同位素光谱分析系统的温控装置技术领域
本发明属于同位素红外光谱分析技术领域，具体涉及一种同位素光谱分析系统的
温控装置。
背景技术
红外光谱法是利用气体分子红外吸收光谱特性进行气体定性定量测量的光谱分
析技术，具有测量精度高，具备实时、在线、无人值守等优势，可以实现同位素比值实验现场
在线分析测量。然而，红外光谱法测量同位素时，对环境温度要求较高，一般要求待测气体
始终处于恒温环境当中。现有技术中通长是将气体样品吸收池置于恒温环境中，然后将待
测气体送入样品池。但该方法的缺陷在于，待测气体进入样品池后存在一个热交换的过程，
且热量传递速度较慢，待测气体并不能立即与样品池周围环境温度保持一致，这会严重影
响到光谱仪的测量精度，从而导致测量结果的可靠性得不到保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够使同位素光谱分析系统的待测气体保持恒温的同
位素光谱分析系统的温控装置。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种同位素光谱分析系统的温控
装置，包括第一密封保温箱、第二密封保温箱、预热恒温箱及扰动装置；所述第一密封保温
箱位于第二密封保温箱内部，且第一密封保温箱的外壁与第二密封保温箱的内壁间隔设
置，第一密封保温箱和第二密封保温箱内充有氮气；同位素光谱分析系统的样品池位于第
一密封保温箱内，光谱仪位于第一、第二密封保温箱之间的夹层内；所述第一密封保温箱上
设有与样品池的入光口和出光口相对的通光窗口；所述第一密封保温箱上设有用于对第一
密封保温箱内部空间进行加热和冷却的第一加热装置和第一制冷装置，所述第二密封保温
箱上设有用于对第二密封保温箱与第一密封保温箱之间的夹层空间进行加热和冷却的第
二加热装置和第二制冷装置；样品池的进气口通过进气管与第二密封保温箱外部的扰动装
置的出气口连通，扰动装置的进气口与预热恒温箱的出气口连通，预热恒温箱的进气口与
待测气体输入管路连通；
所述预热恒温箱上设有用于对预热恒温箱内部空间进行加热和冷却的预加热装
置和预制冷装置，所述扰动装置内具有多层相互间隔设置的扰动板，各扰动板上交错设置
有气流通道，使各扰动板之间形成迂回状气路，所述扰动装置的进气口和出气口分别位于
该迂回状气路的两端；
装置还包括温度控制器，所述第一密封保温箱、预热恒温箱以及第一、第二密封保
温箱之间的夹层内均设有温度传感器，各温度传感器与温度控制器电连接，温度控制器与
第一加热装置、第二加热装置、预加热装置、第一制冷装置、第二制冷装置、预制冷装置电连
接。
所述预加热装置包括预热恒温箱外壁上覆盖的一层预加热网，所述预制冷装置包
括贴在预热恒温箱内壁上的与半导体制冷堆相连的预降温贴膜，所述预热恒温箱的四个侧
壁内侧设有四个预热风扇，四个预热风扇的出风口同时朝顺时针或逆时针方向设置，使预
热风扇同时转动时能够形成顺时针或逆时针的层流。
所述扰动装置包括管壳，扰动装置的进气口和出气口分别位于管壳两端，所述扰
动板包括沿管壳轴线方向间隔布置的大小两种直径的圆形金属片，两种圆形金属片的板面
均与管壳的轴线垂直，且两种圆形金属片沿管壳轴线方向交替布置，其中大圆形金属片的
中心设有通气孔，且大圆形金属片的边缘与管壳内壁无缝结合，小圆形金属片的边缘与管
壳内壁之间间隔设置，所述两种圆形金属片均固定在一根沿管壳轴线设置的螺纹杆上。
扰动装置内最靠近出气口的一块圆形金属片与管壳上出气口所在的一侧端面之
间设有纱棉。
所述第一加热装置包括第一密封保温箱内壁与样品池外壁之间设置的第一加热
网，所述第一加热网与第一密封保温箱的内壁和样品池的外壁之间均为间隔设置；所述第
一制冷装置包括贴在第一密封保温箱内壁上的与半导体制冷堆相连的第一降温贴膜，所述
第一密封保温箱的四个侧壁内侧设有四个内循环风扇，四个内循环风扇的出风口同时朝顺
时针或逆时针方向设置，使四个内循环风扇同时转动时能够在第一密封保温箱内壁与样品
池外壁之间形成顺时针或逆时针的层流。
所述第二加热装置包括包覆在第二密封保温箱外壁上的第二加热网，所述第二制
冷装置包括贴在第二密封保温箱内壁上的与半导体制冷堆相连的第二降温贴膜，所述第二
