CN206162209U - 一种oh自由基气体生成及浓度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种OH自由基气体生成及浓度控制系统，包括OH自由基气体生成单元和浓度控制单元，所述OH自由基气体生成单元包括混合气体发生器和OH自由基气体反应腔；所述浓度控制单元包括浓度监测单元和PC处理及控制终端，混合气体发生器通过气路管道连通浓度监测单元，PC处理及控制终端的作用是计算、显示OH自由基气体反应腔中OH自由基浓度，并通过调节控制气体反应腔中的水气浓度、氧气浓度比例以及紫外照射光源强度来实现OH自由基的浓度调节控制。这种系统可用于大气OH自由基的浓度模拟，开展大气环境测量试验，这种系统可以实现OH自由基气体的生成、浓度监测及控制，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及环境监测领域，具体是一种OH自由基气体生成及浓度控制系统。
背景技术
OH自由基在大气光化学反应中起初始化作用，太阳光的紫外成份通过臭氧产生OH自由基，OH自由基与大气中的有机物反应产生其它自由基，从而启动了大气中的整个氧化链。由于大气中的微量物种种类繁多，它们之间相互影响关系极端复杂，OH自由基在其中起了核心的作用。OH自由基的反应过程能够影响区域和全球气候的变化、大气氧化等重大环境问题，所以精确测量OH自由基的浓度对于理解大气光化学过程至关重要。
OH自由基气体的发生装置生成OH气体，从而实现对测量OH自由基仪器的标定。现有的OH自由基气体发生装置可以模拟生成OH自由基气体，但无法实现对OH自由基气体浓度的控制调节，导致OH自由基气体发生装置实用性不够。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种OH自由基气体生成及浓度控制系统。这种系统可用于大气OH自由基的浓度模拟，开展大气环境测量试验，这种系统可以实现OH自由基气体的生成、浓度监测及控制，实用性强。
实现本实用新型目的的技术方案是：
一种OH自由基气体生成及浓度控制系统，包括
OH自由基气体生成单元，所述OH自由基气体生成单元包括混合气体发生器和与之通过气路管道连接的OH自由基气体反应腔，混合气体发生器作用是产生水气、氧气、氮气混合气体源，并将水气、氧气、氮气混合气体源送入OH自由基气体反应腔，OH自由基气体反应腔的作用是为水气光解反应产生OH自由基提供场所；
浓度控制单元，所述浓度控制单元包括浓度监测单元和与之通过数据线电连接的PC处理及控制终端，浓度监测单元用于实时监测OH自由基气体反应腔中氧气浓度、臭氧浓度、温湿度以及气压，并将监测数据传送至PC处理及控制终端，PC处理及控制终端的作用是计算、显示OH自由基气体反应腔中OH自由基浓度，并通过调节控制OH自由基气体反应腔中的水气浓度、氧气浓度比例以及紫外照射光源强度来实现OH自由基的浓度调节控制；
混合气体发生器通过气路管道连通浓度监测单元。
所述混合气体发生器设有带控制阀门的氧气源、带控制阀门的氮气源、带控制阀门的水气源和阀门控制器，阀门控制器与出气口并接在一起的氧气源、氮气源和水气源的控制阀门连接，阀门控制器通过控制氧气源控制阀门、氮气源控制阀门、水气源控制阀门来控制三路气体输出的流量大小，调节混合气体的比例，混合气体发生器产生水气、氧气、氮气混合气体源，并送入OH自由基气体反应腔。
所述OH自由基气体反应腔包括反应腔腔体和设在反应腔腔体外部的紫外照射光源，反应腔腔体上设有紫外透射石英玻璃窗口，紫外照射光源透过紫外透射石英玻璃窗口照射OH自由基气体反应腔中的水气产生OH自由基。
所述紫外照射光源为185nm紫外光源。
所述浓度监测单元包括并联的
氧气浓度检测仪，氧气浓度检测仪用于实时监测OH自由基气体反应腔中氧气浓度；
臭氧浓度检测仪，臭氧浓度检测仪用于实时监测OH自由基气体反应腔中臭氧浓度；
温湿度检测仪，温湿度检测仪用于实时监测OH自由基气体反应腔中温湿度；
压力计，压力计用于实时监测OH自由基气体反应腔中气压。
所述浓度监测单元将监测数据传送至PC处理及控制终端计算OH自由基浓度。
所述OH自由基气体生成及浓度控制系统的使用过程为：混合气体发生器产生水气、氧气、氮气混合气体源，混合气体源通过气路管道送入OH自由基气体反应腔，OH自由基气体反应腔采用紫外光源照射OH自由基气体反应腔2中水气光解产生OH自由基，OH自由基气体反应腔为浓度监测单元提供了气体采样接口；浓度监测单元通过气路管道连通OH自由基气体反应腔，实时监测气体反应腔中氧气浓度、臭氧浓度、温湿度以及气压，浓度监测单元通过数据线将监测数据传送至PC处理及控制终端，PC处理及控制终端计算并显示OH自由基浓度，并控制调节OH自由基浓度。
这种系统的理论依据为：
水气、氧气、氮气混合气体在气体反应腔内接受185nm紫外光源的照射，气态H2O发生光解产生OH自由基：
OH自由基的浓度由下式计算得到：
