专利名称：一种双锥形气体在线光谱分析气室的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体成分及浓度的光谱在线分析领域。
背景技术：
光谱仪可以实现几乎所有极性气体的定量分析，且光谱仪工作过程中不消耗任何材料，不带来任何污染，称之为“绿色”仪器。随着计算机技术，数据分析处理技术的发展，近年来，光谱仪已开始应用于气体成分及浓度的在线分析领域，如探井气测录井、大气环境监测、矿井气体成分及其浓度的在线监测、电力设备特征气体的在线检测等领域。光谱仪常规的气室是管状的，如附图1所示，有两个通气孔分布在气室的两端，一个用于样气的进入， 一个用于样气的引出。这种气室方面由于容积较大，为气体的在线分析带来了诸多不便，首先是不适合于应用于气量比较小的分析，例如，变压器油溶解气体的分析应用中，由于从变压器绝缘油中分离出来的气体本身就少，如果气室容积大，那么需要进行更长时间的油气分离，才能获得足够多的气体，以实现这些气体的光谱分析，这大大降低了气体分析的实时性；其次是气体更新较慢，分析系统的动态特性较差；再者，气室清洗时间长，这不适合于气体的光谱在线分析，因为气室在线分析时，需要经常扫描背景光谱，因此需要经常清洗气室。由于气室清洗过程中不能进行在线气体分析，因此气室清洗时间过长带来的结果就是分析数据的丢失，而如果气室清洗不够干净，则残余的气体将给出后续的分析结果带来较大的偏差。另外，常规气室只有一侧有通气孔，而且两个通气孔往往在同一侧，这致使气室中通气孔的另一侧容易形成“死气”，既该部分气体不容易流动，完全依赖于气体的扩散来进行气体组分浓度的更新，这进一步减缓了气室中气体的更新，从而增大了气室的清洗时间、降低了气体在线分析时的动态特性。如附图2所示，图中给出了石油勘探现场扫描获得的傅立叶变换中红外气体吸收光谱，0.01%浓度甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷光谱，以及0. 浓度二氧化碳标准气光谱。谱图的横轴是波数，即波长的倒数，纵轴表征的是透光率。因此，正常情况下，获得的傅立叶变换中红外气体吸收光谱是实际吸收光谱与背景光谱的比值，光谱的基线应为纵坐标数值为1的直线，若存在吸光气体，那么吸收峰应该朝下。明显地，附图2中现场扫描光谱的基线明显地发生了平移与倾斜。此外，波数3016. 6处为甲烷的吸收峰，而现场扫描光谱在该处有向上凸起。这表明，光谱仪气室清洗不干净，在扫描背景光谱时存在甲烷等残余气体。扫描背景光谱时甲烷残余气体的存在，使得随后的分析结果中甲烷的浓度偏小。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种有效减小气室容积的气室结构，提高气体光谱分析的动态特性，减少气室清洗时间，以减少漏测数据，实现少量气体的光谱分析。本发明提供了一种气体光谱在线分析用的气室，包括气室腔体、进气口和出气口， 所述气室腔体是由两个相互连通的锥形腔体构成，该气室腔体中间直径小、两端直径大；所述气室腔体前端和后端都对称设置有两个通气孔，在前端的通气孔为进气口、在后端的通气孔为出气口。所述进气口和出气口的轴向垂直于气室的轴向，但进气口和出气口的轴向和气室腔体的轴向不相交，两个出气口的轴之间保持一定的距离Cl1,两个出气口的轴之间也保持一定的距离Cl1，且2R > Cl1 > 0，其中R为通气孔所在位置气室的半径。所述气室腔体两端开口处设置有窗片，窗片通过窗片紧固器固定在气室腔体端部。所述气室腔体中两个相互连通的锥形腔体外形尺寸相同。所述进气口用于将气体在线分析时的样气通入气室腔体。所述出气口用于将气体在线分析时的样气引出气室腔体。所述通气孔上连接有空心螺柱，该空心螺柱伸出气室外部并与通气孔同轴，空心螺柱与通气孔直径相同。本发明利用光谱仪在气室中的光路的轴向剖面是一个叉形，在气室的结构由常规的装置更改为双锥形，使得气室在不阻挡光路的情况下，气室容积尽可能小。将通气孔由常规的分布于气室两端的两个更改为4个，其通气孔的轴不再与气室的轴相交，以使得气体在气室内以螺线前进的方式从气室的进气口通向出气口，从而避免“死气”的出现。所述的光谱仪气室由窗片、通气孔和气室腔体构成，其轴向剖面如附图3(a)所示。四个通气孔分列气室两端，气室在通气孔处的截面如附图3(b)所示。两个通气孔处于正对面状态时，在附图3(b)中垂直于两个通气孔轴的靠近气室壁处易形成“死气”。让通气孔的轴间距离Cl1满足条件2R > Cl1 > 0时，其中R为通气孔所在位置气室的半径，将在气室中形成如附图3(b)所示气流，这使得气室中所有的气体流动通畅，不存在“死气”。
图1常规气室轴向剖面图；图2 0.01%浓度甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷，0. 浓度二氧化碳标准气光谱与长时间工作后光谱仪器件发生特性漂移后的光谱；图3(a)是双锥形气室轴向剖面图；图3 (b)是双锥形气室通气孔截面图；其中，1、气室腔体，2、进气口，3、出气口，4、窗片，5、窗片紧固器。
