CN204422410U - 一种桥式微流气动红外探测器结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种桥式微流气动红外探测器结构，包括透射玻璃窗口、聚光镜、吸光室、集光器、气体补偿室、微流通道、微流探测器、气体过滤器；集光器位于聚光镜锥形孔口正中聚焦处；吸光室和气体补偿室之间有通道连接；吸光室设置在透射玻璃窗口和聚光镜之间的锥形空间内；气体补偿室为环状环绕在吸光室和聚光镜外围；聚光镜和吸光室及集光器在同一轴心线上。该结构采用惠斯通电桥技术，将两根电阻丝作为电桥的2个桥臂，当被测量对象电阻值发生变化时，电桥的输出电压信号也同步发生变化，从而通过测量电桥的这个变化信号就可以准确测量被测烟气成分的浓度值。该探测器具有结构简单，抗震性较高，抗干扰能力较强的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于烟气监测精密传感元器件领域，尤其是一种桥式微流气动红外探测器结构。
背景技术
现有的低浓度气体红外检测器，根据应用特点的不同，可分为热电堆、微音电容(Condenser Micro-Phone)、微流(Micro-Flow)探测器技术等不同类型。
目前ABB、SIEMENS等国际知名分析仪器企业推出了各具特色的微流红外传感器，但由于价格十分昂贵，且制造工艺是各厂家的技术机密，很少见公开资料。我们国内目前由于工艺、成本等问题，对于特殊的抗震动、抗干扰的微流探测器的设计是一片空白，普遍采用价格低廉的通用MEMS芯片技术制造微流量探测器，导致传感器的使用寿命很短。
实用新型内容
本实用新型的目的：为了克服现有国内微流红外传感器存在的上述问题和缺陷，提供一种针对低浓度气体的高精度、高稳定性桥式微流气动红外探测器结构。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种桥式微流气动红外探测器结构，包括透射玻璃窗口1、密封圈2、聚光镜3、吸光室4、集光器5、气体补偿室6、端盖7、微流通道8、微流探测器9、安装螺孔座10、密封垫11、气体过滤器12，结构如图1所示；其中，透射玻璃窗口1与聚光镜3之间由密封圈2来密封；气体补偿室6与端盖7由密封垫11来密封；集光器5位于聚光镜3锥形孔口正中聚焦处；气体过滤器12与气体补偿室6相通；吸光室4和气体补偿室6之间有通道8连接；吸光室4设置在透射玻璃窗口1和聚光镜3之间的锥形空间内；气体补偿室6为环状环绕在吸光室4和聚光镜3外围；安装螺口座10设置在端盖7表面上；微流探测器9为直径20～30mm、厚度13～16mm的圆柱形，紧配在端盖(7)上的孔内；聚光镜3和吸光室4及集光器5在同一轴心线上，但聚光镜3和吸光室4及集光器5与微流探测器9不在同一轴心线上。
所述透射玻璃窗口1材料为CaF2。
所述的微流探测器9，包括第一温度传感器16和第二温度传感器19，第一盲孔17 和第二盲孔20，受热槽18，释电器本体21，第二温度传感器引出线22和第一温度传感器引出线26，第一吸光引出线23和第二吸光引出线25，释电引出线24，第一导线27、第二导线29和第三导线32，第一电阻丝28和第二电阻丝31，铂丝组件30；其中，第二温度传感器引出线22和第一温度传感器引出线26通过短接并线后，可与电路板上温控器元件相接；第一吸光引出线23和第二吸光引出线25及其第一导线27和第三导线32与吸光室04相通；释电引出线24及其第二导线29与气体补偿室6相通；第一温度传感器16和第二温度传感器19分别安装在第一盲孔17和第二盲孔20底部；其中的第一温度传感器16和第二温度传感器19可监控微流探测器9的发热或温度变化状况。
所述铂丝组件30由3根几乎平行布置的铂丝组成，3根铂丝的两端焊接在一起，焊接头一端与第一导线27和第三导线32相连，另一端与第二导线29相连；铂丝组件30位于正对集光器5；铂丝组件30与第一导线27、第二导线29和第三导线32和第一电阻丝28和第二电阻丝31，平放安置在受热槽18内；单根铂丝的直径为15～20um，要求发热温度在100℃～150℃；整个铂丝组件要求能加热到400℃。
