CN217786899U - 一种元素分析仪器用气体检测控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种元素分析仪器用气体检测控制装置，包括：分析气室，所述分析气室具有气体输入端和气体输出端；安装在所述分析气室的气体输入端处的用于稳定所述分析气室的气体输入端的压力或流量的稳压器；设置在所述分析气室的一侧的用于对所述分析气室内的待检测气体进行红外照射的红外光源；以及设置在所述分析气室的另一侧的用于检测所述分析气室内的气体浓度的红外传感器；在所述分析气室的气体输出端处安装有用于使得所述分析气室的气体输出端的压力保持不变的背压稳压器。本实用新型减少大气压波动对分析气室内压力的影响。

Description

一种元素分析仪器用气体检测控制装置

技术领域

本实用新型涉及元素分析仪技术领域，尤其涉及一种元素分析仪器用气体检测控制装置。

背景技术

元素分析仪器是用于分析材料中的碳硫氧氢等元素含量，其通常采用加热等手段使得被检测材料中的碳硫氧氢等元素变成气态物质(CO\CO₂\SO₂\H₂O)，再检测这些气态物质的浓度，累加积分得到碳硫氧氢元素的总量，再除以加热前被检测材料的质量，便可得到碳硫氧氢的百分含量。

目前绝大部分都采用NDIR红外光学原理利用朗伯比尔定律检测CO\CO₂\SO₂\H₂O气体的浓度，I＝I₀ e^-acpL，其中C为气体浓度，I为出射光强，I₀位入射光，a为气体的吸收系数，P为气体的分压强，L为吸收池长度。其中，a和L可以认为是一个固定值，气体分压强P成为影响检测的一个关键变量。

参见图1，图中给出的是传统的元素分析仪器用气体检测控制装置，其包括分析气室10、稳压器20、红外光源30、红外传感器40以及滤光片50。分析气室10具有气体输入端11和气体输出端12，稳压器20安装在分析气室10的气体输入端11处，其用于稳定分析气室10的输入端A点的压力或流量，分析气室10的气体输出端12直接与外部大气环境连通。红外光源30设置在分析气室10的一侧，其用于对分析气室10内的待检测气体进行红外照射。红外传感器40设置在分析气室10的另一侧，其用于检测分析气室10内的气体浓度。滤光片50位于分析气室10与红外传感器40之间。

通常为了稳定分析气室10内的气体分压强，在分析气室10的气体输入端11处设置有稳压器20以稳定输入的气体压力，分析气室10的气体输出端会直接与外部大气环境连通。由于大气压是一个不稳定值，每天都在变化，在极端天气(比如盛夏时节)，上午时的大气压和下午时的大气压之间的变化大到8～10百帕，而通常分析气室10的压力一般不大于80kpa，根据朗伯比尔定律，压强P由于在指数位置，8～10hpa的大气压波动对检测结果的影响是巨大的，据测试分析数据的影响会大于4％，已经超出常规检测的误差范围，此时必须及时进行仪器的校正才能保证测试的准确性。

部分精度高的元素分析仪器会在分析气室10的气体输出端加装气体压力传感器，用以检测大气压力，在算法上用以补偿大气压的波动。但是，软件补偿涉及建模等多种因素影响，在巨大的大气压波动情况下，补偿是单向有效的，可以把大气压这个变化影响限制在一个较小的范围。然而，在大气压波动不大的情况下，模型是非相关的，长期精度只能控制在2％左右，无法再提高了，因此仍然会对分析结果的准确度以及稳定性造成一定的影响。因此，一般每班(8小时)都需要进行校正才能确保设备的准确度，遇到边缘结果必须要随时进行校正，无法充分发挥仪器的快速检测性能，这也是国产分析仪器与国际先进分析仪器在技术指标上的最大差距。

为此，本申请人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足而提供一种减少大气压波动对分析气室内压力的影响的元素分析仪器用气体检测控制装置。

