紅外氣體傳感器氣室及其紅外氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種紅外氣體傳感器氣室及其紅外氣體傳感器，包括氣室殼體Ⅰ、氣室殼體Ⅱ、測量氣腔室和參比氣腔室，還包括用于確定測量氣腔室軸向長度的環形開口結構定位片，所述定位片位于所述第一濾波片和所述第二濾波片之間，并且定位片軸向兩側分別對應與所述第一濾波片和所述第二濾波片緊靠密封連接；具有紅外傳感器使用壽命長、可靠性高、穩定性好、測量精度高、抗干擾能力強的優點，還可保證在測量高濃度氣體時所需氣體層長度的精度要求，解決了用紅外線測量高濃度氣體所需短氣室的問題，使其能夠適應各種復雜的工業流程現場的在線使用。
【專利說明】紅外氣體傳感器氣室及其紅外氣體傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及紅外線氣體檢測領域，特別涉及一種紅外氣體傳感器氣室及其紅外氣體傳感器。
【背景技術】
[0002]對工業流程氣體濃度檢測所用的傳感器，一般按其檢測方式來分，主要有以下幾種方式的傳感器:一是催化燃燒式氣體傳感器，可燃性氣體在催化劑的作用下，在一定溫度條件下進行燃燒反應，燃燒時白金電阻溫度升高，電阻發生變化，變化值是待測氣體濃度的函數，這種傳感器只能檢測可燃性氣體，有局限性，并且是暗火工作，有引燃爆炸危險；二是半導體式氣體傳感器，利用一些金屬氧化物半導體材料在一定的溫度下其電導率隨著環境氣體成分變化而變化原理制造，這種方法穩定性差，受環境影響大；三是熱導式氣體傳感器，利用熱量在不同氣體中傳遞時具有的熱傳導能力不同，通過測量混合氣體的熱導率從而得到待測氣體的體積百分含量，這種傳感器受溫度影響大，被測氣體濃度不能太低，由于氣體之間的熱導率相近，抗干擾能力弱，只能測量兩種組份氣體；第四種是化學電池類傳感器，它為一種消耗型的傳感器，因此使用壽命較短，一般只有I~2年的使用壽命，且輸出的信號穩定性差，測量精度低，不適合各種復雜的工業流程現場在線檢測使用。
[0003]基于上述原因， 有人設計了一種紅外氣體傳感器，利用氣體分子對不同波段紅外線的吸收原理制作而成，主要由紅外線輻射光源、氣室和接收器三大部件組成，其中輻射源用于發射包括被測氣體特征吸收峰波長在內的紅外光；氣室用于容納被測氣體，讓紅外光通過的空腔；接收器用于感知紅外光強度變化并將其轉化為電量的換能裝置。
[0004]在紅外氣體傳感器檢測領域，不同濃度的同種氣體對紅外光的吸收遵從郎伯-比爾定律，它是指單一波長的平行光通過均勻介質時能量被介質吸收的規律。
[0005]I=10e_kcl
[0006]式中=Itl——紅外線輻射被氣體吸收前的能量；
[0007]I——紅外線輻射被氣體吸收后的能量；
[0008]k-氣體的吸收系數；
[0009]c——吸收氣體的濃度；
[0010]I—紅外線輻射經過吸收氣體層的長度。
?.1 [
A - O - 1 - 1 -kc/
[0011]吸收率:A= P=卜廠
1D1 0.?
