新型红外二氧化碳分析仪制造技术

一种新型红外二氧化碳分析仪，光学探头主要由红外光源、测量气室和红外探测器组成，该红外光源采用镍络丝烧制成螺旋圆柱体，并由两个钢性电极支撑，安装在红外光源座上，红外光源座的内侧加工成一球形反射面，测量气室采用超硬铝抛光制成中空状圆柱体，测量气室的一端设有滤光片，另一端形成青玉窗，在测量气室上设有具有管接嘴的进、出气口，在靠近滤光片的一侧设有红外探测器，该红外探测器的红外光源，测量气室和红外探测器连接好后置入探头底座中组成光学探头。（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术提供一种新型红外二氧化碳分析仪，用于测量气体中二氧化碳的含量，属于气体分析技术。目前，二氧化碳(CO2)分析仪在工业、农业、国防、医疗卫生、环境保护、航空航天等领域有广泛的应用。二氧化碳分析仪的种类很多，就其原理来分有热导式、密度计式、辐射吸收式、电导式、化学吸收式、电化学式、色谱式、红外光学式等。其中，红外光学式以其测量范围宽、灵敏度高、精度高、反应快、有良好的选择性及能进行连续分析和自动控制等特点成为二氧化碳气体分析最常用的方法。按照测量光束的数目分，红外二氧化碳分析仪有时间双光束结构和空间双光束结构两种。时间双光束结构具有单光源、单气室、单探测器件的优点，但其是大弱点是存在活动部件，调整麻烦，耐振性差，可靠性低；空间双光束结构无活动部件，克服了时间双光束结构的缺点，但结构复杂、元器件多、成本高、且对加工、装配工艺要求高。据了解，目前国内外红外二氧化碳分析仪生产厂家均采用上述时间双光束结构或空间双光束结构。国内的分析仪器厂多采用时间双光束结构。国内外现有红外二氧化碳分析仪存在的主要问题如下①采用的时间双光束结构存在活动部件，调整麻烦、耐振性差、可靠性低、连续工作时间短。②采用的空间双光束结构复杂、元器件多、成本高、且对加工、装配工艺要求高。③检测过程通常需在恒定的温度下工作，环境温度发生变化将直接影响红外光源的辐射强度和红外探测器件的响应度，同时还将影响测量气室连续流动的气样密度发生变化，因此，分析仪温度性能差，一般工作几小时就需调零一次。目前，已有带有温度补偿的红外二氧化碳分析仪出现(这时不要求在恒定的温度下工作)，但其补偿过程完全由模拟电路实现，且其补偿模型是温度t的一元函数(Δy＝f(t))。因此补偿效果较差，测量精度低。④分析仪未加入微机处理系统。为了克服上述不足，本技术的目的是设计一种体积小、重量轻、结构简单、无活动部件、可靠性高、连续工作时间长，并具有单片机处理功能的新型红外二氧化碳分析仪。本技术是一种新型红外二氧化碳分析仪，该仪器具有一壳体(16)，在壳体(16)表面设有复位键(17)、二氧化碳超标指示灯(18)、传感器工作正常指示灯(19)、电源插座(20)、电源开关(21)、信号输出端(22)、显示板扩展接口(23)及具有管接咀(5)和(15)的进、出气口(29)、(30)伸出的通孔(31)、(32)，该进、出气口(29)、(30)连接仪器的外部设备——采样气泵(24)。在壳体的内部装有光学探头和电路板，在电路板上设有稳流电路(27)、温度传感器(28)、放大电路(25)和单片机系统(26)，其特征在于该光学探头主要由红外光源(1)、测量气室(3)和红外探测器(8)组成，该红外光源(1)采用镍络丝绕制成螺旋圆柱体，并由两个钢性电极支撑，安装在红外光源座(13)上，红外光源座(13)的内侧加工成一球形反射面，以增加通过测量气室的光强，在红外光源座(13)的两侧采用红外光源上压套(10)和红外光源下压套(14)及利用螺钉予以连接固定，测量气室(3)采用超硬铝抛光制成中空状圆柱体，测量气室(3)的一端设有高性能窄带滤光片(6)，另一端采用青玉作为窗口材料形成青玉窗(2)，在测量气室(3)上设有具有管接咀(5)、(15)的进、出气口(29)、(30)，在靠近滤光片(6)的一侧设有红外探测器(8)，该红外探测器(8)由红外探测器上压套(7)和红外探测器下压套(9)通过螺钉予以连接固定，连接后的红外光源(1)，测量气室(3)和红外探测器(8)置入探头底座(4)中组成光学探头。使用时由采样泵将含有二氧化碳的气体送入光学探头的测量气室，二氧化碳气体被红外光源吸收，并被红外探测器探测，探测后的信号与温度传感器信号一起送入放大电路放大后经单片机处理输出。本技术的优点是①从光学结构上看，该分析仪采用的不切光单光束结构是单光源、单气室、单探测器件，且无光束调制元件。因此，它的主要特点是无活动部件，力学性能高，且结构简单，体积小，重量轻，功耗低。②采用了有效的单片机温度补偿方法，分析仪连续工作时间长，零漂小，测量精度高。