專利名稱：基于紅外吸收原理的甲烷氣體濃度傳感器的氣室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體濃度傳感器的氣室，具體涉及一種紅外氣體濃度傳 感器的氣室。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外較為先進(jìn)的氣體檢測方法是采用紅外吸收原理檢測氣體。它 克服了以往檢測方法容易中毒老化、受環(huán)境因素影響等缺點(diǎn)，同時它還具有 靈敏度高、響應(yīng)速度快、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。因此對采用紅外原理檢測氣體方 法的研究將對保障工業(yè)安全生產(chǎn)、日常生活安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好 的應(yīng)用前景。而對于現(xiàn)有機(jī)械調(diào)制式甲垸濃度傳感器的主要缺點(diǎn)是響應(yīng)速度
慢，抗干擾能力差；其響應(yīng)時間一般大于30s，這是由于為了減小功率消耗， 氣室中的氣體流動只能靠自身的擴(kuò)散作用?，F(xiàn)有甲垸濃度傳感器受氣流干擾 影響較大，由于氣流干擾產(chǎn)生的波動可能會超過傳感器示值的范圍，而且其 氣室光路結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜。體積特大，不太適合于便攜式使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有機(jī)械調(diào)制式紅外甲垸氣體濃度傳感器存在的響應(yīng)時 間長、抗干擾能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)，而提出的一種基于紅外吸收原理的 甲烷氣體濃度傳感器的氣室。
基于紅外吸收原理的甲垸氣體濃度傳感器的氣室，它包括柱形外殼、紅 外發(fā)射器口、紅外接收器口、軸流排風(fēng)扇和兩根探頭保護(hù)管；柱形外殼的上 下兩個端面分別設(shè)置有排氣口和進(jìn)氣口 ；紅外發(fā)射器口與紅外接收器口位置 相對地開設(shè)于柱形外殼的中部，紅外發(fā)射器口的中心光軸和紅外接收器口的 中心光軸位于同一軸線上；在柱形外殼內(nèi)紅外發(fā)射器口的內(nèi)表面處和紅外接 收器口的內(nèi)表面處分別裝設(shè)有一根內(nèi)徑與紅外發(fā)射器口的口徑和紅外接收器 口的口徑相同的探頭保護(hù)管，所述兩根探頭保護(hù)管的中心軸線與紅外發(fā)射器 口的中心光軸和紅外接收器口的中心光軸位于同一軸線上；所述兩根探頭保 護(hù)管之間留有間隙L;所述兩根探頭保護(hù)管把柱形外殼的內(nèi)部空間分為進(jìn)氣 室和擴(kuò)散氣室；柱形外殼的內(nèi)部排氣口處裝設(shè)有軸流排風(fēng)扇。
本發(fā)明具有響應(yīng)時間短、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。本
發(fā)明在排氣口 13處設(shè)置有軸流排風(fēng)扇12后，響應(yīng)速度明顯提高，響應(yīng)時間 縮短到5s 10s，而軸流排風(fēng)扇12功率在30W左右，并沒有增加很高的功耗。 兀形圓臺式整流罩5和排氣濾網(wǎng)及吸潮劑層11的設(shè)置有效的解決了氣流的波 動對測量造成的干擾，將氣流干擾產(chǎn)生的示值波動降低到0.05%左右，進(jìn)氣 濾網(wǎng)3和顆粒吸潮劑層4過濾掉待測氣流中的雜質(zhì)(包括粉塵和水汽等)，防 止雜質(zhì)對紅外發(fā)射器口 7和紅外接收器口 8的腐蝕，大大提高了檢測系統(tǒng)的 穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，并符合低功耗的要求，而且體積較小，適合于便攜式使用， 可廣泛應(yīng)用在煤礦開采、油氣田開采等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括柱形外殼 1、紅外發(fā)射器口 7、紅外接收器口 8、軸流排風(fēng)扇12和兩根探頭保護(hù)管14;
柱形外殼1的上下兩個端面分別設(shè)置有排氣口 13和進(jìn)氣口 2;紅外發(fā)射器口
7與紅外接收器口 8位置相對地開設(shè)于柱形外殼1的中部，紅外發(fā)射器口 7
的中心光軸和紅外接收器口 8的中心光軸位于同一軸線上；在柱形外殼1內(nèi)
