CN216247759U - 一种光电检测系统及露点仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光电检测系统，包括检测器、温度检测元件和光电检测元件，所述检测器内设有第一安装腔和用于电线穿入的电路通道，所述温度检测元件和光电检测元件通过电路通道与电线连接，实现信号传递；且所述光电检测元件设在第一安装腔内，用于发射检测光线；所述温度检测元件固定于检测器内，且外露于检测器上，用于检测外界环境温度。本实用新型还公开了一种露点仪，包括上述的光电检测系统，还包括结露系统和控制系统。本技术方案中，光电检测元件和温度检测元件设置于同一检测器内，再通过检测器内的电路通道收纳并连接电线，相对于传统的温度检测元件外接的方案，有效缩小了光电检测系统的体积，以便于光电检测系统的使用。

Description

一种光电检测系统及露点仪

技术领域

本实用新型涉及结露测量的技术领域，更具体地，涉及一种光电检测系统及露点仪。

背景技术

露点仪是测量气体中含有水汽含量的仪器设备，配合测量气体温度，可以获得气体的温湿度。光学冷镜式露点仪因其测量精度高，长期稳定可靠，被国际通用作为计量检测行业测量露点和温湿度的传递标准。

虽然露点仪具有以上精度高、长期稳定可靠的特点，但其价格高昂、使用和维护频繁是其不可回避的问题，测量范围、仪器体积大等因素也限制了使用场景。

首先，现有的露点仪中，用于检测外界温度的温度检测元件与光电检测元件所在的检测腔分离，这样设置既增加了操作的不便，也增大了体积。

其次要保证露点仪高精度，测量气体必须清洁干净无污染，或者定期清洗镜面污染物，否则容易受镜面污染物影响导致测量露点偏差从而影响仪器精度。

而且，现有的露点仪镜面采用大尺寸铜镀金，铜块惯性大导致响应速度慢，铜镀金工艺表面容易脏污；且大尺寸铜镀金，消耗制冷功率，导致制冷温差小，测量露点范围小。

另外，现有的露点仪控制系统为机体的形状，且其与传感器分离，体积大，功耗高，成本高、应用场景受限。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种光电检测系统，用于解决现有的光电检测元件和温度检测元件分离的问题。

本实用新型的另一目的在于，提供一种体积小、方便携带的露点仪。

为解决上述的技术问题，本实用新型采取的技术方案是：

一种光电检测系统，包括检测器、温度检测元件和光电检测元件，所述检测器内设有第一安装腔和用于电线穿入的电路通道，所述温度检测元件和光电检测元件通过电路通道与电线连接，实现信号传递；且所述光电检测元件设在第一安装腔内，用于发射检测光线；所述温度检测元件固定于检测器内，且外露于检测器上，用于检测外界环境温度。

本技术方案中，光电检测元件和温度检测元件设置于同一检测器内，再通过检测器内的电路通道收纳并连接电线，以实现与其他电器件信号传递，进而实现光电检测功能和温度检测功能。本技术方案相对于传统的温度检测元件外接的方案，有效缩小了光电检测系统的体积，以便于光电检测系统的使用。

在其中一种实施例中，所述温度检测元件外套设有温度管，所述温度管与检测器密封连接。

在其中一种实施例中，所述检测器包括检测腔和设在检测腔上的检测盖，所述第一安装腔和电路通道开设于检测腔内，所述温度检测元件和光电检测元件在检测腔内通过电路通道与电线连接；所述温度检测元件穿出检测盖，且外露于检测盖上。

进一步地，检测盖与检测腔密封连接，以防外界水汽等进入检测腔内，损坏电路。温度检测元件和温度管外露于检测盖上，以便于检测外界环境温度。

在其中一种实施例中，所述检测腔内还设有检测通道和第二安装腔，所述检测通道横向开放设置，用于与外界连通，所述第二安装腔设于检测通道的下方，用于放置结露系统，以进行结露试验；所述第二安装腔的顶部设有结露口，所述结露口与检测通道连通，所述第一安装腔设于检测通道的上方，且第一安装腔内的光电检测元件发出的检测光线穿过检测通道，投射于结露口上，用于检测结露系统的结露状态。

