[发明专利]气体测量腔

说明书

本发明涉及用于气体中的光学测量的可回收测量气室，所述气室由导气管限定，导气管的输入端适于与将气体引入气室的气流输入端连接，输出端适于与气流输出端连接。管端还适于耦合到光学部件，包括向所述气室发射光的光学发射器和适于接收已通过所述气室的光的光学接收器，所述气室中的光束具有预定的形状，所述光学部件包括光源、至少两个反射镜和光接收器，安装在由管端覆盖的外部框架的已知位置。所述气室具有与光束形状相对应的细长形状。

技术领域

本发明涉及一种用于气体光学测量的可回收测量气室，以及使用该气室的测量仪器。

更详细地说，本发明涉及一种多次反射样品气室，用于气体分析仪,如红外气体分析仪，更具体地说，涉及一种以有限的体积获得长的光路的多次反射样品气室。这种的系统是众所周知的，如US5726752和US2017168275A1所示，并且如US5726752所证实的，样品气室不应大于代表穿过该气室的光束的包络线，以便腔内的气体快速交换。然而，正如US5726752中所示，这些解决方案使用特定的气体样本，这就减慢了测量过程。WO2015/069934显示了一个解决方案的例子，其中光线多次通过一个气体腔，而气体腔中光路外的体积被减少到最小。

此外，如发动机废气的工业废气，可能含有污染光学器件的污染物。这方面的一个例子可能是来自燃烧过程的废气。废气中的颗粒和污染物会沉积在测量气室内和光学元件上。使用一段时间后，通过气室的透射率会降低，因此需要清洁光学元件和气室。这种维护往往是困难和耗时的。因此，本发明的另一个目的是提供一种解决方案，允许以快速和可靠的方式更换气体气室单元。

背景技术

拆卸光学仪器需要时间，并且在实验室外，光学对准在一定程度上是不可能的。该问题通过在框架上安装并对准所有光学元件并将气体导向装置插入框架中来解决。气体导向装置易于拆卸，可以接触到所有需要清洁的光学组件。气体导向装置可以很容易地被新的更换，或者气体导向装置可以被清洗和重新安装。在US2010/0110437中讨论了这种可更换气室。

现有技术的气体气室的主要问题之一是，如果采用连续流动，需要很长时间来交换测量气室内的气体。如果气体入口和气体出口相互靠近，流入气室的新气体通常会与旧气体混合，气体的交换将遵循典型的稀释法，即第一次注入的气体气室体积为50％，第二次为75％，以此类推。如果气体气室与直径相比非常长，就可以获得层流，只需填充一个气体体积就可以交换大部分的气体。在更典型的气室中，在气体入口和气体出口之间生成层流，但这将使气室内的部分气体保持不变。然后通常需要很长的时间来交换气室内的所有气体。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种解决方案，在该解决方案中，当气体成分发生变化时，可以连续地执行测量，以实现短响应时间。

上述目的是使用可交换的气体气室和包括所述气室的测量仪器获得的，其特征如独立权利要求中所述。

因此，为了能够在给定的流量下尽可能快地改变气体体积，根据本发明的气室的壁形成为具有光学测量光束和气体流动的组合入口的射线轨迹。这样，气室内部的体积就最小化。此外，气室被做得细长，并且优选地使光路自身交叉以最小化所使用的体积。。为了避免气室的一部分和气室的其他部分中的层流没有任何流动，在流动过程中会产生强制性湍流或漩涡。优选地，入口流被迫开始旋转流动，其中流型形成穿过气室的螺旋形。这种螺旋流迫使所有的旧气体在新气体前面流动，且不会留下任何旧气体。优选地，在出口处，产生类似结构，以迫使出口气体进入强制性湍流。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行描述，通过实例说明本发明。

图1示出了本发明的优选实施例的气体气室的横截面。

图2示出了光学测量光束的光束路径。

图3示出了本发明的优选实施例，气体在气室中的流动运动。

图4a、b示出了本发明的优选实施例的气体气室端部的形状。