紅外發(fā)射器口 7的內(nèi)表面處和紅外接收器口 8的內(nèi)表面處分別裝設(shè)有一根內(nèi) 徑與紅外發(fā)射器口 7的口徑和紅外接收器口 8的口徑相同的探頭保護(hù)管14， 所述兩根探頭保護(hù)管14的中心軸線與紅外發(fā)射器口 7的中心光軸和紅外接收 器口8的中心光軸位于同一軸線上;所述兩根探頭保護(hù)管14之間留有間隙L; 所述兩根探頭保護(hù)管14把柱形外殼1的內(nèi)部空間分為進(jìn)氣室6和擴(kuò)散氣室 10;柱形外殼1的內(nèi)部排氣口 13處裝設(shè)有軸流排風(fēng)扇12。所述兩根探頭保 護(hù)管14之間留有間隙L的作用是將均勻分布在進(jìn)氣室6內(nèi)的氣體集中到軸 心位置，使檢測器檢測到集中而均勻的氣體。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式一不同點(diǎn)在于它還增加了兩層進(jìn)氣濾網(wǎng)3;兩層進(jìn)氣濾網(wǎng)3裝設(shè)在柱形外
殼1的進(jìn)氣口2上。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。增加進(jìn)氣 濾網(wǎng)3的目的在于濾去被測氣體中的雜質(zhì)。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方
式一不同點(diǎn)在于它還增加了顆粒吸潮劑層4;顆粒吸潮劑層4裝設(shè)在兩層進(jìn)
氣濾網(wǎng)3之間。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。增加顆粒吸潮 劑層4的目的在于吸附濾去被測氣體中的水汽。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式一不同點(diǎn)在于它還增加了 e形圓臺式整流罩5; Ji形圓臺式整流罩5裝設(shè) 在柱形外殼1的內(nèi)肩臺9的側(cè)面上。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一 相同。增加n形圓臺式整流罩5的目的在于確保過濾干燥后的氣體均勻分布 在進(jìn)氣室6內(nèi)，以便檢測到均勻的氣體。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式一不同點(diǎn)在于它還增加了排氣濾網(wǎng)及吸潮劑層11;排氣濾網(wǎng)及吸潮劑層11 裝設(shè)在柱形外殼1的內(nèi)部且位于軸流排風(fēng)扇12的下部。其它組成和連接方式 與具體實(shí)施方式
一相同。增加排氣濾網(wǎng)及吸潮劑層11不但可以過濾測試后的 氣體，還可以減小軸流排風(fēng)扇12轉(zhuǎn)動形成的渦流對擴(kuò)散氣室10中氣流的影 響。
本發(fā)明的工作過程混有甲烷氣體的被測氣流通過進(jìn)氣口 2先經(jīng)過進(jìn)氣 濾網(wǎng)3和顆粒吸潮劑層4過濾濾去雜質(zhì)和水汽，并經(jīng)過:x形圓臺式整流罩5 均勻分布于進(jìn)氣室6內(nèi)部，然后在軸流排風(fēng)扇12的作用下進(jìn)入軸心位置的兩 側(cè)是被探頭保護(hù)管隔離的紅外發(fā)射器口 7以及紅外接收器口 8。通過兩根探 頭保護(hù)管14之間間隙的氣體進(jìn)入擴(kuò)散氣室10，再經(jīng)過排氣濾網(wǎng)及吸潮劑層 ll后被軸流排風(fēng)扇12排出氣室。在整個過程中，僅需要一個低功耗的軸流 排風(fēng)扇12即可確保過濾后的干燥氣流均勻的流過測試口，使檢測器受到的干 擾降到最低。
本發(fā)明的工作原理氣體濃度紅外檢測是根據(jù)氣體對紅外輻射選擇性吸 收的性質(zhì)進(jìn)行的。當(dāng)某物質(zhì)受到紅外光束照射時，該物質(zhì)選擇性地吸收某些 頻率的光子，從而表現(xiàn)為透射光的強(qiáng)度變小。利用物質(zhì)分子對紅外輻射的吸 收，可得到與分子結(jié)構(gòu)相應(yīng)的紅外吸收光譜。
當(dāng)一束光強(qiáng)為Io的平行光通過充有氣體的氣室時，如果光源光譜覆蓋一 個或多個氣體吸收線，光束通過氣體介質(zhì)時，由于氣體吸收部分光能，光的 強(qiáng)度將會減弱，根據(jù)Lambert-Beer定律，輸出光強(qiáng)I與輸入光強(qiáng)IQ、氣體濃
度C和氣體吸收長度L的關(guān)系為
