气体测量腔制造技术

本发明专利技术涉及用于气体中的光学测量的可回收测量气室，所述气室由导气管限定，导气管的输入端适于与将气体引入气室的气流输入端连接，输出端适于与气流输出端连接。管端还适于耦合到光学部件，包括向所述气室发射光的光学发射器和适于接收已通过所述气室的光的光学接收器，所述气室中的光束具有预定的形状，所述光学部件包括光源、至少两个反射镜和光接收器，安装在由管端覆盖的外部框架的已知位置。所述气室具有与光束形状相对应的细长形状。所述气室具有与光束形状相对应的细长形状。所述气室具有与光束形状相对应的细长形状。

Gas measuring chamber

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体测量腔


[0001]本专利技术涉及一种用于气体光学测量的可回收测量气室，以及使用该气室的测量仪器。
[0002]更详细地说，本专利技术涉及一种多次反射样品气室，用于气体分析仪,如红外气体分析仪，更具体地说，涉及一种以有限的体积获得长的光路的多次反射样品气室。这种的系统是众所周知的，如US5726752和US2017168275A1所示，并且如US5726752所证实的，样品气室不应大于代表穿过该气室的光束的包络线，以便腔内的气体快速交换。然而，正如US5726752中所示，这些解决方案使用特定的气体样本，这就减慢了测量过程。WO2015/069934显示了一个解决方案的例子，其中光线多次通过一个气体腔，而气体腔中光路外的体积被减少到最小。
[0003]此外，如发动机废气的工业废气，可能含有污染光学器件的污染物。这方面的一个例子可能是来自燃烧过程的废气。废气中的颗粒和污染物会沉积在测量气室内和光学元件上。使用一段时间后，通过气室的透射率会降低，因此需要清洁光学元件和气室。这种维护往往是困难和耗时的。因此，本专利技术的另一个目的是提供一种解决方案，允许以快速和可靠的方式更换气体气室单元。

