混合气体分析器制造技术

提供用于测量气体含量、尤其测量气体成分的干摩尔分数的气体分析器系统和方法。这些系统和方法允许为多个环境监测应用快速测量气体密度和／或气体的干摩尔分数，包括高速通量测量。新颖的耦合设计允许对包封气流路径的槽的无工具去除，以实现光组件的现场清洗，并实现开路和闭路分析器配置之间的重新配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合气体分析器相关申请的交叉引用本申请是2008年11月6日提交的12Λ66，379(律师案号No. 020031-007700US)的部分继续申请，该申请通过引用全部通用地结合于此。
技术介绍
本专利技术一般涉及气体分析，尤其涉及用于测量气体含量的系统和方法。大气中增加的二氧化碳含量以及由此导致的温室效应和气候变化已经变成科学研究的重要课题。为便于理解全球碳平衡，有必要确定大气与陆地和海洋生态系统之间的二氧化碳和能量交换的速率。一种称为“涡流协方差”的测量技术已被广泛用于确定这些交换速率。地球表面之上数百米内的空气是最为动荡的，从而称为“涡流”的湍流结构(可变大小的旋涡)负责大多数气体(包括二氧化碳和水蒸气)、以及地表与大气之间的热量和动量的垂直输运。这种输运的速率可根据风速的垂直分量、二氧化碳和水蒸气的含量、以及大气温度的同步、高频测量来计算。为了测量二氧化碳和水蒸气的含量，可使用气体分析器来分析适当波长带中的光透过气样(gas sample)的透射比。使用某些气体分析器，含有未知含量的二氧化碳和水蒸气的样气被置入样品槽中，而具有零含量或已知含量的二氧化碳和水蒸气的参比气体被置入参比槽中。分析器根据与透射样品槽的光和透射参比槽的光之间的差异成比例的校准信号来测量样品槽中的未知气体含量。在涡流协方差应用中，充满尘埃和花粉的环境空气必须以高流速通过分析器，以便使该分析器具有必要的频率响应。即便空气被过滤了，也还是可预期样品槽的污染，尤其是在长配置期间，从而需要分析器回厂返修以便清洗。这是一个昂贵且耗时的过程，尤其是在分析器在诸如亚马逊盆地、阿拉斯加北坡、或非洲沙漠的偏远地区中使用时。在某些环境或应用中使用开路气体分析器是有益的，而在某些环境或应用中使用闭路分析器是有益的。然而，闭路分析器和开路分析器两者的购买可能相当昂贵。因此，存在对经改进和适应性气体分析器的需要。具体而言，需要容易清洗且提供稳健测量能力的气体分析器、以及能用于不同环境中的不同测定的气体分析器。概述提供用于测量气体含量、尤其测量气体成分的干摩尔分数的系统和方法。根据各个实施例的系统和方法允许为包括高速通量测量在内多种环境监测应用快速测量气体密度和/或气体的干摩尔分数。根据各个实施例的气体分析器能可适应地用作开路或闭路分析器。根据各个实施例，提供实现样气的气体含量的快速测量、同时实现样气的压力和温度的快速测量的系统和方法。此外，与现有设备相比，根据各个实施例的设备能有利地使用显著短得多的进气管且功耗显著降低。各个实施例还提供气体分析器的独特机械-光学设计方案，其在无工具可拆卸气槽中包括使人们能可任选地将气体分析器配置为开路分析器或闭路分析器的新颖元件。各个实施例还允许使用气流的温度和压力测量来测量可拆卸气槽中气体的干摩尔分数。根据本专利技术的一方面，提供一种气体分析器，其通常包括包括检测器的检测器部分；包括光源的光源部分；以及可拆卸地设置在光源部分和检测器部分之间的可拆卸气槽。可拆卸气槽通常包括限定例如封闭气流通道的气流通道的外壳结构，其中在附连时来自光源的发射光沿着光路通过气流通道通向检测器部分。气槽通常还包括进气端口、出气端口、第一温度传感器、以及压力传感器，其中进气端口和出气端口位于外壳结构上，第一温度传感器适于测量流入气流通道中的气体的温度，压力传感器位于气流通道中外壳结构的内点，该压力传感器适于测量气流槽中内点处的气体压力。在特定方面中，可拆卸气槽进一步包括位于出气端口附近的第二温度传感器，其中第一温度传感器位于进气端口附近。根据本专利技术的另一方面，提供一种气体分析器，其通常包括包括检测器的检测器部分；包括光源的光源部分；以及可拆卸地设置在光源部分和检测器部分之间的可拆卸气槽。可拆卸气槽通常包括限定例如封闭气流通道的气流通道的外壳结构，其中在附连时来自光源的发射光沿着光路通过气流通道通向检测器部分。