CN85105061A - 红外气体分析仪 - Google Patents
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Abstract
探测部件包含一个气体探测器和三个光接收腔。第一光接收腔在光路上与第二光接收腔串联设置，并且与气体探测器的一个探测腔相连。第二光接收腔接收通过第一光接收腔的红外线，并与气体探测器的另一个探测腔相连。第三光接收腔接收通过空腔和一个对应于干扰成分的吸收波长的滤波器的红外线，并与气体探测器的另一探测腔相连。
Description
本发明涉及红外气体分析仪，特别是涉及这样一种气体分析仪，这种气体分析仪能够将多种干扰成份所引起的干扰影响有效地消除掉。
当使用红外气体分析装置（以下亦称分析仪），来测定样品气体中的待测气体成分浓度时，由于该样品气体中包含的干扰成分对红外线的吸收而随环境引起测量误差。因而具有图5所示结构的分析仪研能补偿干扰成分带来的影响。参看图5，（1）表示一个参考腔，（2）表示一个测量腔，参考腔（1）和测量腔（2）是互相并行地设置的光源（3）用来产生输入所述参考腔（1）的红外线;（4）是用来产生输入测量腔（2）的红外线的光源。（5）表示一个测量探测器，（6）表示一个补偿探测器，测量探测器（5）在光路上同所述参考腔（1）串联设置，而补偿探测器（6）同所述测量腔（2）串联设置。例如：待测定成分是SO2气体（硫酸气体），并且干扰成分是H2O（水蒸气），借助测量探测器（5），可以获得对应于SO2+H2O的探测输出a+b，通过补偿器（6），可获得对应于SO2的探测输出，然后，借助于一个减法器（7），将后者从前者中减除掉，从而对干扰成分H2O引起的干扰进行补偿。另外，（8）表示一个限制器。
可是，当样品气体中要确定的SO2成分浓度低，而作为共同干扰成分而存在的H2O和CH4（沼气）的浓度高时，要同时进行H2O和CH4的定量测量是非常困难的。因此，要通过预先处理，从样品气体中除去CH4气体，并在补偿探测器（6）中充入特殊气体，或采用其他诸如此类的措施。但尽管采取了这些措施，由于需要对探测器（5）、（6）的输出电信号进行处理，并且需要进行这种烦杂信号处理的设备，以及由于所充入的气体浓度、探测器（5）、（6）的运转工作等会出现偏差，因此，干扰补偿从未获得令人满意的精确度。
本发明充分考虑到了上述事实，而本发明的目的是提供了一种分析仪，这种分析仪不用进行烦杂的电信号处理，就能对多种干扰成分所引起的干扰影响的进行补偿，并且能够进行高精确度的测定。
为达到上述目的，本发明的特征在于分析仪的探测部分包括：一个气体探测器;第一光接收腔，该第一光接收腔与所述气体探测器的一个探测腔相连，并接收穿过空腔的红外线;第二光接收腔，与气体探测器的另一个探测腔相连，在光路上同第一个光接收腔串联设备，并且接收穿过第一个光接收腔的红外线;第三光接收腔，该第三光接收腔与气体探测器的另一个探测腔相连，且接收穿过空腔和一个滤波器的红外线，上述滤波器相应于干扰成分的吸收波长。
依本发明，既使在样品气体中包含了至少两种以上的干扰成分，也可借助单一的探测部件，获得高度精确的测量信号，在这种测量信号中，干扰影响已得到了消除，从而能提供信号噪比（S/N）得到了改善的高度可靠的分析仪。另外，由于不需要传统的烦杂信号处理，因而此分析仪在整体结构上可以得到简化。
图1是显示根据本发明红外气体分析仪的一个最佳实施方案的简图。
图2到图4是显示根据本发明的红外气体分析仪的其他最佳实施方案的简图。
图5是显示传统的红外分析仪的简图。
下面将参照附图对本发明的最佳实施方案进行描述。在下面的描述中，待测定成分为SO2，干扰成分是H2O和CH4。
