境条件误差，从而使得检测冷镜检测的湿度结果更加精准。

Description

一种双光路冷镜式露点仪
技术领域
本发明涉及精密仪器技术领域，具体为一种双光路冷镜式露点仪。
背景技术
按照用途将气体分为动力气体、介质气体和环境气体，三种气体应用于各新兴的技术领域(如石化、电子、电力、航空航天、冶金等)中时，对其中的湿度要求越来越高，例如，工艺用气的含水量会影响到产品的电绝缘性能和工艺性态；动力用气的含水量会影响到气动仪表和设备的使用寿命。露点仪则是用来检测气体中的水分含量，是低露点且控制干点的工业环境的理想选择。
其中，冷镜式露点仪可用于低、中、高湿气体的相对湿度检测，通过将被测湿气通入露点测量室时掠过冷镜面，当镜面温度高于湿气的露点温度时，镜面呈干燥状态，此时光电检露装置中光源发出的光照在镜面上，几乎完全反射，由光电传感器感应的到并输出光电信号，经控制回路比较、放大、驱动热电泵，对镜面制冷。当镜面温度降至湿气露点温度时，镜面上开始结露，光照在镜面上出现漫反射，光电传感器感应到的反射信号随之减弱，此变化经控制回路比较、放大后调节热电泵激励，使其制冷功率适当减小，最后，镜面温度保持在样气露点温度上。镜面温度由一紧贴在冷镜下方的铂电阻温度传感器感应并显示在显示窗上。
但是，工业流程气体分析中，气体中往往会含有不溶于水的颗粒物，会增加本底的散射水平，使露点仪发生零点漂移，同样，对光学元件影响的还有环境温度，其会影响发光元件的光束散角等光学参数，最终都会影响仪器的检测精度，因此，提出一种双光路露点仪，旨在解决上述问题。
发明内容
针对背景技术中提出的现有冷镜式露点仪在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种双光路冷镜式露点仪，具备可消除更多无关变量因素使得露点检测更加精确的优点，解决了上述背景技术中提出的技术问题。
本发明提供如下技术方案：一种双光路冷镜式露点仪，包括检测头、设于检测头顶部的观察窗和设于检测头底部的制冷装置，所述检测头内腔的上下端分别设有补偿镜和检测冷镜，所述观察窗位于补偿镜的顶部，所述制冷装置位于检测冷镜的正下方，所述检测头的壁板且位于补偿镜和检测冷镜之间的位置设有入射补偿光路、反射补偿光路、入射检测光路和反射检测光路，所述入射补偿光路和反射补偿光路对应布置形成光学反射系统并用于消除误差，所述入射检测光路和反射检测光路对应布置形成光学反射系统并用于露点检测，检测头的壁板还设有用于被测气体通入和排出的进气口和出气口。
优选的，所述进气口位于检测冷镜的附近且位于入射检测光路的下方，所述出气口位于补偿镜的附近且位于反射补偿光路的上方。
优选的，所述入射检测光路与入射补偿光路的位置设于检测头的同侧。
优选的，所述观察窗设于补偿镜顶部的偏心位置。
优选的，所述检测冷镜和补偿镜在检测时倒置，所述检测冷镜位于补偿镜的正上方。
本发明具备以下有益效果：
1、本发明通过将双光路置于同一个检测室内，可使得补偿镜和检测冷镜实现变量控制，由补偿镜消除检测冷镜对于温度、气体杂质等影响光学参数的环境条件误差，从而使得检测冷镜检测的湿度结果更加精准。
2、本发明通过将入射检测光路和反射检测光路置于进气口附近，入射补偿光路和反射补偿光路置于反射补偿光路附近，一方面，可使得仪器的入射光路和反射光路迎合气体流向完全相同，另一方面，由进气口进入的气体经过检测冷镜的低温置换后，经过补偿镜再经过出气口，可使得补偿镜处气体温度同步于检测冷镜处的温度，可进一步消除气体流向对接受光路段的光照强度和反射影响，提高检测精度。
3、本发明还通过将补偿镜和检测冷镜上下布置，并辅以仪器倒置检测的方式，可使得检测时，补偿镜在下，检测冷镜在上，使得部分不溶于水的微粒滞留在补偿镜上，模拟检测冷镜上附着的微粒对反射光路的影响，可进一步消除无用参数对检测结果的影响，提高检测精度。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明图1的中线剖面图。
图中：1、检测头；2、补偿镜；3、检测冷镜；4、观察窗；5、制冷装置；6、入射补偿光路；7、反射补偿光路；8、入射检测光路；9、反射检测光路；10、进气口；11、出气口。
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。
