CN112378873A - 紫外气体分析方法及紫外气体分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紫外气体分析方法及紫外气体分析仪，通过在被测气体的吸收波段内，从波动变化趋势均一致的波段中选取一部分波段作为采样波段；向气室腔体通入若干不同已知浓度的被测气体，在采样波段中，选取测量波段和参考波段，并计算被测气体的补偿吸光度；通过拟合得到被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系并进行存储；当向紫外气体分析仪中通入被测气体时，实时获取其吸收曲线，并将通过测量波段的平均吸光度除以参考波段的平均吸光度得到的实时补偿吸光度代入存储的浓度公式中得到被测气体的实时浓度数据。本发明的有益效果是：仅仅通过单通道气室结合软件算法实现参比测量，消除了长期漂移，稳定性好、成本低、实时性好。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及紫外气体分析方法及紫外气体分析仪。
背景技术
沼气是一种可燃性混合气体，一般含甲烷、二氧化碳、氨气、氢气和硫化氢等气体。以往的沼气分析仪通常主要用于检测甲烷、二氧化碳和氧气等指标性气体的含量，对硫化氢的含量不予关注，然而沼气中的硫化氢是一种有害气体，它对管道、仪表及设备有强烈的腐蚀作用，泄漏在空气中将污染大气，危害人体健康。因此，对沼气中的硫化氢含量进行监测同样不容忽视。
我国环保标准严格规定：利用沼气能源时，沼气气体中H2S含量不得超过20mg/m3。事实上脱硫前沼气中的H2S质量浓度远远高于20mg/m3，高于我国环保标准的规定。所以，H2S的脱除成为沼气使用前必不可少的一个环节，并且需要气体分析仪对沼气中的硫化氢含量进行监测。
为了对沼气中的H2S浓度进行监测，专利文献CN1040866中公开了一种电化学H2S传感器，电化学H2S传感器通过传感器中的银/硫化银电极与被测气体接触，银/硫化银电极上浸有的电解质与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号，通过测量产生的电信号得到被测气体的浓度，由于高浓度的硫化氢气体会与电解质发生化学反应，导致电解质不断消耗，因此电化学传感器的使用寿命短，需要维护更换。
为了延长电化学传感器的使用寿命以及使被测气体始终处于电化学传感器的量程范围内，专利文献US5569838A中公开了通过使用稀释气体对高浓度的样品气体进行稀释,再利用电化学传感器对稀释后的混合气体进行浓度测量的技术方案，此方案能够避免高浓度样品气体对电化学传感器造成直接冲击，对电化学传感器形成了保护，延长了电化学传感器的使用寿命，但是此方案采用电磁阀、流量计和气泵，导致产品可靠性低，成本高。同时专利文献CN202661435U中公开了一种延长电化学H2S传感器使用寿命的装置，通过三通阀调整向电化学硫化氢传感器中通入硫化氢和空气的时间比例，此方案能够避免在测量硫化氢浓度时一直向装置中通入硫化氢对电化学传感器产生的巨大损耗，从而达到延长电化学传感器的使用寿命的目的，降低了产品的维护成本，但是由于采用电磁阀和气泵，导致产品可靠性低，成本高，并且当将电化学传感器从与空气相连的状态转换至与硫化氢气体相连的状态时，置换气体需要花费时间，导致气体测量响应速度慢，不能实现实时测量。
为了提高H2S浓度测量的可靠性和实时性，专利文献CN108051388A公开了一种H2S气体紫外光谱检测装置及其方法，所述装置包括紫外光源、长光程气体吸收池、紫外光纤光谱仪和计算机；紫外光源发射的紫外光入射到长光程气体吸收池后，被设置于气体吸收池内部的反射镜进行多次反射，并由光纤传输到紫外光纤光谱仪；该装置采用长光程气体吸收池能够实现低浓度H2S实时检测功能，但是其光路复杂、包含精密的光学器件，一旦长光程气体吸收池被污染，后期维护成本高。