密封保温箱的四个侧壁内侧设有四个外循环风扇，四个外循环风扇的出风口同时朝顺时针
或逆时针方向设置，使四个外循环风扇同时转动时能够在第二密封保温箱内壁与第一密封
保温箱外壁之间形成顺时针或逆时针的层流。
所述第一密封保温箱内的温度传感器安装在样品池外壁上，所述第一密封保温箱
与第二密封保温箱之间的夹层中的温度传感器与第一密封保温箱的外壁和第二密封保温
箱的内壁均间隔设置；所述预热恒温箱内的温度传感器靠近预热恒温箱的出气口设置。
所述样品池内还设有气压传感探头，所述扰动装置的出气口与样品池之间的管路
上设有第一质量流量计，样品池的出气口连接的排气管路上设有第二质量流量计。
所述待测气体输入管路依次包括待测气体采样口、第一过滤器、无色硅胶干燥管、
Nafion干燥管、化学干燥剂干燥管、第二过滤器，第二过滤器的出气口与第一三通阀连通，
第一三通阀的其中一个出气口与预热恒温箱的进气口连通，另一个出气口通过第二三通阀
与样品池的出气口管路会和并连通至Nafion干燥管的吹扫气体入口，Nafion干燥管的吹扫
气体出口与排气泵相连。
本发明的技术效果在于：本发明的预热恒温箱能够在待测气体进入样品池前对待
测气体进行预加热，扰动装置能够使待测气体的温度分配均匀，使其到达与样品池所在环
境相同的恒温状态，避免待测气体在常温下注入样品池时会导致样品池内的温度产生波
动，确保样品池保持精确的恒温状态，从而提高测量精度。
附图说明
图1是本发明的系统原理图；
图2是本发明的第一密封保温箱的结构示意图；
图3是本发明的第二密封保温箱的结构示意图；
图4是本发明的预热恒温箱结构示意图；
图5是本发明的扰动装置立体剖切结构示意图；
图6是本发明的扰动装置的剖视图；
图1、2、3、4中的椭圆形虚线箭头表示层流旋转方向。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，一种同位素光谱分析系统的温控装置，包括第一密封保温箱10、第二
密封保温箱20、预热恒温箱30及扰动装置40；所述第一密封保温箱10位于第二密封保温箱
20内部，且第一密封保温箱10的外壁与第二密封保温箱20的内壁之间间隔设置，第一密封
保温箱10和第二密封保温箱20内充有氮气，其中第二密封保温箱20上设有吹扫氮气入口
201和吹扫氮气出口202；同位素光谱分析系统的样品池50位于第一密封保温箱10内，光谱
仪60位于第一、第二密封保温箱10、20之间的夹层内；所述第一密封保温箱10上设有与样品
池50的入光口和出光口相对的通光窗口101；所述第一密封保温箱10上设有用于对第一密
封保温箱10内部空间进行加热和冷却的第一加热装置和第一制冷装置，所述第二密封保温
箱20上设有用于对第二密封保温箱20与第一密封保温箱10之间的夹层空间进行加热和冷
却的第二加热装置和第二制冷装置；样品池50的进气口通过进气管与第二密封保温箱20外
部的扰动装置40的出气口42连通，扰动装置40的进气口41与预热恒温箱30的出气口连通，
预热恒温箱30的进气口与待测气体输入管路连通；
如图4所示，所述预热恒温箱30上设有用于对预热恒温箱30内部空间进行加热和
冷却的预加热装置和预制冷装置，所述扰动装置40内具有多层相互间隔设置的扰动板，各
扰动板上交错设置有气流通道，使各扰动板之间形成迂回状气路，所述扰动装置40的进气
口41和出气口42分别位于该迂回状气路的两端；
进一步的，装置还包括温度控制器，所述第一密封保温箱10、预热恒温箱30以及第
一、第二密封保温箱10、20之间的夹层内均设有温度传感器，各温度传感器与温度控制器电
连接，温度控制器与第一加热装置、第二加热装置、预加热装置、第一制冷装置、第二制冷装
置、预制冷装置电连接。温度控制器控制各加热装置和制冷装置工作，各温度传感器对各箱
体内的温度进行实时反馈，温度控制器根据这些反馈对各加热装置和制冷装置的工作状态
进行实时调整，从而做到对各箱体温度的精确控制。本发明提供的实施例中各箱体内的温
度控制在30±0.01℃范围内。
本发明的预热恒温箱30能够在待测气体进入样品池50前对待测气体进行预加热，
扰动装置40能够使待测气体的温度分配均匀，使其到达与样品池50所在环境相同的恒温状