[0012]吸收率只和氣體的吸收系數k、吸收氣體的濃度c以及紅外線輻射經過吸收氣體層的長度I有關，而吸收系數k是通過推算和實驗總結出來的，是一個常數。在實際的數據處理中發現，當不同的氣體濃度c和通過吸收氣體層的長度I的乘積Cl在25%-40%的范圍內時，測得的數據具有較好的線性和精度。因此，儀器的測量量程由氣室的長度決定，低量程需用長氣室，高量程用短氣室。
[0013]由上述可知，在紅外氣體傳感器中，氣室是與被測氣體直接接觸的部分，被測氣體通過氣室中的氣體層長度決定紅外分析儀器的測量范圍，被測氣體的濃度越低，該氣室長度越長，反之，被測氣體的濃度越高，該氣室長度越短。由上述分析可知，對于測量高濃度(主要是百分之百)的氣體來說，所用的氣室通過被測氣體的氣體層長度在0.6mm以下，而現有的紅外氣體傳感器的測量氣室的長度多為依據低濃度氣體的測量標準制作的一體化結構，吸收氣體層的長度較長，在測量高濃度(主要是百分之百)的氣體時，如果直接按照現有的低濃度氣體所用長氣室的一體化結構是很難實現對高濃度氣體的檢測，并且在氣體層長度在0.6mm以下的精度范圍內，難以通過單純的一體化機械加工來保證測量氣腔室的氣體層長度符合上述要求，制作誤差較大，不僅可靠性不高、精度較低、抗干擾能力較差，影響檢測效果，而且還不能夠適應各種復雜的工業流程現場在線使用；并且現有的紅外氣體傳感器氣室的氣體層長度是通過一體化結構制作成恒定不變的，氣體層長度不易調節，不具有靈活適應性。
[0014]因此，需要對現有紅外氣體傳感器的氣室進行改進，不僅具有紅外傳感器使用壽命長、可靠性高、穩定性好、測量精度高、抗干擾能力強的優點，還可保證在測量高濃度氣體時所需氣體層長度的精度要求，解決了用紅外線測量高濃度氣體所需短氣室的問題，使其能夠適應各種復雜的工業流程現場的在線使用。
【發明內容】
[0015]有鑒于此，本發明提供一種紅外傳感器氣室及其紅外傳感器，不僅具有紅外傳感器使用壽命長、可靠性高、穩定性好、測量精度高、抗干擾能力強的優點，還可保證在測量高濃度氣體時所需氣體層長度的精度要求，解決了用紅外線測量高濃度氣體所需短氣室的問題，使其能夠適應各種復雜的工業流程現場的在線使用。
[0016]本發明的紅外氣體傳感器氣室，包括氣室殼體1、氣室殼體I1、測量氣腔室和參比氣腔室，所述氣室殼體I與所述氣室殼體II軸向密封固定，所述氣室殼體I連接端設置有第一濾波片，所述氣室殼體II連接端設置有與所述第一濾波片相對設置的第二濾波片，所述測量氣腔室由所述第一濾波片與所述第二濾波片之間的間隙形成；
[0017]還包括用于確定測量氣腔室軸向長度的環形開口結構定位片，還包括用于確定測量氣腔室軸向長度的環形開口結構定位片，所述定位片位于所述第一濾波片和所述第二濾波片之間，并且定位片軸向兩側分別對應與所述第一濾波片和所述第二濾波片緊靠密封連接。
[0018]進一步，所述定位片厚度在0.3mm-0.6mm之間。
[0019]進一步，所述氣室殼體I內部沿軸向設置有隔板I，所述隔板I將所述氣室殼體I內腔分隔成相互連通的參比分腔室I和參比分腔室II ;所述氣室殼體II沿軸向設置有隔板II，所述隔板II將所述氣室殼體II內腔分隔成相互連通的參比分腔室III和參比分腔室IV ;所述定位片上沿軸向設置有隔板III，所述隔板III將所述第一濾波片與所述第二濾波片之間的間隙分隔成參比分腔室V和所述測量氣腔室，所述參比分腔室V與所述參比分腔室
II和所述參比分腔室IV分別連通；參比分腔室1、參比分腔室I1、參比分腔室II1、參比分腔室IV和參比分腔室V共同構成所述參比氣腔室。
