本发明涉及一种气体分析仪器,尤其涉及一种真空采样器。
背景技术:
光和物质之间的相互作用,使物质对光产生了吸收、发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所形成的演变关系,称为光谱,是测定和鉴别物质的重要实验手段。常见的气体吸收光谱分析技术有:广谱的ndir技术和窄线宽的tdlas技术。其中,tdlas技术是通过对激光器施加调谐信号实现波长扫描,获得气态物质的吸收谱线,进而推算其成分和状态信息的检测技术,具有高灵敏度,高分辨率等优点,可广泛应用于石油化工、大气环境、家庭民用等领域的相关气体检测。
比尔朗伯定律的物理意义是:当单色光通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与吸光物质的浓度成正比。由此可见,在其他条件已知的情况下,可以通过测量光强的变化即吸光度来计算气体浓度。当气体浓度一定时,光程l越长,吸光度越高,因此在工程应用中,可以采用增加气室长度的方法来提高测量精度。但是增加气室的长度,一方面对激光的亮度、方向性和汇聚度具有很高的要求,更重要的是,若要将测量精度提高一位,气室长度需增长十倍。受空间和成本的限制,气室长度显然不能无限增长。另外一种方法是空腔振荡的方法,即在气室长度一定的情况下,通过光的多次反射来增加光程,该方法对光路的精度要求很高,显著增加了系统的复杂程度和加工成本,不利于工业生产应用。
由比尔朗伯定律可知,除了光程l之外,气体的吸收还受介质的吸收截面∝(v)的影响,它是压力的函数。在高压下,分子间的碰撞会使气体分子对光谱的吸收产生碰撞展宽,让气体对激光的吸收谱线变矮变宽,不利于仪器寻找合适的吸收峰和测量精度的提高,而且如果多个吸收峰相隔较近,甚至产生叠加,直接影响仪器对吸收峰位置的判断,使得测量结果不准确,在300k、1atm条件下,气体组成为95%ch4、5%c2h6和10ppmh2o时的吸收谱线,图中可以看到常压条件下,当h2o的浓度很低时,其吸收峰完全被湮没在ch4的吸收峰之下,仪器无法追踪到水的吸收峰位置;而在低压环境下,吸收峰变得细高,可将不同的吸收峰分离开,同样的气体组分在相同的温度条件下,压力降至0.1atm时,h2o和ch4的各个吸收峰被分离开,提高吸收峰的选择性,可从本质上提高测量的准确性和精确度,因此在基于吸收光谱技术的气体分析仪中,降低样品气室的压力具有重要的意义。
目前对于降低气室压力的方法,一般采用抽气泵抽气的方式。但是抽气泵作为转子部件,是利用叶轮或活塞等部件实现抽气和排气的机械,一方面需要消耗额外的能量,一方面会给整个系统带来振动和可靠性问题。
技术实现要素:
本发明针对背景技术中存在的问题,设计了一种可以自动降低进入分析仪气室压力的采气装置。
一种真空采样器,其特征在于:包括通过三通管连接的一次减压阀、分析仪和微喷射流真空发生器,所述分析仪和微喷射流真空发生器通过管道连通;所述三通管的接头与分析仪之间设置有二次减压阀;所述三通管的接头与微喷射流真空发生器之间设置有针阀;所述分析仪和微喷射流真空发生器之间设置有单向阀。
所述微喷射流真空发生器包括一个三通状腔体,所述腔体上设置有高压气体进气口、低压气体进气口、出气管,微喷射流真空发生器通过高压气体进气口与针阀连接,微喷射流真空发生器通过低压气体进气口与单向阀连接。
所述高压气体进气口设置有喷管。
所述喷管为缩放喷管、渐缩喷管、微喷管或喷射流装置。
所述出气管为直管、渐缩喷管或缩放喷管。
本专利在现有技术的基础上,增设一个以微喷射流喷管为主要元件的真空发生器,以降低气室内的压力。通过射流装置的气体为工作气体,被真空装置吸出的气体为抽吸气体。工作气体是从高压采气口采入,经过第一个减压阀减压至0.3mpa~0.5mpa后通过三通,其中一部分气体作为工作气体流经射流喷管加速,形成高速气流后排出,另一部分气体再经过第二个减压阀减压至0.1mpa左右,作为待测气体进入低压管道,由于低压管道与真空发生器相连,高速气流可利用气体的粘滞力卷吸出低压管道内的气体,使仪器气室内的压力最终低于0.1mpa,另加一个单向阀阻止高压工作气向其中泄漏。该真空发生器的流量和真空度取决于工作气体的上流压力,可由针阀来调节流量,当真空度达到要求时,停止抽气。
上述微喷射流真空发生器是靠喷管产生高速微喷射流来工作的,微喷射流产生的高速工作气体分为亚声速、声速和超声速三种,这取决于高低压气体的压力差、气流的流动损失以及喷管的形状是渐缩喷管还是缩放喷管,但无论是哪种喷管,只要能够对气流进行加速,都能够形成一定的负压,在应用中,都是可行的方案。
本发明的有益技术效果为:有效提高吸收光谱分析仪的测量精度和吸收峰的选择性。设备结构简单,安装方便,制作和安装成本低,利用气体本身的压差能产生真空,无需外部供能,运行费用低。设备没有转动部件,合理设计工况下无震动、无噪音,运行更安全、更稳定、更可靠。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中微喷射流真空发生器的结构示意图;
其中:一次减压阀1、分析仪2、微喷射流真空发生器3、三通管的接头4、二次减压阀5、针阀6、单向阀7、高压气体进气口31、低压气体进气口32、出气管33、喷管8;
图3为本发明中微喷射流真空发生器的截面结构示意图;
其中0-截面0、1-截面1、2-截面2、3-截面3、4-截面4。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种气体光谱分析真空采样器,其特征在于:包括通过三通管连接的一次减压阀(1)、分析仪(2)和微喷射流真空发生器(3),所述分析仪(2)和微喷射流真空发生器(3)通过管道连通;所述三通管的接头(4)与分析仪(2)之间设置有二次减压阀(5);所述三通管的接头(4)与微喷射流真空发生器(3)之间设置有针阀(6);所述分析仪(2)和微喷射流真空发生器(3)之间设置有单向阀(7)。
所述微喷射流真空发生器(3)包括一个三通状腔体,所述腔体上设置有高压气体进气口(31)、低压气体进气口(32)、出气管(33),微喷射流真空发生器(3)通过高压气体进气口(31)与针阀(6)连接,微喷射流真空发生器(3)通过低压气体进气口(32)与单向阀(7)连接。
所述高压气体进气口(31)设置有喷管(8)。
所述喷管(8)为缩放喷管、渐缩喷管、微喷管或喷射流装置。
所述出气管(33)为直管、渐缩喷管或缩放喷管。