CN208000272U - 流体的发射光谱设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种流体的发射光谱设备，包括：管道，其构造成引导流体样本流、具有倾斜管道部分、限定流动通道；流动室，其与倾斜管道部分的出口流体连通、从出口接收在倾斜管道部分中流动的至少一部分流体样本流并将其释放，以使得该至少一部分流体样本流流动通过流动室；电磁能量源，其用于将电磁能施加至流体样本流的表面上以在流体样本流中诱发等离子体；光谱系统，其用于接收并分析由等离子体发射的光，倾斜管道部分包括位于出口上游的涡流产生器，涡流产生器构造成改变管道的横截面并设置成离出口一定距离。本实用新型的有益之处是能够产生在管道中流动的流体的流体样本流，其中流体流的成分均匀地分布在流体样本流中。

Description

流体的发射光谱设备
技术领域
本实用新型涉及一种流体的发射光谱设备。
背景技术
原子发射波普/发射光谱是一种测量样本中元素的存在性或元素的量的方法。借助电磁能量源(例如激光器)，将等离子体引入样本中并且将元素中的电子激发至较高的水平，并且随着电子衰退至更低的能量水平，电子发射具有特征波长的光子。在光谱系统中接收并分析光、即通过等离子体发射的光子。波长正比于电子的已激发状态与电子衰退至的状态之间的能量差。测得的强度正比于通过等离子体测得的元素的浓度、测得的跃迁的原子参数(包括跃迁概率和已激发状态的能量)、以及等离子体的参数(包括电子密度和温度)。
原子发射波普/发射光谱例如可以用于测量在流体样本流中元素的存在性或元素的量。
流体的电磁能辅助式光谱学的问题在于，如果在进行实际测量时流体成分不是均匀地分布在流体中的，则对流体的元素浓度执行的测量不代表流体的实际元素浓度。
实用新型目的
本实用新型的目的是解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的流体的发射光谱设备包括：
管道，所述管道构造成引导流体样本流，其中管道具有倾斜管道部分，其中管道限定用于流体样本流的流动通道，
流动室，所述流动室与管道的倾斜管道部分的出口流体连通、并且构造成从管道的倾斜管道部分的出口接收在管道的倾斜管道部分中流动的流体样本流中的至少一部分流体样本流、并且构造成释放所述至少一部分流体样本流，使得所述至少一部分流体样本流流动通过流动室，
电磁能量源，所述电磁能量源用于将电磁能施加至流动通过流动室的流体样本流的表面上，以在流动通过流动室的流体样本流中诱发等离子体，以及
光谱系统，所述光谱系统用于接收由等离子体发射的光并分析由等离子体发射的光，
其特征在于
管道的倾斜管道部分包括位于出口上游的涡流产生器，
涡流产生器构造成改变管道的横截面，以及
涡流产生器设置成离出口一定距离。
本实用新型还限定了该发射光谱设备的优选实施例。
根据一个优选实施例，管道的位于涡流产生器上游的倾斜管道部分包括第一管道元件，所述第一管道元件限定形成一部分流动通道的第一流动通道部分，其中流动通道的第一流动通道部分具有的圆形横截面的内径介于10mm和33mm之间。
根据一个优选实施例，涡流产生器包括至少一个节流元件，所述节流元件限定形成一部分流动通道的第三流动通道部分，
流动通道的由节流元件限定的第三流动通道部分具有的圆形横截面在节流元件的第一下游端部处的内径介于5mm和18mm之间，小于流动通道的位于涡流产生器上游的第一流动通道部分的圆形横截面，以及
流动通道的由节流元件限定的第三流动通道部分在节流元件的第一上游端部处的内径介于4mm和8mm之间，大于流动通道的第三流动通道部分在节流元件的第一下游端部处的内径。
根据一个优选实施例，流动通道的第一流动通道部分具有的圆形横截面的内径介于15mm和25mm之间。
根据一个优选实施例，流动通道的由节流元件限定的第三流动通道部分具有的圆形横截面在节流元件的第一下游端部处的内径为 10mm。
根据一个优选实施例，流动通道的由节流元件限定的第三流动通道部分在节流元件的第一上游端部处的内径为5mm。
根据一个优选实施例，管道的位于涡流产生器和出口之间的倾斜管道部分包括第二管道元件，所述第二管道元件限定形成一部分流动通道的第二流动通道部分，其中流动通道的第二流动通道部分具有的圆形横截面的内径介于10mm和40mm之间。
