加热装置及有机碳元素碳分析仪的制作方法

本发明涉及环境监测，特别地，涉及一种加热装置和采用所述加热装置的有机碳元素碳分析仪。

背景技术：

1、目前，随着空气质量问题日益严峻，对空气颗粒物中的有机碳、元素碳含量进行检测对研究大气化学反应和污染物的源解析具有重要意义，成为当今环境监测领域的热点。现有的有机碳元素碳分析仪采用热光分析法为主，即在无氧载气环境中对截留有颗粒物的滤膜加热，将颗粒物中的有机碳(oc1、oc2、oc3、oc4)转化为co2，然后在有氧载气环境下继续加热，此时颗粒物中的元素碳(ec1、ec2、ec3)被氧化为co2，使用co2检测器检测；或者将co2再通过甲烷转化炉，被还原为ch4，使用氢离子火焰检测器(fid)检测，整个过程中，利用激光照射滤膜，采用光电检测器测量滤膜的反射或透射信号，通过信号的变化指示出元素碳氧化的起始点，从而对有机碳/元素碳的分割点进行实时监控。对此，中国发明专利cn204202962u提供一种高温反应炉一体装置，其在解析炉和氧化炉上均缠绕有加热丝，以分别实现解析炉和氧化炉的加热处理，从而分别对空气样品进行高温解析和高温氧化处理，以便检测出空气样品中的有机碳和元素碳的含量。

2、样品炉和氧化炉在使用时最高温度均需要加热到850℃-900℃，尤其是样品炉，需要在短时间内实现多次快速升温和快速降温。样品炉中的关键部件滤膜为目标温度受体，其直径约12mm、厚约0.3mm，竖直放置于石英玻璃管内部，为了保证石英玻璃管内部的纯净度和气密性，通常在石英玻璃管外部设立加热部件。样品炉加热丝通常选用220v交流供电，加热功率为1000w-2000w，加热丝线径通常选用0.6mm左右，太细的加热丝在高温下容易熔断，较粗的加热丝则需要加热丝的长度较长，为了确保检测结果的准确性，对样品炉的尺寸有所要求，石英玻璃管太大太长会影响样品的解析及解析后的样品的传输效率，由此，加热丝的长度太长则会导致多余的加热丝长度无处缠绕。现有的有机碳元素碳分析仪大多采用弹簧状加热丝来提高样品炉中滤膜的升温效率，具体为将弹簧状加热丝拉开一定距离后外套高温套管，将套好高温套管的弹簧状加热丝缠绕在样品炉或氧化炉上，通过高温套管对弹簧状加热丝的固定和绝缘作用，使加热丝一圈圈紧密地挨在一起且贴紧玻璃管外壁，使样品炉受热尽量充分、均匀，石英滤膜处能升温快速，但由于高温套管(通常为高硅氧套管或陶瓷纤维套管)本身会有一定的隔热的作用，会阻碍一部分热量的传递，容易造成热量积聚，使得加热丝本身温度比样品炉石英玻璃管内部温度高很多，升温过冲严重，散热效果又差，连续运行时加热丝始终处于高负荷运行状态，时间久了极易发生加热丝断裂现象。

3、另外，弹簧状加热丝在快速升温和降温过程中由于热胀冷缩以及蠕变等特性，加之高温软化，加热丝发生膨胀扭曲等形变，由于高温套管对弹簧状加热丝的包裹性束缚，导致弹簧状加热丝特别是圈与圈之间发生相互挤压坍缩而出现局部短路和温度异常聚集的问题，导致加热丝极易熔断，极大地影响加热丝的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明首要提供一种加热装置，以解决现有加热丝的固定结构会对热量传递和加热丝的使用寿命产生严重影响的技术问题。

2、本发明还提供一种有机碳元素碳分析仪，采用上述加热装置。

3、根据本发明的第一方面，提供一种加热装置，包括样品管、加热丝和耐高温绳，所述加热丝呈螺旋状并带有中心孔，所述耐高温绳穿设于所述加热丝的中心孔中并缠绕于所述样品管的外周，所述耐高温绳的端部穿出所述加热丝并紧固设置，从而通过所述耐高温绳将所述加热丝缠绕固定于所述样品管上并使所述加热丝紧密贴合所述样品管的外周壁，所述加热丝用于对所述样品管的内腔进行加热。

4、优选地，所述加热装置还包括多个隔离组件，多个隔离组件沿所述样品管的轴向间隔布设于所述样品管的外周壁上，所述加热丝沿所述样品管的轴向螺旋缠绕有多圈，所述隔离组件设于相邻两圈加热丝之间。

5、优选地，所述隔离组件包括沿所述样品管的周向间隔排布并沿所述样品管的轴向依次错位设置的多个隔离挡片，以使多个隔离组件中的隔离挡片沿所述样品管的轴向呈螺旋状排布。

6、优选地，所述加热装置还包括设于相邻两个隔离组件之间的导热组件，所述导热组件包括u型座，所述u型座沿所述样品管的轴向上的第一端贴合其中一个隔离组件中的隔离挡片，所述u型座沿所述样品管的轴向上的第二端贴合另一个隔离组件中的隔离挡片，所述u型座的底部贴合所述样品管，所述u型座设有与所述加热丝相适配的u型槽。

