專利名稱：多氣體濃度定性定量測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體濃度測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種多氣體濃度定性定量測量裝置，同時涉及該種裝置測量氣體的測量方法。
背景技術(shù)：
目前單元素氣體分子如02、N2、Ar、H2、He、Ne等在具體應用中需要詳細掌握其具體濃度，以便操作人員能根據(jù)該濃度進行各種試驗、運用等。然而，目前的單元素氣 體分子的濃度測量存在各種缺陷I、O2的測量方法主要有電化學式、磁力機械式等，其中，電化學式由于是消耗性性測量，該種測量方法所使用的設備工作壽命一般都比較短，一般都不超過兩年，尤其是對于微量的O2測量和高純度的O2測量，有的還沒有正式運行就已經(jīng)損壞；而磁力機械式一般只能測量高濃度O2，對于低濃度的O2基本不能準確測量。2、Ar和H2主要依靠熱導率不同來進行測量，缺點是不能進行低濃度的測量。3、N2主要采用電致等離子體和放射源等離子體發(fā)射光譜法進行測量，但僅限于高純氬氣中的低濃度雜質(zhì)N2的測量，適用客體范圍窄。4、He、Ne等氣體可以通過質(zhì)譜儀測量，但質(zhì)譜儀是ー種大型、復雜、昂貴且維護難度非常大的儀器，成本高。5、色譜法能夠同時測量多種氣體濃度，但是色譜柱復雜，溫度控制復雜，同時，色譜法不能進行連續(xù)測量，只能間斷采樣測量，并且測量時需要昂貴的高純氣體作為載體。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明g在提供ー種結(jié)構(gòu)簡單，成本低的多氣體濃度定性定量測量裝置，可實現(xiàn)對多種單元素氣體濃度的連續(xù)測量，從低濃度到高濃度的氣體體積濃度測量，工作壽命長，測量精度高。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案一種多氣體濃度定性定量測量裝置，其包括兩相互平行的介質(zhì)阻擋放電層，在該兩介質(zhì)阻擋放電層相互背離的表面上分別設ー相對且平行的電極，其中一電極連接介質(zhì)阻擋放電電源，另ー電極接地；在所述兩電極相対的介質(zhì)阻擋放電層之間區(qū)域上正對有一光譜儀，該光譜儀連接一數(shù)據(jù)處理器。進ー步的，所述兩相互平行的介質(zhì)阻擋放電層為一具有進氣口和出氣ロ的氣室的相對側(cè)壁，所述兩平行的電極設于該氣室相對側(cè)壁的外表面上。所述光譜儀通過與之連接的光纖正對所述兩電極相對的介質(zhì)阻擋放電層之間區(qū)域；所述電極分別通過電纜與所述介質(zhì)阻擋放電電源和地連接；所述數(shù)據(jù)處理器通過信號電纜與所述光譜儀相連接。所述氣室由含鐵量小于等于0. 005%的高純石英制成；所述介質(zhì)阻擋放電電源為高頻率正弦波電源。本發(fā)明的工作原理在正常情況下組成物質(zhì)的原子是處于穩(wěn)定狀態(tài)的，即物質(zhì)的基態(tài)，此時其能量是最低的。但當原子受到外界能量如電能、熱能或光能等作用時，原子的外層電子就從基態(tài)躍遷到更高能級上，即激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，約S-ltlS后，原子即恢復到正常狀態(tài)，會躍遷回基態(tài)或其它較低的能級，在電子從離原子核較遠的軌道躍遷到離原子核較近的軌道過程中，會釋放出多余的能量，這多余的能量以光的形式輻射出來，產(chǎn)生發(fā)射光譜，又由于原子內(nèi)的電子軌道是不連續(xù)的，量子化的，故得到的光譜是線光譜。同時組成物質(zhì)的各種元素的原子結(jié)構(gòu)不同，其產(chǎn)生的光譜也就不同，即是每ー種元素的原子都有自己特有的特征光譜線。在一定條件下，特征光譜線的強弱與其被測元素的含量有關(guān)，這樣通過測量元素特征光譜線的強度，就可以檢定元素的含量。通過在兩電極之間設置不導電的介質(zhì)阻擋層，使得該介質(zhì)阻擋層之間的待測氣體在大氣壓下發(fā)生原子發(fā)射光譜，并通過介質(zhì)阻擋層使整個電極范圍內(nèi)具有均勻放電，使放電能量穩(wěn)定。由數(shù)據(jù)處理器分析發(fā)射光譜即可定性定量計算出待測氣體中各單元素氣體的體積濃度。