态，避免待测气体在常温下注入样品池时导致样品池内的温度产生波动，确保样品池50保
持精确的恒温状态，从而提高测量精度。
另外，本发明采用双层密封保温箱结构，两层密封保温箱都具有独立的加热和制
冷装置，这样能够使内侧的密封保温箱处于相对稳定的环境中，使内层密封保温箱受外界
温度干扰较小，此时再对内层密封保温箱内的温度进行控制时，控制精度更高。
优选的，如图4所示，所述预加热装置包括预热恒温箱30外壁上覆盖的一层预加热
网32，所述预制冷装置包括贴在预热恒温箱30内壁上的与半导体制冷堆相连的预降温贴膜
31，所述预热恒温箱30的四个侧壁内侧设有四个预热风扇33，四个预热风扇33的出风口同
时朝顺时针或逆时针方向设置，使预热风扇33同时转动时能够形成顺时针或逆时针的层
流。
优选的，如图5、6所示，所述扰动装置40包括管壳，扰动装置40的进气口41和出气
口42分别位于管壳两端，所述扰动板包括沿管壳轴线方向间隔布置的大小两种直径的圆形
金属片43、44，两种圆形金属片43、44的板面均与管壳的轴线垂直，且两种圆形金属片43、44
沿管壳轴线方向交替布置，其中大圆形金属片43的中心设有通气孔431，且大圆形金属片43
的边缘与管壳内壁无缝结合，小圆形金属片44的边缘与管壳内壁之间间隔设置，所述两种
圆形金属片43、44均固定在一根沿管壳轴线设置的螺纹杆45上。
优选的，扰动装置40内最靠近出气口42的一块圆形金属片与管壳上出气口所在的
一侧端面之间设有纱棉46。
优选的，如图2所示，所述第一加热装置包括第一密封保温箱10内壁与样品池50外
壁之间设置的第一加热网12，所述第一加热网12与第一密封保温箱10的内壁和样品池50的
外壁之间均为间隔设置；所述第一制冷装置包括贴在第一密封保温箱10内壁上的与半导体
制冷堆相连的第一降温贴膜11，所述第一密封保温箱10的四个侧壁内侧设有四个内循环风
扇13，四个内循环风扇13的出风口同时朝顺时针或逆时针方向设置，使四个内循环风扇13
同时转动时能够在第一密封保温箱10内壁与样品池50外壁之间形成顺时针或逆时针的层
流。
优选的，如图3所示，所述第二加热装置包括包覆在第二密封保温箱20外壁上的第
二加热网22，所述第二制冷装置包括贴在第二密封保温箱20内壁上的与半导体制冷堆相连
的第二降温贴膜21，所述第二密封保温箱20的四个侧壁内侧设有四个外循环风扇23，四个
外循环风扇23的出风口同时朝顺时针或逆时针方向设置，使四个外循环风扇23同时转动时
能够在第二密封保温箱20内壁与第一密封保温箱10外壁之间形成顺时针或逆时针的层流。
本发明中，各箱体的加热装置和制冷装置均匀分布在箱体侧壁上，能够使热量分
配均匀，另外，各箱体内产生的层流能够提高热交换效率，从而提高温控装置的响应速度，
达到快速精准控温的目的。
优选的，所述第一密封保温箱10内的温度传感器501安装在样品池50外壁上，所述
第一密封保温箱10与第二密封保温箱20之间的夹层中的温度传感器24与第一密封保温箱
10的外壁和第二密封保温箱20的内壁均间隔设置；所述预热恒温箱30内的温度传感器34靠
近预热恒温箱30的出气口设置。
优选的，所述样品池50内还设有气压传感探头502，所述扰动装置40的出气口与样
品池50之间的管路上设有第一质量流量计71，样品池50的出气口连接的排气管路上设有第
二质量流量计72。气压传感探头502反馈给第一质量流量计和第二质量流量计，通过控制第
一质量流量计和第二质量流量计的进出气体流量来控制样品池50内气体压强。
如图1所示，作为本发明的一个实施例，所述待测气体输入管路依次包括待测气体
采样口51、第一过滤器52、无色硅胶干燥管53、Nafion干燥管54、化学干燥剂干燥管55、第二
过滤器56，第二过滤器56的出气口与第一三通阀57连通，第一三通阀57的其中一个出气口
与预热恒温箱30的进气口连通，另一个出气口通过第二三通阀58与样品池50的出气口管路
汇合并连通至Nafion干燥管54的吹扫气体入口，Nafion干燥管54的吹扫气体出口与排气泵
59相连。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。