CN206906240U - 气体分析器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于测量测量气体中的两种气体成分的气体分析器，具有：第一发光二极管，其射出具有在第一气体成分的吸收谱线的范围中的第一波长的光；第二发光二极管，其射出具有在第二气体成分的吸收谱线的范围中的第二波长的光；分光器；能由测量气体流过的测量室；测量探测器；基准探测器；和控制和评估装置，其用于交替地驱控发光二极管并且用于评估由测量探测器和基准探测器提供的关于两个气体成分的测量结果的信号。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种用于测量测量气体中的两种气体成分的气体分析器。
背景技术
从Ryoichi Higashi等人的“A NOx and SO2gas analyzer using deep-UV andviolet light-emitting diodes for continuous emissions monitoring systems”，Proc.SPIE 9003，Light-Emitting Diodes:Materials,Devices,and Applications forSolid State Lighting XVIII，90031F(2014年2月27日)，已知了用于测量废气中的氮氧化物和二氧化硫的气体分析器，其中包含在废气中的一氧化氮转化为能用气体分析器测量的二氧化氮，从而使由气体分析器测定的二氧化氮的浓度用于度量废气中的氧化氮的浓度。
在已知的气体分析器中布置有具有在二氧化硫的吸收范围中大约280nm的发射波长的第一发光二极管和具有在二氧化氮的吸收范围中大约400nm的发射波长的第二发光二极管。其光借助于用于瞄准仪透镜形成平行光束，该光束穿过测量室并且随后聚焦到测量探测器上。借助于瞄准仪透镜和测量室之间的分光器将光的一部分指引到基准探测器上。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，给出一种用于测量测量气体中两种气体成分的气体分析器，其特征在于简单和稳定的结构。
因此，本实用新型的内容是用于测量测量气体中的两种气体成分的气体分析器，所述气体分析器具有：
-第一发光二极管，其射出具有在第一气体成分的吸收谱线的范围中的第一波长的光；
-第二发光二极管，其射出具有在第二气体成分的吸收谱线的范围中的第二波长的光；
-分光器；
-能由测量气体流过的测量室；
-测量探测器；
-基准探测器；和
-控制和评估装置，其用于交替地驱控第一发光二极管和第二发光二极管并且用于评估由测量探测器和基准探测器提供的关于第一气体成分和所述第二气体成分的测量结果的信号，其中，
-分光器在具有底面、顶面和四个侧面的方形的金属块中布置在两个孔的交叉范围中，这些孔在分别相对置的侧面之间延伸，
-第一发光二极管和第二发光二极管在两个相互邻接的侧面上分别对着孔布置，并且测量室和基准探测器在金属块的两个剩余的相互邻接的侧面上分别对着孔布置，
-测量室构造为由金属制成的纵向延伸两侧开放的空心体，其具有用于测量气体的两个在侧面的通道开口，
-测量探测器保持在由金属制成的、包含开口的探测器块上，并且
-方形的金属块和探测器块经由拉杆相互连接，并且测量室在金属块和探测器块之间夹紧。
根据本实用新型的一个优选实施方式，拉杆在形成测量室的空心体的外壁中的槽中延伸。
根据本实用新型的气体分析器具有紧凑的结构。测量室、包含有分光器去的金属块和探测器块因为经由连杆夹紧而紧密地热接触，从而也使得在其上布置的发光二极管和探测器处于相同的温度水平上。
这些拉杆在其端部上具有螺纹、或者构造为螺纹拉杆。它们能够直接与方形的金属块和探测器块连接，或者如接下来进一步阐述那样间接地经由外部抵靠在金属块和探测器块上的板对其产生影响。
形成测量室的空心体能够构造为空心型材体、或者包含通孔，其被铣削在由金属制成的长形体中。
根据本实用新型的一个优选实施方式，方形的金属块在其顶面上包含伸入到两个孔的交叉范围中的第二开口，并且分光器安装在插入到第二开口中的插入物中。