[0020]進一步，所述氣室殼體I上與所述第一濾波片相對一端密封配合有第三濾波片，所述隔板I 一端與所述第一濾波片密封配合，另一端與所述第三濾波片預留間隙連通參比分腔室I和參比分腔室II ;所述氣室殼體II上與所述第二濾波片相對一端密封配合有第四濾波片，所述隔板II 一端與所述第二濾波片密封配合，另一端與所述第四濾波片預留間隙連通參比分腔室III和參比分腔室IV ;所述第一濾波片上設置有連通參比分腔室II和參比分腔室V的連通孔I，所述第二濾波片上設置有參比分腔室IV和參比分腔室V的連通孔II。
[0021]進一步，隔板1、隔板II和隔板III沿軸向方向水平對齊。
[0022]進一步，所述第一濾波片、第二濾波片、第三濾波片和第四濾波片均由氟化鈣晶片制成。
[0023]進一步，氣室殼體II上設置有與所述測量氣腔室連通的待測氣進氣接頭和待測氣出氣接頭，氣室殼體II上還設置有與參比分腔室IV連通的參比氣進氣接頭和密封件，所述密封件內設密封殼和填充于所述密封殼內的干燥劑。
[0024]進一步，所述密封殼與參比分腔室IV連通處設有用于防止干燥劑進入所述參比分腔室IV的濾網。
[0025]進一步，待測氣進氣接頭、待測氣出氣接頭、參比氣進氣接頭和密封件均通過環氧樹脂粘接到氣室殼體II上。
[0026]本發明還公開了一種應用所述紅外氣體傳感器氣室的紅外氣體傳感器，所述紅外氣體傳感器上應用有所述紅外氣體傳感器氣室。
[0027]本發明的有益效果:本發明的紅外氣體傳感器氣室，通過兩個氣室殼體相互密封連接，并在兩個氣室殼體連接處，在第一濾波片和第二濾波片之間設置由兩濾波片產生軸向壓緊力夾緊的環形開口定位片，通過定位片的厚度確定測量氣腔室的氣體層長度，并可通過調整定位片的厚度來改變被測氣體通過測量氣腔室的氣體層長度，可根據需要，制作具有不同測量氣腔室氣體層長度的傳感器氣室，具有靈活多變性，另外，由于定位片的厚度可在較高的精度范圍內進行控制，從而能夠很好的達到保證測量高濃度氣體時所需氣體層長度精度要求的目的，不僅達到了通過現有一體化結構加工制作所達不到的精度要求，解決了用紅外線測量高濃度氣體所需短氣室的問題，具有較高的穩定性和較精確的檢測效果，而且整體結構易于安裝，能夠適應各種復雜的工業流程現場的在線使用；另外，本發明的紅外氣體傳感器，設置有本發明所公開的紅外氣體傳感器氣室，具有使用壽命長、可靠性高、穩定性好、測量精度高、抗干擾能力強的優點，可滿足高濃度氣體檢測時所需短氣室的要求，能夠廣泛適應各種復雜的工業流程現在的在線使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。
[0029]圖1為本發明結構示意圖；
[0030]圖2為圖1A-A向結構示意圖；
[0031]圖3為圖1B-B向結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1為本發明結構示意圖，圖2為圖1A-A向結構示意圖，圖3為圖1B-B向結構示意圖，如圖所不:本實施例的紅外氣體傳感器氣室，包括氣室殼體I 1、氣室殼體II 2、測量氣腔室3和參比氣腔室，所述氣室殼體I I與所述氣室殼體II 2軸向密封固定，所述氣室殼體I I連接端設置有第一濾波片4，所述氣室殼體II 2連接端設置有與所述第一濾波片4相對設置的第二濾波片5，所述測量氣腔室3由所述第一濾波片4與所述第二濾波片5之間的間隙形成；其中，氣室殼體I I和氣室殼體II 2粘接連接，保證密封性；
[0033]還包括用于確定測量氣腔室軸向長度的環形開口結構定位片6，所述定位片6位于所述第一濾波片4和所述第二濾波片5之間，并且定位片6軸向兩側分別對應與所述第一濾波片4和所述第二濾波片5緊靠密封連接；環形開口結構定位片，又可稱為遮光片，在實際制作中由不銹鋼材料制成，具有較高的耐腐蝕性，定位片與第一濾波片和第二濾波片可采用現有任何的密封連接方式，如膠水粘接或通過設置密封圈密封連接，均可實現。
