CN112730403A - 大气中氯及氯化物含量的便携测量装置及其气体测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了大气中氯及氯化物含量的便携测量装置及其气体测量方法，测量装置包括气体氯含量收集系统以及差分测量系统，气体氯含量收集系统包括依次连接的进气口、导气泵和气体吸收池。差分测量系统包括：测量池，测量池通过引流管与气体吸收池连接；参考池，参考池用以与测量池提供差分对照组；激光发射装置，激光发射装置用以提供测量池和参考池测试激光；分束装置，分束装置用以将测试激光等分两束；一对前置放大器，对前置放大器用以分别接收照射测量池和参考池后的测试激光；模数转换器，模数转换器与前置放大器连接；控制芯片，该控制芯片与模数转换器连接。本发明解决了大气中氯及氯化物含量快速、高精度、便携式测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测领域，具体而言，涉及一种大气中氯及氯化物含量的便携测量装置及其气体测量方法。
背景技术
大气中的氯离子对金属材料的腐蚀有很大的影响，可造成金属组织的晶间裂纹与脆性破裂。因此，测定大气环境中微量的氯气和氯化氢气体的浓度，对于建筑物、塔架等结构中的金属材料的保护而言至关重要。然而现有测量装置精度较低且所需时间较长，空气测量工作不便开展。
申请内容
本发明的目的在于提供大气中氯及氯化物含量的便携测量装置及其气体测量方法，其解决了大气中氯及氯化物含量快速、高精度、便携式测量的问题。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，包括气体氯含量收集系统以及差分测量系统，所述气体氯含量收集系统包括依次连接的进气口、导气泵和气体吸收池。
所述差分测量系统包括：
测量池，该测量池通过引流管与气体吸收池连接；
参考池，该参考池用以与测量池提供差分对照组；
激光发射装置，该激光发射装置用以提供测量池和参考池测试激光；
分束装置，该分束装置用以将测试激光等分两束；
一对前置放大器，该对前置放大器用以分别接收照射测量池和参考池后的测试激光，并将测试激光的光信号转换为模拟电信号；
模数转换器，该模数转换器与前置放大器连接，用以将模拟电信号转换为数字信号；
控制芯片，该控制芯片与模数转换器连接，用以存储及计算数字信号、计算得出空气中的氯气和氯化氢浓度值。
所述气体吸收池配置有进气管和出气管，该进气管和出气管分别配置有电控双向导气阀，所述测量池配置有负压导流泵。
所述气体吸收池包括四个依次排布的清洗池，相邻清洗池之间通过连接管连接，该连接管一端连通前一个清洗池的顶部，另一端连接另一个清洗池的底部。
所述导气泵与气体吸收池之间还配置有过滤干燥装置。
所述过滤干燥装置与气体吸收池之间配置有SO2去除装置。
所述分束装置包括用以将激光发射装置发射激光分成两束的半反半透镜，以及用以改变半反半透镜反射光路径的反光镜。
所述过滤干燥装置包括依次连接的微孔过滤器和干燥器，该SO2去除装置包括半导体冷凝器。
大气中氯及氯化物含量的便携测量装置还包括用于提供装置电源的电源模块。
所述测量池配置有试剂添加口。
气体测量方法，应用于大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其步骤包括：
S1打开导气泵，调整导气泵将空气以每秒20-40ml的速度从进气口依次导入过滤干燥装置、半导体冷凝器和气体吸收池，导入气体经过过滤干燥，去除SO2后气体中的氯及氯化物被气体吸收池吸收溶解，得到含氯离子溶液；
S2定量一段时间的通气后关闭导气泵，气体吸收池中的含氯离子溶液导入到测量池中，记录总导气量；
S3向测量池中加入硝酸银饱和溶液，硝酸银饱和溶液与测量池中的氯离子反应生成氯化银悬浊液；
S4打开激光发射装置，激光发射装置发射测试激光经过分束装置分成光强相同的两束后分别照射通过测量池和参考池，得到测量光信号束和参考光信号束；
S5前置放大器分别对测量光信号束和参考光信号束进行接收，前置放大器分别将测量光信号束和参考光信号束转换得到两个模拟电信号；
