CZ300795A3 - Method of measuring ozone concentration in a gaseous medium and apparatus for making the same - Google Patents

Description

Způsob měření koncentrace ozónu v plynném prostředí a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu měření koncentrace ozónu v plynném prostředí na principu selektivní absorpce elektromagnetického záření ve vrstvě plynu a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy v podstatě čtyři způsoby měření koncentrace ozónu ve vrstvě plynu. Chemická metoda používající jodid draselný je určena především k detekci jiných oxidantů a při zjišťování ozónu nepřináší uspokojivé výsledky.Podobné nedostatky má i příbuzná ampérometrická metoda. Chemiluminiscenční metoda založená na reakci ozónu s ethylenem je poměrně přesná, avšak vyžaduje složité a nákladné zařízení a je spojena s vysokými provozními náklady. Nejspolehli| vější metoda - absorpční je založena na selektivní absorpci ultrafialového záření molekulami ozónu rozptýlenými ve vrstvě plynu popsané Beer-Lambertovým zákonem:

_I=I_oe<-XLC)₍ kde I je intenzita ultrafialového záření prošlého vrstvou obsahující ozón,

I_Q je intenzita po průchodů'referenční vrstvou bez ozónu,

X je specifický absorpční koeficient,

L je tloušťka vrstvy plynu,

C je koncentrace ozónu ve vrstvě.

Podstatou známého způsobu měření koncentrace ozónu, který $ využívá Beer-Lambertova zákona je, že svazek ultrafialové»' ho záření o vlnové délce 254 nm vycházející ze zdroje pro' chází vrstvou, v níž se zjišťuje koncentrace ozónu, a měří se jeho intenzita po průchodu.Poté se shodný svazek ultra. , fialového zářením nechá projít ye* Shodné nádobě - shodnou vrstvou referenčního plynu, který ozón neobsahuje. Opět se měří intenzita. V jiném provedení známého způsobu sé záření vycházející ze zdroje rozdělí na dva svazky, z nichž jeden prochází měřenou-vrstvou plynu a druhý dopadá přímo na referenční detektor. Naměřené hodnoty jsou pak v obou případech vstupem pro počítač, který je vyhodnocuje např. s použitím aplikace Beer-Lambertova zákona.

Známá zařízení k provádění tohoto známého způsobu jsou tvořena zdrojem ultrafialového záření, což je zpravidla rtuťová výbojka zpravidla doplněná.filtry, které zužují emíšní spektrum zdroje, dále optickou komorou - kyvetou se vstupem a výstupem plynu, kterou protéká vyhodnocovaný plyn, alespoň jeden detektor ultrafialového záření, což je zpravidla fotodioda pracující v oblasti ultrafialového záření. Dalšími součástmi známých detektorů ozónu'jsou pumpy í dopravující měřený, případně referenční plyn do kyvety, j dvoucěstný ventil, přůtokomér a případný ozónový filtr.

Nevýhody těchto známých detektorů ozónu jsou v podstatě důsledkem, známého způsobu měření, na jehož provádění jsou založeny: Rtuťové výbojky jsou poměrně nákladným zařízením a zpravidla předpokládají zdroj napájený ze Sítě. Průchody do kyvety pro ultrafialové záření musí být provedeny z křemenného skla, fotodiody pro UV záření jsou rovněž relativně nákladné. Jelikož obsah ozónu v měřené vrstvě v důsledku ozářeni ultrafialovými paprsky se, rychle mění, je nutno zajistit, aby se během měření obsáft KyveLy určitou rychlosí obměňoval. To vyžaduje poměrné složitý systém zajištující ustálené proudění v kyvetě. Tím však vzrůstá složitost a cena zařízeni.

Vynález si klade za úkol na základě nového způsobu měření koncentrace ozónu vytvořit zařízení sice s menšími nároky na přesnost měření, avšak vyrobítělně s podstatně nižšími náklady a případně v přenosném provedení.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší nový způsob měření koncentrace ozónu v plynném prostředí selektivní absorpcí elektromagnetického záření ve vrstvě plynu, jehož podstata spočívá v tom, že elektromagnetické záření z viditelné části spektra vycházející ze zdroje dopadá na detektor zářeni po průchodu vrstvou testovaného plynu, přičemž se porovnává intenzita tohoto záření s intenzitou referenčního svazku záření procházejícího vrstvou bez obsahu ozónu anebo se porovnává s nastavenou referenční hodnotou.

