CN104990885A - 一种便携式高浓度臭氧校准源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式高浓度臭氧校准源，主要包括开关阀、流量控制模块、主控制模块、温控模块、臭氧发生模块、臭氧检测模块、组合阀、混合室、电源模块。设定产生臭氧时开关阀自动开启，纯氧气进入仪器，通过流量控制器控制进入氧气流量的大小，氧气进入臭氧发生模块经过高压电离后产生臭氧，产生的臭氧再进入臭氧检测模块，主控制模块反馈调节臭氧发生模块的发生效率，从而实时产生稳定的臭氧；主控模块会监测检测模块内的温度和压力、间断切换组合阀内部气流方向，从而实现对输出臭氧浓度实时的校正，最终产生的臭氧经过混合室缓冲后，提供给用户使用。本发明结构紧凑、操作简单、稳定可靠、可产生臭氧浓度范围大、可实现远程控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式高浓度臭氧校准源，应用于大气环境监测领域，为臭氧分析仪器现场的校准或检查提供源气。
背景技术
臭氧近来成为环境空气中的首要污染物，是全国将来一段时间大气污染研究和控制的重点。环境空气中的臭氧是光化学烟雾的中间产物，主要来自于挥发性有机物、氮氧化物的光解。臭氧通常被认为是一个地点污染水平的基准，成为美国环境保护局（EPA）规定世界6种最严重污染物中的一种，所以对其进行大范围的长期监测，提供区域污染背景成为污染治理的必要条件。新近颁布的《环境空气质量标准》(GB3095-2012)已经把臭氧8小时浓度限值纳入其中。
环境空气中的臭氧监测以在线监测设备为主，HJ654-2013《环境空气气态污染物（SO2、NO2、O3、CO）连续自动监测***技术要求及检测方法》中推荐的两种主要方法为：紫外吸收法和差分吸收光谱法。基于差分吸收光谱法的开放光程臭氧监测仪器,可监测区域范围内的臭氧浓度，在对仪器进行考核校准时根据其使用要求，需通入高浓度（达到几十甚至几百PPM）的臭氧进行校准或检查。由于臭氧本身是不稳定的气体，无法存储与钢瓶内，因而需要现场产生臭氧以供使用。
目前在国内外大多以低浓度臭氧校准源为主（≤10ppm），而高浓度臭氧校准源（达到数百甚至上千PPM）很少有。少量存在的高浓度臭氧校准源也有明显的缺点：成本高、体积大、响应慢、操作复杂、稳定性差、无法实现自动化控制等。
发明内容
本发明的主要目的是设计一款可为臭氧分析仪提供高浓度臭氧校准气的便携式高浓度臭氧校准源。
为达到以上效果，本发明采用了以下技术方案：
一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：包括有机箱、主控制模块，机箱的后面板上设有氧气入口、臭氧出口，氧气入口外接纯氧气源，氧气入口位于机箱内连接管路，管路上依次设有开关阀、流量控制模块、三通接头，三通接头的另两端分别通过管路连接压力检测单元、组合阀，组合阀的另三端分别通过管路连接臭氧发生模块的输入端、臭氧检测模块的输出端、混合室的输入端，臭氧发生模块的输出端与臭氧检测模块的输入端通过管路连接，混合室的输出端通过管路连接臭氧出口；所述的主控制模块通过电路接线连接开关阀、流量控制模块、压力检测单元、臭氧发生模块、臭氧检测模块、温控模块、通讯接口、触摸显示屏、电源模块，温控模块与臭氧检测模块电连接，电源模块还通过电路接线与温控模块电连接。
所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的流量控制模块包括流量传感器、比例调节阀和电路板，可根据用户需求设定通过气流的大小，保持气流的稳定性。
所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的组合阀包括有两只两位三通电磁阀和底座。
所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的臭氧发生模块包括有一个上端敞开的腔体、腔体盖板，腔体的两端分别设有氧气进口、臭氧出口，氧气进口、臭氧出口分别密封固定有气路接头，腔体的上端与腔体盖板之间设有腔体密封圈，腔体内中部设有电极引出座，腔体上端横设有臭氧陶瓷片，电极引出座中设有电极，电极上端贯穿臭氧陶瓷片和腔体盖板，伸出腔体盖板外的电极上套设有电极密封圈，电极与高压电源连接。
