专利名称：用于研究燃烧的高温取样探针的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高温取样技术领域，是一种用于研究燃烧的高温取样 探针。
背景技术：
对燃烧的深入研究需要对燃烧产物浓度场和火焰结构有详细的了解。 目前的技术水平下，是通过两种方法来解决这个问题 一是通过光谱诊断 方法来研究， 一是通过精细的取样探针取样来研究。光谱诊断方法包括激
光诱导荧光、光腔衰荡光谱和相干反Stolces. Raman光谱(CARS)等，它 适合于测量小分子和自由基的浓度，如N0， C0， 0H， CH2和C仏等。然而， 在典型的燃烧温度下，大的分子由于具有较大的布居函数和较小的转动参 数，光谱峰相互重叠而变得毫无规则，因此无法定量测量。另一种方法是 取样分析方法，通过探针将燃烧区内的气体进行取样，然后送到分析仪器 内进行分析。由于探针取样简单方便，在燃烧研究中被广泛应用。
在使用探针取样中，当气流包含有还在进行化学反应的物质时，那么 在取样管内就有继续反应的可能性。在这样的情况下，样品成分就不同于 取样点处流体的成分，而与下游的成分一致。因此在取样中，为了尽可能 的保证所取样品和燃烧区的成分一致，要尽量地通过一定的方法来使原来 的高温反应物的反应在取样探针中快速停止。我们知道，如果在取样管内 发生反应，气体混合物的浓度要处于一定的浓度范围内，而且要有适当的 温度和压力条件。因此为了达到比较准确地测量的目的，取样管应能防止 任何可能反应的出现，并应能中止正在发生的任何反应，这种过程叫做"骤 冷"。骤冷通常是通过对外部条件的改变来实现的，也就是通过对管内的 浓度、温度和压力的改变来实现的， 一般是通过冲淡、对流和膨胀的方法。
常用的取样探针是利用对流的方法通过不锈钢加工的水冷探针，它由
于水冷设备的存在， 一般较粗。我们知道，对于取样探针研究燃烧，它至 少有两方面的要求 一是探针的出现不能干扰火焰的流场，二是进入探针 后烟气能够快速熄火，但在某种程度上这两个要求是相互矛盾的。从流场 的干扰上看探针要求很小而且移动很慢，而快速熄火要求良好的水冷，因 此要求较粗的探针。
对于燃烧的研究，尤其是对于火焰结构的研究中，粗大的取样探针对 流场的影响特别大，破坏了原来的流场结构，使得通过它得到的气体成分 数据失真相当严重。
实用新型内容
为了解决取样的问题，本实用新型的目的是提供一种用于研究燃烧的 高温取样探针，这种探针，对燃烧流场的干扰较小，可以减少对燃烧研究 中的干扰，获得相对精确的浓度场分布，从而能够相对精确地对燃烧进行 研究。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是 一种用于研究燃烧的 高温取样探针，用于研究火焰结构和燃烧烟气分析，包括取样管、支撑体 和出口管；其取样管的顶部为毛细管锥，毛细管锥顶端有一进气口，进气 口直径在微米尺度范围内，取样管的内腔壁是突扩式的，进气口与内腔相 通，通过快速膨胀实现骤冷反应；
取样管内端部与管状金属支撑体固接，支撑体另一端固接有出口管。 所述的高温取样探针，其所述探针的毛细管锥的顶角为10 60° 。 所述的高温取样探针，其所述探针的石英取样管，采用石英材料加工
制造，其内腔的内径在0.01ram至lJ lmm之间。
所述的高温取样探针，其所述探针，通过聚四氟乙烯材料封装在管状 金属支撑体上，金属支撑体，设有水冷装置。
本实用新型的高温取样探针，对燃烧流场的干扰较小，可以减少对燃 烧研究中的千扰，从而能够相对精确地对燃烧进行研究。
图l:为本实用新型用于研究燃烧的高温取样探针的结构示意图，其
中，图1A为探针的结构示意图；图1B为探针毛细管锥锥顶的局部放大示 意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步详细描述本实用新型。 实施例一
如图1所示，为本实用新型用于研究燃烧的高温取样探针的结构示意
图，如图1A所示，其中，高温取样探针包括石英取样管4、支撑体5和出 口管6。石英取样管4内腔为膨胀室2， 一外端部为毛细管锥3，毛细管锥 3顶端有一进气口1，进气口 1与内腔膨胀室2相通，如图1B所示；石英 取样管4另一内端部与管状金属支撑体5固接，支撑体5另一端固接有出 口管6。
实施例一中的烟气分析高温取样探针，取样进气口1内径根据工艺和 实验要求不同可在几个u m到几百个y m。加工中可在烧熔的石英管中将非 常细的钨丝埋入，然后在冷却中快速将钨丝抽出，等冷却后将尖端切开就 形成很细的取样进气口 1，经抛光后就成为取样探针的毛细管锥3。取样 管4的膨胀室2内壁是突扩式的，膨胀室2的内径比取样进气口 1的内径 大的多，这样，样气在探针取样进气口 l处达到阻塞，随后在膨胀室2内 膨胀加速到超声速，静温静压迅速下降，实现化学反应冻结，从而得到较 为准确的当地浓度的情况，然后将它通过探针的出口管6送入分析仪器进 行分析。探针的毛细管锥3的顶角4)可被设计为10 6(T的范围内变化， 探针的石英取样管4膨胀室2部分的内径可设计在0. Olmm到lmm的范围 内变化，探针可通过聚四氟乙烯等材料封装在管状金属支撑体5上，金属 支撑体5根据取样冷却要求也可采用水冷装置(图中没有示出)，在它的 后部接取样器出口管6。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。 显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。
本实用新型可用其他的不违背本实用新型的精神和主要特征的具体 形式来概述。因此，本实用新型的上述实施方案都只能认为是对本实用新 型的说明而不能限制本实用新型，权利要求书指出了本实用新型的保护范 围，因此，在与本实用新型的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变， 都应认为是包括在权利要求书的保护范围内。
权利要求1.一种用于研究燃烧的高温取样探针，用于研究火焰结构和燃烧烟气分析，包括取样管、支撑体和出口管；其特征在于，取样管的顶部为毛细管锥，毛细管锥顶端有一进气口，进气口直径最小在微米尺度范围内，取样管的内腔壁是突扩式的，进气口与内腔相通；取样管内端部与管状金属支撑体固接，支撑体另一端固接有出口管。
2. 根据权利要求1所述的高温取样探针，其特征在于，所述探针的毛细 管锥的顶角为10 60。。
3. 根据权利要求1所述的高温取样探针，其特征在于，所述探针的石英 取样管，采用石英材料加工制造，其内腔的内径在O.Olmm到lmm之间。
4. 根据权利要求1所述的高温取样探针，其特征在于，所述探针，通过 聚四氟乙烯材料封装在管状金属支撑体上，金属支撑体设有水冷装置。
专利摘要本实用新型公开了一种用于研究火焰结构和燃烧烟气分析的高温取样探针，其特征在于探针采用石英材料加工制造，探针的顶部设计为毛细管锥，锥口直径最小在微米尺度范围内，取样管的内壁是突扩式的，通过快速膨胀实现骤冷反应。
文档编号G01N1/22GK201007697SQ20062017322
公开日2008年1月16日 申请日期2006年12月31日 优先权日2006年12月31日
发明者张哲颠, 张永生, 岳 王, 穆克进, 肖云汉 申请人:中国科学院工程热物理研究所