S výhodou se elektromagnetické záření vycházející 2e , zdroje.rozdělí na svazky tak, že alespoň jeden svazek záření prochází testovanou vrstvou plynu a jeho intenzita po 2 průchodu se zjišůuje prvním detektorem, zatímco další svazek záření dopadá na referenční detektor,přičemž se porovnává intenzita záření naměřená prvním detektorem a intenzita záření naměřená referenčním detektorem.

Ve výhodném provedení ► způsobu svazek záření prochází testovanou vrstvou nejméně dvakrát.

Způsob měření koncentrace ozónu podle vynálezu je založen na využití Beer-Lambertova zákona, na rozdíl od známých způsobů však nevyužívá absorpce elektromagnetického záření v oblasti ultrafialového záření, nýbrž v oblasti viditelného světla. Obr.3 představuje graf závislosti ozónové absorpce elektromagnetického záření ha jeho vlnové délce. Je zřejmé, že k největší absorpci dochází na vlnové délce 254 nm, odpovídající ultrafialovému záření. Druhý, podstatně menší pik se na absorpční křivce nachází na vlnové délce 600 nm, tedy v oblasti viditelného světla., Ukazuje se, že způsob měření koncentrace ozónu využívající záření o„této vlnové délce zajišťuje sice menší přesnost než známý způsob, avšak v mnoha případech- je taková ^.přesnost zcela postačující a naprosto vyvážená výhodami, které způsob přináší. ·

Podstata zařízení k provádění . uvedeného způsobu měření koncentrace ozónu v plynném prostředí spočívá v tom, že . sestává ze zdroje elektromagnetického záření ve viditelné části spektra, optické komory, alespoň jednoho detektoru intenzity záření v oblasti viditelného světla a zařízení k *1 vyhodnocení zjištěných intenzit. · , ' • f /

Ve výhodném provedení je na výstupu ze zdroje, vřazeno zařízení k rozdělení emitovaného záření do alespoň dvou svazků, přičemž alespoň jednomu svazku stojí v cestě mezi zdrojem a ^ř detektorem optická komora . á alespoň jednomu svazku stojí v cestě referenční vrstva bez obsahu ozónu.

Zdrojem elektromagnetického záření v oblasti viditelného světla může být svíticí dioda LED, optická, komora může mít s výhodou stěny v místě průchodu záření vytvořeny ze skla obsahujícího kromě SiO₂ další složky a detektory mohou být fotodiodami pro oblast viditelného světla. Ve výhodném provedení zařízení umožňujícím miniaturizaci optické komory se v cestě svazku záření procházejícího optickou komorou nachází nejméně jedno odrazové zařízení.

Obrázky na výkrese

Zařízení k měření koncentrace ozónu v plynném prostředí bude dále objasněno pomocí výkresu, na němž obr. 1 představuje schematicky jedno provedení, v němž svazek elektromagnetického záření prochází optickou komorou jedenkrát, na obr. 2 je jiné provedení s dvojím průchodem svazku komorou a obr. 3 je graf závislosti absorpce ozónu na vlnové délce elektromagnetického záření, přičemž na vodorovné ose je nanesena vlnová délka záření (λ) a na svislé ose snížení intenzity záření v ozónové vrstvě'( I’= I - 1°).

Příklady provedeni vynálezu

Svíticí dioda LED 1 emituje v úzkém rozmezí spektra elektromagnetické záření v oblasti viditelného světla. Záření je dělicím zrcadlem 2 rozděleno na dva svazky 2/ £, ² nichž první svazek 3 prochází, optickou komorou 5 a je zachycen měřicí fotodiodou. 6· pracující .v oblasti, viditelného světla a druhý referenční svazek 4 je zachycen referenční _______ _ _ fotodiodou 7. Optická komora 5 má v místech průchodu sva z ku 2 vytvořeny průchody 21 z vápeno-křemičitého skla.

V provedení podle obr. 2 se svazek J odráží na dvou zrcad- j .lech 8 a před dopadem - na měřicí fotodiodu 6 tudíž projde J vrstvou plynu v optické komoře 5 třikrát.