所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的臭氧检测模块包括有探测器盒、挡板盒、检测气室、光源座，检测气室的左、右两侧分别设有台阶孔，两侧台阶孔中分别设有一个窗片，窗片的两侧分别设有一个O型圈，检测气室的上端和前端面上分别设有进气口、出气口，检测气室的进气口、出气口处分别设有一个卡套接头，检测气室的左、右两侧分别固定有挡板盒、气室转接板，挡板盒上与检测气室的左侧台阶孔接触处开孔；挡板盒中设有挡板，挡板盒外固定有旋转电磁铁，挡板与旋转电磁铁相连接，探测器盒中设有探测器电路板、滤光片，滤光片通过压圈固定在探测器盒的右侧内壁上，探测器电路板上设有探测器，探测器盒上盖设有探测器盒盖；光源座中设有汞灯光源、铂电阻温度传感器、加热棒，光源座的前端设有隔热垫并固定在气室转接板上，探测器与挡板盒上的孔的中心、窗片的中心、汞灯光源在一条直线上，汞灯光源发出光透过检测气室，经滤光片后被探测器接收，旋转电磁铁带动挡板旋转，实现光信号和背景信号的切换测量。
所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的温控模块的输入、输出端分别与臭氧检测模块中的铂电阻温度传感器、加热棒连接。
所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的汞灯光源通过光源锁紧环固定在光源座中。
所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的隔热垫采用5mm厚硅胶材质的隔热垫。
所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的挡板盒底留有用于穿过旋转电磁铁的旋转杆的孔。
所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的光源座侧边开有用于安装铂电阻温度传感器的内螺纹孔。
所述管路在臭氧发生模块之后须采用聚四氟材料等耐腐蚀管。
本发明的基本原理在于：1、臭氧产生原理是基于高压电离产生臭氧，通过在臭氧陶瓷片加载一定的高压使其周围的氧气（或零空气）电离产生臭氧，臭氧产生的效率与加载的电压、气体的流量、温度和压力有关。2、检测原理是基于臭氧在紫外253.7nm的线性吸收来实现对臭氧的测量。本发明在经过高级别的臭氧源检定后即臭氧溯源后，可作为工作标准用于现场臭氧分析仪（如长光程DOAS气体分析仪）的校准或检查。
本发明的工作过程是：
氧气输入口与纯氧（或零空气）连接，开关阀开启后，纯氧气（或零空气）进入，通过流量控制模块控制进入氧气（或零空气）流量的大小，氧气进入臭氧发生模块经过高压电离后产生臭氧，产生的臭氧再进入臭氧检测模块，根据检测的结果主控制模块会反馈调节臭氧发生模块的高压信号，实现比例-积分-微分（PID）的反馈调节；主控制模块定时控制切换组合阀内部气流方向，用于对暗电流、参考信号的定期校正；主控制模块同时会根据检测模块内的温度和压力检测值对臭氧检测进行实时的校正，最终产生的臭氧经过混合室缓冲后，提供给用户使用。
本发明的优点是：
（1）体积小，轻便；（2）操作简单；（3）稳定性高；（4）响应时间短；（5）成本低；（6）功耗小；（7）可实现远程控制。
附图说明
图1是本发明的总示意图。
图2位臭氧发生模块的结构示意图。
图3是臭氧检测模块的结构示意图。
图4是本发明臭氧检测模块中检测气室的A向视图。
图5是本发明臭氧检测模块中挡板的通断电状态示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种便携式高浓度臭氧校准源，包括有机箱18、主控制模块6，机箱18的后面板上设有氧气入口1、臭氧出口16，氧气入口1外接纯氧气源，氧气入口1位于机箱18内连接管路2，管路2上依次设有开关阀3、流量控制模块4、三通接头8，三通接头8的另两端分别通过管路2连接压力检测单元7、组合阀12，组合阀12的另三端分别通过管路2连接臭氧发生模块10的输入端、臭氧检测模块11的输出端、混合室15的输入端，臭氧发生模块10的输出端与臭氧检测模块11的输入端通过管路2连接，混合室15的输出端通过管路2连接臭氧出口16；所述的主控制模块6通过电路接线5连接开关阀3、流量控制模块4、压力检测单元7、臭氧发生模块10、臭氧检测模块11、温控模块13、通讯接口17、触摸显示屏9、电源模块14，温控模块13与臭氧检测模块11电连接，电源模块14还通过电路接线5与温控模块13电连接。
