结合有相变材料的分析设备外罩制造技术

本发明专利技术涉及一种可用于气体分析器的热控外罩。所述外罩结合有一种或多种相变材料，所述相变材料缓冲周围和内部热负荷，以减小机械或电子加热设备的功耗需求。为了获得稳定和可再现的结果，将气体分析器设备保持在恒定温度是非常重要的。本发明专利技术还描述了相关的系统、设备、方法和／或物品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文所描述的主题涉及可用于分析设备的外罩，所述分析设备包括但不限于气体分析器，例如基于可调谐二极管激光光谱的气体分析器。
技术介绍
气体分析器，例如运用可调谐二极管激光光谱的气体分析器，通常需要在热沉或热电致冷器(TEC)上安装激光源，以获得并保持选定的痕量气体分析所需的激光发射频率。通常使用热敏电阻和电子反馈控制环将激光器温度稳定在所需的精度水平。但是，环境温度条件，特别是变化的环境温度条件，可能会影响激光器温度的稳定。在某些情况下， 变化的温度条件可能会超出控制电路在所需水平保持激光器温度和频率的能力。如果无法实现稳定，则激光器可能会偏离其预先设置的频率，从而产生无法接受的测量误差。目前可用的基于TDL的气体分析器通常使用连接到加热器的绝缘外罩，以将外罩温度保持在高于通常所遇到的环境条件的相对恒定的值。这些被加热的外罩可能需要很大的能耗。另外，如果气体分析器被安装在可能会暴露于危险和/或易燃化合物的场所，则由于需要使用危险场所许可的加热器和恒温器，会增加额外的成本。在农村的安装中，供电可能受到限制，提供200瓦或更高瓦来运行加热器外罩装置可能是成问题的。越来越多地将基于TDL的气体分析器用于天然气管道。这种管道通常延伸很长的距离，在这段距离中，便于获得的交流电源是受限的或者是不存在的。可以采用太阳能电池板或者热电发电机。但是，在可接受的成本水平下通过这些发电源来提供高于50W的功率可能是非常困难的。
技术实现思路
在一个方面中，一种设备包括具有能够抵御和适应工作环境的外壳的外罩、设置在所述外壳内的一个或多个气体分析器元件以及设置在所述外壳内的某一质量的相变材料。所述相变材料具有相变温度，所述相变材料在相变温度从第一相转变到第二相，同时吸收或释放潜热能ΔΗρ该相变温度处于所述一个或多个气体分析器元件的期望工作温度范围内。所述相变材料的质量M由下式给出Ftm^-TTTahL(1)其中Ft为在所述外罩外的环境温度超过所述相变温度的工作日的周期中从所述工作环境流入所述外罩的预期净热能通量。在一个相关方面中，提供一种方法，包括接收气体分析器的样品室中的气体样品，使激光源所产生的光通过所述样品室中的气体样品并入射到探测器上，量化所述探测器接收到的光的强度，以及基于所述强度计算所述气体样品中的至少一种目标分析物的浓度。 通过操作包括能够抵御和适应工作环境的外壳的外罩内的光源将所述激光源的温度控制在工作温度范围内。所述外壳内还容纳某一质量的相变材料，所述相变材料具有相变温度， 所述相变材料在所述相变温度从第一相转变到第二相，同时吸收或释放潜热能ΔΗρ该相变温度处于所述工作温度范围内。所述相变材料的质量M由式1给出。在另一相关方面中，提供一种方法，包括选择具有相变温度的相变材料，所述相变材料在所述相变温度从第一相转变到第二相，同时吸收或释放潜热能ΔΗρ所述相变温度处于一个或多个气体分析器元件的工作温度范围内。该方法还包括使用式1来计算为将所述一个或多个气体分析器元件保持在工作温度范围内所需要的相变材料的必要质量Μ，装配所述外罩以使所述外罩包括在内层和外层之间具有空隙体积的外罩内层和外罩外层，以及将所述相变材料转移到外罩结构的内层和外层之间的空隙体积中。在一种可选变形中，相变材料可以包括诸如蜡和脂肪酸的有机材料、诸如水合盐的无机材料以及共晶材料中的一种或多种材料。所述相变材料可以被封装在膜中，或者被容纳在某种隔离物中。所述外罩可以进一步包括设置在所述外壳内的内壳，使得所述外壳和所述内壳之间存在空隙体积。所述一个或多个气体分析器元件可以设置在所述内壳内， 该某一质量的相变材料可以置于所述空隙体积内。可以使用各具不同目标温度的多于一种相变材料来在更宽的温度范围内提供额外的温度稳定性。第一相变材料和第二相变材料可以如下设置布置第一相变材料被置于较靠近所述外罩的外壳的第一层中，第二相变材料被置于较靠近一个或多个气体分析器元件的第二层中。或者，第一相变材料和第二相变材料可以随机混合。所述外罩可包括加热器和/或冷却器单元以及温度传感器和/或在与相变材料的相变关联的潜热不足以将外罩内容纳的分析器的温度稳定在优选温度的情况下提供备用温度控制的温度控制器电路或子程序。