[发明专利]一种精确测量高温气体光谱参数的装置

说明书

技术领域

    本发明涉及吸收光谱技术测量燃烧过程各参量领域，具体涉及一种精确测量高温气体光谱参数的装置。

背景技术

燃烧是最普遍的能量转换方式，各种航空航天发动机、工业燃烧炉等都是通过燃烧过程来转换能量的；燃烧又是一种复杂的物理化学过程,燃烧过程涉及的温度场、浓度场、速度场和压力场互相交错、相互影响、变化迅速。燃烧参数的监测为燃烧过程优化方法研究、提升发动机性能研究、新型飞行器技术研究提供了必要的分析基础。同时，对燃烧过程温度、组分浓度等参数进行实时监测对有效减少污染物的排放和提高燃料的燃烧效率有极为重要的作用。

当前燃烧监测主要依赖于传统的接触式测量技术，限制了新型节能减排技术和新型飞行器的发展。基于可调谐激光吸收光谱技术的非接触光学测量技术是一种无干扰的测试手段，在不干扰流场情况下实现动态瞬时测量和空间立体测量，能达到时间信息和空间信息的高度结合及测量数据的高速处理，已成为国际航空航天发动机等领域的热门研究课题。

基于可调谐半导体激光器的吸收光谱技术对燃烧流场组分分布、温度分布以及其它参量测量的精度和准度依赖于高温气体光谱参数的准确测量。科研中常利用HITRAN/HITEMP 光谱数据库模拟出高温气体的光谱信息，为该技术的实际应用提供理论基础。然而，模拟的高温光谱信息与实际的高温光谱信息存在偏差，因此，需要通过实验精确测量高温气体光谱参数。

精确测量高温气体光谱参数装置主要存在以下难点： 

1. 保证高温气体光谱测量的有效光程所处温度的均匀性。一般而言，商用管式高温炉靠发热元件升高温度，有加热元件的地方温度高，没有加热元件的地方温度低，工作区间存在温度梯度。若温度低于1100℃，勉强还能用像实用新型《一种高温气体光谱测量防干扰装置》中所述的氮气保护区来获得恒温有效光程；但当温度高于1100℃，甚至达到1800℃时，氮气保护区的办法已经不能满足要求。

2. 保证装置有很好的气密性。为了精确地测量待测气体的高温光谱参数，需要排除空气、水的干扰，要求充入待测气体前整个装置抽真空，整个升温降温过程中装置不漏气。

发明内容：

本发明目的是提供一种能够精确测量高温气体光谱参数的装置，以解决现有的高温气体光谱参数测量不准确的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种精确测量高温气体光谱参数的装置，包括三温区高温真空管式炉和真空泵，所述三温区高温真空管式炉的炉腔包括中间的恒温区与位于两端的非恒温区，所述三温区高温真空管式炉的炉腔还包括套管、透光棒、水冷法兰；所述套管设置在三温区高温真空管式炉的炉腔内，套管的中段位于炉腔的恒温区，所述套管的两端伸出炉腔与水冷法兰连接，所述水冷法兰通过密封圈与套管的两端气密连接；所述水冷法兰的端面上设有用于激光导入和导出的透明观察窗；所述水冷法兰设有储水腔，所述储水腔设有用于冷却水循环的进水口和出水口；其中一端的水冷法兰设有用于待测气体的进气口，另一端的水冷法兰设有排气口；所述进气口与排气阀内均设有气阀，所述排气口与真空泵连接；所述套管内腔设有两根透光棒，两根透光棒分别位于炉腔两端的非恒温区内，所述透光棒的外端紧贴透明观察窗；所述透光棒通过支撑件支撑使得透光棒、套管、水冷法兰的轴心线位于同一直线上。

套管材料要求与炉腔内温度相适配，作为优选，套管为氧化铝陶瓷材料制成。

对于透光棒材料要求与炉腔内温度相适配，作为优选，透光棒为石英玻璃制成。

作为优选，透光棒为蓝宝石材质或红宝石材质制成。

作为优选，支撑件为氧化铝陶瓷材料制成。

作为优选，透明观察窗为厚度由厚到薄的楔形玻璃。

作为优选，楔形玻璃为石英玻璃。

作为优选，密封圈为硅胶制成。

作为优选，水冷法兰设有用于对套管内压强进行显示的真空计。

作为优选，三温区高温真空管式炉带有三套温度控制装置和温度显示仪表。

本发明的有益效果是：

1. 高温气体光谱测量的有效光程所处温度均匀；

2. 能够同时准确测量待测气体的温度和压强。

3. 采用楔形观察窗玻璃以及合适的透光棒位置，能够避免光路上的干涉干扰。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种精确测量高温气体光谱参数的装置的结构示意图。

图2为本发明设有排气口的水冷法兰结构示意图。