根据一个优选实施例，流动通道的第二流动通道部分具有的圆形横截面的内径介于20mm和30mm之间。
根据一个优选实施例，涡流产生器包括至少一个节流元件，所述节流元件限定形成一部分流动通道的第三流动通道部分，
流动通道的由节流元件限定的第三流动通道部分具有的圆形横截面在节流元件的第一下游端部处的内径介于5mm和18mm之间，小于流动通道的位于涡流产生器和出口之间的第二流动通道部分的圆形横截面，以及
流动通道的由节流元件限定的第三流动通道部分在节流元件的第一上游端部处的内径介于4mm和8mm之间，大于流动通道的第三流动通道部分在节流元件的第一下游端部处的内径。
根据一个优选实施例，涡流产生器和出口之间在流体样本流的方向上测得的距离介于25mm和300mm之间。
根据一个优选实施例，电磁能量源包括：激光器、电弧火花产生器、和X射线管或源。
根据一个优选实施例，所述激光器为Nd:YAG激光器。
根据一个优选实施例，分离元件设置在出口处，以及
分离元件构造成从流体样本流中分离出一部分流体样本流、并且引导所述一部分流体样本流通过出口，使得所述一部分流体样本流竖直向下地流至流动室。
根据一个优选实施例，竖直壁部件设置在出口处，以及
竖直壁部件构造成从管道的倾斜管道部分的出口竖直向下地引导流体样本流，使得流体样本流沿着竖直壁部件竖直向下地流至流动室。
根据一个优选实施例，管道的倾斜管道部分相对于水平面以介于 20°和75°之间的倾斜角度倾斜。
根据一个优选实施例，电磁能量源设置成在距离管道的倾斜管道部分的流动通道中的出口的竖直下方4mm和100mm之间的一点处，将电磁能施加至构造成流动通过流动室的流体样本流的表面上。
该发射光谱设备使得能够产生在管道中流动的流体的代表性流体样本流、即流体样本流，其中流体流的成分均匀地分布在流体样本流中。
本实用新型是基于改变流体流的流速，以在流体流中产生湍流来使流体流中的颗粒分布均匀。
附图说明
在下文中，将参考附图更详细地描述本实用新型，其中
图1部分地示出了流体的发射光谱设备的第一实施例，其中发射光谱设备包括设置有湍流产生器的管道，
图2部分地示出了流体的发射光谱设备的第二实施例，其中发射光谱设备包括设置有湍流产生器的管道，湍流产生器包括一个节流元件，
图3部分地示出了流体的发射光谱设备的第三实施例，其中发射光谱设备包括设置有湍流产生器的管道，湍流产生器包括两个节流元件，
图4部分地示出了流体的发射光谱设备的第四实施例，其中发射光谱设备包括设置有湍流产生器的管道，
图5部分地示出了流体的发射光谱设备的第五实施例，其中发射光谱设备包括设置有湍流产生器的管道，
图6部分地示出了流体的发射光谱设备的第六实施例，其中发射光谱设备包括设置有湍流产生器的管道，
图7部分地示出了流体的发射光谱设备的第七实施例，其中发射光谱设备包括设置有湍流产生器的管道，
图8示出了设置在管道中的湍流产生器的第一实施例的功能原理，
图9示出了设置在管道中的湍流产生器的第二实施例的功能原理，
图10示出了设置在管道中的湍流产生器的第三实施例的功能原理，以及
图11示出了设置在管道中的湍流产生器的第四实施例的功能原理。
具体实施方式
本实用新型涉及流体的发射光谱方法以及流体的发射光谱设备。
该方法例如可以在如图6中所示的电弧火花发射光谱(OES)设备、如图1至3和5中所示的激光诱发式荧光(LIF)设备、如图4 中所示的拉曼光谱设备、如图7中所示的X射线衍射(XRD)设备以及X射线荧光(XRF)设备中实施。
相应地，该设备可以是如图6中所示的电弧火花发射光谱(OES) 设备、如图1至3和5中所示的激光诱发式荧光(LIF)设备、如图4 中所示的拉曼光谱设备、如图7中所示的X射线衍射(XRD)设备或 X射线荧光(XRF)设备。
首先，将更详细地描述流体的发射光谱方法以及该方法的一些优选实施例和变型方案。
该方法包括将流体样本流1引导至具有倾斜管道部分3的管道2 中。管道2限定用于流体样本流的流动通道4。
该方法包括将至少一部分流体样本流1从管道2的倾斜管道部分 3的出口5竖直向下地引导至流动室6，流动室构造成从管道2的倾斜管道部分3接收在管道2的倾斜管道部分3中流动的流体样本流1中的至少一部分流体样本流、并且构造成释放所述至少一部分流体样本流1，使得所述至少一部分流体样本流1流动通过流动室6。
