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?xì)浠衔锶紵闹饕a(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(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測，是實(shí)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(shí)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(jìn)行實(shí)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?yàn)槌槿y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(jìn)行實(shí)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(jìn)行取樣十分困難；抽取系統(tǒng)的另一個主要缺點(diǎn)是設(shè)備的維護(hù)，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(hù)費(fèi)用大。相比較而言，在燃燒環(huán)境下對H2O、CO2進(jìn)行基于吸收光譜技術(shù)的傳感測量十分有利，因?yàn)檫@種傳感方法不需要對氣體進(jìn)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(dá)到KHz或更高，適用于對快速變化的環(huán)境進(jìn)行實(shí)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(jìn)行非侵入式實(shí)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(jìn)行標(biāo)定，然而現(xiàn)實(shí)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(jìn)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(jìn)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(jì)、U形等位計(jì)、圓形瓶，所述的圓形瓶、U形等位計(jì)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(jì)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(jì)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?dú)夤艿某隹凇?br> 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?dú)饪梢员苊庥捎谑墉h(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(shí)驗(yàn)儀器對不同溫度下水蒸氣的線強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室用儀器。
本發(fā)明利用基于飽和蒸汽壓的方法實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)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(qiáng)、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(shí)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(jì)，14、不銹鋼筒，15、高精度溫度計(jì)，16、U形等位計(jì)，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(dá)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(diǎn)。對一種液體而言一個沸點(diǎn)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(jì)算公式計(jì)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(jì)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(jì)15的度數(shù)是否變化，如果數(shù)字精密壓力計(jì)15度數(shù)保持不變，則表示系統(tǒng)不漏氣?？梢赃M(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)15記錄壓力并記錄溫度t。飽和蒸汽壓與它的沸點(diǎn)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(jì)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?dú)獠粩嘟?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(jì)、U形等位計(jì)、圓形瓶，所述的圓形瓶、U形等位計(jì)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(jì)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(jì)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?dú)夤艿某隹凇?br> 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(jì)、U形等位計(jì)、圓形瓶，所述的圓形瓶、U形等位計(jì)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(jì)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(jì)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?dú)夤艿某隹?。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(shí)驗(yàn)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(jī)械研究所