所述的微流探测器本体21由TaLiO3材料制成。
本实用新型的微流气动红外探测器结构，设计有里外两个气室：吸光室4和气体补偿室6；气室内封装了一种特殊气体；里外气室之间有一条很细的通道8，通道内设置了特殊工艺制成的Pt铂丝组件30和微流探测器9；两气室的压力泄露率要求小于9-11mbar/s；当红外光进入吸光室4时，吸光室4中的气体发生膨胀；由于存在膨胀差异，会导致里、外气室之间产生微小的流量；微流探测器9检测到该流量后，通过第一吸光引出线23和第二吸光引出线25及释电引出线24，即可在本发明结构外配的电路板相关接受元器件上产生测量所需要的交流电压信号。
本实用新型采用惠斯通电桥技术，将第一电阻丝28和第二电阻丝31作为电桥的2个桥臂，当被测量对象(比如铂丝组件30电阻值)发生变化导致感应元件的阻抗发生变化时，电桥的输出电压信号也同步发生变化；信号幅度大小与流经通道8的气体流量成正比，而与待测组分气体浓度成反比；从而通过测量电桥的这个变化信号就可以准确测量被测烟气成分(如NO)的浓度值。
本实用新型的探测器结构更加简单，抗震性较高，抗干扰能力更强，从而确保分析仪检测高灵敏度、探测下限低，使灵敏度感测范围实现在0～10ppm；解决了集成式光谱传感器受电压波动、温度或震动带来的漂移或影响灵敏度等在线测量的难题，突破惠斯通电桥探测器在智能传感器上的应用瓶颈，可替代进口关键传感元器件，打破国外在该领域的垄断，提高我国环境监测的技术水平。
附图说明
图1为本实用新型实施例微流气动红外探测器的结构简图。
图2为本实用新型实施例微流探测器的结构主视简图。
图3为本实用新型实施例微流探测器的结构左视简图。
图中：1-透射玻璃窗口，2-密封圈，3-聚光镜，4-吸光室，5-集光器，6-气体补偿室，7-端盖，8-微流通道，9-微流探测器，10-安装螺孔座，11-密封垫，12-气体过滤器，16-第一温度传感器，17-第一盲孔，18-受热槽，19-第二温度传感器，20-第二盲孔，21-释电器本体，22-第二温度传感器引出线，23-第一吸光引出线，24-释电引出线，25-第二吸光引出线，26-第一温度传感器引出线，27-第一导线，28-第一电阻丝，29-第二导线，30-铂丝组件，31-第二电阻丝，32-第三导线。
具体实施方式
实施例1：
图1为本实用新型实施例微流气动红外探测器的结构简图，如图所示，包括包括透射玻璃窗口1、密封圈2、聚光镜3、吸光室4、集光器5、气体补偿室6、端盖7、微流通道8、微流探测器9、安装螺孔座10、密封垫11、气体过滤器12，结构如图1所示；其中，透射玻璃窗口1与聚光镜3之间由密封圈2来密封；气体补偿室6与端盖7由密封垫11来密封；集光器5位于聚光镜3锥形孔口正中聚焦处；气体过滤器12与气体补偿室6相通；吸光室4和气体补偿室6之间有通道8连接；吸光室4设置在透射玻璃窗口1和聚光镜3之间的锥形空间内；气体补偿室6为环状环绕在吸光室4和聚光镜3外围；安装螺口座10设置在端盖7表面上；微流探测器9为直径20～30mm、厚度13～16mm的圆柱形，紧配在端盖(7)上的孔内；聚光镜3和吸光室4及集光器5在同一轴心线上，但聚光镜3和吸光室4及集光器5与微流探测器9不在同一轴心线上。
图2和图3为本实用新型实施例微流探测器9的结构主视简图和左视简图；其中，所述的微流探测器9，包括第一温度传感器16和第二温度传感器19，第一盲孔17和第二盲孔20，受热槽18，释电器本体21，第二温度传感器引出线22和第一温度传感器引出线26，第一吸光引出线23和第二吸光引出线25，释电引出线24，第一导线27、第二导线29和第三导线32，第一电阻丝28和第二电阻丝31，铂丝组件30；其中，第二温度传感器引出线22和第一温度传感器引出线26通过短接并线后，可与电路板上温控器元件相接；第一吸光引出线23和第二吸光引出线25及其第一导线27和第三导线32与吸光室04相通；释电引出线 24及其第二导线29与气体补偿室6相通；第一温度传感器16和第二温度传感器19分别安装在盲孔17和盲孔20底部；其中的第一温度传感器16和第二温度传感器19可监控微流探测器9的发热或温度变化状况。