该方法包括从电磁能量源8将电磁能7施加至流动通过流动室6 的流体样本流1的表面9上，以在流动通过流动室6的流体样本流1 中诱发等离子体10。
该方法包括在光谱系统12中接收由等离子体10发射的光11并分析由等离子体10发射的光11。
该方法包括在管道2的位于出口5上游的倾斜管道部分3上设置涡流产生器13，以改变管道2的流动通道4的横截面。
该方法包括在离出口5一定距离的位置处设置涡流产生器13。
该方法可以包括在管道2的位于涡流产生器13上游的倾斜管道部分3中使用第一管道元件14，以限定形成一部分流动通道4的第一流动通道部分15，其中流动通道4的第一流动通道部分15具有的圆形横截面的内径介于10mm至33mm之间，优选介于15mm和25mm之间。
该方法可以包括在管道2的位于涡流产生器13和出口5之间的倾斜管道部分3中使用第二管道元件16，以限定形成一部分流动通道4 的第二流动通道部分17，其中流动通道4的第二流动通道部分17具有的圆形横截面的内径介于10mm至40mm之间，优选介于20mm 和30mm之间。
设置的涡流产生器13可以包括至少一个节流元件18，所述节流元件限定形成一部分流动通道4的第三流动通道部分19，其中流动通道4的由节流元件18限定的第三流动通道部分19具有的圆形横截面在节流元件18的第一下游端部20处的内径介于5mm和18mm之间、优选为约10mm，小于流动通道4的位于涡流产生器13上游的第一流动通道部分15的圆形横截面，并且其中流动通道4的由节流元件18 限定的第三流动通道部分19在节流元件18的第一上游端部21处的内径介于4mm和8mm之间、优选为约5mm，大于流动通道4的第三流动通道部分19在节流元件18的第一下游端部20处的内径。
设置的涡流产生器13可以包括至少一个节流元件18，所述节流元件限定形成一部分流动通道4的第三流动通道部分19，其中流动通道4的由节流元件18限定的第三流动通道部分19具有的圆形横截面在节流元件18的第一下游端部20处的内径介于5mm和18mm之间、优选为约10mm，小于流动通道4的位于涡流产生器13和出口5之间的第二流动通道部分17的圆形横截面，并且其中流动通道4的由节流元件18限定的第三流动通道部分19在节流元件18的第一上游端部 21处的内径介于4mm和8mm之间、优选为约5mm，大于流动通道 4的第三流动通道部分19在节流元件18的第一下游端部20处的内径。
该方法可以包括将涡流产生器13设置成离出口5的距离在流体样本流的方向上测得为介于25mm和300mm之间。
在该方法中，作为电磁能量源，例如可以使用诸如Nd:YAG激光器的激光器、电弧火花产生器、和X射线管或源。
如图1、2、3、4、6和7中所示，该方法可以包括借助设置在出口5处的分离元件22来分离在管道2的倾斜管道部分3中流动的流体样本流1的一部分以产生一部分流体样本流1，并且借助分离元件22 来引导所述一部分流体样本流1通过出口5。
如图5中所示，该方法可以包括将流体样本流1从管道2的倾斜管道部分3的出口5竖直向下地引导至流动室6，这是通过将在管道2 的倾斜管道部分3中流动的流体样本流1引导至与流动室6流体连通的竖直壁部件23上、并且沿着竖直壁部件23将流体样本流1竖直向下地引导至流动室6而实施的。
该方法优选但非必须包括将管道2的倾斜管道部分3设置成相对于水平面以介于20°和75°之间的倾斜角度A倾斜。
该方法优选但非必须包括：在位于管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5的竖直下方一定距离的一点处，将来自电磁能量源8的电磁能7施加至流动通过流动室6的流体样本流1的表面9上，所述距离需要用来使从管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5流出的流体样本流形成竖直的流体样本流1。该距离部分地取决于管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5的尺寸。