优选地，为了简化分光镜的安装和调整，方形的金属块在其顶面上包含伸入到两个孔的交叉范围中的第二开口，分光器安装在插入到第二开口中的插入物中，即容纳分光器的插入物安装在插入到第二开口中的插入物中。
优选地，第一发光二极管和第二发光二极管布置在第一板上、测量探测器和/或基准探测器布置在第二板上，第一板和第二板直接或在可能的情况下在中间放置间隔框的状态下安装在方形的金属块的相应的侧面上或者在基准探测器的情况下第二板安装在探测器块的背离测量室的一侧上。这些板能够分别自身安装在金属块或者探测器块上，例如与其拧紧。在测量探测器和与其在直线上相对置的发光二极管的情况下，上述连杆能够延伸穿过探测器块、金属块和承载测量探测器和发光二极管的板中的洞或孔，并且在板的向外朝向的侧面上与其拧紧，从而使探测器块、测量室和金属块在板之间夹紧。
优选地，在金属块的朝向第一发光二极管和第二发光二极管的侧面上的孔中插入有瞄准仪透镜。在金属块的与基准探测器相对置的侧面上的孔中和在探测器块的第一开口中分别插入有聚焦透镜。优选地，发光二极管的光借助于瞄准仪透镜形成平行光束，该光束借助于聚焦透镜聚焦到基准探测器上或者在穿射过测量室后聚焦到测量探测器上。当瞄准仪透镜利用其透镜保持器插入到金属块的朝向发光二极管的侧面上的孔中、并且聚焦透镜利用其透镜保持器插入到金属块的与基准探测器相对置的侧面上的孔中和探测器块的对着测量探测器的开口中时，与此相联系的结构消耗能够保持地特别小。优选地，所有使用的透镜具有相同工艺上的规格。
通过测量室的升温、例如升温到52℃，能够防止包含在测量气体中的水蒸气冷凝。为了该目的优选地，在形成测量室的空心体的外壁上安装有至少一个电加热元件。对此特别合适的是晶体管，其同时用作为加热元件和温度探头，从而不需要为了保持恒定温度而耗费成本地调节。由于良好的热接触，发光二极管和探测器经由方形的金属块和金属的探测器块加热，从而能够避免由于温度改变引起的测量错误。也适用于保持恒定温度的是，气体分析器优选地布置在由壳形的下部和壳或盖形的上部组成的、由绝缘材料、例如聚苯乙烯硬泡沫或扩展的聚丙烯(EPP)制成的容器中。
测量室能够以已知的方式在两个端部利用平整的窗子或可替换地利用半透明的凹镜封闭，它们在自身之间形成用于延长吸收路程的共振器。相应的测量方法“IncoherentBroad-Band Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy(非相干宽带腔增强吸收光谱)”(IBBCEAS)将传统的吸收光谱的简单性和可靠性与“Cavity-Ring-Down(光腔衰荡)”光谱的敏感性相结合。
附图说明
此外，根据实施例并且参考附图阐述本实用新型；其中分别示出
图1是极简化的框图，并且
图2是根据本实用新型的气体分析器的透视分解图。
具体实施方式
图1示出了气体分析器，其包含具有在二氧化硫的吸收范围中285nm(+/-10nm)的发射波长的第一发光二极管1和具有在二氧化氮的吸收范围中400nm(+/-20nm)的发射波长的第二发光二极管2。两个发光二极管1，2的光经由分光器3直接传导到基准探测器4上并且穿过测量室5传导到测量探测器6上。测量气体7流过测量室5，应当测量其二氧化硫和二氧化氮含量。控制和评估装置8交替地驱控发光二极管1，2并且评估由测量探测器6和基准探测器4提供的关于测量气体7的二氧化硫和二氧化氮含量的测量结果9的信号。由测量探测器6提供的信号与通过两个感兴趣的气体组件的波长特定的吸收进而其浓度相关，并且利用基准探测器的信号进行标准化。
图2示出了安装在板10上的发光二极管1和结构相同的板11，在其上安装有在此被遮盖的发光二极管2。两个板10，11经由间隔框12，13安装在例如由铝制成的方形金属块14的两个相互直角相邻的侧面上。在金属块14上，在背离发光二极管1的侧面上安装了具有在此同样被遮盖的基准探测器4的板15。该安装经由螺栓连接实现，其通过虚线16标注。金属块14被两个孔17，18贯通，它们在分别相对置的侧面之间延伸。在其顶面上，金属块14包含圆形的开口19，其伸入到两个孔17，18的交叉范围中。在此不可见的分光器3布置在基本上圆柱形的插入物20中，其插入到开口19中。通过旋转插入物20能够关于直角延伸的孔17，18的轴线来调整分光器3。分光器3优选地是所谓的波尔卡点分光器(Polka-Dot-Strahlteiler)，在其中，透明的载体板以与金属点50％的面积比被气相喷镀。