由于電極使介質(zhì)阻擋層之間區(qū)域的所有待測氣體發(fā)生發(fā)射光譜，使得本裝置可實現(xiàn)對多種單元素氣體濃度的連續(xù)測量；同時可實現(xiàn)從低濃度到高濃度的氣體體積含量的測量；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡単，使用方便，制造成本低，且工作壽命長，可直接在大氣壓下運行，運行時氣體之間無相互干擾，測量精度高。本發(fā)明的另一目的g在提供一種多氣體濃度定性定量測量方法，即將待測氣體連續(xù)不斷通過兩介質(zhì)阻擋放電層之間的區(qū)域，使兩介質(zhì)阻擋放電層之間的待測氣體發(fā)生介質(zhì)阻擋放電，并產(chǎn)生多種波長的特征光譜，使用光譜儀對其波長進行掃描并測量各波長光譜的光強，最后由數(shù)據(jù)處理器通過查詢光譜儀中各氣體對應特征光譜的光強，來定性定量地計算出待測氣體中各單元素氣體的體積濃度；優(yōu)選所述光譜儀對200nm 850nm范圍內(nèi)的波長進行掃描，測出各波長光譜的光強。通過對待測氣體進行介質(zhì)阻擋放電，并產(chǎn)生多種發(fā)射光譜，由光譜儀進行掃描,數(shù)據(jù)處理器進行分析計算即可得出待測氣體內(nèi)各單元素氣體的體積濃度。操作簡單方便，測量精度高，可實現(xiàn)對多種單元素氣體濃度的連續(xù)測量；同時可實現(xiàn)從低濃度到高濃度的氣體體積含量的測量。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發(fā)明測量裝置的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例及附圖來進ー步詳細說明本發(fā)明。一種如圖I所示多氣體濃度定性定量測量裝置包括兩相互平行的介質(zhì)阻擋放電層，在該兩介質(zhì)阻擋放電層相互背離的表面上分別設ー相對且平行的電極41，其中ー電極41連接介質(zhì)阻擋放電電源5，另ー電極41接地6 ;在所述兩電極41相対的介質(zhì)阻擋放電層之間區(qū)域33上正對有一光譜儀2，該光譜儀2連接ー數(shù)據(jù)處理器I。本發(fā)明主要是以原子發(fā)射光譜法原理為基礎，通過介質(zhì)阻擋放電層使得電極41在整個電極范圍內(nèi)具有均勻的放電，使放電能量穩(wěn)定，進而使得所述兩介質(zhì)阻擋放電層之間區(qū)域33的待測氣體發(fā)生穩(wěn)定的各種原子發(fā)射光譜，由光譜儀2對該各種原子發(fā)射光譜進行掃描，由數(shù)據(jù)處理器對光譜儀2內(nèi)的各對應發(fā)射光譜的光強進行查詢，可以定性定量地計算出待測氣體中各單元素氣體的體積濃度。具體地，見圖1，所述多氣體濃度定性定量測量裝置包括兩相互平行的介質(zhì)阻擋放電層，該相互平行的介質(zhì)阻擋放電層為一具有進氣ロ 31和出氣ロ 32的氣室3的相對側(cè)壁，該氣室3由含鐵量小于等于0. 005%的高純石英制成，為不導電介質(zhì)，即是直接以含鐵量小于等于0. 005%的高純石英制成的氣室3兩相對側(cè)壁作為介質(zhì)阻擋放電層，節(jié)約制造成本。在該氣室3兩相對側(cè)壁的外表面上分別設立平行的電極41，也即是所述兩平行的電極41設于所述氣室3相對側(cè)壁的外表面上,其中一電極41通過電纜51與所述介質(zhì)阻擋放電電源5連接，該介質(zhì)阻擋放電電源5優(yōu)選為高頻率正弦波電源，另ー電極41通過電纜51接地6 ;·在所述兩電極41相對的氣室3之間的區(qū)域上正對有一光譜儀2，該光譜儀2通過與之連接的光纖21正對所述兩電極41相對的氣室3之間的區(qū)域，其對氣室3之間的待測氣體波長發(fā)射光譜進行掃描，測量出各波長光譜的光強。所述光譜儀2通過信號電纜11連接ー數(shù)據(jù)處理器1，該數(shù)據(jù)處理器I通過查詢光譜儀2中各氣體對應特征光譜的光強，即可定性定量地計算出待測氣體中各單元素氣體的體積濃度，所述數(shù)據(jù)處理器I如微處理器等。本例中的電極41由貴重金屬如金、銅等制成。而作為優(yōu)選的高頻率正弦波電源作為直接阻擋放電電源5，頻率為70KHz。對于該多氣體濃度定性定量測量裝置的測量方法，將待測氣體連續(xù)不斷通過兩介質(zhì)阻擋放電層之間的區(qū)域，使兩介質(zhì)阻擋放電層之間的待測氣體發(fā)生介質(zhì)阻擋放電，并產(chǎn)生多種波長的發(fā)射光譜，使用光譜儀對其波長進行掃描并測量各波長的發(fā)射光譜的光強，最后由數(shù)據(jù)處理器通過查詢光譜儀中各氣體對應發(fā)射光譜的光強，來定性定量地計算出待測氣體中各單元素氣體的體積濃度。