流量控制模块4包括流量传感器、比例调节阀和电路板，可根据用户需求设定通过气流的大小，保持气流的稳定性。
组合阀12包括有两只两位三通电磁阀和底座。
如图2所示，臭氧发生模块10包括有一个上端敞开的腔体2-1、腔体盖板2-2，腔体2-1的两端分别设有氧气进口、臭氧出口，氧气进口、臭氧出口分别密封固定有气路接头2-8，腔体2-1的上端与腔体盖板2-2之间设有腔体密封圈2-5，腔体2-1内中部设有电极引出座2-3，腔体2-1上端横设有臭氧陶瓷片2-4，电极引出座2-3中设有电极2-6，电极2-6上端贯穿臭氧陶瓷片2-4和腔体盖板2-2，伸出腔体盖板2-2外的电极2-6上套设有电极密封圈2-7。
如图3-5所示，臭氧检测模块11由探测器电路板3-1，探测器盒3-2，滤光片3-3，压圈3-4，挡板盒3-5，检测气室3-6，卡套接头3-7， O型圈3-8，窗片3-9，隔热垫3-10，汞灯光源3-11，光源锁紧环3-12，铂电阻温度传感器3-13，加热棒3-14，光源座3-15，气室转接板3-16，旋转电磁铁3-17，挡板3-18，探测器盒盖3-19组成。臭氧发生器中发生装置产生的臭氧通过检测气室的进气口3-6a，进入检测气室3-6，通过出气口3-6b输出，检测气室3-6内气孔的结构位置如图4所示；
如图3所示卡套接头3-7利用管螺纹紧固至检测气室3-6的进气,3-6a、出气口3-6b处；O型圈3-8与窗片3-9分别置于检测气室3-6的两侧台阶处；利用螺钉将挡板盒3-5紧固于检测气室3-6一侧，将气室转接板3-16紧固于检测气室3-6另一侧，挡板盒3-5与气室转接板3-16压紧O型圈3-8，保证检测气室3-6两侧窗片处的密封性。
如图3-5所示，旋转电磁铁3-17前端的旋转杆穿过挡板盒3-5的孔，旋转电磁铁3-17置于检测气室3-6半圆形缺口处，同时调整旋转电磁铁3-17的位置，利用圆柱头内六角螺钉将旋转电磁铁3-17与挡板盒3-5紧固，挡板3-18穿过旋转电磁铁3-17的旋转杆，利用紧定螺钉旋入挡板3-18侧边的螺纹孔内，顶至旋转电磁铁3-17的旋转杆上，挡板3-18不能紧贴挡板盒3-5内部底面，否则旋转电磁铁3-17将不能带动挡板3-18旋转。
如图5所示，当旋转电磁铁3-17断电时，挡板3-18处于实线所画的位置，未遮挡检测光路，这时探测器测得光信号；当旋转电磁铁3-17通电时，挡板3-18处于虚线所示位置时，挡板遮挡检测光路，这时探测器测得背景信号，尼龙螺钉a紧固于挡板盒3-5上，用来限制挡板3-18转动的位置不会超出限定范围。
如图3所示滤光片3-3置于探测器盒3-2凸台内的台阶处，并旋入压圈3-4压紧滤光片3-3，利用螺钉将探测器电路板3-1固定于探测器盒3-2内的台阶处，探测器盒3-2的台阶及开孔位置要保证滤光片3-3、探测器、窗片3-9的中心及挡板盒3-5、气室转接板3-16开孔的中心在同一直线上。利用螺钉将探测器盒3-2，挡板盒3-5，探测器盒盖3-19紧固好。
如图3所示，光源锁紧环3-12固定于光源座3-15上，将汞灯光源3-11***光源座3-15及光源锁紧环3-12的孔内，只需调节汞灯锁紧环3-11侧边的锁紧螺钉，即可固定汞灯光源3-11或调节其高度，从而调节探测器接收的光信号的强弱，确保探测的光信号不饱和。将铂电阻传感器3-13通过螺纹紧固至光源座3-15的相应位置，加热棒3-14外涂上导热硅脂***光源座3-11的加热棒孔内，并用硅胶将加热棒3-11固定于光源座3-15上。将上述整套能够温控的光源座3-15加上隔热垫3-10通过螺钉紧固至气室转接板3-16。保证检测气室3-6的温度不受光源座3-15温度的影响。
温控模块13的输入、输出端分别与臭氧检测模块11中的铂电阻温度传感器、加热棒连接。
实施例
氧气输入口1位于机箱18的后面板上，与气源纯氧（或零空气）采用管路连接。开关阀3开启后，纯氧气（或零空气）进入到达流量控制模块4，流量控制模块根据触摸显示屏9上用户设定的臭氧流量控制进入的氧气（或零空气）流量的大小。氧气（或零空气）到达三通接头8处，压力检测单元7检测气路中的压力，然后氧气（或零空气）先进入臭氧发生模块10经过高压电离后产生臭氧，产生的臭氧再进入臭氧检测模块11，根据检测的结果主控制模块6会反馈调节臭氧发生模块10的高压信号，实现PID的反馈调节，从而使得臭氧浓度稳定在可接受范围内；同时主控制模块6定时控制切换组合阀内部气流方向以及臭氧检测模块11中电机，用于分别对参考信号、暗电流信号进行定期校正；同时主控制模块6会根据检测模块内的温度和压力检测值对臭氧浓度进行实时的校正。经过一系列的控制措施后产生的臭氧到混合室15，在经过混合室的缓冲后，已知浓度的、稳定的臭氧到达臭氧出口16，然后提供给所需的仪器使用。用户可通过485和232通讯接口17向便携式高浓度臭氧校准源发送指令直接控制其产生所需浓度和流量的臭氧，从而实现远程控制。