, ^.Fotodiody 6, 7 jsou napojeny na .vyhodnocovací zařízení 9, které porovnává signály z obou diod 6, 7 a na základě Beer

-Lambertova zákona případně jeho tabulkové aproximace nebo analogového převodníku vypočítá koncentraci ozónu ve vrstvě plynu.

Mezi svíticí diodu LED i a referenční fotodiodu 7 může být'vřazen korekční filtr 10 nebo clona, jehož absorpce se shoduje s absorpcí optické komory 5 naplněné plynem neobsahujícím molekuly ozónu a jehož úkolem je zajistit shodnou intenzitu záření na diodách 6, 7 v případě, že optická j, komora 2 je naplněna plynem, který neobsahuje ozón. Funkci f * - tohoto korekčního filtru 10 může převzít vyhodnocovací zařízení 9. Vyhodnocovací zařízení může dokonce převzít funkci referenčního svazku 4 a referenční fotodiody 7 tím, že samo generuje předem nastavený referenční signál. Toto řešení přichází v úvahu zejména tam, kde se jedná o měření vysokých koncentrací s menšími požadavky na přesnost.

Světlo emitované diodou LED 1 je v dělicím zrcadle-2 rózděleno na dva svazky 3, 4, z nichž jeden zeslabený průchodem optickou komorou 5 resp. pohlcením molekulami ozónu: ve vsrstvě plynu nacházející, se v komoře 5 je zychycen měřicí fotodiodou 6 a druhý nezeslabený referenční fotodiodou 7. Vyhodnocovací zařízení 9 na výstupech diod 6, 7 tyto signály porovnává a počítá z nich podle Beer-Lambertova zákona koncentraci ozónu v plynu.

Zařízení najde použití V provozních a monitorovacích zařízeních, zejména ke sledování škodlivin v ovzduší.

Claims (9)

1. Způsob měření koncentrace ozónu v plynném prostředí selektivní absorpcí elektromagnetického záření ve vrstvě plynu, vyznačující se tím, že elektromagnetické záření z viditelné části spektra vycházející zě zdroje dopadá na detektor záření po průchodu vrstvou testovaného plynu, přičemž se porovnává intenzita tohoto záření s intenzitou referenčního svazku zářeni procházejícího vrstvou bez obsahu ozónu anebo se porovnává s nastavenou referenční hodnotou. - ··'··

2. Způsob podle nároku l, vyznačující se tím, že elektromagnetické záření vycházející ze zdroje se rozdělí na svazky tak, že alespoň jeden svazek záření prochází ——atestovanou—vrstvou^plynu a jeho intenzita po průchodu se zjišťuje prvním detektorem, zatímco další svazek záření dopadá na referenční detektor,přičemž se porovnává intenzita záření naměřená prvním detektorem a intenzita .i záření naměřená referenčním detektorem. j

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že svazek záření prochází testovanou vrstvou nejméně dvakrát.

4. Zařízení k provádění způsobu měření koncentrace ozónu v plynném prostředí podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím,že sestává ze zdroje (1) elektromagnetického zářeni ve viditelné části spektra,optické komory (5), alespoň jednoho detektoru (6, 7) intenzity záření v oblasti viditelného světla a zařízení (9) k vyhodnocení zjištěných intenzit. ’

5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že na výstupu ze zdroje (1) je vřazeno zařízení (2) k rozdělení emitovaného záření do alespoň dvou svazků (3, 4), přičemž alespoň jednomu svazku (3) stojí v cestě mezi zdrojem (1) a detektorem (6) optická¹ komora (5) a alespoň jednomu svazku (7) stojí v cestě referenční vrstva bez obsahu ozónu.

6._rZařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že zdrojem (1) elektromagnetického záření ' v oblasti viditelného

P' ..

světla je svíticí dioda LED.

i.

•Ϊ

I »·

7. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že optická komora (2) má stěny v místě průchodu (21) záření vytvořeny ze skla obsahujícího vedle SiO₂ další složky.

8. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že detek ř tory (6, 7) jsou fotodiodami pro oblast viditelného světla.

9. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že svazku záření (3) procházejícímu optickou komorou (5) se v cestě nachází nejméně jedno odrazové zařízení (8).