具體結(jié)合本發(fā)明中的測量裝置來說明，將待測氣體連續(xù)從氣室3的進氣ロ 31進入，然后從出氣ロ 32出來，打開介質(zhì)阻擋放電電源5使得電極41正常工作，兩電極41將其間的待測氣體通過介質(zhì)阻擋放電，產(chǎn)生多種波長的發(fā)射光譜，由與該區(qū)域相対的光譜儀2對各種波長的發(fā)射光譜進行掃描，并測量出各波長的發(fā)射光譜的光強，最后由與光譜儀2通過信號電纜11相連接的數(shù)據(jù)處理器I查詢光譜儀2中各氣體對應發(fā)射光譜的光強，來定性定量地計算出待測氣體中各單元素氣體的體積濃度含量。對于光譜儀2，其主要對200nm 850nm范圍內(nèi)的波長進行掃描，測出各波長光譜的光強。以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在具體實施方式
以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種多氣體濃度定性定量測量裝置，其特征在于包括兩相互平行的介質(zhì)阻擋放電層，在該兩介質(zhì)阻擋放電層相互背離的表面上分別設一相對且平行的電極，其中一電極連接介質(zhì)阻擋放電電源，另一電極接地；在所述兩電極相對的介質(zhì)阻擋放電層之間區(qū)域上正對有一光譜儀，該光譜儀連接一數(shù)據(jù)處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多氣體濃度定性定量測量裝置，其特征在于所述兩相互平行的介質(zhì)阻擋放電層為一具有進氣口和出氣口的氣室的相對側(cè)壁，所述兩平行的電極設于該氣室相對側(cè)壁的外表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多氣體濃度定性定量測量裝置，其特征在于所述光譜儀通過與之連接的光纖正對所述兩電極相對的介質(zhì)阻擋放電層之間區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多氣體濃度定性定量測量裝置，其特征在于所述電極分別通過電纜與所述介質(zhì)阻擋放電電源和地連接；所述數(shù)據(jù)處理器通過信號電纜與所述光譜儀相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多氣體濃度定性定量測量裝置，其特征在于所述氣室由含鐵量小于等于0. 005%的聞純石英制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多氣體濃度定性定量測量裝置，其特征在于所述介質(zhì)阻擋放電電源為高頻率正弦波電源。
7.使用所述權(quán)利要求I至6中任意一項所述多氣體濃度定性定量測量裝置的測量方法，其特征在于將待測氣體連續(xù)不斷通過兩介質(zhì)阻擋放電層之間的區(qū)域，使兩介質(zhì)阻擋放電層之間的待測氣體發(fā)生介質(zhì)阻擋放電，并產(chǎn)生多種波長的發(fā)射光譜，使用光譜儀對其波長進行掃描并測量各波長光譜的光強，最后由數(shù)據(jù)處理器通過查詢光譜儀中各氣體對應發(fā)射光譜的光強，來定性定量地計算出待測氣體中各單元素氣體的體積濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多氣體濃度定性定量測量方法，其特征在于所述光譜儀對200nm 850nm范圍內(nèi)的波長進行掃描，測出各波長光譜的光強。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用壽命長，測量精度高的多氣體濃度定性定量測量裝置，其包括兩相互平行的介質(zhì)阻擋放電層，在該兩介質(zhì)阻擋放電層相互背離的表面上分別設一相對且平行的電極，其中一電極連接介質(zhì)阻擋放電電源，另一電極接地；在兩電極相對的介質(zhì)阻擋放電層之間區(qū)域上正對有一光譜儀，該光譜儀連接一數(shù)據(jù)處理器。同時公開了其測量方法，將待測氣體連續(xù)不斷通過兩介質(zhì)阻擋放電層之間的區(qū)域，使兩介質(zhì)阻擋放電層之間的待測氣體發(fā)生介質(zhì)阻擋放電，并產(chǎn)生多種波長的發(fā)射光譜，使用光譜儀對其波長進行掃描并測量各波長光譜的光強，最后由數(shù)據(jù)處理器通過查詢光譜儀中各氣體對應發(fā)射光譜的光強，來定性定量地計算出待測氣體中各單元素氣體的體積濃度。
文檔編號G01N21/67GK102809553SQ20121027572
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月4日
發(fā)明者鄭軍, 龔畔, 馬江 申請人:重慶特瑞爾分析儀器有限公司