一种露点仪，包括上述的光电检测系统，还包括结露系统和控制系统，所述控制系统设于检测器的下方，并通过电路通道连接光电检测元件和温度检测元件，实现信号传递；

所述结露系统内嵌于第二安装腔内，且与控制系统电连接，用于进行结露试验。

进一步地，结露系统与第二安装腔密封连接，以防水汽、腐蚀气体等从结露口进入第二安装腔内部空间，损坏结露系统的内部电路。

在其中一种实施例中，所述结露系统包括制冷堆和测温计，所述制冷堆的顶部为冷端部，底部为热端部，所述测温计嵌入于冷端部的下方，所述冷端部的上表面设有镜片或涂覆有金属材料层，作为镜面层；所述镜片/镜面层与结露口密封连接，以防冷端部的冷量散失；

所述冷端部外罩设有封装台，所述封装台的顶部与镜片/镜面层共同作用，以封闭结露口；所述封装台的底部与热端部的上表面/次级冷端部的上表面密封连接；以封闭冷端部。

本技术方案中，结露口用于结露，具体地，镜片/镜面层的上表面通过结露口显露于外界，冷端部的冷量通过冷端部传导到镜片，进而是镜片/镜面层的温度低于外界温度，当镜片/镜面层的温度降低到一定程度，外界气体则会在镜片/镜面层的上表面结露；而光电检测元件通过向镜片/镜面层发射检测光线，即可快速判断镜片/镜面层是否产生结露，从而进行结露检测。

优选地，镜片/镜面层上涂覆有抗油疏水材料层。通过在镜片/镜面层上涂覆抗油疏水材料层，以便于以使镜片/镜面层表面光洁不易污染，从而实现结露系统的自清洁功能，减少了工作人员的操作维护，实现实时长期在线测量，也提高了结露系统的使用寿命。

优选地，所述镜片为硅片。镜片选用硅片时，其厚度更薄，因此缩小了结露系统的体积。

优选地，封装台用于减少制冷功率的损耗，所述测温计延伸出封装台之外；所述封装台为中空的四棱台结构。采用中空的四棱台结构，更能减少制冷功率的损耗，提高结露系统的响应速度。

优选地，所述制冷堆由两级及以上制冷结构依次堆叠形成，且位于上方的制冷结构的尺寸小于位于下方的制冷结构的尺寸。

作为另一种实施方式，所述结露系统包括制冷堆和测温计，所述制冷堆的顶部为冷端部，底部为热端部，所述测温计嵌入于冷端部的下方，所述冷端部的上表面设有镜片或涂覆有金属材料层，作为镜面层；所述冷端部外贴覆有隔热膜；

当冷端部的上表面为镜片时，所述隔热膜贴覆于结露口的上表面，且位于冷端部和镜片之间；所述隔热膜上设有缺口，所述缺口位于结露口的位置处，所述冷端部和镜片共同作用，压紧缺口边缘的隔热膜；所述冷端部通过缺口直接与镜片接触并传导冷量；

当冷端部的上表面为镜面层时，所述隔热膜从冷端部的下表面紧贴冷端部的四周延伸至结露口的内壁面，且与结露口的内壁面密封连接，以密封冷端部。

本技术方案中，在冷端部外粘贴隔热膜，避免冷量散失，且保证光电检测系统内的发射的光线能经过镜面反射，保证检测的精准性。该方案减少了系统元器件，如导热铜体、镜片和封装台，使结露系统的体积大大缩小，进而提高了响应速率，减少冷量损耗，提高了露点测量能力，在同等其他条件下可以测量更低露点。

进一步地，所述隔热膜为PTFE膜。PTFE膜极为薄且密封性良好。

在其中一种实施例中，所述控制系统包括PCB主控板、PCB转接板和焊针，所述PCB主控板依次通过PCB转接板、焊针和电路通道，连接温度检测元件和光电检测元件；所述PCB主控板依次通过PCB转接板和焊针，连接结露系统。

在其中一种实施例中，所述控制系统还包括散热座，所述散热座与检测器密封连接；所述PCB主控板、PCB转接板和焊针安装于散热座内，所述焊针的顶部设有针位固定板，所述针位固定板固定于散热座顶部，且与散热座的顶部密封连接；所述结露系统固定于针位固定板的上方，并通过针位固定板和焊针向散热座散热；所述焊针与PCB转接板连接，所述PCB转接板上设有硅胶密封垫，所述焊针穿过硅胶密封垫。

本技术方案中，PCB主控板设置于散热座内，摒弃了现有技术中将PCB主控板与测量单元分开的方案，实现了露点传感器的小巧，高度集成化、方便嵌入其他系统，应用场景更广阔。同时，PCB主控板设置在散热座内，也节省了露点传感器的的成本。

