CN212275656U

CN212275656U - 一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪

Info

Publication number: CN212275656U
Application number: CN202020596738.XU
Authority: CN
Inventors: 何镧; 薛阿喜; 黄雷; 刘佳琪
Original assignee: Hangzhou Chaoju Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Chaoju Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2030-04-20

Abstract

本实用新型为一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪及测汞方法，测汞仪包括进气口、出气口、滤尘器、三通电磁阀组、采样泵、流量传感器、缓冲罐、可再生传感器、净化器和控制处理模块。本实用新型的优点是：通过可再生传感器解决检测电极吸附汞量饱和导致测量误差变大的问题，同时采用温度补偿运算有效降低了动态温度下测量误差，削弱汞传感器温度漂移对检测气体的干扰；结构小巧轻便样品无需预处理，操作简单，满足现场实时环境汞污染检测。

Description

一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪

技术领域

本实用新型属于环境检测技术领域，具体涉及一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪。

背景技术

随着工业的快速发展，在带来巨大经济效益的同时，也造成了严重的环境污染。其中，汞污染已引起全球广泛关注。汞在大气环境中主要以元素汞(Hg⁰) 的形式存在，约占总量的90 %。因此，环境中汞检测受到国家重视，并规定了空气中汞蒸气浓度不得超过0.01mg/m³ QUOTE

，一般认为人在汞浓度为 QUOTE

目前，大气环境汞检测采用现场采样点采取大气样品，将其充入预先配置好的特定反应液采样器中，然后带回实验室进行消解，消解后的产物于测汞仪中进行汞测定，由于在固定及消解汞的过程中，反应时间较长，操作复杂，易引入人为误差，直接影响测定结果的准确性；另外，目前市场主流的测汞方法是冷原子荧光法、冷原子吸收光谱法和金膜测汞法，前两种方法属于光谱法，均会受到分析样气中的其他气体成分的干扰，如SO₂、NO_x和H₂S等在汞谐振线253.65 nm附近有较强吸收带，造成仪器偏差响应，影响到测定结果的准确性；金膜测汞法对大气汞具有很高的收集效率，高灵敏度，且操作简便，不易受环境干扰气体的影响，但是金薄膜吸附汞量达到10^-7 g量级时趋于饱和，导致测量误差变大，虽然可以通过加热处理，金膜上的汞可释放脱除，但据文献报道指出金薄膜由于电子晶界散射的影响，当温度升高时，金薄膜面内方向的导电系数呈下降趋势，存在严重温漂，无疑会降低汞检测的精确度。

发明内容

本实用新型主要解决了上述问题，提供了一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪，其汞传感器具有可再生功能，能够延长传感器的使用寿命，降低测量误差，且具备温度补偿功能，能够有效降低动态温度下测量误差，削弱汞传感器温度漂移对检测气体的干扰，采样无需预处理，操作简单，结构小巧轻便，满足现场实时环境汞污染检测。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪，包括进气口和出气口，还包括滤尘器、三通电磁阀组、采样泵、流量传感器、缓冲罐、可再生传感器、净化器和控制处理模块,所述控制处理模块分别与可再生传感器、采样泵、三通电磁阀组和流量传感器电连接，所述三通电磁阀组包括相连的三通电磁阀Y1和三通电磁阀Y2，所述进气口、滤尘器、三通电磁阀Y1、采样泵、流量传感器、缓冲罐、可再生传感器、净化器、三通电磁阀Y2依次相连。

控制处理单元根据流量传感器反馈信息控制采样泵，确保测汞仪气路内气流流速稳定；缓冲罐用于减小流量不均匀度和惯性损失，提高采样泵的抽气性能，避免过流量的产生；净化器用于净化可再生汞传感器排除的废气，避免废气危害到工作人员及污染环境。

作为上述方案的一种优选方案，所述三通电磁阀Y1的公共口、常开口和常闭口分别与采样泵的进气口、滤尘器出气口和三通电磁阀Y2常闭口相连，三通电磁阀Y2的公共口与净化器出气口相连，三通电磁阀Y2的常开口为出气口。当检测环境汞浓度时，三通电磁阀YI和三通电磁阀Y2的常开口均打开，气体由进气口、滤尘器、三通电磁阀Y1、采样泵、流量传感器、缓冲罐进入传感器，通过净化器、三通电磁阀Y2经出气口排出；检测完成后，三通电磁阀YI和三通电磁阀Y2的常闭口打开，气路中使用净化器除汞处理后的气体进行闭合循环，三通电磁阀Y1、采样泵、流量传感器、缓冲罐、传感器、净化器和三通电磁阀Y2形成闭合回路，不连接空气，达到净化汞的目的。