气槽通常还包括进气端口、出气端口、位于进气端口附近的第一温度传感器、以及位于出气端口附近的第二温度传感器，其中进气端口和出气端口位于外壳结构上。在特定方面中，气体分析器包括位于气流通道中外壳结构内点处的压力传感器，该压力传感器适于测量气流槽中内点处的气体压力。在特定方面中，气体分析器包括与(一个或多个)温度传感器、压力传感器和检测器耦合的智能模块。该智能模块通常适于基于检测器信号以及压力传感器对气体压力和温度传感器对气体温度的基本同步测量，来确定气流通道内气体成分的干摩尔分数。在特定方面中，智能模块校正因从第一和第二温度传感器接收的温度信号中的空间分离产生的延迟，其中该延迟通常是气流通道中气体流速的函数。在特定方面中，气体分析器包括在检测器部分附近的第一光学窗口以及在光源部分附近的第二光学窗口，其中第一光学窗口和第二光学窗口为检测器部分和光源部分内的组件提供空气密封。根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于测量气体分析器的气流槽中气体成分的干摩尔分数的方法。该方法通常包括使气体流过气流槽，测量气流槽中气体成分对光的吸收率，基本同时地测量气流槽进气端口处气体的温度Tl，基本同时地测量气流槽出气端口处气体的温度T2，以及基本同时地测量气流槽内点处气体的压力P。该方法通常还包括基于所测得的吸收率、P、T1和Τ2确定气体成分的干摩尔分数。在特定方面中，气体的成分包括(X)2和H2O,且其中气体为空气。根据再一方面，提供测量气体成分的干摩尔分数的气体分析系统。该系统通常包括其中气体从进气端口流至出气端口的气流槽；配置成通过气流槽发射光的光源；以及配置成输出表示气流槽中气体成分对光的吸收率的吸收率信号的检测器子系统。该系统通常还包括放置在气流槽的进气端口附近的第一温度传感器；放置在气流槽的出气端口附近的第二温度传感器；以及适于测量气流槽内点处的压力的压力传感器。该系统通常还包括与第一和第二温度传感器、压力传感器以及检测器子系统耦合的智能模块。该智能模块通常适于基于吸收率信号以及气体压力与第一和第二温度传感器对气体温度的基本同步测量来确定成分的干摩尔分数。在特定方面中，气体压力的测量与第一和第二温度传感器对气体温度的测量彼此在约0. 2秒或以下内进行。在特定方面中，压力传感器以及第一和第二温度传感器对气体的压力和温度的测量以约1. OHz或更快的速率进行。5根据另一方面，提供了适于放置在气体分析器系统的光源与检测器部分之间的可拆卸气槽。该可拆卸气槽通常包括限定气流通道的外壳结构、在气流通道一端上的第一开口、在气流通道另一端上的第二开口，其中第一和第二开口限定光从光源通过气槽去往检测器部分的光路。气槽通常还包括进气端口、出气端口、位于进气端口附近的第一温度传感器、以及位于出气端口附近的第二温度传感器，其中进气端口和出气端口偏离光轴位于外壳结构上。在特定方面中，气槽包括位于气流通道中外壳结构内点处的压力传感器，该压力传感器适于测量气流槽中内点处的气体压力。在特定方面中，第一和第二温度传感器的至少之一包括位于由相应端口所限定的流路径的中心点处的热电偶。根据另一方面，提供了适于放置在气体分析器系统的光源与检测器部分之间的可拆卸气槽。该可拆卸气槽通常包括限定气流通道的外壳结构、在气流通道一端上的第一开口、在气流通道另一端上的第二开口，其中第一和第二开口限定光本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种适于以开路配置或闭路配置操作的气体分析器，所述气体分析器包括：ａ）包括检测器的检测器部分；ｂ）包括光源的光源部分；ｃ）支承结构，所述支承结构将检测器部分与光源部分耦合、并且形成始于光源部分而终于检测器部分的室外空气光路测量区域；以及ｄ）适于与支承结构可拆卸地耦合的气槽，所述气槽包括限定闭路气流通道的外壳结构，其中当气槽与支承结构耦合时光从光源通过气流通道去往检测器部分；以及其中在拆卸了气槽的第一配置中，气槽可作为开路气体分析器操作以分析室外空气光路测量区域中的气体，而在气槽与支承结构耦合的第二配置中，气槽可作为闭路气体分析器操作以分析气流通道中的气体。

【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：M·D·费托，
申请(专利权)人：利康股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US