CN1400460A - 气体中油污含量的红外三点检测装置 - Google Patents

Abstract

一种气体中油污含量的红外三点检测装置，主要包含照明，反应池和光电检测三部分。在装有四氯化碳的反应池中通入含有油污成分的气体，作为油污成分的反应传感样品池，采用宽带光源透过滤光片组照射样品池，用光电传感器测量反应样品不同光谱段的透射光强度，综合分析各光谱段检测的信号光强度，计算得到油污成分在气体中的含量。本发明采用照明光源功率波动补偿修正系统，利用参考光路的光强度对探测信号强度进行修正，消除照明光源功率波动对检测结果的影响，具有技术实施路径简单，工作稳定可靠，受环境因素影响小，检测灵敏度高等特点，可以做到小型、轻便和低制造成本，有利于普及应用和推广。

Description

气体中油污含量的红外三点检测装置

技术领域：

本发明涉及一种气体中油污含量的红外三点检测装置，是一种对气体中油污含量检测的光学检测分析仪。

背景技术

近年来，无论从工业生产、空气质量监控还是生产安全方面，人们对空气中物质组成及其含量的检测提出了愈来愈多的要求，其中对空气中油污含量的检测方法和设备的要求正在迅猛地增长。气体中油污含量的检测装置在如下几个方面有广泛的应用前景：(1)为保护环境免受有害挥发物的污染，同时为了节约能源，油污检测装置主要用于监控和调整汽车发动机中的、工业和家用燃油锅炉的燃烧过程。在这些方面的应用中，最重要的任务是保证燃烧过程充分、具有最大效率，同时对大气的污染尽可能的小。例如采用贫油燃烧系统，即在此系统中，在低化学计量比贫油区能够达到稳定的燃烧，结果是，较好的节约了燃料，又减少了NOx气体的排放。而如何实时监控燃烧气体中的含油量是实现贫油燃烧系统的关键。(2)石油产品的蒸汽与空气的混合比达到一定浓度范围时(安全标准为空气中油蒸汽含量不大于300毫克/米³)，如果遇到静电、摩擦或火花，极易发生燃烧或爆炸，造成生命和财产的巨大损失。因此，对石油化工行业的生产车间、油料库、加油站、泵站和输油管道周边区域空气中的油蒸汽进行实时监控和危险度报警是极其必要的。

目前，用于油蒸汽含量检测的器件主要是陶瓷气敏传感器，其工作原理是根据不同的气体样本与特种半导体氧化物在300～400℃温度下接触时，半导体氧化物的电阻发生改变，通过电阻上电压的变化可以直接测定传感器电阻的变化。如果空气是洁净的，那么流经传感器和参考电阻组成的电阻桥输出的电流是稳定的。如果那些对传感器来说是可感知的气体(例如油蒸汽)与传感器表面相接触时，随着样品浓度的增长，传感器的阻抗下降，则电阻桥输出电流或电压的变化与样品浓度有一一对应的关系。

基于这种气敏传感器的检测装置需要用一些很复杂的技术解决一些关键问题，例如，为了保持传感器工作的稳定性，需要将传感器保持在工作温度区(300～400℃)内的恒定温度，为此需要加装加热器，并且必须使用稳压电源。因此，将传感器接入到测量电路中去时，需要有一个供传感器的工作电压电源和一个供加热器的加热电源。为了能很好保持传感器温度的恒定，以及保证传感器工作的稳定，这些电源须由传感器制造厂家专门设计，不可避免地会带来价格的提高和维护上的困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种气体中油污含量的红外三点检测装置，能简洁快速检测空气中油污含量，技术途径简单，受环境因素影响小，实用性强，工作稳定可靠，测试灵敏度高。

本发明提出的气体中油污含量的红外三点检测装置的特点和技术优势是：含有油污的气体溶于四氯化碳溶剂后，混合溶液有三个特征吸收峰，利用光学元件对溶液的透射光进行分光，测得溶液在这三个特征吸收峰处的吸光度，即可通过计算得到测试气体中的油污含量。

本发明的装置主要包含照明部分，反应池部分和光电检测部分。在装有四氯化碳的反应池中通入含有油污成分的气体，作为油污含量检测的反应传感样品池。利用油污与四氯化碳相混合，进而测定混合液的吸光度的方法推算气体中油污的含量。采用宽带光源透过滤光片组照射样品池，利用光学分光的方法，将透过混合溶液，并处于混合溶液吸收光谱段的三个光波段分离出来。用光电传感器测量反应样品不同光谱段的透射光强度，求得各光谱段的吸光度，综合分析各光谱段检测的信号光强度，代入油污含量计算公式，得到油污成分在气体中的含量。采用照明光源功率波动补偿修正系统，利用参考光路的光强度对探测信号强度进行修正，消除照明光源功率波动对检测结果的影响。滤光片组根据所测样品进行专门设计，针对不同样品，可更换滤光片组。