该方法优选但非必须包括：在距离管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5的竖直下方4mm和100mm之间的一点处，将来自电磁能量源8的电磁能7施加至流动通过流动室6的流体样本流1 的表面9上。
该方法优选但非必须包括：在距离管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5的如下点位的竖直下方4mm和100mm之间的一点处，将来自电磁能量源8的电磁能7施加至流动通过流动室6的流体样本流1的表面9上，所述点位是管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5的最上游点位。换言之，所述点位是管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的点位，在该点位处流体样本开始从管道 2的倾斜管道部分3中的出口5流出。
接下来，将更详细地描述流体的发射光谱设备以及该设备的一些优选实施例和变型方案。
该设备包括构造成引导流体样本流1的管道2，其中管道2具有倾斜管道部分3，其中管道2限定用于流体样本流1的流动通道4。
该设备包括流动室6，所述流动室与管道2的倾斜管道部分3的出口5流体连通、并且构造成从管道2的倾斜管道部分3的出口5接收在管道2的倾斜管道部分3中流动的流体样本流1中的至少一部分流体样本流、并且构造成释放所述至少一部分流体样本流1，使得所述至少一部分流体样本流1流动通过流动室6。
该设备包括电磁能量源8，用于将电磁能7施加在流动通过流动室6的流体样本流1的表面9上，以在流动通过流动室6的流体样本流1中诱发等离子体，并且该设备包括用于接收由等离子体10发射的光11并分析由等离子体10发射的光11的光谱系统12。
管道2的倾斜管道部分3包括位于出口5上游的涡流产生器13。
涡流产生器13构造成改变管道2的横截面。
涡流产生器13设置成离出口5一定距离。
管道2的位于涡流产生器13上游的倾斜管道部分3可以包括第一管道元件14，所述第一管道元件限定形成一部分流动通道4的第一流动通道部分15，其中流动通道4的第一流动通道部分15具有的圆形横截面的内径介于10mm至33mm之间，优选介于15mm和25mm之间。
涡流产生器13可以包括至少一个节流元件18，所述节流元件限定形成一部分流动通道4的第三流动通道部分19，使得流动通道4的由节流元件18限定的第三流动通道部分19具有的圆形横截面在节流元件18的第一下游端部20处的内径介于5mm和18mm之间、优选为约10mm，小于流动通道4的位于涡流产生器13上游的第一流动通道部分15的圆形横截面，并且使得流动通道4的由节流元件18限定的第三流动通道部分19在节流元件18的第一上游端部21处的内径介于4mm和8mm之间，优选为约5mm，大于流动通道4的第三流动通道部分19在节流元件18的第一下游端部20处的内径。
管道2的倾斜管道部分3可以包括位于涡流产生器13和出口5 之间的第二管道元件16，所述第二管道元件限定形成一部分流动通道4的第二流动通道部分17，其中流动通道4的第二流动通道部分17 具有的圆形横截面的内径介于10mm和40mm之间，优选介于20mm和30mm之间。
涡流产生器13可以包括至少一个节流元件18，所述节流元件限定形成一部分流动通道4的第三流动通道部分19，使得流动通道4的由节流元件18限定的第三流动通道部分19具有的圆形横截面在节流元件18的第一下游端部20处的内径介于5mm和18mm之间、优选为约10mm，小于流动通道4的位于涡流产生器13和出口5之间的第二流动通道部分17的圆形横截面，并且使得流动通道4的由节流元件 18限定的第三流动通道部分19在节流元件18的第一上游端部21处的内径介于4mm和8mm之间、优选为约5mm，大于流动通道4的第三流动通道部分19在节流元件18的第一下游端部20处的内径。
涡流产生器13和出口5之间在流体样本流的方向上测量的距离可以介于25mm和300mm之间。
电磁能量源可以包括：例如Nd:YAG激光器的激光器、电弧火花产生器、和X射线管或源。