为了提供长期稳定性好的硫化氢气体在线监测装置，专利文献CN109001140A公开了一种双光路紫外差分光谱气体分析仪，包括紫外光源、斩光轮、双光路气室以及紫外光谱仪，其中，双光路气室包括上下设置的检测气室和参比气室，检测气室中充入待测气体，参比气室内密封氮气，通过测量气室的光谱与参比气室的光谱可得到被测气体的浓度，此气体分析仪可以有效消除长期漂移，提高测量数据的准确性和稳定性，但是其为双光路气室，包含斩光轮，导致气体分析仪抗震性差、结构复杂、成本高昂，并且不能进行实时测量。此外专利文献CN101526472B公开了一种智能紫外气体分析仪，包括紫外光源以及切光轮，在切光轮的两端分别设有滤光片和透紫玻璃。部分反射镜片将入射紫外光分成双光束，一部分进入测量边，一部分进入参比边，并分别被位于测量边和参比边的光电检测器检测，根据两个通道光信号得到被测气体的浓度。此气体分析仪可消除长期漂移，但是其包含两个光电检测器、部分反射镜片以及切光轮，导致仪器的抗震性差、结构复杂、成本高昂，并且两个光电检测器的一致性差异会给气体浓度测量带来误差。
为了提高气体测量的实时性以及提高气体分析仪的抗震性能，专利文献CN2589969公开了一种硫化氢气体在线监测装置，紫外光源通过充满硫化氢气体的待测气体池而射向半反半透镜，光在经过半反半透镜后，50％的光强透过再经过228纳米的滤光片被光电倍增管接收，还有50％的光强被反射后经过361纳米的滤光片被光电二极管探测器接收。由于硫化氢气体在228纳米有显著的吸收峰，在361纳米几乎没有吸收，故可分别利用这两个波段作为测量和参比通道，以构成差分测量***，虽然此方案实现了参比测量，但是其包含两个探测器以及半反半透镜，结构复杂、成本高昂、并且两个探测器的一致性差异也会给测量结果带来误差、影响气体浓度测量精度。
综上现有技术中，均是通过双光路结构配合切光片和/或半透半反透镜实现参比测量，导致现有的气体分析仪可靠性差、结构复杂、成本高昂。
在本背景技术中仅以测量沼气中的H2S的应用场景进行举例说明，事实上对此不做限定，本申请中所公开的紫外气体分析仪还可应用于天然气、石油等应用场景中的硫化氢浓度测量，也可以应用于其他气体浓度的测量。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种紫外气体分析方法及紫外气体分析仪。
第一方面，本发明提供的一种紫外气体分析方法，具体包括以下步骤；
S101：在被测气体的吸收波段内，选取一部分波段作为采样波段；
S102：分别向气室腔体通入纯氮气和若干不同已知浓度被测气体，得到若干不同浓度气体吸收曲线；所述气体吸收曲线包括：纯氮气吸收曲线和若干不同已知浓度被测气体吸收曲线；
S103：在步骤S101中选取的所述采样波段中选取测量波段和参考波段；
S104：在步骤S103中选取的测量波段以及参考波段内，计算所述每一条气体吸收曲线对应的补偿吸光度；
S105：根据所述每一条吸收曲线的补偿吸光度数据和对应的已知浓度数据，拟合得到被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系式，并对被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系进行存储；
S106:向紫外气体分析仪中通入纯氮气，通过光谱仪得到纯氮气的光谱,并对纯氮气的光谱进行存储；
S107:向紫外气体分析仪中通入被测气体，通过光谱仪得到被测气体的实时光谱，根据被测气体的实时光谱以及步骤S106中存储的氮气光谱得到被测气体的实时吸收曲线；
S108:在通过步骤S103中的方法选取的测量波段以及采样波段内，根据被测气体的实时吸收曲线计算被测气体的实时补偿吸光度；将被测气体的实时补偿吸光度数据带入步骤S105中存储的被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系式中得到被测气体的实时浓度。