作为上述方案的一种优选方案，所述可再生传感器包括密封壳体和汞传感器，所述密封壳体中设有空腔，汞传感器设置在空腔中，在密封壳体上下端面各设有进气孔和出气孔，进气孔与出气孔均与空腔相连。

作为上述方案的一种优选方案，所述汞传感器包括加热元件、温度传感器和石英片，所述温度传感器设置在加热元件上，所述加热元件上下端面对应进气孔和出气孔处设有凹槽，石英片设置在凹槽内，所述石英片上设有纳米薄膜，所述纳米薄膜上设有检测电极，所述检测电极与控制处理模块相连,与进气口相对的检测电极为工作电极，与出气口相对的电极为参考电极。通过加热元件对检测电极进行加热，使汞与检测电极分离，实现检测电极的再生；通过温度传感器获取检测电极工作时的温度，以便对检测结果进行温度补偿；参考电极与工作电极处于一个相对接近的动态温度和湿度下，参考电极相对工作电极保持固定电位，使得汞传感器保持零电位，消除工作电极因环境因素发生的电学性能偏移，保障传感器保持良好的灵敏度与线性度，使工作电极处在一个规定范围内，延长传感器测量的稳定性提高准确性。

作为上述方案的一种优选方案，所述加热元件将空腔分割为上下两部分，在加热元件设有通气孔，通气孔贯穿加热元件设置。通气孔的设置，使工作电极能够与待测气体充分接触，使参考电极相对于工作电极保持固定电位又能够使待测气体能够流出可再生传感器。

作为上述方案的一种优选方案，所述控制处理模块包括中央控制单元、低噪声信号处理电路、温度补偿电路、存储单元、显示单元、气路控制单元和电源模块，中央控制单元分别与低噪声信号处理电路、温度补偿电路、存储单元、气路控制单元、显示单元和加热元件相连，低噪声信号处理电路还与汞传感器的检测电极相连，气路控制单元还分别与采样泵、流量传感器和三通电磁阀组相连，温度补偿电路还与温度传感器相连。温度补偿电路以温度传感器的温度作为电路运算依据，根据汞传感器零点输出与响应输出的温度特性获取汞传感器最佳输出温度，作为定标温度，在此基础上将非定标温度下的电压输出换算成标定温度下的电压输出，再根据定标温度下得到的定标关系反演当前浓度。

本实用新型的优点是：通过可再生传感器解决检测电极吸附汞量饱和导致测量误差变大的问题，同时采用温度补偿运算有效降低了动态温度下测量误差，削弱汞传感器温度漂移对检测气体的干扰；结构小巧轻便样品无需预处理，操作简单，满足现场实时环境汞污染检测。

附图说明

图1为实施例中测汞仪的一种气路连接结构框图。

图2为实施例中可再生传感器的一种爆炸图。

图3为实施例中汞传感器的一种剖视结构示意图。

图4为实施例中汞传感器的一种俯视结构示意图。

图5为实施例中控制处理模块的一种连接结构框图。

1-滤尘器、2-采样泵、3-流量传感器、4-缓冲罐、5-可再生传感器、51-密封壳体、511-进气孔、512-出气孔、52-加热元件、521-通气孔、522-凹槽、523-温度传感器、54-纳米薄膜、541-石英片、542-工作电极、543-参考电极、544-电极引线、6-净化罐、71-中央控制单元、72-低噪声信号处理电路、73-温度补偿电路、74-存储单元、75-显示单元、76-气路控制单元、77-电源模块、8-电磁阀组、81-三通电磁阀Y1、82-三通电磁阀Y2。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

实施例：

本实施例一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪，如图1所示，包括：进气口、出气口、滤尘器1、三通电磁阀组8、采样泵2、流量传感器3、缓冲罐4、可再生传感器5、净化器6和控制处理模块，控制处理模块分别与可再生传感器、采样泵、三通电磁阀组和流量传感器电连接，三通电磁阀组包括三通电磁阀Y181和三通电磁阀Y282，进气口、滤尘器1、三通电磁阀Y181、采样泵2、流量传感器3、缓冲罐4、可再生传感器5、净化器6、三通电磁阀Y282和出气口依次通过外径为3 mm，内径2 mm的聚四氟乙烯管相连构成检测气路；三通电磁阀Y282又与三通电磁阀Y181通过管路连接，三通电磁阀Y181、采样泵2、流量传感器3、缓冲罐4、可再生传感器5、净化器6)、三通电磁阀Y282又构成了闭合循环的净化气路。