[0034]本實施例中，所述定位片6厚度在0.3mm_0.6mm之間；通過定位片的厚度確定測量氣腔室的氣體層長度；完全符合當測量高濃度(指百分之百)氣體時對測量氣腔室氣體層長度的要求，其中優選的，定位片厚度設定為0.6mm,可對高濃度的二氧化碳氣體進行紅外檢測，也可設定為0.3mm,可對高濃度的一氧化碳氣體進行紅外檢測。
[0035]本實施例中，所述氣室殼體I I內部沿軸向設置有隔板I 7，所述隔板I 7將所述氣室殼體I I內腔分隔成相互連通的參比分腔室I 8和參比分腔室II 9 ;所述氣室殼體II 2沿軸向設置有隔板II 10，所述隔板II 10將所述氣室殼體II 2內腔分隔成相互連通的參比分腔室III 11和參比分腔室IV 12 ;所述定位片6上沿軸向設置有隔板III 13，隔板III 13與所述定位片6 —體成型，所述隔板III13將所述第一濾波片4與所述第二濾波片5之間的間隙分隔成參比分腔室V 14和所述測量氣腔室3，所述參比分腔室V 14與所述參比分腔室II 9和所述參比分腔室IV 11分別連通；參比分腔室I 8、參比分腔室II 9、參比分腔室III11、參比分腔室IV 12和參比分腔室V 14共同構成所述參比氣腔室；兩氣室殼體均采取單筒隔半方式，隔板隔離所得參比分腔室彼此連通，縮短參比氣腔室的軸向長度，結構緊湊實用，方便安裝，節省安裝空間。
[0036]本實施例中，所述氣室殼體I I上與所述第一濾波片4相對一端密封配合有第三濾波片15，所述隔板I 7 —端與所述第一濾波片4密封配合，另一端與所述第三濾波片15預留間隙16連通參比分腔室I 8和參比分腔室II 9 ;所述氣室殼體II 2上與所述第二濾波片5相對一端密封配合有第四濾波片17，所述隔板II 10 一端與所述第二濾波片5密封配合，另一端與所述第四濾波片17預留間隙18連通參比分腔室III和參比分腔室IV ;所述第一濾波片4上設置有連通參比分腔室II 9和參比分腔室V 14的連通孔I 19，所述第二濾波片5上設置有連通參比分腔室IV 12和參比分腔室V 14的連通孔II 20。
[0037]本實施例中，隔板I 7、隔板II 10和隔板III 13沿軸向方向水平對齊；采用單筒隔半結構，隔板I和隔板II分別對應平分氣室殼體I內腔和氣室殼體II內腔，隔板III平分定位片，具有較好的穩定性和參比效果。
[0038]本實施例中，所述第一濾波片4、第二濾波片5、第三濾波片15和第四濾波片17均由氟化鈣晶片制成；抗干擾能力強。
[0039]本實施例中，氣室殼體II 2上設置有與所述測量氣腔室3連通的待測氣進氣接頭20和待測氣出氣接頭21，氣室殼體II 2上還設置有與參比分腔室IV 12連通的參比氣進氣接頭22和密封件23，所述密封件23內設密封殼24和填充于所述密封殼內的干燥劑25 ;本實施例中，待測氣進氣接頭和待測氣出氣接頭與外部氣路連通，實現測量待測氣體濃度的目的，參比氣腔室中密封的是高純氮氣，參比氣進氣接頭在充氣完成后用焊錫封死，并套上塑料套26，保證密封性，密封殼24為玻璃容器。
[0040]本實施例中，所述密封殼與參比分腔室IV連通處設有用于防止干燥劑進入所述參比分腔室IV的濾網27 ;用于防止干燥劑進入參比氣腔室。
[0041]本實施例中，待測氣進氣接頭20、待測氣出氣接頭21、參比氣進氣接頭22和密封件23均通過環氧樹脂粘接到氣室殼體II上；連接結構簡單穩固，具有較好的密封性。