步骤S101包括以下子步骤：
S201：向气室腔体中通入纯氮气，得到纯氮气光谱，作为初始时刻的零点光谱D0；每间隔预设时间，向气室腔体中通入纯氮气，得到间隔不同时间的m条纯氮气光谱D0、D1、D2、D3……Dm；m为自然数；
S202：将初始时刻的零点光谱D0分别减去所述间隔不同时间的若干纯氮气光谱D0、D1、D2、D3……Dm得到若干波动光谱，然后再将得到的若干波动光谱除以所述零点光谱D0，得到若干条波动曲线；
S203：观察所述若干条波动曲线，在被测气体的吸收波段内，锁定若干条波动曲线波动变化相对于其自身变化趋势均一致的波段，并从中选取一部分波段作为采样波段。
步骤S102中的所述被测气体的吸收曲线通过以下方法得到：将纯氮气光谱分别减去若干不同已知浓度被测气体光谱得到若干吸收光谱，将得到的若干吸收光谱除以纯氮气光谱得到若干被测气体吸收曲线，其中纯氮气吸收光谱除以纯氮气光谱得到纯氮气的吸收曲线。
步骤S103包括以下子步骤：
在步骤S101中选取的所述采样波段中，观察步骤S102中所述的若干条吸收曲线，对其中任意一条气体的吸收曲线选取吸光度相对该吸收曲线其它部分而言大的一段作为测量波段，选取吸光度相对该吸收曲线中其它部分而言小的波段作为参考波段。
所述气体吸收曲线上的每一个点的纵坐标代表被测气体的吸光度，横坐标代表波长；所述补偿吸光度＝测量波段的平均吸光度/参考波段的平均吸光度，所述实时补偿吸光度＝测量波段的实时平均吸光度/参考波段的实时平均吸光度。
第二方面，本发明提供一种紫外气体分析仪，采用如本发明第一方面提供的紫外气体分析方法，具体包括：紫外光源、气室腔体、光谱仪和数据处理单元；所述紫外光源和所述光谱仪与所述气室腔体之间均通过光纤连接；所述光谱仪与所述数据处理单元之间电性连接；所述紫外光源，用于提供紫外光；所述光谱仪用于对被测气体进行测量并输出对应光谱；所述数据处理单元用于处理计算得到被测气体浓度。
所述气室腔体为铝合金材质，气室腔体内壁黑色氧化处理。
所述紫外光源为氙灯光源。
本发明提供的紫外气体分析方法及紫外气体分析仪的有益效果是：相对于电化学H2S传感器，具有使用寿命长、后期维护成本低的优势；相对于现有技术中的双光路紫外气体分析仪，仅仅通过单通道气室结合软件算法实现了参比测量，消除了长期漂移对H2S浓度测量的影响，稳定性好、降低了后期维护成本；并且省却了电机和切光片，简化了分析仪的结构、降低了分析仪的成本，提高了分析仪的抗震性；可同时采集测量波段光谱和参考波段光谱，提升了气体测量的实时性。
由于进行了双量程标定，可采用同一气体分析仪对脱硫前和脱硫后的沼气中的H2S浓度进行检测，提高了气体浓度测量效率，降低了气体浓度测量成本。用高量程测量脱硫前的H2S浓度，可以监测沼气池的运行状态；用低量程测量脱硫后的H2S浓度，可以监测脱硫效率；紫外气体分析仪气室腔体为铝合金材质，气室腔体内壁氧化处理,增强了气体分析仪的防腐性能，延长了气体分析仪的使用寿命，同时黑色氧化可以防止由于紫外光在气室腔体内壁发生漫反射而导致杂散光，提高了气体浓度测量精度。
附图说明
图1是本发明中公开的紫外气体分析方法主流程图；
图2是本发明实施例中第一天、第三天、第五天以及第七天分别向紫外气体分析仪中通入纯氮气，通过光谱仪采集到对应四个间隔不同时间的纯氮气光谱D0、D1、D2、D3，用第一天采集到的纯氮气光谱D0减去四个间隔不同时间的纯氮气光谱得到对应四个时间的纯氮气波动光谱，用得到的四个纯氮气波动光谱除以第一天得到的纯氮气光谱D0得到的四条纯氮气波动曲线；
图3是本发明实施例中分别向紫外气体分析仪中通入纯氮气、100ppm H2S、250ppmH2S、400ppm H2S以及500ppm H2S，通过光谱仪采集到对应五种不同浓度H2S的光谱，根据五种不同浓度的H2S的光谱以及纯氮气光谱得到的五条吸收曲线；