滤尘器1是一个直径15 mm，高8 mm的聚四氟乙烯材质的圆柱体，内部装有直径10mm，孔径0.45 μm的聚酯素纤维滤膜，置于测汞仪进气口处，可有效过滤气体中的灰尘颗粒物，避免其进入到可再生传感器5，从而对可再生传感器5起到保护作用。

三通电磁阀Y181和三通电磁阀Y282均为聚四氟乙烯材质的气通电磁阀，三通电磁阀Y181的公共口、常开口和常闭口分别与采样泵2的进气口、滤尘器1和三通电磁阀Y282的常闭口相连，三通电磁阀Y282的公共口与净化器的出气口相连，三通电磁阀Y282的常开口直接连接外界，用作出气口。三通电磁阀Y181和三通电磁阀Y282分别与控制处理模块电连接，在控制处理模块的控制下，当检测环境汞浓度时，切换到检测气路，即三通电磁阀YI81和三通电磁阀Y282的常开口均打开，气体由进气口、滤尘器、三通电磁阀Y1、采样泵、流量传感器、缓冲罐进入传感器，通过净化器、三通电磁阀Y2经出气口排出；检测完成后，三通电磁阀YI和三通电磁阀Y2的常闭口打开，气路中使用净化器除汞处理后的气体进行闭合循环，三通电磁阀Y1、采样泵、流量传感器、缓冲罐、传感器、净化器和三通电磁阀Y2形成闭合回路，不连接外部空气，达到净化汞的目的。

采样泵2为聚四氟乙烯材质多级可调的微型隔膜气泵，其出气口与流量传感器3的进气口管路连接，同时，采样泵2、流量传感器3均与控制处理模块7通过导线相连，流量传感器3实时检测到的流量信号反馈给控制处理模块，由控制处理模块根据当前运行状态结合流量信号从而控制泵的启停及泵的抽气强度，保证气路内的气流流速稳定，对采样点抽气速率保持在200 mL/min。

缓冲罐4为一长为100 mm，宽为80 mm，高为35 mm的不锈钢盒子，内腔表面涂有聚四氟乙烯膜，其出气口与可再生传感器5的进气孔511通过管路连接。缓冲罐4通过一个大于气体管路的腔体减小流量不均匀度，减小惯性损失，提高泵的抽气性能，避免过流量的产生。

可再生传感器5，如图2所示，包括一个直径为80 mm，高为45 mm聚四氟乙烯材料的圆柱形密封壳体51和汞传感器，在密封壳体的上下圆形底面中央开有内径为3 mm的小孔用作进气孔511和出气孔512，密封壳体中设有与进气孔511和出气孔512相连通的空腔，汞传感器设置在空腔中，汞传感器包括加热元件52、温度传感器523和石英片541，温度传感器523设置在加热元件上，温度传感器523选择NTC温度传感器探测温度，灵敏度高且响应快。

如图3、图4所示，加热元件52的尺寸为55mm×30 mm×5 mm，加热元件将空腔分割为上下两部分，在加热元件上设有通气孔521，通气孔贯穿加热元件设置，加热元件上下底面正对着进气孔511和出气孔512的位置有一尺寸为30 mm×20 mm×0.5 mm的凹槽522，镀有纳米薄膜54的石英片541安置在凹槽522内，石英片541的尺寸为30 mm×20 mm×0.5 mm，纳米薄膜的敏感材料为纯金，采用真空电子束的方法制备，再在薄膜上采用纳米光刻技术，制备蛇状回纹电极，有效增加和气体的接触面积，提高检测灵敏度，灵敏度可达到10-12 g级别。进气孔511对着的金纳米薄膜电极为工作电极542，出气口512对着的金纳米薄膜电极为参考电极543，再通过电极引线544连接至控制处理模块。

当汞气进入传感器在工作电极542上发生金汞齐化学反应，产生与目标气体浓度成正比例的电信号。参考电极与工作电极处于一个相对接近的542动态温度和湿度下，参考电极543相对工作电极542保持固定电位，使得可再生传感器5保持零电位，消除工作电极因环境因素发生的电学性能偏移，保障传感器保持良好的灵敏度与线性度，使工作电极542处在一个规定范围内，延长传感器测量的稳定性提高准确性。加热元件52通过电磁效应，可在较短时间内快速加热，使工作电极542中的金汞齐发生分解，汞气释放出来，从而彻底解决金膜吸附汞量饱和导致测量误差变大的问题，使得金纳米薄膜再生，延长薄膜的使用寿命。