本实用新型所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：

一种元素分析仪器用气体检测控制装置，包括：

分析气室，所述分析气室具有气体输入端和气体输出端；

安装在所述分析气室的气体输入端处的用于稳定所述分析气室的气体输入端的压力或流量的稳压器；

设置在所述分析气室的一侧的用于对所述分析气室内的待检测气体进行红外照射的红外光源；以及

设置在所述分析气室的另一侧的用于检测所述分析气室内的气体浓度的红外传感器；其特征在于，

在所述分析气室的气体输出端处安装有用于使得所述分析气室的气体输出端的压力保持不变的背压稳压器。

在本实用新型的一个优选实施例中，还包括安装在所述分析气室与红外传感器之间的滤光片。

由于采用了如上技术方案，本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过在分析气室的气体输出端处加装背压稳压器，减少大气压波动对分析气室内压力的影响，使分析气室内的压力和压差(气体流量)在任何时间都保持一个恒定值，从而大幅度地减小样品分析过程中由于外部大气环境存在大气压力引起的检测系统漂移，多天的示值误差和重复性都满足《JJG395-2016定碳定硫仪检定规程》的要求，实现元素分析仪器长期稳定，无需经常进行标定，减少仪器校正的次数，充分发挥仪器的快速检测性能，补齐国产分析仪器与国际先进分析仪器在技术指标上的这个最大差距。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统的元素分析仪器用气体检测控制装置的结构示意图。

图2是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图2，图中给出的是一种元素分析仪器用气体检测控制装置，包括分析气室100、稳压器200、红外光源300、红外传感器400、滤光片500以及背压稳压器600。

分析气室100具有气体输入端110和气体输出端120。稳压器200安装在分析气室100的气体输入端110处，其用于稳定分析气室100的气体输入端110(A点)的压力或流量。红外光源300设置在分析气室100的一侧，其用于对分析气室100内的待检测气体进行红外照射。红外传感器400设置在分析气室100的另一侧，其用于检测分析气室100内的气体浓度。滤光片500安装在分析气室100与红外传感器400之间。背压稳压器600安装在分析气室100的气体输出端120处，其用于使得分析气室100的气体输出端120的压力保持不变。

背压稳压器600能够稳定输入压力，其具有稳压输入端和稳压输出端，气体从稳压输入端进入背压稳压器600再从稳压输出端排出，与常规的稳压器不同的是，常规的稳压器是稳定输出端的压力，即输入压力在一定范围内波动，常规的稳压器可以保持输出端压力不变。而本实用新型采用的背压稳压器600的作用是当稳压输出端的压力在一定范围内波动时，背压稳压器600能够保持稳压输入端压力不变，也就是背压稳压器600的稳压输出端的大气压发生变化时，背压稳压器600的稳压输入端的压力能够保持不变，也就是分析气室100的稳压输出端(B点)的压力保持不变。

本实用新型主要是在分析气室100的气体输出端(B点)加装一个能隔绝大气压波动的背压稳压器600，以稳定分析气室100的气体输出端(B点)的压力，这样分析气室100的气体输入端(A点)和气体输出端(B点)的压力都能够保持恒定值，同时当分析气室的温度也恒定时，分析气室的材料的物理尺寸是不发生形变的。可以认为分析气室的气阻也是恒定的，这时分析气室100的气体输入端(A点)和气体输出端(B点)的压力也由于加装了两个不同原理的稳压器而保持不变，那么流经分析气室100的气体流量也会保持不变，分析气室100内的压力分布也会保持不变，被测气体的分压强P也会保持不变，根据朗伯比尔定律检测气体的浓度，I＝I₀ e^-acpL，其中C为气体浓度、I为出射光强、I₀位入射光强、a为气体的吸收系数、P为气体的分压强、L吸收池长度。其中a和L可以认为是一个固定值，气体分压强P成为影响检测的一个关键变量。当P保持不变时，检测器探测到的出射光强I只和气体浓度C相关了，而与大气压波动无关。再把检测到的这些气态物质的浓度，累加积分得到被测气体元素的总量，除以加热前被检测材料的质量就得到碳硫氧氢的百分含量。