图4是本发明实施例中公开的紫外气体分析仪结构示意图；
图5是在同等条件下向本发明实施例中公开的紫外气体分析仪以及传统单通道紫外气体分析仪中通入浓度为0ppm的标气后，连续7天进行测量得到的浓度示值误差值趋势图。
1-紫外光源、2-气室腔体、3-光谱仪、4-数据处理单元、5-光纤
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，一种紫外气体分析方法，具体包括以下步骤：
S101：在被测气体的吸收波段内，选取一部分波段作为采样波段；
本申请背景技术和实施例中，均采用硫化氢气体进行举例说明，但对此不作限定；其中已知硫化氢气体对紫外光的吸收波段为190-240nm，测量其他被测气体时，不同气体对紫外光的吸收波段会有所区别。
采样波段通过以下方式进行选取：通过向气室腔体中通入纯氮气，经由光谱仪分析，得到纯氮气光谱，并将纯氮气光谱作为初始时刻的零点光谱D0，并进行存储，在一段时间内，每间隔一段时间，向气室腔体中通入纯氮气，分别得到间隔不同时间的纯氮气光谱D0、D1、D2、D3……Dm(m为自然数)；将初始时刻的零点光谱D0分别减去间隔不同时间的若干纯氮气光谱D0、D1、D2、D3……Dm得到若干波动光谱，然后再将得到的若干波动光谱除以零点光谱D0，得到若干条波动曲线；通过观察若干条波动曲线，在硫化氢的吸收波段190-240nm内，锁定若干条波动曲线波动变化相对于其自身变化趋势均一致的波段200-220nm，并从中选取一部分波段作为采样波段。
请参考图2，图2是本发明实施例中第一天、第三天、第五天以及第七天分别向紫外气体分析仪中通入纯氮气，通过光谱仪采集到对应四个时间段的纯氮气光谱，分别为D0、D1、D2和D3，用第一天得到的纯氮气光谱减去四个时间段的纯氮气光谱对应得到四条纯氮气波动光谱，用得到四条纯氮气波动光谱除以第一天得到的纯氮气光谱得到四条波动曲线；在图2中，左侧在波段为200-220nm范围内，各条曲线的波动变化趋势均一致，即每条曲线的波动率要么都大于零，要么都小于零，要么都等于0，因此选取200-220nm作为硫化氢的采样波段，当然也可以仅在上述波段内选取一部分波段作为采样波段，第七天得到的波动曲线D3在220-240nm波段范围内变化趋势发生变化，波动率开始小于零，所以不作为硫化氢的采样波段。
相对于其他波段，波动曲线变化趋势一致的波段对应的长期漂移一致。
S102：分别向气室腔体通入纯氮气和若干不同已知浓度被测气体，得到若干不同浓度气体吸收曲线；气体吸收曲线包括：纯氮气吸收曲线和若干不同已知浓度被测气体吸收曲线；气体吸收曲线上的每一个点的纵坐标代表被测气体的吸光度，横坐标代表波长。
步骤S102中的被测气体的吸收曲线通过以下方法得到：将纯氮气光谱分别减去若干不同已知浓度被测气体光谱得到若干吸收光谱，将得到的若干吸收光谱除以纯氮气光谱得到若干被测气体吸收曲线，其中纯氮气吸收光谱除以纯氮气光谱得到纯氮气的波动曲线，相当于浓度为零的被测气体的吸收曲线。
请参考图3，图3是本发明实施例中分别向气体分析仪中通入纯氮气(纯氮气相当于浓度为0的H2S)、100ppm H2S、250ppm H2S、400ppm H2S以及500ppm H2S，通过光谱仪采集到对应五种不同浓度H2S的光谱，根据五种不同浓度的H2S的光谱以及纯氮气光谱得到的五条吸收曲线。图3中，从上至下，分别为0ppm H2S、100ppm H2S、250ppm H2S、400ppm H2S以及500ppm H2S的吸收曲线。
S103：在步骤S101中选取的采样波段中选取测量波段和参考波段；
