臭氧濃度檢測儀

臭氧濃度檢測儀 來自德國安思羅斯公司基本原理。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。

1.

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臭氧濃度檢測儀

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。

-ln I/I0

C = —————

E×D ( 公式一 )

(注釋:C-----臭氧濃度,單位g /m;E------ 常數;D-------臭氧吸收池距離;

I0---------樣品電流;I------採樣電流)

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. 臭氧濃度檢測儀

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. 臭氧濃度檢測儀

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

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