如图1、2、3、4、5和6中所示，设备可以包括设置在出口5处的分离元件22，其中分离元件22构造成从流体样本流1中分离出一部分流体样本流1、并且引导所述一部分流体样本流1通过出口5，使得所述一部分流体样本流1竖直向下地流至流动室6。
如图5中所示，该设备可以包括设置在出口5处的竖直壁部件23，其中竖直壁部件23构造成从管道2的倾斜管道部分3的出口5竖直向下地引导流体样本流1，使得样本流沿着竖直壁部件23竖直向下地流至流动室6。
管道2的倾斜管道部分3可以相对于水平面以介于20°和75°之间的倾斜角度A倾斜。
电磁能量源8可以设置成在位于管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5的竖直下方一定距离的一点处将电磁能7施加至构造成流动通过流动室6的流体样本流1的表面9上，所述距离需要用来使从管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5流出的流体样本流形成竖直的流体样本流1。该距离部分地取决于管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5的尺寸。
电磁能量源8可以设置成在距离管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5的竖直下方4mm和100mm之间的一点处将电磁能 7施加至构造成流动通过流动室6的流体样本流1的表面9上。
电磁能量源8可以设置成在距离管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5的如下点位的竖直下方4mm和100mm之间的一点处将电磁能7施加至构造成流动通过流动室6的流体样本流1的表面 9上，所述点位是管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的出口5 的最上游点位。换言之，所述点位是管道2的倾斜管道部分3的流动通道4中的点位，在该点位处流体样本开始从管道2的倾斜管道部分 3中的出口5流出。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术的推进，本实用新型的基本构思可以以各种方式实施。因而本实用新型及其实施例不限于上述示例，而是它们可以在权利要求的范围内改变。

Claims (16)

1.一种流体的发射光谱设备，包括：
管道(2)，所述管道构造成引导流体样本流(1)，其中管道(2)具有倾斜管道部分(3)，其中管道(2)限定用于流体样本流(1)的流动通道，
流动室(6)，所述流动室与管道(2)的倾斜管道部分(3)的出口(5)流体连通、并且构造成从管道(2)的倾斜管道部分(3)的出口(5)接收在管道(2)的倾斜管道部分(3)中流动的流体样本流(1)中的至少一部分流体样本流、并且构造成释放所述至少一部分流体样本流(1)，使得所述至少一部分流体样本流(1)流动通过流动室(6)，
电磁能量源(8)，所述电磁能量源用于将电磁能(7)施加至流动通过流动室(6)的流体样本流(1)的表面(9)上，以在流动通过流动室(6)的流体样本流(1)中诱发等离子体(10)，以及
光谱系统(12)，所述光谱系统用于接收由等离子体(10)发射的光(11)并分析由等离子体(10)发射的光(11)，
其特征在于
管道(2)的倾斜管道部分(3)包括位于出口(5)上游的涡流产生器(13)，
涡流产生器(13)构造成改变管道(2)的横截面，以及
涡流产生器(13)设置成离出口(5)一定距离。
2.根据权利要求1所述的发射光谱设备，其特征在于
管道(2)的位于涡流产生器(13)上游的倾斜管道部分(3)包括第一管道元件(14)，所述第一管道元件限定形成一部分流动通道(4)的第一流动通道部分(15)，其中流动通道(4)的第一流动通道部分(15)具有的圆形横截面的内径介于10mm和33mm之间。
3.根据权利要求2所述的发射光谱设备，其特征在于
涡流产生器(13)包括至少一个节流元件(18)，所述节流元件限定形成一部分流动通道(4)的第三流动通道部分(19)，
