一种新型氯气浓度在线检测装置的制作方法

1.本发明涉及气体分析仪，特别涉及一种新型氯气浓度在线检测装置。


背景技术：

2.氯气广泛应用于化工、造纸、纺织、制药、冶金等领域,是一种重要的化工原料。同时，氯气也是一种剧毒气体，氯气泄露事故在氯气的生产、储运和使用过程中时有发生。因此，研制氯气浓度在线检测装置，对提升化工生产效率和预防事故的发生具有重要意义。现有的电化学、色谱等方法由于寿命短、检测时间长等固有缺陷，不能满足工业生产过程中氯气浓度在线检测需求。光谱吸收方法，由于其非接触式测量特点和亚毫秒级光电相应时间，以及数万小时的光源和探测器寿命，特别适用于化工领域的氯气浓度实时在线检测。
3.比尔-朗伯定律(beer
–
lambertlaw)，是光吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质，包括气体、固体、液体、分子、原子和离子。比尔-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光电比色法的定量基础。基于氯气针对特定波长具有特定吸收率这一特性，根据比尔-朗伯特定律，通过透射样品气体后的光强变化检测出氯气浓度。
4.随着led等光源制造工艺的成熟，光源寿命可达20000-30000小时，适用于工业分析仪器对长寿命器件的要求。凹面光栅光谱仪只需光栅、狭缝及探测器三部分，只存在光栅面一次反射的光损失，且无色差，可用于远紫外光谱及远红外光谱区域。二者相结合可作为工业气体分析仪器的窄线宽光源。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种新型氯气浓度在线检测装置，基于氯气针对特定波长具有特定吸收率这一特性，根据比尔-朗伯特定律，通过透射样品气体后的光强变化检测出氯气浓度。针对不同的分辨率和量程需求，选取不同的光源，并通过凹面光栅进行光源光谱的精细选择。通过参考光探测器实时探测光源功率波动，消除光源功率波动引起的测量误差。温度压强传感器通过实时检测气室内温度和压强，消除温度和压强波动对气室内气体绝对浓度的影响，从而减小测量误差。采用led或其它类型长寿命光源，寿命可达20000h以上。
6.本发明的技术方案为：一种新型氯气浓度在线检测装置。
7.本发明的装置包括：光源、第一透镜、第二透镜、第一狭缝、凹面光栅、第二狭缝、第三透镜、分光片、第四透镜、第一探测器、气室、第一窗口片、第二窗口片、温度压强传感器、第五透镜、第二探测器、待测气体。光源发出光经第一透镜准直后，由第二透镜聚焦于第一狭缝，后经凹面光栅将不同波长衍射并聚焦于不同位置，特定波长透过第二狭缝，后由第三透镜准直。第三透镜准直的特定波长光一部分光被分光片反射后，由第四透镜聚焦于第一探测器探测。第三透镜准直的特定波长光另一部分透射分光片，后分别透射第一窗口片、气室内的待测气体、第二窗口片，后由第五透镜聚焦于第二探测器。
8.其中，光源为led或其它类型长寿命光源，波长范围针对待测气体吸收波长进行选择。凹面光栅衍射后透过第二狭缝的波长根据氯气检测的分辨率和量程进行细分选择，凹
面光栅可转动从而改变透射第二狭缝的波长。第一探测器作为参考，实时探测透过第二狭缝的光强，消除光源功率波动引起的测量误差；第二探测器作为探测，通过检测透射气室内待测气体后光强改变从而检测出氯气浓度。温度压强传感器通过实时检测气室内温度和压强用以消除温度和压强波动对气室内气体绝对浓度的影响，从而减小测量误差。
9.本发明的有益效果在于：
10.1.基于氯气针对特定波长具有特定吸收率这一特性，根据比尔-朗伯特定律，通过透射样品气体后的光强变化检测出氯气浓度；
11.2.针对不同分辨率和量程的需求，选取不同的光源，并通过凹面光栅进行光源光谱的精细选择；
12.3.通过参考光探测器实时探测光源功率波动，消除光源功率波动引起的测量误差；
13.4.温度压强传感器通过实时检测气室内温度和压强，消除温度和压强波动对气室内气体绝对浓度的影响，从而减小测量误差；
14.5.采用led或其它类型长寿命光源，寿命可达20000h以上。
附图说明
15.图1为本发明的实施方式的装置结构示意图；
具体实施方式
16.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
17.本发明基于氯气针对特定波长具有特定吸收率这一特性，根据比尔-朗伯特定律，通过透射样品气体后的光强变化检测出氯气浓度。
18.本发明的实施方式，装置如图1所示：光源1、第一透镜2、第二透镜3、第一狭缝4、凹面光栅5、第二狭缝6、第三透镜7、分光片8、第四透镜9、第一探测器10、气室11、第一窗口片12、第二窗口片13、温度压强传感器14、第五透镜15、第二探测器16、待测气体17。光源1发出光经第一透镜2准直后，由第二透镜3聚焦于第一狭缝4，后经凹面光栅5将不同波长衍射并聚焦于不同位置，特定波长透过第二狭缝6，后由第三透镜7准直。第三透镜7准直的特定波长光一部分光被分光片8反射后，由第四透镜9聚焦于第一探测器10探测。第三透镜7准直的特定波长光另一部分透射分光片8，后分别透射第一窗口片12、气室11内的待测气体17、第二窗口片13，后由第五透镜15聚焦于第二探测器16。
19.其中，光源1为led或其它类型长寿命光源(寿命20000h以上)，波长范围针对氯气检测的量程和分辨率需求进行选择。凹面光栅5可转动从而改变透射第二狭缝6的波长。第一探测器10作为参考，实时探测透过第二狭缝6的光强，消除光源1功率波动引起的测量误差；第二探测器16作为探测，通过检测透射气室11内待测气体后光强改变从而分析出氯气浓度。气室11内气流方向如图1中箭头所示，方向垂直于光线传播方向。温度压强传感器14通过实时检测气室11内温度和压强用以消除温度和压强波动对气室11内气体绝对浓度的影响，从而减小测量误差。第一透镜2、第二透镜3、第三透镜7、第四透镜9、第五透镜15针对所选择的波长镀有增透膜，分光片8透射反射比为0.1-0.9。
20.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本
发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。