[H2O]为气流中H2O的浓度，为H2O在185nm波长处的吸收截面(7.14×10-20cm2),F185为低压汞灯185nm的辐射通量，ΦOH为OH的量子产率(＝1),Δt为光解时间。
同时气流中的O2也发生光解产生O3：
O3的浓度由下式计算得到：
[O2]为气流中O2的浓度，为O2在185nm波长处的吸收截面(2.2×10-20cm2)，为O3的量子产率(＝2)，Δt为光解时间。比较(2)式和(5)式可得：
反应腔中的臭氧浓度由O3检测仪直接测量获取，氧气浓度由O2检测仪直接测量获取。
水气浓度通过温湿度计测量获取反应腔中的温度、相对湿度计算获得。参照饱和水蒸气的热力学基本参数表，在6-60℃温度范围内，拟合一条饱和水蒸气密度与温度之间的线性回归方程：
ρ＝0.00242T-0.0355 (7)
由温湿度检测仪上可读出H2O的相对湿度RH％，换算水气浓度。
[H2O]＝RH％×ρ×106mg/m3 (8)
系统通过控制调节H2O的浓度、氧气与氮气的浓度比例以及紫外照射光源强度，来调节OH自由基浓度。
这种系统可用于大气OH自由基的浓度模拟，开展大气环境测量试验，这种系统可以实现OH自由基气体的生成、浓度监测及控制，实用性强。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
图中，1.混合气体发生器 2.OH自由基气体反应腔 3.浓度监测单元 4.PC处理及控制终端 11.氧气源 12.氮气源 13.水气源 14.阀门控制器 141.氧气源控制阀门 142.氮气源控制阀门 143.水气源控制阀门 21反应腔腔体 22.紫外照射光源 23.紫外透射石英玻璃窗口 31.氧浓度检测仪 32.氧气浓度检测仪 33.温湿度检测仪 34.压力计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。
实施例：
参照图1，一种OH自由基气体生成及浓度控制系统，包括
OH自由基气体生成单元，所述OH自由基气体生成单元包括混合气体发生器1和与之通过气路管道连接的OH自由基气体反应腔2，混合气体发生器1作用是产生水气、氧气、氮气混合气体源，并将水气、氧气、氮气混合气体源送入OH自由基气体反应腔2，OH自由基气体反应腔2的作用是为水气光解反应产生OH自由基提供场所；
浓度控制单元，所述浓度控制单元包括浓度监测单元3和与之通过数据线电连接的PC处理及控制终端4，浓度监测单元3用于实时监测OH自由基气体反应腔2中氧气浓度、臭氧浓度、温湿度以及气压，并将监测数据传送至PC处理及控制终端4，PC处理及控制终端4的作用是计算、显示OH自由基气体反应腔2中OH自由基浓度，并通过调节控制OH自由基气体反应腔2中的水气浓度、氧气浓度比例以及紫外照射光源22强度来实现OH自由基的浓度调节控制；
混合气体发生器1通过气路管道连通浓度监测单元3。
所述混合气体发生器1设有带氧气源控制阀门141的氧气源11、带氮气源控制阀门142的氮气源12、带水气源控制阀门143的水气源13和阀门控制器14，阀门控制器14与出气口并接在一起的氧气源11、氮气源12和水气源13的控制阀门连接，阀门控制器14通过控制氧气源控制阀门141、氮气源控制阀门142、水气源控制阀门143来控制三路气体输出的流量大小，调节混合气体的比例，混合气体发生器1产生水气、氧气、氮气混合气体源，并送入OH自由基气体反应腔2。
所述OH自由基气体反应腔2包括反应腔腔体21和设在反应腔腔体外部的紫外照射光源22，反应腔腔体21上设有紫外透射石英玻璃窗口23，紫外照射光源22透过紫外透射石英玻璃窗口23照射OH自由基气体反应腔2中的水气产生OH自由基。
所述紫外照射光源22为185nm紫外光源。
所述浓度监测单元3包括并联的
氧气浓度检测仪31，氧气浓度检测仪31用于实时监测OH自由基气体反应腔2中氧气浓度；
臭氧浓度检测仪32，臭氧浓度检测仪32用于实时监测OH自由基气体反应腔2中臭氧浓度；
温湿度检测仪33，温湿度检测仪33用于实时监测OH自由基气体反应腔2中温湿度；
压力计34，压力计34用于实时监测OH自由基气体反应腔2中气压。
所述浓度监测单元3将监测数据传送至PC处理及控制终端4计算OH自由基浓度。
所述PC处理及控制终端4通过调节控制OH自由基气体反应腔2中的水气浓度、氧气浓度以及紫外光源强度来实现OH自由基的浓度调节控制。
所述OH自由基气体生成及浓度控制系统的使用过程为：混合气体发生器1产生水气、氧气、氮气混合气体源，混合气体源通过气路管道送入OH自由基气体反应腔2，OH自由基气体反应腔2采用紫外照射光源23照射OH自由基气体反应腔2中水气光解产生OH自由基，OH自由基气体反应腔2为浓度监测单元3提供了气体采样接口；浓度监测单元3通过气路管道连通OH自由基气体反应腔2，实时监测气体反应腔2中氧气浓度、臭氧浓度、温湿度以及气压，浓度监测单元3通过数据线将监测数据传送至PC处理及控制终端4，PC处理及控制终端4计算并显示OH自由基浓度，并控制调节OH自由基浓度。
