專利名稱：基于飽和蒸汽壓的水蒸氣校準(zhǔn)吸收池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種氣體的校準(zhǔn)儀器，具體是一種基于飽和蒸汽壓的可加熱的水蒸氣校準(zhǔn)吸收池。
背景技術(shù)：
作為碳氫化合物燃燒的主要產(chǎn)物之一，H2O的排放量是燃燒效率的重要指示，對燃燒過程排放H2O濃度進行連續(xù)在線監(jiān)測，是實現(xiàn)對燃燒過程有效控制、及時調(diào)整燃料輸入，從而提高燃燒效率、節(jié)約能源的有效手段。同時為了實現(xiàn)對燃燒過程的有效控制，許多相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)中都需要對燃燒過程中H2O、CO2的排放進行實時測量，這就限制了基于采樣的傳統(tǒng)氣體檢測方法如氣相色譜法、濕化學(xué)方法等的應(yīng)用，因為抽取測量及預(yù)處理過程需要一定的時間延遲，一般在幾十秒到幾分鐘的量級，這樣就不能進行實時的分析和連續(xù)監(jiān)測，而且由于燃燒過程產(chǎn)生的H2O、CO2溫度很高，進行取樣十分困難；抽取系統(tǒng)的另一個主要缺點是設(shè)備的維護，這種設(shè)備的連接處容易引起堵塞、泄露、取樣管也容易老化，整個系統(tǒng)的維護費用大。相比較而言，在燃燒環(huán)境下對H2O、CO2進行基于吸收光譜技術(shù)的傳感測量十分有利，因為這種傳感方法不需要對氣體進行取樣，從而避免了對氣流或燃燒環(huán)境的干擾，更重要的是，光譜傳感測量的速度可以達到KHz或更高，適用于對快速變化的環(huán)境進行實時監(jiān)測，因此，基于吸收光譜技術(shù)的光學(xué)傳感器是在燃燒環(huán)境下對氣體進行非侵入式實時測量的理想工具，有著重要的應(yīng)用前景。
基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜技術(shù)包括直接吸收光譜技術(shù)、波長調(diào)制光譜技術(shù)以及頻率調(diào)制光譜技術(shù)。直接吸收光譜技術(shù)是一種不需要定標(biāo)的氣體測量方法，但容易受到背景噪聲的影響，檢測靈敏度很低，為了提高檢測的靈敏度一般采用波長調(diào)制的方法，這種方法必須在已知溫度下對已知濃度的氣體進行標(biāo)定，然而現(xiàn)實中得到已知濃度和溫度的水蒸氣是很困難的，所以采用基于飽和蒸汽壓的方法對H2O進行定標(biāo)是一種可行有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種用在可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)上的對難以獲得標(biāo)準(zhǔn)氣體的水蒸氣進行定標(biāo)基于飽和蒸汽壓的水蒸氣校準(zhǔn)吸收池。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下基于飽和蒸汽壓的水蒸氣校準(zhǔn)吸收池，其特征在于包括有恒溫水浴池，恒溫水浴池中放置有溫度計、U形等位計、圓形瓶，所述的圓形瓶、U形等位計的一端與不銹鋼筒聯(lián)通，不銹鋼圓筒上有導(dǎo)管經(jīng)過二通活塞和真空泵連接，U形等位計的另一端連接有導(dǎo)管，導(dǎo)管前段外壁環(huán)繞有冷凝管，導(dǎo)管后段分成二路，其中一路與與壓力計連接，另一路經(jīng)過三通活塞與抽氣泵連接；不銹鋼筒的兩端有對稱的透明視窗，透明視窗的外側(cè)分別安裝有氮氣管的出口。
所述的透明視窗由5度夾角的楔形窗口與固定在窗口上的透明鏡片組成。
本發(fā)明采用3度到5度的楔形窗口，可有效的減小光傳輸時的標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)。窗口外持續(xù)排放的干燥氮氣可以避免由于受環(huán)境水蒸氣凝結(jié)在窗口對光路造成的影響。同時它還可以作為實驗儀器對不同溫度下水蒸氣的線強等重要參數(shù)的測量提供條件。校準(zhǔn)吸收池的測量范圍在-101.30kPa-101.30kPa之間，控溫精度為±0.05℃，是一種簡單方便便宜的實驗室用儀器。
本發(fā)明利用基于飽和蒸汽壓的方法實現(xiàn)了實驗室內(nèi)對水蒸氣的定標(biāo)。這種方法簡單可行而且成本很低，完全滿足利用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)對大氣中以及燃燒和高溫環(huán)境下水蒸氣測量的定標(biāo)要求，也可以對不通溫度及濃度的水蒸氣的線強、線寬等重要參數(shù)測量提供條件。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
