臭氧紫外燈檢測二氧化硫原理

本實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)做了進一步的改進，一氧化碳分析組件和臭氧分析組件設為氣路系統(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氣體或待測樣氣的輸入，當校準氣體或待測樣氣進入氣路系統(tǒng)后，分為兩支氣路，氣路系統(tǒng)8包括沿氣流方向先后設置的一氧化碳分析組件1和臭氧分析組件2，流量計5和比例閥6設于臭氧分析組件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置的二氧化硫分析組件3和氮氧化物分析組件4，流量計5和比例閥6設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產生的負壓條件下進行。

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輪13、濾光片14至檢測室，后經檢測室兩側設置的多個反射鏡反射經出口透光片15進入光電探測器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，將光譜選擇在相對應的區(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。進一步，為了保護儀器，在樣品氣體的進氣口，加裝特氟隆過濾器，提供防塵保護。

相關輪13在直流電機12控制下，可依軸心進行旋轉相關轉輪在，轉速恒定為2200rpm，通過旋轉，可選擇光源進入光室前的通路。相關輪每旋轉一周，紅外輻射依次經過其上的三個部分：首先經過不透光部分，之后經過空白部分，后經過裝有高濃度co氣槽的部分，在這種工作方式下，紅外輻射在時間上被分成三部分，這三部分紅外輻射被紅外檢測器轉化為三個電信號，暗信號，此時紅外光被相關轉輪上不透光部分全部擋住，檢測信號，此時紅外光通過相關輪上空白部分進入測量室。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應；參考信號，此時紅外光先穿過相關轉輪上充有高濃度一氧化碳的參考氣室，再進入測量光室。因此探測器接收到的部分是經過參考氣室和測量光室兩部分吸收后的紅外輻射。紅外輻射與透過率相對應。

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氣體管路的通斷，其中一個氣體管路上設有臭氧滌除器22，紫外汞燈發(fā)射體23發(fā)射紫外光進入檢測室21，通過分別設置于檢測室21兩側的紫外探測器24測量紫外光強的衰減量。

二氧化硫分析組件，如圖4和圖5所示，紫外燈發(fā)射紫外光進入反應室33，反應室33與紫外燈31之間設有光斷續(xù)器32，待測氣體經滲透管后進入反應室33，紫外光出口設有光電探測器或光子計數(shù)器34，本實施例中，鑒于裝置容積的限定，更優(yōu)地，選擇光子計數(shù)器。滲透管35包括具有同軸套設的兩個管路，利用泵的抽吸作用在外部管中形成真空，內部管與外部管之間的氣體偏壓小于內部管的氣體偏壓，含有芳香族hc分子的待分析樣氣進入內部管，內部管材質為聚硅酮，氣體從內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，待分析樣氣直接進入反應室33。

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

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室形成通路的兩個氣體管路，其中一個氣體管路具有將二氧化氮轉化為一氧化氮的鉬爐41；所述氮氧化物反應室44與臭氧發(fā)生器組件42連通，電子計數(shù)器或光電倍增管45與氮氧化物反應室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裝置的絕熱性。

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

干燥器423由兩個同心管組成，內部管由滲水聚合材料制成。分子從管子中水含量高的一側滲透到水含量低的一側，為了保證聚合管外側水的偏壓低，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其進行吹洗。

臭氧發(fā)生器422由兩個同軸的圓柱型電極組成。內部電極包括一個不銹鋼圓柱，連接到高壓(4.5kv)電路。內部電極為涂有薄金屬涂層的玻璃圓柱，與地連接。這個裝置用兩片ptfe保護，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，其中一部分轉換成臭氧。

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

本實施例通過兩個電路板通過uart串口連接，其中一個電路板控制一氧化碳和臭氧所在氣路，另一個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，因此選用bhk的中心波長254nm的80-1025-01的紫外燈，光強27uw/平方厘米，其供電電源為專門設計的汞燈電源板，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，選用在相應波段響應比較好的濱松的r1228傳感器，采用正負15v供電，傳感器的檢測信號經放大器放大后送入ad電路進行轉換，然后將轉換后的數(shù)字信號送至mcu進行數(shù)據分析和處理；一氧化碳探測部分，根據需要采用helioworks的ek-5372光源，峰值電壓為1.4v，電流1.8a，由co相關輪板為其供電，探測器采用正負15v供電，首先利用方波發(fā)生電路和倍壓整流電路產生90-100v電壓為濱松p9696-202的傳感器供電，傳感器的檢測信號經放大器放大后送入ad電路進行轉換，然后將轉換后的數(shù)字信號送至mcu進行數(shù)據分析和處理；氣路控制部分，利用晶體管控制24v電源的接通和截止對樣氣和標氣進行選擇；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，實時對氣路的壓力和流量進行監(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，so2探測器采用h10682-210，供電電壓為5v，300nm處的計數(shù)靈敏度為3.9x105/(s*pw)，暗計數(shù)50/s，過光能量檢測輸出正電平大于3.5v，負電平小于0.5v，輸出信號采用50ω阻抗匹配，得到的信號幅度為2.2v，與主板上的dac芯片輸出的模擬電平比較，得到光電子計數(shù)個數(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，以此來檢測暗計數(shù)的個數(shù)；氮氧化物探測部分，探測部分采用h10682-01，供電電壓為5v，600nm處的計數(shù)靈敏度為2.0x105/(s*pw)，暗計數(shù)600/s，過光能量檢測輸出正電平大于3.5v，負電平小于0.5v，輸出信號采用50ω阻抗匹配，得到的信號幅度為2.2v，與主板上的dac芯片輸出的模擬電平比較，得到光電子計數(shù)個數(shù)，送至fpga處理。主板通過控制臭氧發(fā)生器的電磁閥開關來檢測暗計數(shù)的個數(shù)。氣路控制部分，so2和nox雖然共用一路氣路，因為nox需要負壓工作，所以在nox反應室之前用壓力流量板測量so2氣體的流量和壓力，實時對氣路的壓力和流量進行監(jiān)測，nox直接用泵抽成負壓工作，在nox反應室之前通過限流孔控制流量。根據壓力流量電路板反饋的流量信號大小自動控制比例閥使整個氣路基本維持一個恒定的流量，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，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。