本发明涉及一种测量气室装置，尤其涉及一种模拟内燃机工作状况的TDLAS测量气室装置，属于属于柴油机领域。
背景技术：
近年来，环境问题成为人们日益关注的焦点，尤其是随着绿色、节能、低碳等概念的提出，环境意识日渐深入人心，我们越来越感受到环境问题与我们的日常生活是息息相关的。而大气污染在环境问题中尤为突出，例如温室效应越发严重，全球气候变暖，冰川融化，导致海平面上升等等。船舶行业在上世纪末、本世纪初得到了迅猛的发展，船舶污染物排放问题已成为大气污染问题的焦点问题之一。未来，针对船舶污染物排放的法律法规将日益严格。为开展柴油机排放组分及燃烧产物的测试，以及开展柴油机排放组分及燃烧产物的测试，开展高精度、便携性、实时在线测量技术的研究显得尤为重要和紧迫。TDLAS技术具有测试方法简单、测试精度高、动态响应特性好以及环境适应能力强等特点。适合于船舶柴油机复杂的污染物排放特性，可实现污染物排放浓度的高精度在线测量，可有效解决现有测试方法及仪器无法实现在线测量的问题。
TDLAS技术始于20世纪60年代中期，由Hinkley和Reid等人率先提出，但受到当时激光器制造技术的限制，TDLAS测试技术的测试精度较差。随着激光器的发展和调制技术后的谐波探测方法的应用，美国麻省理工学院宇航研究中心R.C.Donails实小组，采用调谐范围较宽的量子级联激光器(QCL)，成功实现了定容燃烧装置中CO浓度、CO2浓度及燃烧温度的同步测量。国内安徽光机团队开展基于TDLAS技术的大气监测研究及道路排放在线测试研究，取得了较为理想的研究结果。
基于TDLAS技术的气体浓度检测及燃烧诊断技术具有较好的技术通用性，然而目前的相关研究主要集中在稳态环境条件下(温度、压力及损耗不变)。如何在变参量下环境下，实现船用柴油机污染物排放的实时在线测量是目前的研究主旨所在。通过气室模拟内燃机燃烧情况有望突破船用柴油机污染物排放实时在线检测技术，为船用柴油机的优化及控制提供有力支撑。
技术实现要素：
本发明的目的是为了测定内燃机在不同温度和压力下气体和燃烧颗粒物的浓度而提供一种模拟内燃机工作状况的TDLAS测量气室装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种模拟内燃机工作状况的TDLAS测量气室装置，包括吸收气室、设置在吸收气室内的碳纳米颗粒物、变光程系统、循环系统和温度控制系统；
所述变光程系统包括面对面设置在吸收气室内的导轨、与导轨相连的可转动底座、设置在底座上的旋钮和螺母、设置在螺母上的镜腔；吸收气室两侧是可视化窗口，可视化窗口内分别设置有可调谐二极管激光器和探测器，探测器外侧还设置有He：Ne激光准直器；
所述循环系统包括与吸收气室连通的循环管、依次设置在循环管上的气阀、气泵、压力表和搅拌器；
所述温度控制系统包括设置在吸收气室外表面的电热丝和与电热丝连接的TEC温控仪，所述TEC温控仪上设置有TEC温控仪敏感探头，所述TEC温控仪敏感探头插入吸收气室内；
所述电热丝外表面上设置有隔热板，所述隔热板上设置有支架。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述镜腔为全反镜；
2.所述可视化窗口和镜腔的材料为耐高温的玻璃；
3.所述碳纳米颗粒为20-100μm。
本发明可通过改变气室中反射镜的数量和位置，来改变激光的光程，达到测量气体浓度的目标；反射镜安置在可转动的底座上，底座安置在气室两侧的导轨上，方便对镜子进行移动和调整；用碳纳米颗粒模拟燃烧生成的颗粒物，并用循环装置吹扫，实现气室内颗粒物的悬浮，对颗粒物实现精确测量；用电热丝在气室外部加热的方式使传热在气室内部更加均匀，对测量气体浓度的温度特性研究有重大意义；气体通过气泵和搅拌器连接输送，压强由压强表和气阀控制。气室外部通过隔热材料包裹。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在有限的空间内，实现了温度和压强的控制，并且利用流通装置对颗粒物进行了吹扫，模拟了内燃机的燃烧情况，整个设计结构紧凑，合理且高效，对于模拟内燃机的排放具有很高的相似性。
附图说明
图1是气室装置结构图；
图2是变光程系统示意图；