进一步地，散热座的顶部设有用于固定针位固定板的开口，所述开口的轮廓与针位固定板的轮廓吻合。其中，针位固定板将焊针与金属材质的散热座隔开，以形成绝缘的效果，保证了电气绝缘的要求，并能有效固定结露系统，使结露系统处于壳体的表面中心位置。

在其中一种实施例中，所述PCB主控板的顶部和底部分别设有连接座和航空接头，所述PCB转接板通过连接座与PCB主控板连接；所述散热座的底部设有底盖，所述航空接头与底盖密封连接，且航空接头穿出底盖，用于与外部的电器件连接。

航空接头穿出底盖，以便于在使用时，直接与外部电器件连接，从而降低了生产难度和生产成本、也提高了生产效率。

进一步地，散热座和航空接头分别通过密封圈与底盖密封连接。通过设置密封圈将散热座和底盖之间的连接位置密封，再通过针位固定板与散热器的顶部开口吻合，实现密封，使PCB主控板密封于散热座内，以更好地保护PCB主控板，使其不易受外界水汽或气体腐蚀损坏。

本技术方案的露点仪的工作原理为：通过制冷堆制冷，将镜片/镜面层温度降低至镜片/镜片层表面出现结露或结霜。光电检测元件发射光线，并对该光线经过镜片/镜面表面反射回来的光强进行监测。通过光电检测元件，可监测出镜面结露厚度的变化。当结露或结霜厚度稳定时，即结露系统达到动态平衡状态，镜片/镜面温度可视为露点温度，测温计用于测量镜片/镜面温度从而获得露点温度。通过测量气体温度和露点温度，根据水蒸汽饱和气压与温度关系，按照相对湿度定义可计算获得气体的相对湿度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过将光电检测元件和温度检测元件设置于同一检测器上，有效解决了现有的光电检测元件和温度检测元件体积大，不便携带的问题，通过在控制系统内设置PCB主控板，有效解决了现有的露点仪体积大、功耗高，成本高等问题，具有结构紧凑小巧、降低功效、降低成本和提高效率、延长使用寿命的有益效果。

附图说明

图1为为本实用新型光电检测系统的拆分结构图。

图2为本实用新型光电检测系统分别沿E-E方向和F-F方向的截面图。

图3为本实用新型检测腔的结构图。

图4为实施例2中结露仪拆分结构图。

图5为实施例2中结露仪沿B-B方向的截面图。

图6为实施例2中结露系统的拆分结构图。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1和图2所示，一种光电检测系统，包括检测器、温度检测元件19和光电检测元件16。其中，该检测器包括检测腔15和设在检测腔15上的检测盖18，检测腔15和检测盖18之间密封连接，以防外界水汽等进入检测腔15内，损坏电路。

如图3所示，检测腔15内设有第一安装腔和用于电线穿入的电路通道15-1，其中，光电检测元件16设在第一安装腔内，用于发射检测光线；温度检测元件19外套设有温度管20，温度检测元件20与检测腔15内的电路通道15-1连通，且温度检测元件19和温度管20外露于检测盖18上，用于检测外界环境温度。通过设置电路通道15-1，以便于穿过电线，从而通过电线连接露点仪的控制系统，进行信号传递。该信号传递主要为露点仪的控制系统向温度检测元件19和光电检测元件16发出控制信号，进行光电检测；而温度检测元件19和光电检测元件16向控制系统反馈温度信号和光电检测信号。

进一步地，检测腔15内还设有检测通道151和第二安装腔，检测通道横向开放设置，用于与外界连通，第二安装腔设于检测通道的下方，用于放置结露系统，以进行结露试验。第一安装腔设于检测通道的上方，第二安装腔的顶部设有便于进行结露实验的结露口152，第一安装腔内的光电检测元件16发出的检测光线穿过检测通道151，投射于结露系统的结露口152上，用于检测结露系统的结露状态。

实施例2

如图4和图5所示，本实施例公开了一种露点仪，包括实施例1的光电检测系统，还包括控制系统和结露系统14。

其中，控制系统包括散热座11以及依次安装在散热座11内的PCB主控板6、PCB转接板和焊针9；PCB主控板6的底部和顶部分别设有航空接头6-1和连接座6-2，航空接头6-1穿出散热座11的底部，用于与外部的电器件连接；连接座6-2与PCB转接板连接，进而连接焊针9，并通过焊针9连接结露系统14和光电检测系统。