在金属块14的背离发光二极管2的侧面上测量室5与金属块连接，其构造为纵向延伸的、在此方形的两侧开放的由金属、例如铝制成的空心体21。空心体21自身能够构造为空心型材体或者包含切削制造的通孔22，其在两侧利用窗子(在此仅窗子23是可见的)封闭。可替换地，测量室5能够利用半透明的凹镜封闭，其形成用于延长吸收路程的共振器。测量室5在这里背离观察者的一侧上具有带有用于两个气体管路24，25的接口的通道开口，经由其输送或者排出测量气体7。在测量室5的外壁上，在两个相对置的位置上安装两个加热元件，其中在此仅看到一个晶体管形式的加热元件26，该晶体管与另一个加热元件一起由控制和评估装置8控制或者调节用于保持测量室5的温度恒定。
测量探测器6布置在板27上并且利用其安装在金属的探测器块28的背侧上，该探测器块利用其前侧抵靠在测量室5的背离具有分光器3的金属块14的端侧上。在探测器块28的前侧和背侧之间延伸有开口29，其与测量室5的孔22和金属块14中的孔17对准。
在金属块14的朝向发光二极管1，2的侧面上，瞄准仪透镜30，31利用将其环绕的透镜保持器插入到孔17，18中。同样地，聚焦透镜32，33利用将其环绕的透镜保持器插入到金属块14的与基准探测器4相对置的侧面上的孔18中以及在探测器块的背侧上插入开口29中。瞄准仪透镜30，31使得由发光二极管1，2射出的光形成平行光束，该光束借助于聚焦透镜聚焦到基准探测器4上或者在穿射过测量室5后聚焦到测量探测器6上。
包含有分光器3的金属块14、测量室5和探测器块通过四个连杆34相互夹紧，这些拉杆在其端部上具有螺纹并且在那里和在两个板11和27的朝向外的侧面上与其拧紧。在窗子23的范围中，在测量室5和金属块14或者探测器块28之间布置有密封环35。连杆或者连棒34在板11，27、间隔框13、金属块14和探测器块28中延伸通过相应的洞或孔36，同时其沿着测量室5在槽37中延伸，这些槽设计在空心体21的外壁上，在此在其长边上。
控制和评估装置8设计在电路板38上，其布置在测量室5之上。
气体分析器安置在由聚苯乙烯硬泡沫制成的容器中，其由壳形的下部39和壳或盖形的上部40组成。
非强制地，承载发光二极管1，2和探测器4，6的板10，11，15，27理解为单个板。其也能够分别涉及例如两个单个板的组合，其中，一个板构造为印刷电路板，其直接承载发光二极管或者探测器并且具有用于与控制和评估装置8电连接的接口，而另一个板例如由金属制成，其容纳印刷电路板并且在此之外机械稳定地设计并且用于安装。
Claims (19)
1.一种用于测量测量气体(7)中的两种气体成分的气体分析器，其特征在于，所述气体分析器具有：
第一发光二极管(1)，所述第一发光二极管射出具有在第一气体成分的吸收谱线的范围中的第一波长的光；
第二发光二极管(2)，所述第二发光二极管射出具有在第二气体成分的吸收谱线的范围中的第二波长的光；
分光器(3)；
能由所述测量气体(7)流过的测量室(5)；
测量探测器(6)；
基准探测器(4)；和
控制和评估装置(8)，所述控制和评估装置用于交替地驱控所述第一发光二极管(1)和所述第二发光二极管(2)并且用于评估由所述测量探测器(6)和所述基准探测器(4)提供的关于所述第一气体成分和所述第二气体成分的测量结果(9)的信号，其中，
所述分光器(3)在具有底面、顶面和四个侧面的方形的金属块(14)中布置在两个孔(17，18)的交叉范围中，所述孔在分别相对置的所述侧面之间延伸，
所述第一发光二极管(1)和所述第二发光二极管(2)在两个相互邻接的侧面上分别对着所述孔(17，18)布置，并且所述测量室(5)和所述基准探测器(4)在所述金属块(14)的两个剩余的相互邻接的侧面上分别对着所述孔布置，
所述测量室(5)构造为由金属制成的纵向延伸两侧开放的空心体(21)，所述空心体具有用于所述测量气体(7)的两个在侧面的通道开口，
所述测量探测器(6)保持在由金属制成的、包含第一开口(29)的探测器块(28)上，并且
方形的所述金属块(14)和所述探测器块(28)经由拉杆(34)相互连接，并且所述测量室(5)在所述金属块和所述探测器块之间夹紧。