流动通道(4)的由节流元件(18)限定的第三流动通道部分(19)具有的圆形横截面在节流元件(18)的第一下游端部(20)处的内径介于5mm和18mm之间，小于流动通道(4)的位于涡流产生器(13)上游的第一流动通道部分(15)的圆形横截面，以及
流动通道(4)的由节流元件(18)限定的第三流动通道部分(19)在节流元件(18)的第一上游端部(21)处的内径介于4mm和8mm之间，大于流动通道(4)的第三流动通道部分(19)在节流元件(18)的第一下游端部(20)处的内径。
4.根据权利要求2所述的发射光谱设备，其特征在于
流动通道(4)的第一流动通道部分(15)具有的圆形横截面的内径介于15mm和25mm之间。
5.根据权利要求3所述的发射光谱设备，其特征在于
流动通道(4)的由节流元件(18)限定的第三流动通道部分(19)具有的圆形横截面在节流元件(18)的第一下游端部(20)处的内径为10mm。
6.根据权利要求3所述的发射光谱设备，其特征在于
流动通道(4)的由节流元件(18)限定的第三流动通道部分(19)在节流元件(18)的第一上游端部(21)处的内径为5mm。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的发射光谱设备，其特征在于
管道(2)的位于涡流产生器(13)和出口(5)之间的倾斜管道部分(3)包括第二管道元件(16)，所述第二管道元件限定形成一部分流动通道(4)的第二流动通道部分(17)，其中流动通道(4)的第二流动通道部分(17)具有的圆形横截面的内径介于10mm和40mm之间。
8.根据权利要求7所述的发射光谱设备，其特征在于
流动通道(4)的第二流动通道部分(17)具有的圆形横截面的内径介于20mm和30mm之间。
9.根据权利要求7所述的发射光谱设备，其特征在于
涡流产生器(13)包括至少一个节流元件(18)，所述节流元件限定形成一部分流动通道(4)的第三流动通道部分(19)，
流动通道(4)的由节流元件(18)限定的第三流动通道部分(19)具有的圆形横截面在节流元件(18)的第一下游端部(20)处的内径介于5mm和18mm之间，小于流动通道(4)的位于涡流产生器(13)和出口(5)之间的第二流动通道部分(17)的圆形横截面，以及
流动通道(4)的由节流元件(18)限定的第三流动通道部分(19)在节流元件(18)的第一上游端部(21)处的内径介于4mm和8mm之间，大于流动通道(4)的第三流动通道部分(19)在节流元件(18)的第一下游端部(20)处的内径。
10.根据权利要求1至6中的任一项所述的发射光谱设备，其特征在于
涡流产生器(13)和出口(5)之间在流体样本流的方向上测得的距离介于25mm和300mm之间。
11.根据权利要求1至6中的任一项所述的发射光谱设备，其特征在于
电磁能量源包括：激光器、电弧火花产生器、和X射线管或源。
12.根据权利要求11所述的发射光谱设备，其特征在于
所述激光器为Nd:YAG激光器。
13.根据权利要求1至6中的任一项所述的发射光谱设备，其特征在于
分离元件(22)设置在出口(5)处，以及
分离元件(22)构造成从流体样本流(1)中分离出一部分流体样本流(1)、并且引导所述一部分流体样本流(1)通过出口(5)，使得所述一部分流体样本流(1)竖直向下地流至流动室(6)。
14.根据权利要求1至6中的任一项所述的发射光谱设备，其特征在于
竖直壁部件(23)设置在出口(5)处，以及
竖直壁部件(23)构造成从管道(2)的倾斜管道部分(3)的出口(5)竖直向下地引导流体样本流(1)，使得流体样本流沿着竖直壁部件(23)竖直向下地流至流动室(6)。
15.根据权利要求1至6中的任一项所述的发射光谱设备，其特征在于
管道(2)的倾斜管道部分(3)相对于水平面以介于20°和75°之间的倾斜角度(A)倾斜。
16.根据权利要求1至6中的任一项所述的发射光谱设备，其特征在于
电磁能量源(8)设置成在距离管道(2)的倾斜管道部分(3)的流动通道(4)中的出口(5)的竖直下方4mm和100mm之间的一点处，将电磁能(7)施加至构造成流动通过流动室(6)的流体样本流(1)的表面(9)上。
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