CN101181977B - 臭氧标准气体发生装置 - Google Patents

Abstract

臭氧标准气体发生装置由低压汞灯微区辐射系统、光敏探测控制系统和动态定量稀释系统三大部分组成，由气源产生的空气或高纯氧气经稳压阀稳压和纯化器纯化后由质量流量计稳流并计量流量，气体分为两路：一路流经低压汞灯微区辐射池，产生一定浓度的臭氧混合气体，经浮子流量计控制流量后进入臭氧稀释池，辐射池的温度和灯电流分别由控温系统和光敏探测控制系统来保持恒定，另一路经浮子流量计控制流量后，直接进入臭氧稀释池，两路气体在稀释池充分混合后制备成臭氧标准混合气体，由标准气体口导出应用或由排空口排空。本装置将作为臭氧计量二级量传标准装置，为实现我国臭氧测量数据的准确统一和可溯源提供有效的方法。

Description

臭氧标准气体发生装置

技术领域

本发明涉及一种臭氧标准气体发生装置，属于用低压汞灯辐射法、光敏探测控制技术及气体动态定量稀释技术来产生稳定臭氧混合气体的制备装置。

背景技术

臭氧是空气中污染物化学毒害演变的主要参加者和催动力，是预测空气中中污染物危害的主要监测对象，随着国际组织臭氧限量标准和分析方法的建立，高精度臭氧计量标准的研制逐渐提到日程上来，国际计量局于1999年成立后的第一个研究的项目就是微量臭氧的分析及其计量基标准的建立，我国先后颁布了一系列微量臭氧分析方法，环境空气中臭氧限量标准以及室内空气质量限量标准；我国空气环境质量标准中对臭氧浓度的规定是1小时内空气中的臭氧平均浓度不得超过0.2mg/m，环境空气一级标准是1小时内空气中的臭氧平均浓度不得超过0.16mg/m，建立臭氧计量基标准的难点在于：臭氧是一种不稳定、氧化性很强的气体，在-112℃下凝结成容易爆炸的蓝黑液体，浓缩后臭氧/氧混合气体无论处于液态还是气态都容易爆炸，在常温常压下，臭氧在空气中会慢慢分解成氧气，因此微量臭氧标准混合气体不能用通常的标准气体配置方法进行制备、储存、运输，只能用微量臭氧发生装置现场动态配置、即配即用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在常温常压下用低压汞灯辐射方法、光敏探测控制技术及气体动态定量稀释技术来产生稳定臭氧混合气体的制备装置，以解决微量臭氧标准气体不能用通常的标准气体配置方法进行制备、储存、运输的缺点。

本发明所采用的技术方案是：臭氧标准气体发生装置由低压汞灯微区辐射系统、光敏探测控制系统和动态定量稀释系统三大部分组成，气源产生一定气压的高纯氧气或空气经稳压阀稳压后，由纯化器除去水、臭氧杂质，由质量流量计计量流量并进一步稳流后分为两路气：一路气进入内含臭氧发生源的恒温低压汞灯微区辐射池，辐射池的温度由辐射池控温器来保证恒定，辐射池控温器、灯电流控制器和系统风冷部分接系统电源部分，灯电流控制器与系统风冷部分相接，辐射产生的臭氧经压力计、截止阀和浮子流量计控制流量后，进入臭氧稀释池，灯电流控制器根据光敏探测器测得的低压汞灯的辐射强度变化来控制汞灯产生的臭氧量并保持稳定，另一路气经截止阀和浮子流量计直接流入臭氧稀释池，两路气在臭氧稀释池混合后，通过调节流量产生不同浓度的臭氧标准气体，通过针阀调节臭氧标准气体的排空或校准气的流量，由标准气体口导出应用或由排空口排空。

本发明的优点是：用臭氧标准气体发生装置制备的不同浓度的臭氧标准气体能连续不断地从混合室流出，供被校准的仪器使用，便于运输，有利于在各种环境下，直接用不同浓度的臭氧标准气体来监测空气中的污染物，以便预测和预警空气中污染物对人类的危害；本装置将作为国家臭氧计量二级量传标准装置，为实现我国臭氧测量数据的准确统一和可溯源提供有效的方法。

附图说明

图1为臭氧标准气体发生装置结构示意图。

图中，1、气泵或其它高压气源；2、稳压阀；3、纯化器；4、质量流量计；5、恒温低压汞灯微区辐射池；6、光敏探测器；7、压力计；8-1、第一截止阀；8-2、第二截止阀；9、辐射池温度控制器；10、灯电流控制器；11、系统电源部分；12、系统风冷部分；13-1、第一浮子流量计；13-2、第二浮子流量计；14、臭氧稀释池；15、针阀。