圖1中標(biāo)號含義如下1、抽氣泵，2、真空泵，3、三通活塞，4、二通活塞，5、沖洗管，6、恒溫水浴，7、玻璃窗片，8、蝶形閥1，9、玻璃管道，10、蝶形閥2，11、蝶形閥3，12、冷凝管，13、精密數(shù)字壓力計，14、不銹鋼筒，15、高精度溫度計，16、U形等位計，17、圓形瓶18、磁性攪拌器可加熱校準(zhǔn)吸收池利用飽和蒸汽壓原理在一定溫度下，純液體與其蒸汽達到平衡，這時的蒸汽壓力稱為該溫度下的飽和蒸汽壓，此溫度就是該壓力下的沸點。對一種液體而言一個沸點對應(yīng)唯一的一個飽和蒸汽壓，也就是一個溫度對應(yīng)唯一的一個飽和蒸汽壓。測量不通溫度下的純凈水蒸氣的飽和蒸汽壓，再通過查表或計算公式計算就得到了該溫度下對應(yīng)的純凈水蒸氣的密度。
本發(fā)明具體操作使用過程如下關(guān)閉三通活塞3，使其與抽氣泵、大氣皆不通，打開兩通活塞4，開動真空泵2，抽空導(dǎo)管及不銹鋼管內(nèi)的氣體，關(guān)閉真空泵2及兩通活塞4，迅速打開蝶形閥10灌入圓形瓶17中純凈液體水大約2/3體積，關(guān)閉兩通活塞4，在U形等位計16內(nèi)灌入約1/2體積的純凈水如圖所示。旋轉(zhuǎn)三通活塞3使氣體管道與抽氣泵1接通，抽氣后關(guān)閉三通活塞3，使氣體管道與抽氣泵1、大氣皆不通，保持兩分鐘觀察精密數(shù)字壓力計15的度數(shù)是否變化，如果數(shù)字精密壓力計15度數(shù)保持不變，則表示系統(tǒng)不漏氣。可以進行下一步的工作。將包括智能控溫、不銹鋼加熱器、攪拌器18的恒溫水浴6的溫度調(diào)制到t℃，再次開動抽氣泵1，接通冷凝水，抽氣減壓至液體水沸騰，使圓形瓶17和U形等位計16之間的蒸汽不斷經(jīng)U形管內(nèi)的液體水排出，如此沸騰3分鐘以上(時間由不銹鋼管14的體積決定，如果不銹鋼管14直徑8cm、長30cm則需3分鐘)，排出空氣。當(dāng)空氣被排出干凈后，注意此時的恒溫水浴6溫度一定要保持恒溫。旋轉(zhuǎn)三通活塞3與大氣相連，緩緩放入空氣，直至U形等位計兩側(cè)液面平齊，關(guān)閉三通活塞3，通過精密數(shù)字壓力計15記錄壓力并記錄溫度t。飽和蒸汽壓與它的沸點溫度有一一對應(yīng)關(guān)系，所以已知了溫度t和該溫度的飽和蒸汽壓就可以通過查表法或公式計算的方法得到此狀態(tài)下水蒸氣的密度。為了使楔形窗口不受環(huán)境空氣中水蒸氣冷凝的影響，在加熱的過程中使干燥氮氣不斷經(jīng)過沖洗管沖洗窗口，保證光路不受干擾。此校準(zhǔn)吸收池的測量范圍在-101.30kPa-101.30kPa之間，控溫精度為±0.05℃，可以作為燃燒或高溫下水蒸氣測量的校準(zhǔn)池。
權(quán)利要求
1.基于飽和蒸汽壓的水蒸氣校準(zhǔn)吸收池，其特征在于包括有恒溫水浴池，恒溫水浴池中放置有溫度計、U形等位計、圓形瓶，所述的圓形瓶、U形等位計的一端與不銹鋼筒聯(lián)通，不銹鋼圓筒上有導(dǎo)管經(jīng)過二通活塞和真空泵連接，U形等位計的另一端連接有導(dǎo)管，導(dǎo)管前段外壁環(huán)繞有冷凝管，導(dǎo)管后段分成二路，其中一路與與壓力計連接，另一路經(jīng)過三通活塞與抽氣泵連接；不銹鋼筒的兩端有對稱的透明視窗，透明視窗的外側(cè)分別安裝有氮氣管的出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)吸收池，其特征在于所述的透明視窗由5度夾角的楔形窗口與固定在窗口上的透明鏡片組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于飽和蒸汽壓的水蒸氣校準(zhǔn)吸收池，其特征在于包括有恒溫水浴池，恒溫水浴池中放置有溫度計、U形等位計、圓形瓶，所述的圓形瓶、U形等位計的一端與不銹鋼筒聯(lián)通，不銹鋼圓筒上有導(dǎo)管經(jīng)過二通活塞和真空泵連接，U形等位計的另一端連接有導(dǎo)管，導(dǎo)管前段外壁環(huán)繞有冷凝管，導(dǎo)管后段分成二路，其中一路與壓力計連接，另一路經(jīng)過三通活塞與抽氣泵連接；不銹鋼筒的兩端有對稱的透明視窗，透明視窗的外側(cè)分別安裝有氮氣管的出口。測量范圍在－101.30kPa—101.30kPa之間，控溫精度為±0.05℃，是一種簡單方便便宜的實驗室用儀器。
文檔編號G01N21/25GK1945286SQ20061009690
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月18日
發(fā)明者夏慧, 劉文清, 張玉鈞, 闞瑞鋒, 陳東, 王鐵棟, 王敏, 崔益本 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所