图3是导轨和底座示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图中：1为吸收气室、2为镜腔、3为碳纳米颗粒物、4为导轨、5为底座、6为进气孔、7为出气孔、8为TEC温控仪敏感探头、9为循环管、10为气泵、11为气阀、1为2搅拌器、13为压力表、14为电热丝、15为电源、16为可视化窗口、17为He：Ne激光准直器、18为可调谐二极管激光器、19为探测器、20为隔热板、21为支架、22为旋钮、23为螺母、24为中光程输出口、25为长光程输出口。
气室装置里面是吸收气室，用来存放目标气体和颗粒物，并且里面安置可以调整的高反射光腔，用来增加光程，外侧由电热丝和TEC温控仪控制，气体由背景气体和目标气体构成，经过气泵经搅拌器进入气室，并由压力表控制气压，颗粒物通过回路流通进行吹扫，气泵通过气阀控制气体流动的大小，使其进入和出来的气体速率一致，保证气室内气压稳定，并且气流大小刚好可使颗粒物均匀悬浮，不影响纵向上的测量结果。气室左右两侧是可视化窗口，分别为激光器的输出口和探测器的接收口。整个气室外侧由隔热材料包裹，以达到安全效果。
本发明还包括这样一些特征：
1.电热丝与TEC温控仪相连，可以通过调节电流大小控制气室温度，温控仪有可显示的面板，可预先设置目标温度，仪器会达到预期温度控制电流使其达到稳定温度。
2.气室内部安置的高反射镜由一组组的全反镜组成，底部旋钮控制，实现目标气体所需的光程，可以增加或者减少全反射镜子数来调整反射次数，使其在中长光程输出，以达到变光程的目的。
3.变光程腔通过底座安置在气室两侧的导轨上，底座最下面和导轨接触，左右移动，中间是圆柱形旋钮可以调整镜子进行转动，镜子安置在座架上方用螺母连接。
4.用石墨碳纳米颗粒模拟内燃机燃烧生成的颗粒物，达到模拟效果。
5.等到气室内充气完成后，用气管连接气泵并用气阀控制进行进气和出气的进行流动，以吹扫气室内的颗粒物防止沉淀造成的不均匀，对测量结果产生影响。
6.气体由背景气体和目标气体按比例由气泵进行输送，先进入搅拌器进行混合，之后再进入气室，气泵上气压表显示气压，可用气阀控制气室内的压强。
7.可视化窗口和全反射镜腔用耐高温的玻璃制成，可在高温条件下保证正常的工作。
如图1所示吸收气室1由镜腔2和变温变压系统组成，镜腔2安置在导轨4上进行起变光程作用，电热丝14和TEC温控仪相连控制温度，气泵10，压力表13配合搅拌器12进行输气，颗粒物3在气室内1通过循环装置进行悬浮，整个装置接口用密封胶带密封，可视化窗口16在气室两侧，分别对应激光器18和探测器19。
本发明在使用上，将镜腔2安置在底座5上，按预算光程进行对镜腔个数的选择并安装在导轨4上，先用He：Ne激光准直器17进行光路测试，通过旋钮22和螺母23调整镜腔2的角度和位置改变光程使其可出射在可视化窗口16，完成后对镜子进行固定。然后在气室内放入定量的碳纳米颗粒3，进行气室的封装，所有接口用密封胶带密封，完成后进行密封性测试。气体由气泵10抽送进入搅拌器12进行搅拌，通过压力表13读数，达到目标压强后用气阀11控制进气，控制压强达到稳定状态。将电热丝14和TEC温控仪接入电路对气室进行加热，TEC探头8接入气室内自动温控，在达到预定温度后保持稳定，可达到0.01k的高精度。外部加热的方式传热均匀，可避免温度波动对测量造成影响。气室内气体通过流通管进入气泵10，由气阀11控制进出速率，再次流回气室，吹扫内部存放的颗粒物，使其悬浮在气室中，避免测量过程中颗粒物分布不均匀造成的测量误差。气室外层用隔热的材料包裹，避免高温状态下造成的不安全，气室底部两侧安装支架，安全方便的基础上也便于移动。
电源15给本发明所述的气室装置供电。
综上：本发明公布了一种模拟内燃机工作的气室，气室由吸收气室和温度控制两层构成，吸收气室内部安装高反镜腔，气体和颗粒物，外部被电热丝缠绕加热，并用TEC温控仪控制，可自动控制并实时显示。在气室上方分别开有有气体回流泵，和气泵以及搅拌器的气孔，左右两侧开有可视化窗口，分别是激光器和探测器的输出和接收口，最外部用隔热材料包裹。本发明是一种严格模拟内燃机气缸燃烧情况的气室，通过外部气泵控制气体进度和气压并通过搅拌器混合目标气体和背景气体，电热丝加TEC温控可随时实现高温条件，气室加入碳纳米颗粒模拟内燃机燃烧颗粒物，气体回流装置使颗粒物均匀悬浮于气室中，可对颗粒物浓度进行测量。整个设计完全实现了内燃机工作情况，结构合理且高效，对内燃机燃烧产物研究就有重大意义。