参见图1，（11）表示用于发射红外线的光源，（12）表示用于接收从光源（1）射来的红外线的空腔，其上有一个入口部分（12a）和出口部分（12b）并适合于从气体供应源（图上没画出）输入样品气体;（13）表示一个由驱动源（未画出）带动的光断续器，该光断续器被作为调制测量装置。
（20）表示探测部分，它包括3个光接收腔（21），（22），（23），一个气体探测器（24）（在所显示的实施方案中，就是电容话筒式探测装置，以下亦称为探测器）和两个滤波器（F1），（F2），（但滤波器（F1）不总是必需的）。所述第一光接收腔（21）与探测器（24）的探测腔（24a）相连通，并且通过滤波器（F1）接收穿过空腔（12）的红外线。所述第二光接收腔（22）与探测器（24）的另一探测腔（24b）相连通，并在光路上同所述第一光接收腔（21）串联设置，并接收穿过第一光接收腔的红外线。第三光接收腔（23）以类似于光接收腔（22）的方式，与所述探测器的另一探测腔（24b）相连，并通过另一滤波器（F2）接收穿过空腔（12）的红外线。（24c）表示一个膜，探测腔（24a）与（24b）内部压力不同，会使这个膜（24c）的位置发生改变。（25）表示在必要时提供的一个放大器。
另外，所述滤波器（F1）是一个正象滤波器（POSitive filter），它对应于SO2的一个吸收波长，这里的SO2就是待测定的成分;例如，这种滤波器可以是固态带通滤波器，穿过它的主要是包含SO2吸收频谱的红外线。滤波器（F2）是对应于CH4气体的一个吸收波长的正象滤波器，CH4气体在这里是干扰成分;例如，这种滤波器可以是一种固态带通滤波器，穿过这种固态带通滤波器的主要是包含CH4气体的吸收频谱的红外线。
所述第一光接收腔（21）、第二光接收腔（22）和第三光接收腔（23）充满一种气体，该气体吸收具有SO2的吸收波长的红外线，这里的SO2是待测定的成分，也就是说，被淡化到和氮气一样的浓度SO2。另外，在从光源（11）发射红外线之前，将第一光接收腔（21）与第二光接收腔（22）沿光路方向的长度调整到适当的值，以使得干扰成分H2O的干扰影响能得到补偿。
样品气体被导入所述空腔（12），红外线从光源（11）照射到样品气体上。第一光接收腔（21）装有对应于SO2的吸收波长的所述正象滤波器（F1），该滤波器（F1）位于第一光接收腔（21）靠近光源的一侧，第三光接收腔（23）与所述第一光接收腔（21）平行地放置，并在第三光接收腔（23）靠近光源的一侧，装有对应于CH4吸收波长的所述正象滤波器（F2），所以，第一光接收腔（21）接收到的仅是具有对应于SO2吸收波长的红外线，同时第三光接收腔（23）接收到的仅是具有对应于CH4气体吸收波长的红外线。由于所述第一光接收腔（21）同所述探测器（24）的探测腔（24a）相连通;并且在光路上与所述第一光接收腔（21）串联设置的所述第二光接收腔（22），和在光路上与所述第一光接收腔（21）并联设置的所述第三光接收腔（23），同所述探测器（24）的另一个探测腔（24b）相连通;因此，可以借助所述第一光接收腔（21）和所述第二光接收腔（22），对干扰成分H2O的干扰影响进行补偿;并可借助所述第一光接收腔（21）和所述第三光接收腔（23），对另一干扰成分CH4的干扰影响进行补偿;所以，作为所述探测器（24）的输出，只能得到一种输出，在该输出中，H2O和CH4气体的干扰影响得到了补偿。
图2是本发明的另一最佳实施方案。参见图2，（30）表示一个用于进行流体调节的气体切换部件。例如，它可由旋转阀组成。（31）、（32）、（33）、（34）代表装在气体切换部件（30）上的开口，（35）代表可旋转的盘状隔板构件。所述开口（31）-（34）中的开口（31）与一个样品气体源（未画出）相连，开口（32）与一个参考气体源（未画出）相连，另一开口（33）与空腔（12）的输入口（12a）相连，以便通过操作所述气体切换部件（35），将指定量的样品气体（A）或参考气体（B）交替地引入空腔（12）。