所述铂丝组件30由3根几乎平行布置的铂丝组成，3根铂丝的两端焊接在一起，焊接头一端与第一导线27和第三导线32相连，另一端与第二导线29相连；铂丝组件30位于正对集光器5；铂丝组件30与第一导线27、第二导线29、第三导线32和第一电阻丝28、第二电阻丝31，平放安置在受热槽18内；单根铂丝的直径为15～20um，可发热温度在100℃～150℃；整个铂丝组件可加热到400℃。
本实用新型采用基于惠斯通桥式传感器检测电路，利用电桥不平衡的原理工作，将第一电阻丝28和第二电阻丝31作为电桥的2个桥臂；当被测量对象(比如铂丝组件30电阻值)发生变化导致感应元件的阻抗发生变化时，电桥的输出电压信号也同步发生变化；信号幅度大小与流经通道8的气体流量成正比，而与待测组分气体浓度成反比；所述微流探测器9检测到该流量后，通过第一吸光引出线23和第二吸光引出线25及释电引出线24，即可在电路板相关接受元器件上产生测量所需要的交流电压信号；通过测量电桥的这个变化信号就可以准确测量被测烟气成分(如NO)的浓度值。
Claims (6)
1.一种桥式微流气动红外探测器结构，包括透射玻璃窗口(1)、密封圈(2)、聚光镜(3)、吸光室(4)、集光器(5)、气体补偿室(6)、端盖(7)、微流通道(8)、微流探测器(9)、安装螺孔座(10)、密封垫(11)、气体过滤器(12)；其中，透射玻璃窗口(1)与聚光镜(3)之间由密封圈(2)来密封；气体补偿室(6)与端盖(7)由密封垫(11)来密封；集光器(5)位于聚光镜(3)锥形孔口正中聚焦处；气体过滤器(12)与气体补偿室(6)相通；吸光室(4)和气体补偿室(6)之间有通道(8)连接；吸光室(4)设置在透射玻璃窗口(1)和聚光镜(3)之间的锥形空间内；气体补偿室(6)为环状环绕在吸光室(4)和聚光镜(3)外围；安装螺口座(10)设置在端盖(7)表面上；聚光镜(3)和吸光室(4)及集光器(5)在同一轴心线上，但聚光镜(3)和吸光室(4)及集光器(5)与微流探测器(9)不在同一轴心线上；
所述的微流探测器(9)，包括第一温度传感器(16)和第二温度传感器(19)，第一盲孔(17)和第二盲孔(20)，受热槽(18)，释电器本体(21)，第二温度传感器引出线(22)和第一温度传感器引出线(26)，第一吸光引出线(23)和第二吸光引出线(25)，释电引出线(24)，第一导线(27)、第二导线(29)和第三导线(32)，第一电阻丝(28)和第二电阻丝(31)，铂丝组件(30)；第一吸光引出线(23)和第二吸光引出线(25)及其第一导线(27)和第三导线(32)与吸光室(04)相通；释电引出线(24)及其第二导线(29)与气体补偿室(6)相通；第一温度传感器(16)和第二温度传感器(19)分别安装在第一盲孔(17)和第二盲孔(20)底部；
所述铂丝组件(30)由3根几乎平行布置的铂丝组成，3根铂丝的两端焊接在一起，焊接头一端与第一导线(27)和第三导线(32)相连，另一端与导线(29)相连；铂丝组件(30)位于正对集光器(5)；铂丝组件(30)与第一导线(27)、第二导线(29)和第三导线(32)和第一电阻丝(28)和第二电阻丝(31)，平放安置在受热槽(18)内。
2.根据权利要求1所述的微流气动红外探测器结构，其特征在于：所述的微流探测器(9)为直径20～30mm、厚度13～16mm的圆柱形，紧配在端盖(7)上的孔内。
3.根据权利要求1所述的微流气动红外探测器结构，其特征在于：第二温度传感器引出线22和第一温度传感器引出线26通过短接并线后，可与电路板上温控器元件相接；其中的第一温度传感器16和第二温度传感器19可监控微流探测器(9)的发热或温度变化状况。
4.根据权利要求1所述的微流气动红外探测器结构，其特征在于：铂丝组件(30)中，单根铂丝的直径为15～20um，要求发热温度在100℃～150℃；整个铂丝组件要求能加热到400℃。
5.根据权利要求1所述的微流气动红外探测器结构，其特征在于：所述透射玻璃窗口(1)材料为CaF2。
6.根据权利要求1所述的微流气动红外探测器结构，其特征在于：所述的微流探测器本体(21)由TaLiO3材料制成。
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