[实用新型]一种便携式氦气分析仪

说明书

本实用新型涉及一种便携式氦气分析仪，包括壳体，壳体上设有显示单元、按键单元、进气口与出气口，壳体内设有蓄电池和主控电路及分别和主控电路相连的三通电磁阀、色谱模块、热导检测器、采气泵、流量稳定模块。进气口、三通电磁阀、色谱模块、热导检测器的测量池、采气泵、流量稳定模块和出气口连成一个气路，进气口、三通电磁阀、热导检测器的参比池、采气泵、流量稳定模块和出气口连成又一个气路。测量时，切换三通电磁阀，先后捕集参比电极及测量电极的电阻变化信号，进行差压信号处理，最后获得氦气浓度，并进行显示和存储。本实用新型不仅消除了环境对热敏电阻的影响，而且无需载气，检测量程宽，灵敏度高，体积小，重量轻，便于携带。

技术领域

本实用新型涉及气体检测和分析技术领域，尤其是一种便携式氦气分析仪，用于环境保护、地质勘探、地震预测以及精密制造等领域。

背景技术

氦气是一种稀有气体，在宇宙中很丰富，因为它是太阳或星球上氢核聚变反应的产物，但地球上却很稀少，主要存在于大气、岩石和天然气中。氦气是油气的伴生物，与油气的生成没有直接联系，但它特有的物理性质和化学性质促使它在油、气藏中富集或独立成藏。目前世界氦生产量的94％是从天然气中提取。氦的扩散系数一般小于(3～5)×10cm²/s，是一种在大多数物质中具有很强烈扩散性的惰性气体，以致它同水、石油、天然气、大气一起参与远距离迁移和积累。因此地表氦气含量异常具有一定的油气指示意义。同时由于氦气不是生物体释放的气体，是地壳深部气体，因此在断裂中氦气的迁移移动出现的氦气含量异常指示着地壳活动的发生，具有地震预测的可能性。

常见的氦气的浓度分析采用气相色谱法或者质谱计进行检测，其中质谱计多用于工业检漏，检测范围较窄，且分辨精度较低，同时质谱模件多依赖于进口，多数研发集中于设备的集成化与功能化优化。气相色谱法由于需要使用高纯氩气才能准确分析氦气的浓度，因此在适用范围以及应用上受限较多，尤其是用于野外流动观测的便携式或者可移动式的氦气分析仪几乎很少。

发明内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种用于流动观测分析的便携式氦气分析仪，其检测量程宽，灵敏度高，无需使用高纯气体作为载气，体积小，功耗低，特别适用于野外流动观测，携带方便，重量轻，可用于断层、断裂带、地质气藏勘测。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型的一种便携式氦气分析仪，包括一个可携带的壳体，壳体上设有显示单元、按键单元、进气口与出气口，壳体内设有三通电磁阀、色谱模块、热导检测器、采气泵、主控电路及为整个便携式氦气分析仪供电的蓄电池；进气口和三通电磁阀的公共口相连，三通电磁阀的第一出气口经色谱模块和热导检测器的测量池进气口相连，三通电磁阀的第二出气口和热导检测器的参比池进气口相连，热导检测器出气口经采气泵和出气口相连，显示单元、按键单元、三通电磁阀、色谱模块、热导检测器、采气泵分别和主控电路电连接。本技术方案无需使用高纯气体作为载气，不仅可以有效检测和分析出氦气的含量，而且体积小、重量轻，携带方便，特别适用于野外检测和分析。

作为优选，所述的色谱模块内部设有波浪形气道，波浪形气道呈若干个连续的蛇形弯曲设置，波浪形气道底部为硅基片，硅基片的背面设有加热电极和控温电极，波浪形气道内填充多孔碳纳米管形成色谱柱，波浪形气道的进气口和所述的三通电磁阀的第一出气口相连，波浪形气道的出气口和所述的热导检测器的测量池进气口相连，加热电极、控温电极分别和所述的主控电路电连接。波浪形气道弯曲成相邻的凹凸结构形成蛇形弯曲，通过改变并延长气流路径以降低色谱柱的长度，色谱柱内多孔碳纳米管增加了色谱柱内表面积，使色谱柱由传统的长度为5m的结构减小为微型色谱模块，成为色谱芯片，芯片面积不超过6cm²。多孔碳纳米管的内部结构为极细微的孔洞，使得气体在经过色谱柱时由于热动力造成不同成分的气体分离，充分分离气体中的氦气与其他组分的气体，增加氦气与其他成分气体的分离时间，可达到5秒间距，使得采样气体中的氦气得到有效分离，并使分离出的氦气最先从色谱模块流入热导检测器。主控电路通过PID控制方式，接受控温电极的反馈并控制加热电极的加热温度。