一种测量混合气体发热量的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种测量混合气体发热量的装置，所述装置包括光学头、准直透镜、光探测器、支架、半导体激光器、转换板、样品室和反射镜，所述支架设置在所述光学头中，所述准直透镜和所述光探测器设置在所述支架的下侧，所述半导体激光器设置在所述支架的上侧，所述反射镜设置在所述装置的下端，所述半导体激光器发出的激光通过所述准直透镜后照射在所述反射镜上，并反射至所述光探测器，所述光学头下端设置有所述转换板，所述转换板上连接有所述样品室。根据本实用新型专利技术的测量混合气体发热量的装置，可以直接且准确地测量混合气体的发热量，且该装置结构紧凑、反应迅速、不消耗其它气体、无燃烧、运行可靠、维修低廉。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及测量领域，尤其涉及一种测量混合气体发热量的装置。
技术介绍
在众多领域中都需要对气体尤其是混合气体的发热量进行测量，其中发热量定义为单位质量的可燃物质与氧气完全燃烧所释放出的热量，它是一个非常重要的参数，对汽机和炉膛等热系统的效率与安全性具有重要影响，其微小的扰动都可能给整个系统的运行带来问题，甚至出现安全事故。另外，天然气、石油等能源产品进行贸易时也需要对其发热量进行测量。对于发热量的测量，要求其能够简单、快速、精确和安全的实现。为了解决上述问题，现有技术中已经提出了如下的一些方法，但它们都存在一定缺点。热量计法。这是一种典型的直接测量发热量的方法。其将一定量的试样置于密封反应室中，在充足的氧气条件下，将试样完全燃烧，燃烧所释放的热量被反应室吸收，其温升与试样燃烧放出的热量成正比，这样发热量就可以由燃烧前后的温差计算出来。但是该方法有以下缺点，不适合现场实时测量1)反应速度慢；2)校正与维修复杂；3)热量损失、 流量变化和其它参数对测量结构有较大影响；4)燃烧存在安全隐患。色谱法。气相色谱(GC)是基于时间差别的分离技术，将气化的混合物或气体通过含有某种物质的管，基于管中物质对不同化合物的保留性能不同而得到分离，这样，就可以基于时间的差别对化合物进行分离。样品经过检测器以后，被记录的就是色谱图，每一个峰代表最初混合样品中不同的组分，峰出现的时间称为保留时间，可以用来对每个组分进行定性，而峰的大小、峰高或峰面积，则是组分含量大小的度量。得到各组分含量大小后，再乘以各自发热量，就得到混合物总的发热量。但是该方法容易受到像水蒸汽、硫化物等组分的影响，使测量结果误差增大。另外，其反应时间较长、测量速度较慢，在实际应用中，测量的延迟可能导致计费错误，产生经济损失。除此之外，GC的运行与维修代价也很高昂。光谱吸收法。一种方法为利用半导体激光吸收光谱技术，测得混合气体中不可燃组分的浓度(主要为CO2)，在已知氮气浓度与声速的情况下，利用经验公式求得混合气体的发热量。但是此方法需要知道氮气的浓度以及额外的设备来测量声速，增大了测量的复杂性，同时由于经验公式可能随地区及时间而变化，该方法的应用范围也受到较大限制。另一种方法利用激光吸收光谱技术测量混合气体完全燃烧的耗氧量，再根据燃烧耗氧系数得到发热量。该方法需要气体完全燃烧才能实现准确测量，氧气工艺处理及消耗也导致运行成本增加，同时带来了安全隐患。因此，需要提供一种测量混合气体发热量的装置以解决上述问题。
技术实现思路
为了解决该问题，本技术公开了一种测量混合气体发热量的装置，所述装置包括光学头、准直透镜、光探测器、支架、半导体激光器、转换板、样品室和反射镜，所述支架设置在所述光学头中，所述准直透镜和所述光探测器设置在所述支架的下侧，所述半导体激光器设置在所述支架的上侧，所述反射镜设置在所述装置的下端，所述半导体激光器发出的激光通过所述准直透镜后照射在所述反射镜上，并反射至所述光探测器，所述光学头下端设置有所述转换板，所述转换板上连接有所述样品室。较佳地，所述样品室可以为单样品室或者双样品室。较佳地，所述半导体激光器包括多个激光器，每个所述激光器分别产生指定波长的激光。较佳地，所述半导体激光器也采用波长可调的激光器。根据本技术的测量混合气体发热量的装置，可以直接且准确地测量混合气体的发热量，且该装置结构紧凑、反应迅速、不消耗其它气体、无燃烧、运行可靠、维修低廉。在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。以下结合附图，详细说明本技术的优点和特征。附图说明图1是波长为23. 1. Mnm时，混合气体中C3-C6气体的吸收量与发热量的关系图；图2是波长为2301. 0至2302. 5nm时，混合气体中C3-C6气体的光谱吸收量；图3示出了根据本技术一个实施例的测量混合气体发热量的装置的示意图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底了解本技术，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本技术的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本技术还可以具有其他实施方式。以下参考附图对本技术的实施例做出详细描述。经过我们的研究，可以将混合气体中的气体组分分为轻组分和重组分。轻组分主要是指分子式中碳原子数量小于等于2的气体，比如甲烷、乙烷等。重组分主要是指分子式中碳原子数量大于2的气体，比如丁烷、异丁烷等。由于在实际应用中，碳原子数量大于等于7的组分的含量非常少，因此，忽略了这些重组分的发热量。对于轻组分的气体的发热量的测量，可以首先通过现有技术中的可调谐半导体激光器(Tunable Diode Laser，TDL)光谱分析技术测量其浓度，然后，将各个轻组分的浓度乘以其已知热值，就可以得到该轻组分的发热量。各个轻组分的发热量相加就是全部轻组分的发热量。例如，当混合气体中的轻组分包括甲烷和乙烷时，轻组分的发热量=甲烷的热值 X甲烷的浓度+乙烷的热值X乙烷的浓度。可调谐半导体激光吸收光谱气体分析技术具有反应迅速，设计紧凑，测量精准和维修低廉等优点，该技术已经成功应用于测量甲烷及其它小分子气体的浓度，在此不再对其详细描述。对于混合气体中的重组分来说，经过我们研究，在激光中存在特定的波长，使得所有重组分对激光的吸收量与发热量成线性比例关系。也就是说，在这些波长范围内，重组分的发热量仅与激光的吸收程度有关，而与气体混合方式无关，从而使得通过直接光学吸收测量重组分的发热量变为可能。经过我们研究，在下列波长范围内会出现上述的吸收量与发热量成线性比例关系的现象(单位为 nm) :1729-1731,1761-1763,1774-1789, 2301-2303, 2334-2344, 2346-2348,2402-2404,2438-2447,2533-2541,3187-3195,3197-3209,3359-3367, 3391-3400,3404-3407,3426-3427,3429-3430,3459-3461, 3469-3474, 3483-3492, 3551-3557，3574-3575，3640-3641，3644-3650，3702-3708,3763-3767，3901-3920。参考图1，是波长为23. l.Mnm时，混合气体中C3-C6气体的吸收量与发热量的关系图。X轴为发热量，单位为BTU. ft_3，Y轴为发热量。其中直线为拟合所得，斜率为 2. 34χ10"9ΒΤΓ1. ft3，直线公式为 Y = 2. 34x1 O^9X-L 68x10、即混合气体中的 C3-C6 (C3 分子式中碳原子数为3，其他依次类推)组分的发热量每变化1BTU. f本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，刘翔，
申请(专利权)人：武汉米字科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：