在步骤S101中选取的采样波段中，观察步骤S102中的若干条吸收曲线，对其中任意一条气体的吸收曲线选取吸光度相对该吸收曲线其它部分而言大的一段作为测量波段，选取吸光度相对该吸收曲线中其它部分而言小的波段作为参考波段。
在采样波段中，观察若干条吸收曲线，从吸光度大的波段200-205nm中选取一部分波段作为测量波段，从吸光度小的波段206-220nm中选取一部分波段作为参考波段。由于采样波段中每一条吸收曲线的变化趋势一致，因此若干吸收曲线的吸光度基本上一致。
S104：在步骤S103中选取的测量波段以及参考波段内，计算每一条气体吸收曲线对应的补偿吸光度；
本申请实施例中，对硫化氢气体而言，即在上述选取的测量波段内计算每一条吸收曲线的平均吸光度，作为测量吸光度；
在步骤S102中选取的参考波段内，计算气体吸收曲线的平均吸光度，作为参考吸光度；
本申请实施例中，对硫化氢气体而言，即在上述选取的参考波段内计算每一条吸收曲线的平均吸光度，作为参考吸光度；
补偿吸光度＝测量波段的平均吸光度/参考波段的平均吸光度；
S105：根据每一条吸收曲线的补偿吸光度数据和对应的已知浓度数据，拟合得到被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系式，并对被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系进行存储。
S106:进行气体测量时，向紫外气体分析仪中通入纯氮气，通过光谱仪得到纯氮气光谱,并对纯氮气光谱进行存储；
S107:向紫外气体分析仪中通入被测气体，通过光谱仪得到被测气体的实时光谱，根据被测气体的实时光谱以及步骤S106中存储的纯氮气光谱得到被测气体的实时吸收曲线；
S108:在通过步骤S103中的方法选取的测量波段以及采样波段内，根据被测气体的实时吸收曲线计算被测气体的实时补偿吸光度；
实时补偿吸光度＝测量波段的实时平均吸光度/参考波段的实时平均吸光度；
将被测气体的实时补偿吸光度数据带入步骤S105中存储的被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系式中得到被测气体的实时浓度。
请参考图4，图4是本发明实施例中气体分析仪结构图；一种紫外气体分析仪，具体包括：紫外光源1、气室腔体2、光谱仪3和数据处理单元4；气室腔体2为铝合金材质，气室腔体2内壁氧化处理，增强了气体分析仪的防腐性能，延长了气体分析仪的使用寿命，同时黑色氧化处理可以防止由于紫外光在气室腔体内壁发生漫反射而导致杂散光，提高了气体浓度测量精度。
本发明实施例中，气室腔体2以单通道气室作为实施例，但对气室腔体2的类型不作限定，可以为单通道或者多通道气室。
紫外光源1和光谱仪3与气室腔体2之间均通过光纤5连接；光谱仪3与数据处理单元4之间电性连接；紫外光源1，用于提供紫外光；光谱仪3用于对被测气体进行测量并输出对应光谱；数据处理单元4用于处理计算得到被测气体浓度。数据处理单元4还包括存储器，存储器用于存储零点光谱和被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系。
数据处理单元最终将被测气体浓度通过RS232接口输出至上位机，并通过上位机的输出窗口进行显示。
进一步的，为了能实现采用同一紫外气体分析仪测量脱硫前和脱硫后的沼气中的H2S，对紫外气体分析仪进行了双量程标定，即针对低浓度的H2S采用一条曲线进行标定，针对高浓度的H2S采用另一条曲线进行标定，根据被测H2S的补偿吸光度数据所处的范围选择采用哪个标定曲线计算被测气体的浓度。
本发明提供的紫外气体分析方法及紫外气体分析仪的有益效果是：(1)仅采用单气室结构结合软件算法消除了长期漂移对H2S浓度测量的影响，稳定性好、降低了后期维护成本；相对于现有技术中的双光路紫外气体分析仪，省却了电机和切光片，简化了分析仪的结构、提高了分析仪的抗震性；可同时采集测量波段光谱和参考波段光谱，提升了气体测量的实时性。