S6使用模数转换器将两个模拟电信号转换为对应的数字信号，即得到测量光信号束和参考光信号束的光强数字信号；
S7控制芯片通过光强数字信号对应得到测量池和参考池浊度，通过浊度法计算得出氯化银浓度，得到原测量池中氯离子浓度，结合总导气量计算得出空气中的氯气和氯化氢浓度值。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
(1)本发明通过配置过滤干燥装置对空气进行了过滤和干燥，去除了空气中的颗粒杂质以及水分子，从而避免了颗粒杂质和空气中的水分子对测量造成干扰，提高了对氯含量的测试精度；而通过配置SO2去除装置，去除了空气中的SO2，从而避免了SO2融入到测试液中造成干扰，再次提高了氯含量的测试准确性。
(2)本发明通过采用去离子水吸收空气中氯气及氯化物得到氯离子混合物，然后通过往含氯混合物中添加硝酸银饱和溶液与氯离子发生反应生产悬浊物，然后通过差分测量系统测量得出测量池浊度，从而基于浊度法计算得出测量池内氯离子浓度，从而得到氯离子的含量，得出空气中氯和氯化物的含量。通过浊度法以及差分测量的方式实现了对空气中氯和氯化物含量的测量，具有较高的精度，测量效果好。
(3)本发明通过配置四个去离子水池，使得通入气体吸收池的空气依次经过四个去离子水池进行吸收，保证了空气中的氯气或氯化物完全溶解在去离子水中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中大气中氯及氯化物含量的便携测量装置的结构原理图；
图2为本发明中大气中氯及氯化物含量的便携测量装置的结构示意图；
图3为图2中气体吸收池的结构示意图；
图4为图3中清洗池的结构示意图。
图标：1-导气泵，2-过滤干燥装置，3-SO2去除装置，4-气体吸收池，41-清洗池，42-连接管，5-电控双向导气阀，6-负压导流泵，7-差分测量系统，8-前置放大器，9-模数转换器，10-控制芯片，11-电源模块，12-引流管，13-测量池，14-微孔过滤器，15-干燥器，16-试剂添加口，17-激光发射装置，18-分束装置，181-半反半透镜，182-反光镜，19-参考池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参照图1至图4，本实施例提供了大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，包括壳体，壳体内配置有气体氯含量收集系统以及差分测量系统7，所述气体氯含量收集系统包括依次连接的进气口、导气泵1、过滤干燥装置2、SO2去除装置3和气体吸收池4，气体吸收池4内配置有用于吸收大气内含氯物质的测试液，所述进气口为直径12-16mm的气体管道，所述气体吸收池4两端配置有进气管和出气管，该进气管和出气管分别配置有电控双向导气阀5。通过配置过滤干燥装置2对空气进行了过滤和干燥，去除了空气中的颗粒杂质以及水分子，从而避免了颗粒杂质和空气中的水分子对测量造成干扰，提高了对氯含量的测试精度；而通过配置SO2去除装置3，去除了空气中的SO2，从而避免了SO2融入到测试液中造成干扰，再次提高了氯含量的测试准确性。
所述差分测量系统7包括测量池13、用以与测量池13提供差分对照组的参考池19，用以提供测量池13和参考池19测试激光的激光发射装置17，用以将测试激光等分两束的分束装置18，用以将测试激光的光信号转换为模拟电信号的一对前置放大器8，用以将模拟电信号转换为数字信号的模数转换器9、用以提供存储及计算功能的控制芯片10，以及用以提供装置供电的电源模块11。所述测量池13通过引流管12与气体吸收池4连接，测量池13配置有负压导流泵6和试剂添加口16，所述负压导流泵6用于配合电控双向导气阀5实现气体吸收池4内负压，从而将吸收池内的溶液从引流管12中导入测量池13内；所述激光发射装置17、分束装置18、测量池13和参考池19对应设置，使得激光发射装置17发射的测试激光照射在分束装置18上，再经过分束装置18分成两束相同光强的测试光后分别水平照射通过测试池和参考池19，前置放大器8配置于测量池13和参考池19远离分束装置18的一侧，用于接收通过测量池13和参考池19的测试光，本实施例具体地，所述激光发射装置17为半导体激光器。本实施例通过采用去离子水吸收空气中氯气及氯化物得到氯离子混合物，然后通过往含氯混合物中添加硝酸银饱和溶液与氯离子发生反应生产悬浊物，通过差分测量系统7测量得出测量池13浊度，从而基于浊度法计算得出测量池13内氯化银含量，从而得到原测量池中氯离子的浓度，结合总导气量，得出空气中氯和氯化物的浓度。通过浊度法以及差分测量的方式实现了对空气中氯和氯化物浓度的测量，具有较高的精度，测量效果好。
