臭氧紫外燈檢測二氧化硫原理

本實(shí)施例的一種便攜一體式氣體含量檢測系統(tǒng)，參見圖1所示，包括一氧化碳分析組件1、臭氧分析組件2、二氧化硫分析組件3和氮氧化物分析組件4，區(qū)別在于將氣路系統(tǒng)做了進(jìn)一步的改進(jìn)，一氧化碳分析組件和臭氧分析組件設(shè)為氣路系統(tǒng)8，二氧化硫分析組件和氮氧化物分析組件設(shè)為第二氣路系統(tǒng)9。

具體地，系統(tǒng)入口處通過一三通電磁閥控制校準(zhǔn)氣體或待測樣氣的輸入，當(dāng)校準(zhǔn)氣體或待測樣氣進(jìn)入氣路系統(tǒng)后，分為兩支氣路，氣路系統(tǒng)8包括沿氣流方向先后設(shè)置的一氧化碳分析組件1和臭氧分析組件2，流量計(jì)5和比例閥6設(shè)于臭氧分析組件2與泵體7之間，臭氧分析組件2通過一三通電磁閥控制臭氧滌除器22的支路及未設(shè)有臭氧滌除器的支路的氣路通斷，第二氣路系統(tǒng)9包括沿氣流方向先后設(shè)置的二氧化硫分析組件3和氮氧化物分析組件4，流量計(jì)5和比例閥6設(shè)于二氧化硫分析組件3和氮氧化物分析組件4之間，氮氧化物分析組件4的檢測需要在泵體7產(chǎn)生的負(fù)壓條件下進(jìn)行。

具體地，如圖2所示，一氧化碳分析組件1具有紅外光源發(fā)射體11，紅外光源發(fā)射體11發(fā)射紅外光順序通過相關(guān)輪13、濾光片14至檢測室，后經(jīng)檢測室兩側(cè)設(shè)置的多個(gè)反射鏡反射經(jīng)出口透光片15進(jìn)入光電探測器16，一氧化碳在近紅外光譜區(qū)的特征吸收帶的中心波長位置在4.67μm處，為了減小其它氣體的干擾，在測量光路中，利用窄帶濾光片14，將光譜選擇在相對(duì)應(yīng)的區(qū)域。利用紅外輻射在測量室中多次的反射，增加氣體吸收光路的長度。進(jìn)一步，為了保護(hù)儀器，在樣品氣體的進(jìn)氣口，加裝特氟隆過濾器，提供防塵保護(hù)。

相關(guān)輪13在直流電機(jī)12控制下，可依軸心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)相關(guān)轉(zhuǎn)輪在，轉(zhuǎn)速恒定為2200rpm，通過旋轉(zhuǎn)，可選擇光源進(jìn)入光室前的通路。相關(guān)輪每旋轉(zhuǎn)一周，紅外輻射依次經(jīng)過其上的三個(gè)部分：首先經(jīng)過不透光部分，之后經(jīng)過空白部分，后經(jīng)過裝有高濃度co氣槽的部分，在這種工作方式下，紅外輻射在時(shí)間上被分成三部分，這三部分紅外輻射被紅外檢測器轉(zhuǎn)化為三個(gè)電信號(hào)，暗信號(hào)，此時(shí)紅外光被相關(guān)轉(zhuǎn)輪上不透光部分全部擋住，檢測信號(hào)，此時(shí)紅外光通過相關(guān)輪上空白部分進(jìn)入測量室。因此，探測器接收到的紅外輻射與測量光室中的氣體的濃度相對(duì)應(yīng)；參考信號(hào)，此時(shí)紅外光先穿過相關(guān)轉(zhuǎn)輪上充有高濃度一氧化碳的參考?xì)馐遥龠M(jìn)入測量光室。因此探測器接收到的部分是經(jīng)過參考?xì)馐液蜏y量光室兩部分吸收后的紅外輻射。紅外輻射與透過率相對(duì)應(yīng)。

臭氧分析組件，如圖3所示，臭氧分析組件2通過一三通電磁閥控制兩個(gè)氣體管路的通斷，其中一個(gè)氣體管路上設(shè)有臭氧滌除器22，紫外汞燈發(fā)射體23發(fā)射紫外光進(jìn)入檢測室21，通過分別設(shè)置于檢測室21兩側(cè)的紫外探測器24測量紫外光強(qiáng)的衰減量。