进一步地，散热座11的底部底盖3，其中，底盖3为中空结构，航空接头6-1穿过底盖3，且外露于底盖3之外，以便于与外部的电器件连接；为避免外界水汽进入散热座11内，底盖3上分别设有第一密封圈4和第二密封圈5，航空接头6-1和散热座11分别通过第一密封圈4和第二密封圈5与底盖3密封连接；所述散热座11用于对PCB主控板6进行散热。

具体地，航空接头6-1通过螺母1与底盖3固定连接，第一密封圈4设在航空接头6-1与底盖3之间，且紧贴航空接头6-1的外壁，用于防止外界水汽从航空接头6-1与底盖3之间的缝隙进入散热座11。

具体地，底盖3与散热座11之间设有第一组螺钉2，并通过第一组螺钉2螺钉固定连接，进而进一步压紧第二密封圈5，保证密封性。

进一步地，焊针9的顶部设有针位固定板12，用于固定焊针9；PCB转接板8上设有硅胶密封垫10，所述焊针9穿过硅胶密封垫10，且分别连接PCB转接板8和针位固定板12。

具体地，PCB主控板6上方的连接座6-2与PCB转接板8插装连接，焊针9插装在PCB转接板8上，且PCB转接板8上设有与焊针9一一对应的插装孔。硅胶密封垫10设在PCB转接板8的上表面，硅胶密封垫10上也设有与焊针9一一对应的插装孔；针位固定板12设在硅胶密封垫10上方，焊针9穿过硅胶密封垫10，固定于针位固定板12上。针位固定板12的轮廓与散热座11顶部开口的轮廓吻合，以对散热座11进行密封，针位固定板12还用于固定焊针9，并封闭散热座11，以形成绝缘的效果，保证了散热座的电气绝缘的要求。

具体地，PCB转接板8、焊针9、硅胶密封垫10和针位固定板12之间设有第二组螺钉7，并通过第二组螺钉7依次进行固定。其中，PCB转接板8和硅胶密封垫10上设置有便于螺钉穿过的孔位，针位固定板12上设有用于螺钉穿过的缺口，螺钉在缺口内还可以限制针位固定板12移动，避免针位固定板12发生偏转，从而固定焊针9。

进一步地，散热座11与检测腔15固定连接，且连接位置处设有第三密封圈13。结露系统14位于针位固定板12的表面中心位置，并与PCB主控板6电连接，用于进行结露试验。

如图6所示，结露系统14包括制冷堆22、测温计23和镜片24，其中，制冷堆22的顶部为冷端部，底部为热端部，测温计23嵌入于制冷堆22的冷端部下方，镜片24紧贴于冷端部的上表面；且镜片24为硅片，使用硅片的体积更小、厚度更薄；镜片24的表面涂覆有抗油疏水层，以使镜片24表面光洁不易污染，并实现结露系统14的自清洁功能。

优选地，制冷堆由两级制冷结构堆叠形成，两级制冷结构分别为上下设置的第二级制冷结构和第一级制冷结构。优选地，第一制冷结构的尺寸大于第二导热结构的尺寸。

进一步地，第二级制冷结构外罩设有封装台25，测温计23设于封装台25内，且延伸出封装台25外；镜片24与封装台25的顶部密封连接，封装台25用于减少制冷功率的损耗。具体地，封装台25为中空的四棱台结构，镜片24的尺寸与封装台25顶部的中空结构的尺寸吻合。

进一步地，镜片24与检测腔的结露口密封连接，进而封闭封装台25的顶部，防止冷端部的冷量散失。

如图4和图5所示，具体地，检测盖18和检测腔15之间还设有第三组螺钉21，该组螺钉从检测盖18的顶部依次穿过检测盖18和检测腔15。

本实施例中，光学冷镜式露点传感器的工作原理为：通过制冷堆制冷，将镜片24温度降低至镜片24表面出现结露或结霜。光电检测元件16发射光线，并对该光线经过镜片24表面反射回来的光强进行监测。通过光电检测元件16，可监测出镜面结露厚度的变化。当结露或结霜厚度稳定时，镜片24温度可视为露点温度，测温计23用于测量镜片24温度从而获得露点温度。通过测量气体温度和露点温度，根据水蒸汽饱和气压与温度关系，按照相对湿度定义可计算获得气体的相对湿度。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电检测系统，用于与露点仪连接，包括检测器、温度检测元件和光电检测元件，其特征在于，所述检测器内设有第一安装腔和用于电线穿入的电路通道，所述温度检测元件和光电检测元件通过电路通道与电线连接，进而连接露点仪，实现信号传递；且所述光电检测元件设在第一安装腔内，用于发射检测光线；所述温度检测元件固定于检测器内，且外露于检测器上，用于检测外界环境温度。