本实施例具体地，所述气体吸收池4包括四个依次排布的清洗池41，具体地，清洗池41为去离子水池，其内配置有测试液，测试液为去离子水；其测量池13的容量体积大于四个清洗池41的容量总体积，具体的，所述清洗池41的体积为50-100ml，与之对应的测量池13的体积为200-400ml，相邻清洗池41之间通过连接管42连接，该连接管42一端连通前一个清洗池41的顶部，另一端连接另一个清洗池41的底部。通入气体吸收池4的空气依次经过四个去离子水池进行吸收，保证了空气中的氯气或氯化物完全溶解在去离子水中。
本实施例具体地，所述分束装置18包括用以将激光发射装置17发射激光分成两束的半反半透镜181，以及用以改变半反半透镜反射光路径的反光镜182。测量激光经过半反半透镜181后，一半测量激光透过半反半透镜181照射在测量池13中，一半测量激光反射到反光镜182中，然后通过反光镜182改变光路照射到参考池19中，实现了将测量激光均匀分成两束光强相同测量光的效果。
本实施例具体地，所述过滤干燥装置2包括依次连接的微孔过滤器14和干燥器15，通过微孔过滤器14去除空气中的杂质颗粒，干燥器15对空气中的水分进行干燥从而去除，该SO2去除装置3包括半导体冷凝器，利用SO2冷凝的温度(-10℃)高于氯气(-34℃)冷凝的温度和氯化氢冷凝的温度(-85.4℃)的特点，即将半导体冷凝器工作在-15℃到-20℃，从而使大气中的SO2凝结，去除SO2。
本实施例具体地，所述电源模块11连接导气泵1、电控双向导气阀5、负压导流泵6、激光发射装置17、前置放大器8、模数转换器9和控制芯片10，对其进行供电。
一种气体测量方法，适用于本实施例中的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其步骤包括：
S1打开导气泵1，调整导气泵1将空气以每秒20-40ml的速度从进气口依次导入过滤干燥装置2、半导体冷凝器和气体吸收池4，导入气体经过干燥器15去除空气中的水分，调节半导体冷凝器使之工作温度在-15℃到-20℃，从而使大气中的SO2凝结，去除气体中的SO2，然后气体依次经过四个清洗池41，与清洗池41中的纯水逐级充分作用，空气中的氯或氯化物被清洗池41吸收溶解，得到含氯离子溶液；
S2经过10-20分钟的通气后关闭导气泵1，通过S1中导气泵1的通入速度以及通入时间，得到通入测试的空气体积，气体吸收池4出气管的电控双向导气阀5向内开启，进气端的电控双向导气阀5向外开启；开启负压导流泵6向外抽气使得测量池13内产生负压，从而四个清洗池41中的气体吸收池4中的含氯离子溶液在大气压强的作用下沿着连接管42导入到测量池13中，记录总导气量；
S3通过试剂添加口16向测量池13中加入10-20g硝酸银饱和溶液，硝酸银饱和溶液与测量池13中的氯离子反应生成氯化银悬浊液；
S4打开激光发射装置17，激光发射装置17发射632nm波长的测试激光经过分束装置18分成光强相同的两束后分别照射通过测量池13和参考池19，得到测量光信号束和参考光信号束；
S5前置放大器8分别对测量光信号束和参考光信号束进行接收，前置放大器8以差分模式将入射的测试光和参考光分别转化成与溶液吸光度成正比的模拟电学信号；
S6使用模数转换器9将两个模拟电信号转换为对应的数字信号，即得到测量光信号束和参考光信号束的光强数字信号；
S7控制芯片10通过光强数字信号对应得到测量池13和参考池19浊度，通过浊度法计算得出测量池13中氯化银浓度，结合总导气量计算得出空气中的氯气和氯化氢浓度值。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其特征在于：包括气体氯含量收集系统以及差分测量系统，所述气体氯含量收集系统包括依次连接的进气口、导气泵和气体吸收池；