具体实施方式

臭氧标准气体发生装置由低压汞灯微区辐射系统、光敏探测控制系统和动态定量稀释系统三大部分组成，气源1产生一定气压的高纯氧气或空气经稳压阀2稳压后，由纯化器3除去水、臭氧杂质，由质量流量计4计量流量并进一步稳流后分为两路气：一路气进入内含臭氧发生源的恒温低压汞灯微区辐射池5，辐射池5的温度由辐射池控温器9来保证恒定，辐射池控温器9、灯电流控制器10和系统风冷部分12接系统电源部分11，灯电流控制器10与系统风冷部分12相接，辐射产生的臭氧经压力计7、截止阀8和浮子流量计13控制流量后，进入臭氧稀释池14，同时，灯电流控制器10根据光敏探测器6测得的低压汞灯的辐射强度变化来控制汞灯产生的臭氧量并保持稳定；另一路气经截止阀8和浮子流量计13直接流入臭氧稀释池14，两路气在臭氧稀释池混合后，通过调节流量可以产生不同浓度的臭氧标准气体通过针阀15，可以调节臭氧标准气体的排空或校准气的流量，由标准气体口导出应用或由排空口排空。

臭氧标准气体发生装置电路部分：

系统硬件电路由电源电路、温度采集电路、压力流量采集电路、电磁阀驱动控制电路、臭氧紫外灯光敏探测驱动控制电路、质量流量控制器控制电路、风扇控制等组成。采用特殊的放大器放大传感器的弱信号；用高精度的质量流量控制器精确控制小流量的气体，控制精度为0.5％；用高精度热敏电阻及定制加热器使温度控制在50℃±0.1℃。

1、电源电路

本系统使用电源有：+5v、18V、+24v，主要由开关电源模块提供，开关电源的输入为220V交流电。

2、压力、流量采集电路和控制电路

压力、流量采集用气流质量传感器测量臭氧的质量流量，用压力传感器测量臭氧压力。为保证传感器信号的弱信号很好放大，采用精密仪器用放大器INA114，压力信号放大后从输入比较电路控制压力稳定，质量流量信号输入比较电路参与臭氧流量计算，从而保证臭氧的恒定流量。

3、臭氧紫外灯光敏探测和驱动控制电路

本电路由2部分组成：紫外灯驱动控制电路和紫外灯灯强检测电路。

由于紫外灯点亮需要非常高的电压，振荡电路控制开关管Q₃、Q₄的导通和截止，经变压器T1将交流电升至所需电压，PWM2端电压经RC滤波、放大后用于控制紫外灯的光强。

紫外灯灯强检测采用光电管，由于光电管的电信号很弱，故信号放大器采用OPA128高精度、高输入阻抗的精密运放，放大后的信号参与紫外灯的的光强控制。

4、辐射室恒温控制

辐射室加热器由臭氧发生器中的热敏电阻控制，其温度控制在50℃±0.1℃，热敏电阻的精度为±1％。

5、机箱排风控制电路

风扇由热敏电阻测量的机箱温度控制，例如，当机箱温度高于35℃(用户可设置)启动风扇运转，当机箱温度低于33℃(用户可设置)风扇停止运转。

臭氧标准气体发生装置动态稀释部分：

将已知浓度的臭氧标准气以较小的流量固定不变地送入臭氧稀释池中，零气(净化后的空气)以较大的流量恒定不变地通过稀释池，与臭氧标准气混合并将其稀释，稀释后的混合气体连续不断地从混合室流出，供被校准的仪器使用；准确测量这两个气流之比就是稀释倍数，混合气体的浓度可从稀释倍数计算出来，调节气流之比可以得到所需浓度的标准气体；为了得到准确的配气浓度，对臭氧标准气与稀释气的流量测量必须准确，而且稳定。为此，使用了高精度的质量流量控制器。标准气体浓度计算如下：

$C=C_0\×\frac{Q_0}{Q_0+Q}$

其中C——标准混合气体浓度；

C₀——臭氧发生浓度；

Q₀——臭氧标准气流量；

Q——稀释气(零气)流量。

Claims (1)

1.臭氧标准气体发生装置由低压汞灯微区辐射系统、光敏探测控制系统和动态定量稀释系统三大部分组成，其特征在于：

气源(1)产生一定气压的高纯氧气或空气经稳压阀(2)稳压后，由纯化器(3)除去水、臭氧杂质，由质量流量计(4)计量流量并进一步稳流后分为两路气：一路气进入内含臭氧发生源的恒温低压汞灯微区辐射池(5)，辐射池的温度由辐射池控温器(9)来保证恒定，辐射池控温器(9)、灯电流控制器(10)和系统风冷部分(12)接系统电源部分(11)，灯电流控制器(10)与系统风冷部分(12)相接，辐射产生的臭氧经压力计(7)、第一截止阀(8-1)和第一浮子流量计(13-1)控制流量后，进入臭氧稀释池(14)，灯电流控制器(10)根据光敏探测器(6)测得的低压汞灯的辐射强度变化来控制汞灯产生的臭氧量并保持稳定，另一路气经第二截止阀(8-2)和第二浮子流量计(13-2)直接流入臭氧稀释池(14)，两路气在臭氧稀释池混合后，通过调节流量产生不同浓度的臭氧标准气体，通过针阀(15)调节臭氧标准气体的排空或校准气的流量，由标准气体口导出应用或由排空口排空。

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