请参阅图1-2，一种双光路冷镜式露点仪，包括检测头1，设于检测头1顶部的观察窗4，设于检测头1底部的制冷装置5，在检测头1内腔的上下端分别设有补偿镜2和检测冷镜3，将观察窗4设在补偿镜2顶部的偏心位置，制冷装置5位于检测冷镜3的下方，在检测头1的内壁且位于补偿镜2和检测冷镜3之间的位置设有入射补偿光路6、反射补偿光路7、入射检测光路8和反射检测光路9，入射补偿光路6与反射补偿光路7对应布置形成光学反射系统，入射检测光路8与反射检测光路9对应布置形成光学反射系统，其中，入射补偿光路6与反射补偿光路7为误差消除光路，入射检测光路8与反射检测光路9为检测光路，在检测头1的壁板且位于入射检测光路8的下方和反射补偿光路7的上方分别固定安装有进气口10和出气口11。
使用本装置检测时，需要将检测头1倒置，使得补偿镜2位于检测冷镜3的正下方，由进气口10通入气体，经由检测冷镜3、补偿镜2后，由出气口11排出，系统对于数据的处理，需要将入射检测光路8和反射检测光路9检测的电压变化加上入射补偿光路6和反射补偿光路7检测的电压变化。
由于光学元件受环境温度影响，以及光路受气体中杂质分子漫反射影响，使得入射光与反射光的光照强度不同，对检测造成误差影响，本发明通过将补偿镜2和检测冷镜3置于同一个检测头1中，由入射补偿光路6和反射补偿光路7检测的光照强度变化补偿入射检测光路8和反射检测光路9的光照强度变化，使得入射检测光路8和反射检测光路9的光强检测结果更加接近于仅受冷镜面结露影响，从而使得入射检测光路8和反射检测光路9检测出的结果更加精确。
需要说明的是，被测气体中，对露点检测的因素有温度、杂质微粒对于光路传播影响、残留于镜面微粒对于光反射强度影响，而入射补偿光路6和反射补偿光路7则可以补偿包括环境温度影响、气体中不溶于水的微粒对光强影响和镜面残留微粒对光路反射影响。
其中，将进气口10置于入射检测光路8的下方，出气口11置于反射补偿光路7的附近，并将入射补偿光路6和入射检测光路8置于同侧，由此，进气口10进入腔内的气体流动方向对入射检测光路8和反射检测光路9光路为同向，入射补偿光路6和反射补偿光路7的光路方向与气体从出气口11出去的方向同向，可消除气体流动对光路传播的影响，同时，由进气口10进入的气体经过检测冷镜3的冷面温度置换后，入射检测光路8对反射检测光路9的检测气体为温度置换后的气体，同样，入射补偿光路6和反射补偿光路7的检测气体也为温度置换后的气体，从而可消除气体温度对于光路传播的影响。
其中，将补偿镜2和检测冷镜3上下布置，并且检测时，补偿镜2和检测冷镜3倒置，由于进入检测头1内的气体经过流量调节阀调节后，流速极低，使得气体中不溶于水的颗粒可依重力部分滞留于补偿镜2中，而检测冷镜3上微粒因重力滞留成份少，因水露附着成份多，可由补偿镜2上附着颗粒补偿检测冷镜3上残留颗粒对光路反射的影响。
其中，观察窗4位于补偿镜2的偏心位置是指将观察窗4置于补偿镜2的中垂面上且偏心布置，使得观察窗4能够观察检测冷镜3上结露情况，同时，观察窗4不能够影响入射补偿光路6射入补偿镜2表面的光路。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种双光路冷镜式露点仪，包括检测头(1)、设于检测头(1)顶部的观察窗(4)和设于检测头(1)底部的制冷装置(5)，其特征在于：所述检测头(1)内腔的上下端分别设有补偿镜(2)和检测冷镜(3)，所述观察窗(4)位于补偿镜(2)的顶部，所述制冷装置(5)位于检测冷镜(3)的正下方，所述检测头(1)的壁板且位于补偿镜(2)和检测冷镜(3)之间的位置设有入射补偿光路(6)、反射补偿光路(7)、入射检测光路(8)和反射检测光路(9)，所述入射补偿光路(6)和反射补偿光路(7)对应布置形成光学反射系统并用于消除误差，所述入射检测光路(8)和反射检测光路(9)对应布置形成光学反射系统并用于露点检测，检测头(1)的壁板还设有用于被测气体通入和排出的进气口(10)和出气口(11)。
2.根据权利要求1所述的一种双光路冷镜式露点仪，其特征在于：所述进气口(10)位于检测冷镜(3)的附近且位于入射检测光路(8)的下方，所述出气口(11)位于补偿镜(2)的附近且位于反射补偿光路(7)的上方。
3.根据权利要求2所述的一种双光路冷镜式露点仪，其特征在于：所述入射检测光路(8)与入射补偿光路(6)的位置设于检测头(1)的同侧。
4.根据权利要求1所述的一种双光路冷镜式露点仪，其特征在于：所述观察窗(4)设于补偿镜(2)顶部的偏心位置。
5.根据权利要求1所述的一种双光路冷镜式露点仪，其特征在于：所述检测冷镜(3)和补偿镜(2)在检测时倒置，所述检测冷镜(3)位于补偿镜(2)的正上方。
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