技术介绍

[0004]拆卸光学仪器需要时间，并且在实验室外，光学对准在一定程度上是不可能的。该问题通过在框架上安装并对准所有光学元件并将气体导向装置插入框架中来解决。气体导向装置易于拆卸，可以接触到所有需要清洁的光学组件。气体导向装置可以很容易地被新的更换，或者气体导向装置可以被清洗和重新安装。在US2010/0110437中讨论了这种可更换气室。
[0005]现有技术的气体气室的主要问题之一是，如果采用连续流动，需要很长时间来交换测量气室内的气体。如果气体入口和气体出口相互靠近，流入气室的新气体通常会与旧气体混合，气体的交换将遵循典型的稀释法，即第一次注入的气体气室体积为50％，第二次为75％，以此类推。如果气体气室与直径相比非常长，就可以获得层流，只需填充一个气体体积就可以交换大部分的气体。在更典型的气室中，在气体入口和气体出口之间生成层流，但这将使气室内的部分气体保持不变。然后通常需要很长的时间来交换气室内的所有气体。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的是提供一种解决方案，在该解决方案中，当气体成分发生变化时，可以连续地执行测量，以实现短响应时间。
[0007]上述目的是使用可交换的气体气室和包括所述气室的测量仪器获得的，其特征如独立权利要求中所述。
[0008]因此，为了能够在给定的流量下尽可能快地改变气体体积，根据本专利技术的气室的
壁形成为具有光学测量光束和气体流动的组合入口的射线轨迹。这样，气室内部的体积就最小化。此外，气室被做得细长，并且优选地使光路自身交叉以最小化所使用的体积。。为了避免气室的一部分和气室的其他部分中的层流没有任何流动，在流动过程中会产生强制性湍流或漩涡。优选地，入口流被迫开始旋转流动，其中流型形成穿过气室的螺旋形。这种螺旋流迫使所有的旧气体在新气体前面流动，且不会留下任何旧气体。优选地，在出口处，产生类似结构，以迫使出口气体进入强制性湍流。
附图说明
[0009]下面将参照附图对本专利技术进行描述，通过实例说明本专利技术。
[0010]图1示出了本专利技术的优选实施例的气体气室的横截面。
[0011]图2示出了光学测量光束的光束路径。
[0012]图3示出了本专利技术的优选实施例，气体在气室中的流动运动。
[0013]图4a、b示出了本专利技术的优选实施例的气体气室端部的形状。
[0014]图5示出了本专利技术的优选实施例，包括测量仪器和气体气室的组件。
[0015]图6从上面示出了图5所示的组件，以及显示气室和测量仪器之间连接的部分。
[0016]图7示出了适用于接受本专利技术的气体气室的替代测量仪器。
[0017]图8示出了图7中的替代仪器，包括气体气室。
具体实施方式
[0018]图1示出了本专利技术的优选实施例的气体气室，该气室由具有气室2的管道1构成，被测气体流经该气室2。所述管道有气体入口3和气体出口4，并且在每一端还设有安装部分1a、1b，例如：包括螺钉和密封元件1c(图8)，以便将气室安装在包括光学元件的测量仪器12(图5)中。
[0019]如上所述和图2中所示，通过计算用于测量气体的光束2a的轨迹形状，气室的体积被减少到最小。在图2所示的优选实施例中，包括在测量系统中的光学系统5a包括：光源6，光源发射的波长范围根据待测气体的特性来选择，这对于本领域的技术人员来说是众所周知的。光源6可以包括透镜，用于塑造或准直从第一部分5a向管道1另一端1b的第二部分5b传播的光束。在管道的第二端1b，测量仪器的相应部分5b包括反射镜8b，该反射镜将光束从气室反射到光学系统的第一端部5a的反射镜8a。第一端部5a的反射镜8a通过气室再次向光学系统第二部分5b的接收器7反射，接收器7和发射器6被连接到一个本身已知的分析气体吸收光谱的测量系统。包括传播和交叉光束2a的包络线被计算出来，并且根据这个形状2a确定气室2的形状。
[0020]这样，在优选的实施例中，光束在气体中传播三次，因此具有与三倍长测量气室相同效果，如图2所示，光束可以被配置为至少两次穿过相同的体积，增加了系统的灵敏度。
[0021]也可以考虑其他的配置，例如在发射器和接收器对立侧上的每一端5a、5b各增加一个额外的反射镜，使光信号在气室中传递五次。另外，光束成形可以选择不同的反射镜形状和透镜。然而，重要的是，气室2的形状或管道体积的内部形状，与光束的形状相对应，以减少气室的体积，如上所述。
[0022]图3示出了气流9是如何沿着由管道1限定的气室2传播的。通过提供螺旋流，可以
确保即使气体成分分布不均，螺旋气流也会多次通过光束，提供一个实际的气体含量测量，同时迫使旧的气体离开气室，且不会留下任何气窝。
[0023]图4a示出了实现混合的方法，显示了测量气室的输入端。在图中，气体在非对称特征10a处的光学元件一侧进入气室，将气体引向气室的一侧，在图示的例子中，这将引导引入的气体至气室的上壁，因此，压力将迫使气体围绕气室的形状，并进入气体导体，实现漩涡流。
[0024]图4b示出了在气体导体或气室的输出端上的类似的特征10b，确保旋涡流保持到离开气室。也可以考虑沿气室管保持涡流的微小特征，只要它们不干扰光路或气体在气室中的运动。
[0025]可以考虑其他混合气体的解决方案，但要求光束不被管道中的任何特征所遮挡。图示的例子涉及到优选的实施例，包括非对称特征，但也可以使用其他的特征，如插入物或类似的东西，例如在气体进入光束路径之前定位。
[0026]图5示出了本专利技术的优选实施例的组件，其中可更换的测量气室安装在测量单元12内。如上所述，测量单元包括发射、反射和接收通过气室的测量光束的光学部件7、8。当气室被拆下时，光学元件很容易被清洗，气室本身也可以以简单的方式被更换。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于气体中光学测量的可回收测量气室，所述气室由导气管限定，导气管的输入端适于与将气体引入气室的气流输入端连接，并且导气管的输出端适于与气流输出端连接，管端还适于耦合到光学部件，所述光学部件包括将光发射到所述气室的光学发射器和适于接收已通过所述气室的光的光学接收器，所述气室中的光束具有预定的形状，光学部件包括的光源、至少两个反射镜和光接收器，安装在由管端覆盖的外部框架的已知位置上，其中，所述管端的第一端适于与发射器和至少一个反射镜相连，所述管端的第二端适合于与接收器和与第一端相同数量的反射镜相连，因此，光束至少穿过所述气室3次，其中，所述气室具有与光束形状相对应的细长形状，其中，管道输入端处的气室适于迫使旋转气流或气流中的湍流通过所述管道。2.根据权利要求1所述的测量气室，其特征在于，在所述管...

【专利技术属性】
技术研发人员：特鲁尔斯，
申请(专利权)人：可调谐有限公司，
类型：发明
国别省市：