本发明的有益效果是，检测机理先进，装置结构紧凑，技术路径简明，具有高精度和高准确度，可以做到小型、轻便和低制造成本。这些特点有利于本发明装置的普及应用和推广，

附图说明

图1是本发明检测装置结构示意图。

图中，1、聚光罩，2、宽带照明灯，3、光束准直透镜组，4、滤光镜组，5、光分束镜，6、光功率监视器，7、反应池，8、进气阀，9、出气阀，10、注液阀，11、排液阀，12、聚光镜组，13、光电探测器，14、信号处理器，15、滤光片，16、气泵，17、液泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明装置各组件之间的结构位置关系为：聚光罩1、宽带照明灯2、光束准直透镜组3、滤光镜组4上的滤光片15、聚光镜组12和光电探测器13在同一光轴上。滤光镜组4的轴线与光轴平行，间距为圆盘中心到各个滤光片15中心的距离，保证转动滤光镜组4时，每一片滤光片15均处于光路之中。光分束镜5的镜面法线方向与光轴成45°角。反应池7的入光面和出光面为石英玻璃。

照明部分：聚光罩1将宽带照明灯2发出的光反射会聚到光束准直透镜3，经过准直的照明光垂直照射在滤光镜组4上的某一滤光片15上，滤光镜组4为圆盘型，可以绕圆盘中心轴旋转，以圆盘中心为对称中心，在圆盘上对称装有3片不同波段的滤光片15。从滤光片15出射的光束光谱范围被限制在某一光谱区间，该光束通过光分束镜5后，透射部分照射在反应池7上，反射部分作为参考光照射在光功率监视器6上。

反应池部分：反应池7上装有进气阀8和出气阀9，用来通入和排出气体。反应池上的注液阀10和排液阀11用来通入和排出四氯化碳液体。气体和液体的注入分别由气泵16和液泵17控制，进气阀8和注液阀10上均有流量控制器，用来控制输入的气体和溶液的体积。

光电检测部分：聚光镜组12收集反应池7的透射光，并会聚在光电探测器13上。光电探测器13和光功率监视器12输出的电信号由传输电缆传到信号处理器14，信号处理器14将输入的两路电信号进行放大、A/D转换和比较运算，并与存储在其中的计算参数进行数学运算，得到油污含量的检测结果。

在本发明的一个实施例中，先按图1所示的结构图组成系统，在反应池中注入定量的四氯化碳溶液，再分别通入定量的正十六烷、姥鲛烷和甲苯，得到已知浓度的各物质的四氯化碳溶液，浓度分别为C(H)(正十六烷)、C(P)(姥鲛烷)和C(T)(甲苯)。三个带通滤光片的波段为3413±16nm、3378±16nm和3300±32nm。分别测得插入不同滤光片时的吸光度A₃₄₁₃、A₃₃₇₈和A₃₃₀₀，代入下列公式(1)-(4)，计算参数X、Y、Z和F，并存入信号处理器。

F＝A₃₄₁₃(H)/A₃₃₀₀(H)                                (1)

C(H)＝X×A₃₄₁₃(H)+Y×A₃₃₇₈(H)                       (2)

C(P)＝X×A₃₄₁₃(P)+Y×A₃₃₇₈(P)                       (3)

C(T)＝X×A₃₄₁₃(T)+Y×A₃₃₇₈(T)+Z[A₃₃₀₀(T)-A₃₄₁₃(T)/F](4)

再用该系统检测未知气体样本，分别测量溶液在3413±16nm、3378±16nm和3300±32nm处的吸光度A₁、A₂、A₃，并用下列公式(5)计算油污的浓度C：

C＝X×A₁+Y×A₂+Z(A₃-A₁/F)                            (5)

Claims (5)

1、一种气体中油污含量的红外三点检测装置，其特征在于包含照明、反应池和光电检测三部分，聚光罩(1)、宽带照明灯(2)、光束准直透镜组(3)、滤光镜组(4)上的滤光片(15)、聚光镜组(12)和光电探测器(13)依次在同一光轴上，滤光镜组(4)的圆盘上对称装有三片不同波段的滤光片(15)，滤光镜组(4)的轴线与光轴平行，间距为圆盘中心到各个滤光片(15)中心的距离，光分束镜(5)的镜面法线方向与光轴成45°角，通过光分束镜(5)后的透射光照射在反应池(7)上，反射光照射在光功率监视器(6)上，反应池(7)上装有进气阀(8)和出气阀(9)，以及注液阀(10)和排液阀(11)，反应池(7)的透射光经聚光镜组(12)会聚在光电探测器(13)上，光电探测器(13)和光功率监视器(6)的输出到信号处理器(14)。

2、如权利要求1所说的气体中油污含量的红外三点检测装置，其特征在于反应池(7)的入光面和出光面为石英玻璃。

3、如权利要求1所说的气体中油污含量的红外三点检测装置，其特征在于反应池(7)中注有四氯化碳溶液。

4、如权利要求1所说的气体中油污含量的红外三点检测装置，其特征在于进入反应池(7)的气体和液体分别由气泵(16)和液泵(17)控制，进气阀(8)和注液阀(10)上有流量控制器。

5、如权利要求1所说的气体中油污含量的红外三点检测装置，其特征在于三个带通滤光片(15)的波段为3413±16nm、3378±16nm和3300±32nm。

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