净化器6内部填充碘化活性炭材料，其一端作为出气口与三通电磁阀Y282的公共口相连，另一端与所述可再生传感器出气口512相连，对从可再生传感器5流出的废气进行处理和净化，处理后的气体再从出气口排出，避免对操作人员以及环境的污染。

如图5所示，控制处理模块包括中央控制单元71、低噪声信号处理电路72、温度补偿电路73、存储单元74、显示单元75、气路控制单元76和电源模块77，中央控制单元分别与低噪声信号处理电路、温度补偿电路、存储单元、气路控制单元、显示单元和加热元件相连，低噪声信号处理电路还与汞传感器的检测电极相连，气路控制单元还分别与采样泵、流量传感器和三通电磁阀组相连，温度补偿电路还与温度传感器相连。测量时，以中央控制单元71为主控核心，气路控制单元76切换到检测气路，可再生传感器5工作电极542输出微弱电信号，经低噪声信号处理电路72转换、放大、滤波后输出相对应的电压，基于中央控制单元71内部进行A/D转换，同时，中央控制单元71根据可再生传感器5中温度传感器523采集的温度信息，进行温度补偿运算，获得最终汞气浓度值，在存储单元74进行存储数据，同时在显示单元75上显示观测结果。测量结束后，中央控制单元71控制气路控制单元76切换到净化气路，气路内使用净化器除汞处理后的气体进行闭合循环，同时中央控制单元71控制可再生传感器5内的加热元件72加热进行汞的解吸附，从而避免可再生传感器5因吸附汞量达到饱和，导致测量误差变大。电源模块77具有过流过热过充保护功能，为控制处理模块供电。

温度补偿运算是根据温度传感器测量实时检测温度作为电路运算依据，根据汞传感器零点输出与响应输出的温度特性获取汞传感器最佳输出温度，作为定标温度，在此基础上将非定标温度下的电压输出换算成标定温度下的电压输出，再根据定标温度下得到的定标关系反演当前浓度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪，包括进气口和出气口，其特征在于：还包括滤尘器（1）、三通电磁阀组（8）、采样泵（2）、流量传感器（3）、缓冲罐（4）、可再生传感器（5）、净化器（6）和控制处理模块,所述控制处理模块分别与可再生传感器、采样泵、三通电磁阀组和流量传感器电连接，所述三通电磁阀组包括相连的三通电磁阀Y1（81）和三通电磁阀Y2（82），所述进气口、滤尘器、三通电磁阀Y1、采样泵、流量传感器、缓冲罐、可再生传感器、净化器、三通电磁阀Y2依次相连。

2.根据权利要求1所述一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪，其特征在于：所述三通电磁阀Y1（81）的公共口、常开口和常闭口分别与采样泵（2）的进气口、滤尘器（1）出气口和三通电磁阀Y2（82）常闭口相连，三通电磁阀Y2的公共口与净化器（6）出气口相连，三通电磁阀Y2的常开口为出气口。

3.根据权利要求1所述一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪，其特征在于：所述可再生传感器（5）包括密封壳体（51）和汞传感器，所述密封壳体中设有空腔，汞传感器设置在空腔中，在密封壳体上下端面各设有进气孔（511）和出气孔（512），进气孔与出气孔均与空腔相连。

4.根据权利要求3所述一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪，其特征在于：所述汞传感器包括加热元件（52）、温度传感器（523）和石英片（541），所述温度传感器设置在加热元件上，所述加热元件上下端面对应进气孔和出气孔处设有凹槽（522），石英片设置在凹槽内，所述石英片上设有纳米薄膜（54），所述纳米薄膜上设有检测电极，所述检测电极与控制处理模块相连,与进气口相对的检测电极为工作电极（542），与出气口相对的电极为参考电极（543）。

5.根据权利要求4所述一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪，其特征在于：所述加热元件将空腔分割为上下两部分，在加热元件上设有通气孔（521），通气孔贯穿加热元件设置。

6.根据权利要求1或4所述一种具有温度补偿及可再生功能的测汞仪，其特征在于：所述控制处理模块包括中央控制单元（71）、低噪声信号处理电路（72）、温度补偿电路（73）、存储单元（74）、显示单元（75）、气路控制单元（76）和电源模块（77），中央控制单元分别与低噪声信号处理电路、温度补偿电路、存储单元、气路控制单元、显示单元和加热元件相连，低噪声信号处理电路还与汞传感器的检测电极相连，气路控制单元还分别与采样泵、流量传感器和三通电磁阀组相连，温度补偿电路还与温度传感器相连。