2.根据权利要求1所述的气体分析器，其特征在于，
所述拉杆(34)在形成所述测量室(5)的所述空心体(21)的外壁中的槽(37)中延伸。
3.根据权利要求1或2所述的气体分析器，其特征在于，
形成所述测量室(5)的所述空心体(21)构造为空心型材体。
4.根据权利要求1或2所述的气体分析器，其特征在于，
方形的所述金属块(14)在所述金属块的顶面上包含伸入到两个所述孔(17，18)的所述交叉范围中的第二开口(19)，并且所述分光器(3)安装在插入到所述第二开口(19)中的插入物(20)中。
5.根据权利要求3所述的气体分析器，其特征在于，
方形的所述金属块(14)在所述金属块的顶面上包含伸入到两个所述孔(17，18)的所述交叉范围中的第二开口(19)，并且所述分光器(3)安装在插入到所述第二开口(19)中的插入物(20)中。
6.根据权利要求1或2所述的气体分析器，其特征在于，
所述第一发光二极管(1)和所述第二发光二极管(2)保持在第一板(10，11)上，所述第一板直接地或在中间放置间隔框(12，13)的状态下安装在方形的所述金属块(14)的相应的所述侧面上。
7.根据权利要求5所述的气体分析器，其特征在于，
所述第一发光二极管(1)和所述第二发光二极管(2)保持在第一板(10，11)上，所述第一板直接地或在中间放置间隔框(12，13)的状态下安装在方形的所述金属块(14)的相应的所述侧面上。
8.根据权利要求1或2所述的气体分析器，其特征在于，
所述测量探测器(6)和所述基准探测器(4)分别保持在第二板(27，15)上，所述第二板直接或在中间放置间隔框的状态下安装在方形的所述金属块(14)的相应的所述侧面上或者所述探测器块的背离所述测量室(5)的一侧上。
9.根据权利要求7所述的气体分析器，其特征在于，
所述测量探测器(6)和所述基准探测器(4)分别保持在第二板(27，15)上，所述第二板直接或在中间放置间隔框的状态下安装在方形的所述金属块(14)的相应的所述侧面上或者所述探测器块的背离所述测量室(5)的一侧上。
10.根据权利要求1或2所述的气体分析器，其特征在于，
在所述金属块(14)的朝向所述第一发光二极管(1)和所述第二发光二极管(2)的侧面上的所述孔(17，18)中插入有瞄准仪透镜(30，31)。
11.根据权利要求9所述的气体分析器，其特征在于，
在所述金属块(14)的朝向所述第一发光二极管(1)和所述第二发光二极管(2)的侧面上的所述孔(17，18)中插入有瞄准仪透镜(30，31)。
12.根据权利要求1或2所述的气体分析器，其特征在于，
在所述金属块(14)的与所述基准探测器(4)相对置的侧面上的所述孔中和在所述探测器块(28)的所述第一开口(29)中分别插入有聚焦透镜(32，33)。
13.根据权利要求11所述的气体分析器，其特征在于，
在所述金属块(14)的与所述基准探测器(4)相对置的侧面上的所述孔中和在所述探测器块(28)的所述第一开口(29)中分别插入有聚焦透镜(32，33)。
14.根据权利要求2所述的气体分析器，其特征在于，
在形成所述测量室(5)的所述空心体(21)的所述外壁上安装有至少一个电加热元件(26)。
15.根据权利要求13所述的气体分析器，其特征在于，
在形成所述测量室(5)的所述空心体(21)的所述外壁上安装有至少一个电加热元件(26)。
16.根据权利要求1或2所述的气体分析器，其特征在于，
所述气体分析器布置在由壳形的下部(39)和壳或盖形的上部(40)组成的、由绝缘材料制成的容器中。
17.根据权利要求15所述的气体分析器，其特征在于，
所述气体分析器布置在由壳形的下部(39)和壳或盖形的上部(40)组成的、由绝缘材料制成的容器中。
18.根据权利要求1或2所述的气体分析器，其特征在于，
所述测量室(5)利用半透明的凹镜封闭，所述测量室和所述凹镜在自身之间形成用于延长吸收路程的共振器。
19.根据权利要求17所述的气体分析器，其特征在于，
所述测量室(5)利用半透明的凹镜封闭，所述测量室和所述凹镜在自身之间形成用于延长吸收路程的共振器。
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