[发明专利]一种双锥形气体在线光谱分析气室

说明书

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0.1％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d₁，两个出气口的轴之间也保持一定的距离d₁，且2R＞d₁＞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。