本实用新型的元素分析仪器用气体检测控制装置的工作过程如下：

被测样品进入燃烧炉，同时输入原料气，被检测样品在燃烧炉内受热氧化变成相关的气态物质，比如碳或氧元素变成CO₂，释放出的CO₂在原料气的带动下进入分析气室100，由红外传感器400检测出CO₂的浓度，累加积分后得到CO₂的总量，从而得碳或氧的总量，再除以被测样品的质量就得到被测样品内碳或氧的百分含量。调节稳压器200的输出压力值到70kpa，调节背压稳压器600输入压力值到30kpa，使分析气室100的流量稳定在800mL/min。这样无论燃烧炉输出压力如何波动，也无论大气压如何波动，本实用新型都能恒定分析气室100的输入压力在70kpa，输出压力在30kpa，气体流量恒定在800mL/min，从而使得元素分析仪器用气体检测控制装置的长期稳定性得到保证，使得元素分析仪器在4-7天的时间段内无需进行设备校正，分析结果可满足相关规范要求(比如《JJG395-2016定碳定硫仪检定规程》)。

碳硫氧氢等元素分析仪器对准确度的要求随分析含量增加而更加严格，因此本实用新型选取了高含量端进行方案的比对分析，选用同一台分析仪，使得整个分析流程中除气体分析阶段以外的其他流程(操作人员、样品释放燃烧、分析气体输运等阶段)保持一致。

本实用新型选用同一样品，同一位分析人员，每天分析几组数据，在分析数据符合误差要求的前提下取每天分析结果的平均值，连续分析多天，比对结果如下：

高浓度

《JJG395-2016定碳定硫仪检定规程》中关于碳硫仪计量性能如下：

计量性能要求

红外碳硫分析仪和自动高速碳硫分析仪的计量性能要求分别见表1和表2。

表1红外碳硫分析仪的计量性能要求

采用传统模式的分析装置在碳在1.00％～4.00％含量段6-7天日均值统计，1.3％左右的测试结果重复性(以相对标准偏差表示)2.28％；4.00％左右的检测结果重复性(以相对标准偏差表示)3.17％，都大于检定规程要求的小于0.8％的指标，意味着每天都需要进行基准校正。

采用传统模式的分析装置在碳在1.00％～4.00％含量段6-7天日均值统计，1.3％左右的测试结果示值误差：0.1023％(合计±0.05％)；4.00％左右的检测结果示值误差：0.37％(合计±0.15％)，都大于检定规程要求的±0.030％的指标，意味着每天都需要进行基准校正。

采用本实用新型在碳在1.00％～4.00％含量段6-7天日均值统计，1.3％左右的测试结果重复性(以相对标准偏差表示)：0.53％；4.00％左右的检测结果重复性(以相对标准偏差表示)：0.37％，都小于检定规程要求的±0.8％的指标，意味着在这6-7天时间内无需每天进行基准校正；

采用本实用新型在碳在1.00％～4.00％含量段6-7天日均值统计，1.3％左右的测试结果示值误差0.022％(合计±0.011％)；4.00％左右的检测结果示值误差0.034％(合计±0.017％)，都小于检定规程要求的±0.030％的指标，意味着在这6-7天时间内无需每天进行基准校正。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种元素分析仪器用气体检测控制装置，包括：

分析气室，所述分析气室具有气体输入端和气体输出端；

安装在所述分析气室的气体输入端处的用于稳定所述分析气室的气体输入端的压力或流量的稳压器；

设置在所述分析气室的一侧的用于对所述分析气室内的待检测气体进行红外照射的红外光源；以及

设置在所述分析气室的另一侧的用于检测所述分析气室内的气体浓度的红外传感器；其特征在于，

在所述分析气室的气体输出端处安装有用于使得所述分析气室的气体输出端的压力保持不变的背压稳压器。

2.如权利要求1所述的元素分析仪器用气体检测控制装置，其特征在于，还包括安装在所述分析气室与红外传感器之间的滤光片。

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