技术特征：
1.一种新型氯气浓度在线检测装置，装置包括：光源、第一透镜、第二透镜、第一狭缝、凹面光栅、第二狭缝、第三透镜、分光片、第四透镜、第一探测器、气室、待测气体、温度压强传感器、第五透镜、第二探测器；其特征在于：光源发出光经第一透镜准直后，由第二透镜聚焦于第一狭缝，经凹面光栅衍射后特定波长透过第二狭缝，由第三透镜准直并透射分光片，透射气室内待测气体，由第五透镜聚焦于第二探测器。2.根据权利要求1所述的一种新型氯气浓度在线检测装置，其特征在于：第三透镜准直后部分光被分光片反射，由第四透镜聚焦于第一探测器探测。3.根据权利要求1所述的一种新型氯气浓度在线检测装置，其特征在于：凹面光栅可转动0-60
°
。4.根据权利要求1所述的一种新型氯气浓度在线检测装置，其特征在于：温度压强传感器与气室相连，实时检测气室内温度和压强。5.根据权利要求1所述的一种新型氯气浓度在线检测装置，其特征在于：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜针对所选择的波长镀有增透膜。6.根据权利要求1所述的一种新型氯气浓度在线检测装置，其特征在于：分光片法线相对与光线传播方向0-60
°
，分光片透射反射比0.1-0.9。7.根据权利要求1所述的一种新型氯气浓度在线检测装置，其特征在于：第一狭缝和第二狭缝宽度10-1000um。

技术总结
本发明提出了一种新型氯气浓度在线检测装置，基于氯气针对特定波长具有特定吸收率这一特性，根据比尔-朗伯特定律，通过透射样品气体后的光强变化检测出氯气浓度。针对不同氯气检测的分辨率和量程需求，选取不同的光源，并通过凹面光栅进行光源光谱的精细选择。通过参考光探测器实时探测光源功率波动，消除光源功率波动引起的测量误差。温度压强传感器通过实时检测气室内温度和压强，消除温度和压强波动对气室内气体绝对浓度的影响。同时，采用LED等长寿命光源，寿命可达20000h以上。特别适用于工业气体实时在线分析。工业气体实时在线分析。工业气体实时在线分析。


技术研发人员：陈敏 宋晓玲 周军 熊新阳 黄峥嵘 慕龙 刘军 李春华 王银亮 陈鑫 张悦 李自兵 曾繁添 季彩霞
受保护的技术使用者：新疆至臻化工工程研究中心有限公司
技术研发日：2022.08.05
技术公布日：2023/1/13