具体实施例方式参见图3 (a)和图3 (b)，一种气体光谱在线分析用的气室，包括气室腔体、进气口和出气口，所述气室腔体是由两个相互连通的锥形腔体构成，该气室腔体中间直径小、两端直径大；所述气室腔体前端和后端都对称设置有两个通气孔，在前端的通气孔为进气口、在后端的通气孔为出气口。所述进气口和出气口的轴向垂直于气室的轴向，但进气口和出气口的轴向和气室腔体的轴向不相交。两个进气口的轴之间保持一定的距离Cl1,两个出气口的轴之间也保持一定的距离Cl1，且2R > Cl1 > 0，其中R为通气孔所在位置气室的半径。所述气室腔体两端开口处设置有窗片，窗片通过窗片紧固器固定在气室腔体端部。
所述气室腔体中两个相互连通的锥形腔体外形尺寸相同。所述进气口用于将气体在线分析时的样气通入气室腔体。所述出气口用于将气体在线分析时的样气引出气室腔体。所述通气孔上连接有空心螺柱，该空心螺柱伸出气室外部并与通气孔同轴，空心螺柱与通气孔直径相同。双锥形光谱仪气室轴向剖面如附图3(a)所示。用直径与常规光谱仪附带气室的直径相当的不锈钢柱体作为气室腔体，在其两端分别用车床进行镗孔，加工出两个锥形洞。 该洞在气室两端的直径与常规光谱仪气室的直径等同，即略大于光谱仪出射光的直径。用车床镗孔时，直径逐渐减�。诖锏狡抑行氖苯咏�0。中心的直径d视气室安装的准确度Δr与光谱仪气室入射光谱在该处的直径Cltl而定。d略大于Δγ+屯即可。加工好双锥形洞以后，在气室腔体的两端再用车床镗孔的方式各加工两个通气孔。通气孔的轴与气室轴垂直，但两轴不相交，如附图3(b)所示。通气孔的直径约为1 5毫米，视气流量而定，气流量大者，通气孔直径大，否则，直径小。在气室的外部，沿着通气孔再加工一个螺柱，螺柱与通气孔同轴，其轴心是空的，直径与通气孔相同，用于气室外部管道的联接。在气室两端外侧进行攻丝，加工出螺纹，螺纹深度为1，螺纹间距为m。加工两个窗片紧固器，紧固器是一个金属圈，其一端内径比气室外径小21，该端的内侧加工了深度为 1，螺纹间距为m的螺纹，与气室两端的螺纹相匹配，使得紧固器可以通过螺纹固定在气室上。紧固器的另一端的内径小于气室外径，但大于窗片外径。在气室两端，用窗片紧固器把窗片禁锢在气室上，即可加工出用于气体红外光谱在线分析的气室。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
1.一种气体光谱在线分析用的气室，包括气室腔体、进气口和出气口，其特征在于所述气室腔体是由两个相互连通的锥形腔体构成，该气室腔体中间直径小、两端直径大；所述气室腔体前端和后端都对称设置有两个通气孔，在前端的通气孔为进气口、在后端的通气孔为出气口。
2.如权利要求1所述一种气体光谱在线分析用的气室，其特征在于所述通气孔的轴向垂直于气室的轴向，但通气孔的轴向和气室腔体的轴向不相交。
3.如权利要求1所述一种气体光谱在线分析用的气室，其特征在于所述的两个进气口关于其界面的原点奇对称，两个出气口也关于其界面的原点奇对称，两个进气口轴间的距离和两个出气口的轴间距离Cl1均满足条件2R > Cl1 > 0，其中R为通气孔所在位置气室的直径。
4.如权利要求1所述一种气体光谱在线分析用的气室，其特征在于所述气室腔体两端开口处设置有窗片，窗片通过窗片紧固器固定在气室腔体端部。
5.如权利要求1所述一种气体光谱在线分析用的气室，其特征在于所述气室腔体中两个相互连通的锥形腔体外形尺寸相同。
6.如权利要求1所述一种气体光谱在线分析用的气室，其特征在于所述进气口将气体在线分析时的样气通入气室腔体。
7.如权利要求1所述一种气体光谱在线分析用的气室，其特征在于所述出气口将气体在线分析时的样气引出气室腔体。
8.如权利要求1所述一种气体光谱在线分析用的气室，其特征在于所述通气孔上连接有空心螺柱，该空心螺柱伸出气室外部并与通气孔同轴，空心螺柱与通气孔直径相同。
全文摘要
本发明公开了一种气体光谱在线分析用的气室，该气室将常规的管状气室更改为双锥形，中间直径�。酵分本洞螅杂行跣∑胰莼佣慕宀饬抗讨幸蛉莼蠖贾碌亩匦圆畹任侍�。针对双锥形气体容易形成死气问题，本发明将常规的气室的单进气口单出气口，更改为对称的双出气口和双进气口，而且两个进气口的轴保持一定间距，两个出气口的轴也保持一定的间距，使得气体在气室中流动时可以流经整个气室，保证气体在线分析时不会出现“死气”。
文档编号G01N21/25GK102297838SQ20111012726
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者刘君华, 张钟华, 朱凌建, 李玉军, 汤晓君 申请人:西安交通大学
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