(2)由于进行了双量程标定，可用同一紫外气体分析仪对脱硫前和脱硫后的沼气中的H2S浓度进行测量，用高量程测量脱硫前的H2S浓度，可以监测沼气池的运行状态；用低量程测量脱硫后的H2S浓度，可以监测脱硫效率，提高了气体浓度测量效率，降低了气体浓度测量成本。
(3)气室腔体为铝合金材质，气室腔体内壁氧化处理,增强了气体分析仪的防腐性能，延长了气体分析仪的使用寿命，同时黑色氧化处理可以防止由于紫外光在气室腔体内壁发生漫反射而导致杂散光，提高了气体浓度测量精度。
为了进一步验证本发明公开的紫外气体分析方法及紫外气体分析仪的技术效果，将采用本发明实施例中公开的紫外气体分析仪与传统的单通道紫外气体分析仪在相同的实验条件下进行对比测试，分析其长期漂移的大小，进一步验证采用本发明公开的紫外气体分析方法的紫外气体分析仪的性能及优势。
在相同的检测条件下，分别向本发明公开的紫外气体分析仪、传统的单通道紫外气体分析仪通入相同已知浓度的被测气体，连续七天进行气体浓度测量，并将数据测量结果进行记录，分别得到如表1和表2中的数据。
(一)采用本发明实施例中公开的紫外气体分析仪在浓度为零点(0ppm)和量程点(低量程499ppm和高量程4994ppm)进行测试，得到浓度数据及漂移数据如表1所示：
表1
以量程范围为0-499ppm的低量程紫外气体分析仪为例进行举例说明，向紫外气体分析仪中分别通入不同已知浓度的标准气体，通常选零点浓度(0ppm)和量程点浓度(499ppm)为例进行测量，连续7天进行浓度数据测量，分别得到不同时刻的浓度数据，并将不同时刻得到的浓度数据与标准气体浓度进行比较得到浓度测量的最大误差值，并将得到的浓度最大误差值除以量程值，可得到漂移量数据，由表1可知标气浓度为0ppm时，测得的浓度最大误差值为4ppm，用最大误差值4ppm除以量程值499ppm得到的零点漂移量为0.8％；同样可知，当标气浓度为499ppm时，浓度最大误差值为8ppm，低量程点漂移量为1.6％，而当标气浓度为4994ppm时，浓度最大误差值为66ppm，高量程点漂移量为1.32％。
(二)传统的单通道紫外气体分析仪在浓度为零点(0ppm)和量程点(低量程499ppm和高量程4994ppm)进行测试，得到浓度数据及漂移数据如表2所示：
表2
以量程范围为0-499ppm的低量程紫外气体分析仪为例进行举例说明，向紫外气体分析仪中分别通入不同已知浓度的标准气体，通常选零点浓度(0ppm)和量程点浓度(499ppm)为例进行测量，连续7天进行浓度数据测量，分别得到不同时刻的浓度数据，并将不同时刻得到的浓度数据与标准气体浓度进行比较得到浓度测量的最大误差值，并将得到的浓度最大误差值除以量程值，可得到漂移量数据，由表可知标气浓度为0ppm时，测得的浓度最大误差值为28ppm，用最大误差值28ppm除以量程499ppm得到的零点漂移量为5.61％；同样可知，当标气浓度为499ppm时，浓度最大误差值为29ppm，低量程点漂移量为5.81％；而当标气浓度为4994ppm时，浓度最大误差值为159ppm，高量程点漂移量为3.18％。
以零点数据为例对表1、2中的数据进行对比，得到的数据如表3所示：
表3
分别向本发明公开的紫外气体分析仪、传统的单通道紫外气体分析仪通入浓度为0的标准气体时，连续7天对两个紫外气体分析仪的浓度测量结果进行记录，将浓度测量结果减去标气浓度0得到两个紫外气体分析仪对应的浓度示值误差值，分别记为示值误差1及示值误差2，将表3中的浓度示值误差数据绘制成趋势线得到图5。
通过对表1、表2、表3以及图5进行分析可知，相对于传统的单通道紫外气体分析仪，采用本发明实施例中公开的紫外气体分析仪长期漂移小、测量精度高、气体浓度测量数据稳定性高，具有明显优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种紫外气体分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