二氧化硫分析組件，如圖4和圖5所示，紫外燈發(fā)射紫外光進(jìn)入反應(yīng)室33，反應(yīng)室33與紫外燈31之間設(shè)有光斷續(xù)器32，待測氣體經(jīng)滲透管后進(jìn)入反應(yīng)室33，紫外光出口設(shè)有光電探測器或光子計(jì)數(shù)器34，本實(shí)施例中，鑒于裝置容積的限定，更優(yōu)地，選擇光子計(jì)數(shù)器。滲透管35包括具有同軸套設(shè)的兩個(gè)管路，利用泵的抽吸作用在外部管中形成真空，內(nèi)部管與外部管之間的氣體偏壓小于內(nèi)部管的氣體偏壓，含有芳香族hc分子的待分析樣氣進(jìn)入內(nèi)部管，內(nèi)部管材質(zhì)為聚硅酮，氣體從內(nèi)部管參透至外部管以去除芳(族)烴化合物分子，除去hc分子后，待分析樣氣直接進(jìn)入反應(yīng)室33。

在啟動(dòng)每個(gè)"參考零點(diǎn)"時(shí)，光斷續(xù)器32放置在紫外燈31和反應(yīng)室33入口之間40秒。將對(duì)應(yīng)于光電倍增管暗電流的電器零點(diǎn)和前置放大器的偏置電壓計(jì)入信號(hào)處理過程，這樣可以消除溫度和時(shí)間漂移造成的誤差。

如圖6所示，氮氧化物分析組件4具有分別與氮氧化物反應(yīng)室形成通路的兩個(gè)氣體管路，其中一個(gè)氣體管路具有將二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮的鉬爐41；所述氮氧化物反應(yīng)室44與臭氧發(fā)生器組件42連通，電子計(jì)數(shù)器或光電倍增管45與氮氧化物反應(yīng)室44連接。其中，鉬爐41為填充有鉬粉的密封容器，另外，利用陶瓷纖維保證這個(gè)裝置的絕熱性。

測量分成三個(gè)步驟進(jìn)行：參考周期，樣氣進(jìn)入預(yù)反應(yīng)室與臭氧混合，樣氣進(jìn)入反應(yīng)室之前，其中的no分子被氧化成no2；用光電倍增管檢測這時(shí)沒有化學(xué)發(fā)光情況下的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可被看作是“零氣”測量信號(hào)，并作為參考信號(hào)；no周期：樣氣直接進(jìn)入測量室，在其中被臭氧氧化。這是，用光電倍增管測量到的信號(hào)與樣氣中的no分子的數(shù)目成正比；nox周期：樣氣經(jīng)過鉬爐，之后在反應(yīng)室中與臭氧混合。這時(shí)用光電倍增管測量到的信號(hào)與樣氣中的no和no2(從no還原得到)分子數(shù)成正比。

干燥器423由兩個(gè)同心管組成，內(nèi)部管由滲水聚合材料制成。分子從管子中水含量高的一側(cè)滲透到水含量低的一側(cè)，為了保證聚合管外側(cè)水的偏壓低，需要將管子放置在真空條件下，并用從管子排出的一部分氣體對(duì)其進(jìn)行吹洗。

臭氧發(fā)生器422由兩個(gè)同軸的圓柱型電極組成。內(nèi)部電極包括一個(gè)不銹鋼圓柱，連接到高壓(4.5kv)電路。內(nèi)部電極為涂有薄金屬涂層的玻璃圓柱，與地連接。這個(gè)裝置用兩片ptfe保護(hù)，用o型環(huán)(密封圈)保證其密封性。在電極間循環(huán)的干燥空氣被氧化，其中一部分轉(zhuǎn)換成臭氧。

上述系統(tǒng)的各氣體檢測組件的信號(hào)采集及壓力流量、比例閥的控制和三通電磁閥的控制由相應(yīng)的檢測電路裝置，參見圖7所示，該檢測電路包括信號(hào)輸入單元，其輸入來自各反應(yīng)室探測器和/或壓力流量板的采集信號(hào)；運(yùn)算處理單元，將采集后的信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算得到相關(guān)數(shù)據(jù)；并控制氣路系統(tǒng)中氣路的選擇與通斷，及根據(jù)運(yùn)算數(shù)據(jù)對(duì)氣體進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；輸出單元，將所述運(yùn)算處理單元的運(yùn)算結(jié)果通過顯示模塊顯示。