这种系统的理论依据为：
水气、氧气、氮气混合气体在气体反应腔内接受185nm紫外光源的照射，气态H2O发生光解产生OH自由基：
OH自由基的浓度由下式计算得到：
[H2O]为气流中H2O的浓度，为H2O在185nm波长处的吸收截面(7.14×10-20cm2),F185为低压汞灯185nm的辐射通量，ΦOH为OH的量子产率(＝1),Δt为光解时间。
同时气流中的O2也发生光解产生O3：
O3的浓度由下式计算得到：
[O2]为气流中O2的浓度，为O2在185nm波长处的吸收截面(2.2×10-20cm2)，为O3的量子产率(＝2)，Δt为光解时间。比较(2)式和(5)式可得：
反应腔中的臭氧浓度由O3检测仪直接测量获取，氧气浓度由O2检测仪直接测量获取。
水气浓度通过温湿度计测量获取反应腔中的温度、相对湿度计算获得。参照饱和水蒸气的热力学基本参数表，在6-60℃温度范围内，拟合一条饱和水蒸气密度与温度之间的线性回归方程：
ρ＝0.00242T-0.0355 (7)
由温湿度检测仪上可读出H2O的相对湿度RH％，换算水气浓度。
[H2O]＝RH％×ρ×106mg/m3 (8)
系统通过控制调节H2O的浓度、氧气与氮气的浓度比例以及紫外照射光源强度，来调节OH自由基浓度。
Claims (5)
1.一种OH自由基气体生成及浓度控制系统，其特征是，包括
OH自由基气体生成单元，所述OH自由基气体生成单元包括混合气体发生器和与之通过气路管道连接的OH自由基气体反应腔；
浓度控制单元，所述浓度控制单元包括浓度监测单元和与之通过数据线电连接的PC处理及控制终端，浓度监测单元用于实时监测OH自由基气体反应腔中氧气浓度、臭氧浓度、温湿度以及气压，并将监测数据传送至PC处理及控制终端，PC处理及控制终端的作用是计算、显示OH自由基气体反应腔中OH自由基浓度，并通过调节控制气体反应腔中的水气浓度、氧气浓度比例以及紫外照射光源强度来实现OH自由基的浓度调节控制；
混合气体发生器通过气路管道连通浓度监测单元。
2.根据权利要求1所述的OH自由基气体生成及浓度控制系统，其特征是，所述混合气体发生器设有带控制阀门的氧气源、带控制阀门的氮气源、带控制阀门的水气源和阀门控制器，阀门控制器与出气口并接在一起的氧气源、氮气源和水气源的控制阀门连接。
3.根据权利要求1所述的OH自由基气体生成及浓度控制系统，其特征是，所述OH自由基气体反应腔包括反应腔腔体和设在反应腔腔体外部的紫外照射光源，反应腔腔体上设有紫外透射石英玻璃窗口，紫外照射光源透过紫外透射石英玻璃窗口照射OH自由基气体反应腔中的水气产生OH自由基。
4.根据权利要求1所述的OH自由基气体生成及浓度控制系统，其特征是，所述紫外照射光源为185nm紫外光源。
5.根据权利要求1所述的OH自由基气体生成及浓度控制系统，其特征是，所述浓度监测单元包括并联的
氧气浓度检测仪，氧气浓度检测仪用于实时监测OH自由基气体反应腔中氧气浓度；
臭氧浓度检测仪，臭氧浓度检测仪用于实时监测OH自由基气体反应腔中臭氧浓度；
温湿度检测仪，温湿度检测仪用于实时监测OH自由基气体反应腔中温湿度；
压力计，压力计用于实时监测OH自由基气体反应腔中气压。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106325317A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-01-11 | 桂林电子科技大学 | 一种oh自由基气体生成及浓度控制系统 |
| CN110261527A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-20 | 中国科学院青藏高原研究所 | 一种用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置和方法 |
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2016
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN106325317A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-01-11 | 桂林电子科技大学 | 一种oh自由基气体生成及浓度控制系统 |
| CN110261527A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-20 | 中国科学院青藏高原研究所 | 一种用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置和方法 |
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