7、优选地，沿所述样品管的径向，所述隔离组件的高度比所述加热丝的高度低并大于所述加热丝的高度的一半。

8、优选地，相邻两个隔离组件之间的间距等于所述加热丝的宽度。

9、优选地，所述隔离组件与所述样品管一体成型。

10、可选地，所述样品管的外周壁上设有卡槽，所述隔离组件可拆卸地插接于所述卡槽上。

11、优选地，所述样品管的外周壁上设有限位槽，所述加热丝嵌设于所述限位槽内。

12、根据本发明的第二方面，还提供一种有机碳元素碳分析仪，包括样品炉和氧化炉，所述样品炉和/或所述氧化炉包括上述加热装置。

13、优选地，所述有机碳元素碳分析仪还包括用于检测所述样品管内温度的温度检测组件。

14、优选地，所述有机碳元素碳分析仪还包括设于所述样品管内并处于所述加热丝的中段位置上的滤膜，所述滤膜的表面相对所述样品管的轴向垂直设置，所述滤膜用于收集流经所述样品管的大气中的颗粒物样品。

15、本发明具有以下有益效果：

16、本发明提供的加热装置，将加热丝设为螺旋状并带有中心孔，通过耐高温绳穿设于加热丝的中心孔中并缠绕于样品管的外周，并且耐高温绳的端部穿出加热丝并紧固设置，便可通过耐高温绳将加热丝缠绕固定于样品管上并使加热丝紧密贴合样品管的外周壁，不仅能够实现加热丝的锁紧固定，避免加热丝在工作过程中发生形变相对样品管脱离而影响加热效果，防止加热丝发生移动而造成短路现象，还不会阻碍加热丝与样品管之间的热量传递，不会造成热量积聚，有效提升了样品管的升温和散热速率，并使加热丝在升温和散热过程中能够产生一定的形变而不会发生短路等现象，以便释放应力和热量，进而提升加热丝的使用寿命，同时还能提升加热丝的升温和降温速率，结构简单且方便组装，成本低。

17、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种加热装置，其特征在于，包括样品管(1)、加热丝(2)和耐高温绳(3)，所述加热丝(2)呈螺旋状并带有中心孔，所述耐高温绳(3)穿设于所述加热丝(2)的中心孔中并缠绕于所述样品管(1)的外周，所述耐高温绳(3)的端部穿出所述加热丝(2)并紧固设置，从而通过所述耐高温绳(3)将所述加热丝(2)缠绕固定于所述样品管(1)上并使所述加热丝(2)紧密贴合所述样品管(1)的外周壁，所述加热丝(2)用于对所述样品管(1)的内腔进行加热。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括多个隔离组件(4)，多个隔离组件(4)沿所述样品管(1)的轴向间隔布设于所述样品管(1)的外周壁上，所述加热丝(2)沿所述样品管(1)的轴向螺旋缠绕有多圈，所述隔离组件(4)设于相邻两圈加热丝(2)之间。

3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述隔离组件(4)包括沿所述样品管(1)的周向间隔排布并沿所述样品管(1)的轴向依次错位设置的多个隔离挡片(41)，以使多个隔离组件(4)中的隔离挡片(41)沿所述样品管(1)的轴向呈螺旋状排布。

4.根据权利要求3所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括设于相邻两个隔离组件(4)之间的导热组件(5)，所述导热组件(5)包括u型座(51)，所述u型座(51)沿所述样品管(1)的轴向上的第一端贴合其中一个隔离组件(4)中的隔离挡片(41)，所述u型座(51)沿所述样品管(1)的轴向上的第二端贴合另一个隔离组件(4)中的隔离挡片(41)，所述u型座(51)的底部贴合所述样品管(1)，所述u型座(51)设有与所述加热丝(2)相适配的u型槽(511)。

5.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，沿所述样品管(1)的径向，所述隔离组件(4)的高度比所述加热丝(2)的高度低，并大于所述加热丝(2)的高度的一半。

6.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述隔离组件(4)与所述样品管(1)一体成型。

7.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述样品管(1)的外周壁上设有卡槽，所述隔离组件(4)可拆卸地插接于所述卡槽上。

8.一种有机碳元素碳分析仪，包括样品炉和氧化炉，其特征在于，所述样品炉和/或所述氧化炉包括如权利要求1至7中任意一项所述的加热装置。

9.根据权利要求8所述的有机碳元素碳分析仪，其特征在于，所述有机碳元素碳分析仪还包括用于检测所述样品管(1)内温度的温度检测组件。

10.根据权利要求8所述的有机碳元素碳分析仪，其特征在于，所述有机碳元素碳分析仪还包括设于所述样品管(1)内并处于所述加热丝(2)的中段位置上的滤膜，所述滤膜的表面相对所述样品管(1)的轴向垂直设置，所述滤膜用于收集流经所述样品管(1)的大气中的颗粒物样品。

技术总结
本发明公开了一种加热装置及有机碳元素碳分析仪，其中，所述加热装置包括样品管、加热丝和耐高温绳，所述加热丝呈螺旋状并带有中心孔，所述耐高温绳穿设于所述加热丝的中心孔中并缠绕于所述样品管的外周，从而通过所述耐高温绳将所述加热丝缠绕固定于所述样品管上并使所述加热丝紧密贴合所述样品管的外周壁，所述加热丝用于对所述样品管的内腔进行加热。本发明提供的加热装置，不仅能够实现加热丝的锁紧固定，避免加热丝在使用过程中相对样品管脱离而影响加热效果，且防止加热丝发生移动而造成短路现象，还不会阻碍加热丝与样品管之间的热量传递，不会造成热量积聚，有效提升样品管的升温和散热速率，结构简单且方便组装。

技术研发人员：刘海东,刘德华,丁巧蓓,王本腊,文朝阳
受保护的技术使用者：力合科技（湖南）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15