2.根据权利要求1所述的一种光电检测系统，其特征在于，所述温度检测元件外套设有温度管，所述温度管与检测器密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种光电检测系统，其特征在于，所述检测器包括检测腔和设在检测腔上的检测盖，所述第一安装腔和电路通道开设于检测腔内，所述温度检测元件和光电检测元件在检测腔内通过电路通道与电线连接；所述温度检测元件穿出检测盖，且外露于检测盖上。

4.根据权利要求3所述的一种光电检测系统，其特征在于，所述检测腔内还设有检测通道和第二安装腔，所述检测通道横向开放设置，用于与外界连通，所述第二安装腔设于检测通道的下方，用于放置结露系统，以进行结露试验；所述第二安装腔的顶部设有结露口，所述结露口与检测通道连通，所述第一安装腔设于检测通道的上方，且第一安装腔内的光电检测元件发出的检测光线穿过检测通道，投射于结露口上，用于检测结露系统的结露状态。

5.一种露点仪，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的光电检测系统，还包括结露系统和控制系统，所述控制系统设于检测器的下方，并通过电路通道连接光电检测元件和温度检测元件，实现信号传递；

所述结露系统内嵌于第二安装腔内，且与控制系统电连接，用于进行结露试验。

6.根据权利要求5所述的一种露点仪，其特征在于，所述结露系统包括制冷堆和测温计，所述制冷堆的顶部为冷端部，底部为热端部，所述测温计嵌入于冷端部的下方，所述冷端部的上表面设有镜片或涂覆有金属材料层，作为镜面层；所述镜片/镜面层与结露口密封连接，以防冷端部的冷量散失；

所述冷端部外罩设有封装台，所述封装台的顶部与镜片/镜面层共同作用，以封闭结露口；所述封装台的底部与热端部的上表面/次级冷端部的上表面密封连接；以封闭冷端部。

7.根据权利要求5所述的一种露点仪，其特征在于，所述结露系统包括制冷堆和测温计，所述制冷堆的顶部为冷端部，底部为热端部，所述测温计嵌入于冷端部的下方，所述冷端部的上表面设有镜片或涂覆有金属材料层，作为镜面层；所述冷端部外贴覆有隔热膜；

当冷端部的上表面为镜片时，所述隔热膜贴覆于结露口的上表面，且位于冷端部和镜片之间；所述隔热膜上设有缺口，所述缺口位于结露口的位置处，所述冷端部和镜片共同作用，压紧缺口边缘的隔热膜；所述冷端部通过缺口直接与镜片接触并传导冷量；

当冷端部的上表面为镜面层时，所述隔热膜从冷端部的下表面紧贴冷端部的四周延伸至结露口的内壁面，且与结露口的内壁面密封连接，以密封冷端部。

8.根据权利要求5所述的一种露点仪，其特征在于，所述控制系统包括PCB主控板、PCB转接板和焊针，所述PCB主控板依次通过PCB转接板、焊针和电路通道，连接温度检测元件和光电检测元件；所述PCB主控板依次通过PCB转接板和焊针，连接结露系统。

9.根据权利要求8所述的一种露点仪，其特征在于，所述控制系统还包括散热座，所述散热座与检测器密封连接；所述PCB主控板、PCB转接板和焊针安装于散热座内，所述焊针的顶部设有针位固定板，所述针位固定板固定于散热座顶部，且与散热座的顶部密封连接；所述结露系统固定于针位固定板的上方，并通过针位固定板和焊针向散热座散热；所述焊针与PCB转接板连接，所述PCB转接板上设有硅胶密封垫，所述焊针穿过硅胶密封垫。

10.根据权利要求9所述的一种露点仪，其特征在于，所述PCB主控板的顶部和底部分别设有连接座和航空接头，所述PCB转接板通过连接座与PCB主控板连接；所述散热座的底部设有底盖，所述航空接头与底盖密封连接，且航空接头穿出底盖，用于与外部的电器件连接。

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