[0042]本發明還公開了一種應用所述紅外氣體傳感器氣室的紅外氣體傳感器，所述紅外氣體傳感器上應用有所述紅外氣體傳感器氣室。
[0043]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種紅外氣體傳感器氣室，其特征在于:包括氣室殼體I、氣室殼體II、測量氣腔室和參比氣腔室，所述氣室殼體I與所述氣室殼體II軸向密封固定，所述氣室殼體I連接端設置有第一濾波片，所述氣室殼體II連接端設置有與所述第一濾波片相對設置的第二濾波片，所述測量氣腔室由所述第一濾波片與所述第二濾波片之間的間隙形成； 還包括用于確定測量氣腔室軸向長度的環形開口結構定位片，所述定位片位于所述第一濾波片和所述第二濾波片之間，并且定位片軸向兩側分別對應與所述第一濾波片和所述第二濾波片緊靠密封連接。
2.根據權利要求1所述的紅外氣體傳感器氣室，其特征在于:所述定位片厚度在0.3mm-0.6mm 之間。
3.根據權利要求2所述的紅外氣體傳感器氣室，其特征在于:所述氣室殼體I內部沿軸向設置有隔板I，所述隔板I將所述氣室殼體I內腔分隔成相互連通的參比分腔室I和參比分腔室II ;所述氣室殼體II沿軸向設置有隔板II，所述隔板II將所述氣室殼體II內腔分隔成相互連通的參比分腔室III和參比分腔室IV ;所述定位片上沿軸向設置有隔板III，所述隔板III將所述第一濾波片與所述第二濾波片之間的間隙分隔成參比分腔室V和所述測量氣腔室，所述參比分腔室V與所述參比分腔室II和所述參比分腔室IV分別連通；參比分腔室1、參比分腔室I1、參比分腔室III、參比分腔室IV和參比分腔室V共同構成所述參比氣腔室。
4.根據權利要求3所述的紅外氣體傳感器氣室,其特征在于:所述氣室殼體I上與所述第一濾波片相對一端密封配合有第三濾波片，所述隔板I 一端與所述第一濾波片密封配合，另一端與所述第三濾波片預留間隙連通參比分腔室I和參比分腔室II ;所述氣室殼體II上與所述第二濾波片相對一端密封配合有第四濾波片，所述隔板II 一端與所述第二濾波片密封配合，另一端與所述第四濾波片預留間隙連通參比分腔室III和參比分腔室IV ;所述第一濾波片上設置有連通參比分腔室II和參比分腔室V的連通孔I，所述第二濾波片上設置有參比分腔室IV和參比分腔室V的連通孔II。
5.根據權利要求4所述的紅外氣體傳感器氣室，其特征在于:隔板I、隔板II和隔板III沿軸向方向水平對齊。
6.根據權利要求5所述的紅外氣體傳感器氣室，其特征在于:所述第一濾波片、第二濾波片、第三濾波片和第四濾波片均由氟化鈣晶片制成。
7.根據權利要求6所述的紅外氣體傳感器氣室,其特征在于:氣室殼體II上設置有與所述測量氣腔室連通的待測氣進氣接頭和待測氣出氣接頭，氣室殼體II上還設置有與參比分腔室IV連通的參比氣進氣接頭和密封件，所述密封件內設密封殼和填充于所述密封殼內的干燥劑。
8.根據權利要求7所述的紅外氣體傳感器氣室,其特征在于:所述密封殼與參比分腔室IV連通處設有用于防止干燥劑進入所述參比分腔室IV的濾網。
9.根據權利要求8所述的紅外氣體傳感器氣室，其特征在于:待測氣進氣接頭、待測氣出氣接頭、參比氣進氣接頭和密封件均通過環氧樹脂粘接到氣室殼體II上。
10.一種應用權利要求1-9任一權利要求所述紅外氣體傳感器氣室的紅外氣體傳感器，其特征在于:所述紅外氣體傳感器上應用有所述紅外氣體傳感器氣室。
【文檔編號】G01N21/3504GK103900988SQ201410157877
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】羅中昌, 胡體寶 申請人:重慶川儀分析儀器有限公司