紫外線吸收臭氧檢測儀

3.1 3.2 4.1

1． 紫外線吸收臭氧檢測儀來自德國安思羅斯公司基本原理
1.1檢測原理
我們知道地球大氣層上有一層臭氧層，科學家們已經發現臭氧層能吸收紫外線，研究表明臭氧僅對波長253.7nm的紫外線具有最大吸收係數，在此波長下紫外線通過臭氧會產生衰減，符合蘭波特——比爾定律。該方法已被美國等國家作為臭氧標準分析方法。該臭氧檢測儀就是採用紫外線吸收法的原理，用穩定的紫外燈光源產生紫外線，用光波過濾器過濾掉其它波長紫外光，只允許波長253.7nm通過。經過樣品光電感測器，再經過臭氧吸收池後，到達採樣光電感測器。通過樣品光電感測器和採樣光電感測器電信號比較，再經過數學模型的計算，就能得出臭氧濃度大小。
1.2紫外線吸收臭氧檢測儀
濃度數學計算模型
臭氧濃度數學模型（如公式一）是根據Lambert and Beer定律推出的。
在這個臭氧濃度計算公式中，只要知道樣品電流、採樣電流和臭氧吸收池距離，那么我們就可以計算出臭氧濃度大小。由於，臭氧吸收池的距離的限制，最大臭氧濃度只能測到300 O3 g/m。
1.3電路原理的實現
基本電路由電源部分、紫外燈控制、紫外光線樣品檢測、紫外光線採樣檢測，對數放大器Log100、模擬輸出及顯示六大部分組成。
電路核心部分就是用對數放大器Log100來實現臭氧濃度數學模型。LOG100是 14引腳可以對兩個電流或電壓之比進行對數運算的積體電路，該放大器輸出電流動態範圍寬，可以在1nA到 1mA之間變化。輸出誤差範圍不超過0.1%。基本接線（如圖1） ，輸出公式： Vout =VT×ln I0/I (注釋：VT---常數；Vout---輸出電壓)。
電源部分主要是產生紫外燈需要的高壓電源，同時產生電路板上需要的+15V直流電。紫外燈燈控部分主要是控制紫外燈燈電流在恆定允許範圍之內，過高、過低可以自動調節，如果調不了說明紫外燈壽命到了，面板上有一個紅燈變亮，提示你應該更換新的紫外燈了。標準紫外光檢測和採樣紫外光檢測部分也是較關鍵部分，.光電感測器把紫外線的光信號轉換為電壓信號，然後經兩次運算放大器進行信號整理放大，送給LOG100進行計算處理後，顯示輸出。模擬輸出0~20mA與臭氧濃度大小是成線性關係的。
2．紫外線吸收臭氧檢測儀
基本 結構
檢測儀主要由低壓紫外燈，光波過濾器、入射紫外光反射器、臭氧吸收池、樣品光電感測器、採樣光電感測器、輸出顯示、電路部件構成。(如圖2)
3． 主要技術指標
3.1 可顯示單位：O3 g/m ，mg/ m ；ppm
3.2 測量範圍：0~10 O3 g/m , 0~100 O3 g/m , 0~200 O3 g/m
3.3 檢測極限：10 ppb
3.4 顯示精確度：讀數的 +1 %
3.5 輸入電源：AC110 V/ AC220 V 50~60 HZ
3.6 模擬輸出：0/4~20 mA
4．儀器校準方法
4.1 校準儀器校準
採用德國安思羅斯公司GM—PRO標準臭氧檢測儀對已生產的臭氧檢測儀進行分布選取10個測試點對比，誤差範圍控制在+1 %以內為合格。
4.2化學滴定法
國際公認化學方法即碘化鉀、硫代硫酸鈉滴定法來檢測臭氧濃度。我們也分布選取10個測試點，然後用臭氧檢測儀與化學滴定法測試的10個點進行對比，誤差範圍控制在 +1%以內。碘化鉀滴定法原理是用強氧化劑臭氧與碘化鉀反應,使碘游離出來到水裡，水就會變為茶色。（反應式： O3+2KI+H2O O2+I2+KOH）利用硫代硫酸鈉標準液滴定，使游離碘變為碘化鈉，反應終點為水完全褪色。（反應式：I2+2Na2S2O3 2NaI+Na2S4O6）
臭氧濃度：C= (Ana×B×2400) / V0 單位 (mg/l)
(注釋：Ana----硫代硫酸鈉標準溶液用量ml ； B---硫代硫酸鈉標準溶液濃度mol/l；
V0-----臭氧氧化其他取樣體積ml )
5． 紫外線吸收臭氧檢測儀
結論
本文研製的臭氧濃度檢測儀採用了紫外線吸收法，單點光源、雙光路檢測、體積小、精確度高、穩定性好、可以連續工作；其測量範圍寬，最大測量範圍300 O3 g/m。另外，該檢測儀還具有0/4—20 mA模擬輸出，可以與臭氧發生器，PID調節器組成臭氧閉環自動控制系統。
參考文獻：
1．《HANDBOOK OF ozone TECHNOLOGY AND APPLICATIONS》RICE，RIPG，NETZER ANN ARBIR SCIENCE，1982
2．《國外臭氧技術及套用手冊》 德國安思羅斯公司， 王衛 ，1991