如果来自温度传感器的信号显示外罩内的内部温度偏离相变材料的相变温度的偏离量高于阈值，则可以通过控制器来启动加热器或冷却器装置。可以进一步包括额外质量的所述相变材料，以吸收所述一个或多个气体分析器元件在所述外罩内产生的热。所述一个或多个气体分析器元件可以包括可调谐激光头、探测器和样品室中的一个或多个。可以包括处理器，所述处理器从所述探测器接收信号并且控制可调谐二极管激光器以产生波长范围内的光，所述光被引入所述样品室以通过装在所述样品室中的气体样品且在通过所述气体样品之后在所述探测器处被接收，所述探测器量化通过所述气体样品后所接收到的光的强度，所述处理器从所述探测器接收到的信号包含关于强度的数据，所述处理器基于所述信号计算所述气体样品中的至少一种目标分析物的浓度。本文所描述的主题的各种实施方式和/或方面可以提供一个或多个优点或益处， 其可以包括但不限于下列优点或益处。对于一条或多条选定的痕量气体吸收线，以相变材料(PCM)作为可调谐二极管激光器(TDL)气体分析器的绝缘可以被动提高激光频率稳定性和精度。光谱仪室(spectrometer cell)、激光源和/或其他元件的提高的温度和频率稳定性直接转化为增强的灵敏度、测量稳定性和精度。通过消除对于昂贵的、耗能的加热和/ 或冷却系统的需要，或者至少通过减小这种系统所需要的电负荷，使用PCM材料可以使TDL 和其他痕量气体分析器系统的能耗最小化。当分析器需要诸如CSA、ATEX或IECEx的危险场所认证时，用于TDL痕量气体分析器的加热器系统可能是特别昂贵的。诸如本文所公开的基于PCM的系统和方法还可以是可靠性高且本质安全的，例如因为PCM中没有机械或电子部件。被动操作安全可能是NG管道和石油化工厂所使用的所有痕量气体分析器必备的危险场所认证的重要考量。另外，通常很少需要或者不需要维护。附图和下面的描述中阐明了本文所描述的主题的一种或多种变形的细节。本文所描述的主题的其他特征和优点将通过该描述和附图以及权利要求显现。附图说明本说明书所结合的构成本说明书的一部分的附图显示了本文所公开的主题的某些方面，并且连同说明来帮助解释关于所公开的实施例的一些原理。在图中，图1是显示具有以相变材料为特征的外罩的气体分析器的示意图；图2是显示具有容装分析器的光学头(optical head)的以相变材料为特征的外罩的气体分析器的示意图；图3是显示用于确定气体样品中的目标分析物浓度的方法的过程流程图；图4是显示用于制造具有相变材料的气体分析器的方法的过程流程图；图5是显示用于示范根据本专利技术的主题的外罩的性能的温度斜坡曲线的图表；以及图6是显示在气体分析器外罩中使用PCM的可能有益效果的两个图表。 具体实施例方式本专利技术所公开的主题提供了为分析器(例如基于可调谐二极管激光器的气体分析器)保持稳定温度的方法、系统、技术、装置和制品。用于分析器的外罩的设计中结合了某一质量的相变材料(PCM)。由于在PCM转变成熵较高的状态(即气体或液体)时吸收潜本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种设备，包括：包括抵御和适应工作环境的外壳的外罩；设置在所述外壳内的一个或多个气体分析器元件；以及设置在所述外壳内的某一质量的相变材料，所述相变材料具有相变温度，所述相变材料在所述相变温度从第一相转变到第二相，同时吸收或释放潜热能ΔＨＬ，所述相变温度处于所述一个或多个气体分析器元件的期望工作温度范围内，所述相变材料的质量Ｍ由下式给出：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｍ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ＧｒｅａｔｅｒＥｑｕａｌ；（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｔ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）＆Ｄｅｌｔａ；（／ｍｉ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｈ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中ＦＴ为在所述外罩外的环境温度超过所述相变温度的工作日的周期中从所述工作环境流入所述外罩的预期净热能通量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，
申请(专利权)人：光学传感器公司，
类型：发明
国别省市：US