本實(shí)施例通過兩個(gè)電路板通過uart串口連接，其中一個(gè)電路板控制一氧化碳和臭氧所在氣路，另一個(gè)電路板控制二氧化硫和氮氧化物所在氣路。

臭氧探測部分為波長在為檢測波長在254nm的紫外光信號(hào)，因此選用bhk的中心波長254nm的80-1025-01的紫外燈，光強(qiáng)27uw/平方厘米，其供電電源為專門設(shè)計(jì)的汞燈電源板，此汞燈電源板輸入電壓24v，使用bhk電源模塊68-0020-04(12v輸入，輸出電流20ma，輸出電壓為1100v)輸出固定電壓，選用在相應(yīng)波段響應(yīng)比較好的濱松的r1228傳感器，采用正負(fù)15v供電，傳感器的檢測信號(hào)經(jīng)放大器放大后送入ad電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送至mcu進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理；一氧化碳探測部分，根據(jù)需要采用helioworks的ek-5372光源，峰值電壓為1.4v，電流1.8a，由co相關(guān)輪板為其供電，探測器采用正負(fù)15v供電，首先利用方波發(fā)生電路和倍壓整流電路產(chǎn)生90-100v電壓為濱松p9696-202的傳感器供電，傳感器的檢測信號(hào)經(jīng)放大器放大后送入ad電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送至mcu進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理；氣路控制部分，利用晶體管控制24v電源的接通和截止對(duì)樣氣和標(biāo)氣進(jìn)行選擇；壓力和流量傳感器分別測量氣路中的壓力和流量信號(hào)反饋給處理器，因co和o3共用一路氣路，且測量兩種氣體所需流量大小基本相同，所以在此氣路的末端連接壓力流量傳感器板，實(shí)時(shí)對(duì)氣路的壓力和流量進(jìn)行監(jiān)測，系統(tǒng)入口處及臭氧分析組件處的三通電磁閥通過gpio接口與mcu連接。

二氧化硫探測部分，so2檢測采用紫外熒光法，需要波長214nm的紫外光，因此選用bhk中心波長213.9nm的89-9020-01的紫外燈，額定工作電壓為160v，額定電流為47.5ma，電源采用東文鋅燈高壓電源模塊dw-p501-2c68，輸入電壓ac220v，輸出高起輝電壓：ac2000vpp，輸出電壓典型值為ac160v，燈電流35ma～55ma可調(diào)，so2探測器采用h10682-210，供電電壓為5v，300nm處的計(jì)數(shù)靈敏度為3.9x105/(s*pw)，暗計(jì)數(shù)50/s，過光能量檢測輸出正電平大于3.5v，負(fù)電平小于0.5v，輸出信號(hào)采用50ω阻抗匹配，得到的信號(hào)幅度為2.2v，與主板上的dac芯片輸出的模擬電平比較，得到光電子計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)，送至fpga處理和分析。主板通過控制電磁鐵的通斷來控制鋅燈的照射與否，以此來檢測暗計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)；氮氧化物探測部分，探測部分采用h10682-01，供電電壓為5v，600nm處的計(jì)數(shù)靈敏度為2.0x105/(s*pw)，暗計(jì)數(shù)600/s，過光能量檢測輸出正電平大于3.5v，負(fù)電平小于0.5v，輸出信號(hào)采用50ω阻抗匹配，得到的信號(hào)幅度為2.2v，與主板上的dac芯片輸出的模擬電平比較，得到光電子計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)，送至fpga處理。主板通過控制臭氧發(fā)生器的電磁閥開關(guān)來檢測暗計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)。氣路控制部分，so2和nox雖然共用一路氣路，因?yàn)閚ox需要負(fù)壓工作，所以在nox反應(yīng)室之前用壓力流量板測量so2氣體的流量和壓力，實(shí)時(shí)對(duì)氣路的壓力和流量進(jìn)行監(jiān)測，nox直接用泵抽成負(fù)壓工作，在nox反應(yīng)室之前通過限流孔控制流量。根據(jù)壓力流量電路板反饋的流量信號(hào)大小自動(dòng)控制比例閥使整個(gè)氣路基本維持一個(gè)恒定的流量，比例閥采用clippard公司的ev-p-10-2525，供電電壓10v，孔徑0.025inch，大壓力25psig。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。