Claims (10)
1.一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：包括有机箱、主控制模块，机箱的后面板上设有氧气入口、臭氧出口，氧气入口外接纯氧气源，氧气入口位于机箱内连接管路，管路上依次设有开关阀、流量控制模块、三通接头，三通接头的另两端分别通过管路连接压力检测单元、组合阀，组合阀的另三端分别通过管路连接臭氧发生模块的输入端、臭氧检测模块的输出端、混合室的输入端，臭氧发生模块的输出端与臭氧检测模块的输入端通过管路连接，混合室的输出端通过管路连接臭氧出口；所述的主控制模块通过电路接线连接开关阀、流量控制模块、压力检测单元、臭氧发生模块、臭氧检测模块、温控模块、通讯接口、触摸显示屏、电源模块，温控模块与臭氧检测模块电连接，电源模块还通过电路接线与温控模块电连接。
2.根据权利要求1所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的流量控制模块包括流量传感器、比例调节阀和电路板。
3.根据权利要求1所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的组合阀包括有两只两位三通电磁阀和底座。
4.根据权利要求1所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的臭氧发生模块包括有一个上端敞开的腔体、腔体盖板，腔体的两端分别设有氧气进口、臭氧出口，氧气进口、臭氧出口分别密封固定有气路接头，腔体的上端与腔体盖板之间设有腔体密封圈，腔体内中部设有电极引出座，腔体上端横设有臭氧陶瓷片，电极引出座中设有电极，电极上端贯穿臭氧陶瓷片和腔体盖板，伸出腔体盖板外的电极上套设有电极密封圈，电极与高压电源连接。
5.根据权利要求1所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的臭氧检测模块包括有探测器盒、挡板盒、检测气室、光源座，检测气室的左、右两侧分别设有台阶孔，两侧台阶孔中分别设有一个窗片，窗片的两侧分别设有一个O型圈，检测气室的上端和前端面上分别设有进气口、出气口，检测气室的进气口、出气口处分别设有一个卡套接头，检测气室的左、右两侧分别固定有挡板盒、气室转接板，挡板盒上与检测气室的左侧台阶孔接触处开孔；挡板盒中设有挡板，挡板盒外固定有旋转电磁铁，挡板与旋转电磁铁相连接，探测器盒中设有探测器电路板、滤光片，滤光片通过压圈固定在探测器盒的右侧内壁上，探测器电路板上设有探测器，探测器盒上盖设有探测器盒盖；光源座中设有汞灯光源、铂电阻温度传感器、加热棒，光源座的前端设有隔热垫并固定在气室转接板上，探测器与挡板盒上的孔的中心、窗片的中心、汞灯光源在一条直线上，汞灯光源发出光透过检测气室，经滤光片后被探测器接收，旋转电磁铁带动挡板旋转，实现光信号和背景信号的切换测量。
6.根据权利要求1或5所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的温控模块的输入、输出端分别与臭氧检测模块中的铂电阻温度传感器、加热棒连接。
7.根据权利要求5所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的汞灯光源通过光源锁紧环固定在光源座中。
8.根据权利要求5所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的隔热垫采用5mm厚硅胶材质的隔热垫。
9.根据权利要求5所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的挡板盒底留有用于穿过旋转电磁铁的旋转杆的孔。
10.根据权利要求5所述的一种便携式高浓度臭氧校准源，其特征在于：所述的光源座侧边开有用于安装铂电阻温度传感器的内螺纹孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151021 |