<formula>formula see original document page 6</formula>式中，參數(shù)a為氣體在一定頻率處的吸收系數(shù)，參數(shù)L為吸收路徑的長度， 參數(shù)C為氣體濃度。
若吸收系數(shù)可以測得，通過檢測輸入光強(qiáng)和輸出光強(qiáng)的變化，加上已知 的光程，就可以測得氣體的濃度值。而檢測輸入/輸出光強(qiáng)的變化就是通過甲 垸傳感器氣室兩側(cè)的紅外發(fā)光管以及探測器共同實(shí)現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1、基于紅外吸收原理的甲烷氣體濃度傳感器的氣室，其特征在于它包括柱形外殼(1)、紅外發(fā)射器口(7)、紅外接收器口(8)、軸流排風(fēng)扇(12)和兩根探頭保護(hù)管(14)；柱形外殼(1)的上下兩個端面分別設(shè)置有排氣口(13)和進(jìn)氣口(2)；紅外發(fā)射器口(7)與紅外接收器口(8)位置相對地開設(shè)于柱形外殼(1)的中部，紅外發(fā)射器口(7)的中心光軸和紅外接收器口(8)的中心光軸位于同一軸線上；在柱形外殼(1)內(nèi)紅外發(fā)射器口(7)的內(nèi)表面處和紅外接收器口(8)的內(nèi)表面處分別裝設(shè)有一根內(nèi)徑與紅外發(fā)射器口(7)的口徑和紅外接收器口(8)的口徑相同的探頭保護(hù)管(14)，所述兩根探頭保護(hù)管(14)的中心軸線與紅外發(fā)射器口(7)的中心光軸和紅外接收器口(8)的中心光軸位于同一軸線上；所述兩根探頭保護(hù)管(14)之間留有間隙(L)；所述兩根探頭保護(hù)管(14)把柱形外殼(1)的內(nèi)部空間分為進(jìn)氣室6和擴(kuò)散氣室10；柱形外殼(1)的內(nèi)部排氣口(13)處裝設(shè)有軸流排風(fēng)扇(12)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外吸收原理的甲烷氣體濃度傳感器的氣 室，其特征在于它還包括兩層進(jìn)氣濾網(wǎng)(3);兩層進(jìn)氣濾網(wǎng)(3)裝設(shè)在柱形外殼 (1)的進(jìn)氣口(2)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外吸收原理的甲烷氣體濃度傳感器的氣 室，其特征在于它還包括顆粒吸潮劑層(4);顆粒吸潮劑層(4)裝設(shè)在兩層進(jìn)氣 濾網(wǎng)(3)之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外吸收原理的甲烷氣體濃度傳感器的氣 室，其特征在于它還包括"形圓臺式整流罩(5); n形圓臺式整流罩(5)裝設(shè)在 柱形外殼(l)的內(nèi)肩臺(9)的側(cè)面上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外吸收原理的甲垸氣體濃度傳感器的氣 室，其特征在于它還包括排氣濾網(wǎng)及吸潮劑層(ll);排氣濾網(wǎng)及吸潮劑層(ll) 裝設(shè)在柱形外殼(1)的內(nèi)部且位于軸流排風(fēng)扇(12)的下部。
全文摘要
基于紅外吸收原理的甲烷氣體濃度傳感器的氣室，涉及氣體濃度傳感器的氣室；它為解決機(jī)械調(diào)制式紅外甲烷氣體濃度傳感器存在的響應(yīng)時間長、抗干擾能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)而提出的。它包括柱形外殼、紅外發(fā)射器口、接收器口、軸流排風(fēng)扇和探頭保護(hù)管；紅外發(fā)射器口和接收器口相對應(yīng)地貫穿裝設(shè)在柱形外殼的中部，紅外發(fā)射器口、接收器口的中心光軸位于同一軸線上；在紅外發(fā)射器口、接收器口處分別裝有探頭保護(hù)管，所述兩根探頭保護(hù)管的中心軸線與紅外發(fā)射器口和紅外接收器口的中心光軸位于同一軸線上；所述兩根探頭保護(hù)管之間留有間隙L；柱形外殼的內(nèi)部上部裝有軸流排風(fēng)扇。它具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N21/31GK101393121SQ20081013736
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者原桂彬, 孫曉剛, 戴景民, 王文萃 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)