另外，其他的组成部分与图1所示的相同。因此，在这个最佳实施方案中，从所述探测器（24）输出的只是SO2的探测输出，而H2O和CH4在其中的干扰影响已得到了补偿。如果在第三光接收腔（23）中，SO2（它被包围在第一光接收腔（21），第二光接收腔（22）、第三光接收腔（23）之中）的探测灵敏性较差，因而在前面图1和图2所描述的最佳实施装置中，CH4的干扰作用不能充分地得到补偿。在这种情况下，在对H2O所述第一光接收腔和所述第二光接收腔中的干扰作用的补偿没有妨碍的限度内，可以加入少量CH4来改善第三光接收腔的探测灵敏度。另外，可以分别地改变对应于第一光接收腔（21）的空腔长度和对应于第三光接收腔（23）的长度，或者可以设置两个光源，并可以分别地改变它们的光通量。
如图3所述，（14）表示一个由两个腔（14a）、（14b）构成的空腔，两者沿光线行进方向的长度不同，且通过一个管子或其他类似装置互相连接起来。这样，利用具有不同的长度的空腔（14），可以对干扰成分CH4气体之补偿的探测灵敏度进行调节。（15a）、（15b）各表示一个光源，其光通量可分别依照所述的两个腔（14a）（14b）进行分别调节。采用这一方法，还可对CH4气体补偿的探测灵敏性进行调节。
尽管上面对图3的最佳实施方案所作的描述中，两个空腔（14a）、（14b）在样品气体供应的关系上是互相串连的，但也可以并行关系将所述气体供给空腔，如图4所示。
参见图4，（16a），（16b）各代表一个在光线行进方向具有不同长度的空腔，并且分别受到光源（17a），（17b）的照射。（18）表示一管道系统，用于将气体切换部件（30）与空腔（16a）的输入口（16a′）及空腔（16b）的输入口（16b′）连接起来，样品气体（A）或参考气体（B）从气体切换部件（30）同时供入所述空腔（16a）、（16b）。
此外，所述探测器（24）可以不用电容话筒式探测器，而是采用一种“微流传感器”。这种“微流传感器”在原理上，是基于使由于两个探测腔中的气体压强差而产生的气流，作用到设置在所述两个探测腔之间的一根导热线（如一根铂丝）之上。此外，滤波器（F1）、（F2）可以采用由气体滤波器构成的负象滤波器（negative filter）。
在附图中：标号
12、14表示空腔
16a、16b表示空腔
20表示探测部分
21表示第一光接收腔
22表示第二光接收腔
23表示第三光接收腔
24表示气体型探测器
F1表示滤波器
F2表示滤波器
24a、24b表示探测器
Claims (4)
1、红外气体分析仪，其特征在于探测部件包含：
一个气体探测器；第一光接收腔，该第一光接收腔与所述气体探测器的一个探测腔相连，并接收通过一个空腔的红外线；第二光接收腔，该第二光接收腔与所述气体探测器的另一个探测腔相连，在光路上与所述第一光接收腔串联设置，并且接收通过所述第一光接收腔的红外线；第三光接收腔，该第三光接收腔与所述空气探测器的另一个光接收腔相连，并接收穿过空腔和一个对应于干扰成分吸收波长的滤波器的红外线。
2、如权力要求1所述的红外气体分析仪，其对应于被测定成分的吸收波长的滤波器被安置在空腔和所述第一光接收腔之间。
3、如权力要求1所述的红外气体分析仪，其中样品气体和参考气体被交替地引入空腔。
4、如权力要求1所述的红外气体分析仪，其中对应于第一光接收腔的空腔长度不同于对应于第三光接收腔的空腔长度。
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