本技术共有如下附图图1本技术的系统方框图图2本技术的光学探头图图3本技术的稳流电路方框图图4本技术的外观示意图图5本技术的壳体后面板示意图图中标号如下1红外光源2青玉窗 3测量气室4探头底座5管接咀 6滤光片7红外探测器上压套8红外探测器9红外探测器下压套10红外光源上压套11螺钉 12弹簧垫圈13红外光源座14红外光源下压套 15管接咀 16壳体17复位键 18指示灯 19指示灯20电源插座 21电源开关22信号输出端23显示板扩展接口 24采样气泵25放大电路26单片机系统 27稳流电路28温度传感器29进气口 30出气口 31通孔 32通孔兹结合附图说明本技术的实施例及工作过程该红外二氧化碳分析仪由红外光源(1)、测量气室(3)、红外探测器(8)、温度传感器(28)、稳流电路(27)、放大电路(25)、单片机系统(26)及采样气泵(24)等组成，如图1所示。在分析仪的结构设计时，将红外光源(1)、测量气室(3)、滤光片(6)、红外探测器(8)设置在同一光轴上，且红外光源由稳流电路(27)供电，供电电流为200mA。工作时，红外光源(1)发出的4.26um波长的红外光通过窗口材料青玉窗(2)入射到测量气室(3)，测量气室(3)由采样气泵(24)连续通以被测CO2气体，CO2气体被4.26um波长红外光吸收，部分透过的红外光由红外探测器(8)探测。另外，由温度传感器(28)探测光学探头的内部环境温度。红外探测器(8)和温度传感器(28)的输出电信号分别经放大电路处理后，输入到单片机系统，并经数字滤波、线性插值及温度补偿等软件处理后，由单片机系统输出CO2气体浓度测量值。红外光源(1)采用Φ0.1mm的镍络丝绕制成阻值约24Ω、直径Φ1mm、长为1.5mm的螺旋圆柱体，并由两个钢性电极支承，钢性电极与红外光源座(13)采取陶瓷固封。同时，在红外光源座内侧加工一球形反射面，以增加通过测量气室(3)的光强。测量气室(3)采用超硬铝抛光，气室长度L＝30mm，气室内径D＝8mm。同时选用了高性能的窄带光学滤光片(6)，其峰值波长为4.26um，半宽度为0.10um。另外，为了得到较高的机械性能，选用青玉作为窗口材料形成青玉窗(2)，其厚度选为1mm，太薄了则机械性能差，太厚了则透光性能差。滤光片(6)和青玉窗(2)与测量气室(3)两端接合时，采用了加垫片用压环固定，用6109胶密封的方式。另外，为了克服单色滤光片热系数的影响，将单色滤光片(6)放置于测量气室(3)的后窗口(靠近红外探测)。分析仪光学探头结构如图2所示。对于红外二氧化碳分析仪，不论是采用时间双光束结构还是空间双光束结构，其目的都是为了实现测量光束与参考光束的参比处理，以消除红外光源辐射功率及红外探测器响应度温度漂移等因素，提高测量精度。对于不切光单光束结构，它只有测量光束，不能实现参比处理。为此，该二氧化碳分析仪采用了如下技术①设计并采用了高性能红外光源反馈稳流电路(27)。该电路提供一恒定的光源电流，稳定红外光源的输出功率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型红外二氧化碳分析仪，该仪器具有一壳体（１６），在壳体（１６）表面设有复位键（１７）、二氧化碳超标指示灯（１８）、传感器工作正常指示灯（１９）、电源插座（２０）、电源开关（２１）、信号输出端（２２）、显示板扩展接口（２３）及具有管接咀（５）和（１５）的进、出气口（２９）、（３０）伸出的通孔（３１）、（３２），该进、出气口（２９）、（３０）连接仪器的外部设备－采样气泵（２４），在壳体的内部装有光学探头和电路板，在电路板上设有稳流电路（２７）、温度传感器（２８）、放大电路（２５）和单片机系统（２６），其特征在于：该光学探头主要由红外光源（１）、测量气室（３）和红外探测器（８）组成，该红外光源（１）采用镍络丝绕制成螺旋圆柱体，并由两个钢性电极支撑，安装在红外光源座（１３）上，红外光源座（１３）的内侧加工成一 球形反射面，在红外光源座（１３）的两侧采用红外光源上压套（１０）和红外光源下压套（１４）及利用螺钉予以连接固定，测量气室（３）采用超硬铝抛光制成中空状圆柱体，测量气室（３）的一端设有高性能窄带滤光片（６），另一端采用青玉作为窗口材料形成青玉窗（２），在测量气室（３）上设有具有管接咀（５）、（１５）的进、出气口（２９）、（３０），在靠近滤光片（６）的一侧设有红外探测器（８），该红外探测器（８）由红外探测器上压套（７）和红外探测器下压套（９）通过螺钉予以连接固定，连接后的红外光源（１），测量气室（３）和红外探测器（８）置入探头底座（４）中组成光学探头。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张广军，吕俊芳，周秀银，周浩敏，袁梅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]