所述差分测量系统包括：
测量池，该测量池通过引流管与气体吸收池连接；
参考池，该参考池用以与测量池提供差分对照组；
激光发射装置，该激光发射装置用以提供测量池和参考池测试激光；
分束装置，该分束装置用以将测试激光等分两束；
一对前置放大器，该对前置放大器用以分别接收照射测量池和参考池后的测试激光，并将测试激光的光信号转换为模拟电信号；
模数转换器，该模数转换器与前置放大器连接，用以将模拟电信号转换为数字信号；
控制芯片，该控制芯片与模数转换器连接，用以存储及计算数字信号、计算得出空气中的氯气和氯化氢浓度值。
2.根据权利要求1所述的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其特征在于，所述气体吸收池配置有进气管和出气管，该进气管和出气管分别配置有电控双向导气阀，所述测量池配置有负压导流泵。
3.根据权利要求2所述的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其特征在于，所述气体吸收池包括四个依次排布的清洗池，相邻清洗池之间通过连接管连接，该连接管一端连通前一个清洗池的顶部，另一端连接另一个清洗池的底部。
4.根据权利要求1所述的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其特征在于，所述导气泵与气体吸收池之间还配置有过滤干燥装置。
5.根据权利要求4所述的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其特征在于，所述过滤干燥装置与气体吸收池之间配置有SO2去除装置。
6.根据权利要求5所述的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其特征在于，所述分束装置包括用以将激光发射装置发射激光分成两束的半反半透镜，以及用以改变半反半透镜反射光路径的反光镜。
7.根据权利要求5所述的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其特征在于，所述过滤干燥装置包括依次连接的微孔过滤器和干燥器，该SO2去除装置包括半导体冷凝器。
8.根据权利要求7所述的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其特征在于，还包括用于提供装置电源的电源模块。
9.根据权利要求8所述的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其特征在于，所述测量池配置有试剂添加口。
10.气体测量方法，其特征在于，应用于权利要求5至9任一项所述的大气中氯及氯化物含量的便携测量装置，其步骤包括：
S1打开导气泵，调整导气泵将空气以每秒20-40ml的速度从进气口依次导入过滤干燥装置、半导体冷凝器和气体吸收池，导入气体经过过滤干燥，去除SO2后气体中的氯及氯化物被气体吸收池吸收溶解，得到含氯离子溶液；
S2定量一段时间的通气后关闭导气泵，气体吸收池中的含氯离子溶液导入到测量池中，记录总导气量；
S3向测量池中加入硝酸银饱和溶液，硝酸银饱和溶液与测量池中的氯离子反应生成氯化银悬浊液；
S4打开激光发射装置，激光发射装置发射测试激光经过分束装置分成光强相同的两束后分别照射通过测量池和参考池，得到测量光信号束和参考光信号束；
S5前置放大器分别对测量光信号束和参考光信号束进行接收，前置放大器分别将测量光信号束和参考光信号束转换得到两个模拟电信号；
S6使用模数转换器将两个模拟电信号转换为对应的数字信号，即得到测量光信号束和参考光信号束的光强数字信号；
S7控制芯片通过光强数字信号对应得到测量池和参考池浊度，通过浊度法计算得出氯化银浓度，得到原测量池中氯离子浓度，结合总导气量计算得出空气中的氯气和氯化氢浓度值。
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