S101：在被测气体的吸收波段内，选取一部分波段作为采样波段；
S102：分别向气室腔体通入纯氮气和若干不同已知浓度的被测气体，得到若干不同浓度气体吸收曲线；所述气体吸收曲线包括：纯氮气吸收曲线和若干不同已知浓度被测气体吸收曲线；
S103：在步骤S101中选取的所述采样波段中选取测量波段和参考波段；
S104：在步骤S103中选取的测量波段以及参考波段内，计算所述每一条气体吸收曲线对应的补偿吸光度；
S105：根据所述每一条吸收曲线的补偿吸光度数据和对应的已知浓度数据，拟合得到被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系式，并对被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系进行存储；
S106:向紫外气体分析仪中通入纯氮气，通过光谱仪得到纯氮气的光谱,并对纯氮气的光谱进行存储；
S107:向紫外气体分析仪中通入被测气体，通过光谱仪得到被测气体的实时光谱，根据被测气体的实时光谱以及步骤S106中存储的氮气光谱得到被测气体的实时吸收曲线；
S108:在通过步骤S103中的方法选取的测量波段以及采样波段内，根据被测气体的实时吸收曲线计算被测气体的实时补偿吸光度；将被测气体的实时补偿吸光度数据带入步骤S105中存储的被测气体补偿吸光度与被测气体浓度之间的关系式中得到被测气体的实时浓度。
2.如权利要求1所述的紫外气体分析方法，其特征在于：步骤S101包括以下子步骤：
S201：向气室腔体中通入纯氮气，得到纯氮气光谱，作为初始时刻的零点光谱D0；每间隔预设时间，向气室腔体中通入纯氮气，得到间隔不同时间的m条纯氮气光谱D0、D1、D2、D3……Dm；m为自然数；
S202：将初始时刻的零点光谱D0分别减去所述间隔不同时间的若干纯氮气光谱D0、D1、D2、D3……Dm得到若干波动光谱，然后再将得到的若干波动光谱除以所述零点光谱D0，得到若干条波动曲线；
S203:观察所述若干条波动曲线，在被测气体的吸收波段内，锁定若干条波动曲线波动变化相对于其自身变化趋势均一致的波段，并从中选取一部分波段作为采样波段。
3.如权利要求1所述的体分析方法，其特征在于：
步骤S102中的所述被测气体的吸收曲线通过以下方法得到：将纯氮气光谱分别减去若干不同已知浓度被测气体光谱得到若干吸收光谱，将得到的若干吸收光谱除以纯氮气光谱得到若干被测气体吸收曲线，其中纯氮气吸收光谱除以纯氮气光谱得到纯氮气的吸收曲线。
4.如权利要求1所述的紫外气体分析方法，其特征在于：步骤S103包括以下子步骤：
在步骤S101中选取的所述采样波段中，观察步骤S102中所述的若干条吸收曲线，对其中任意一条气体的吸收曲线选取吸光度相对该吸收曲线其它部分而言大的一段作为测量波段，选取吸光度相对该吸收曲线中其它部分而言小的波段作为参考波段。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的紫外气体分析方法，其特征在于：所述气体吸收曲线上的每一个点的纵坐标代表被测气体的吸光度，横坐标代表波长；所述补偿吸光度＝测量波段的平均吸光度/参考波段的平均吸光度，所述实时补偿吸光度＝测量波段的实时平均吸光度/参考波段的实时平均吸光度。
6.一种紫外气体分析仪，采用如权利要求1-5中任意一项权利要求所述的紫外气体分析方法，其特征在于：具体包括：紫外光源、气室腔体、光谱仪和数据处理单元；所述紫外光源和所述光谱仪与所述气室腔体之间均通过光纤连接；所述光谱仪与所述数据处理单元之间电性连接；所述紫外光源，用于提供紫外光线；所述光谱仪用于对被测气体进行测量并输出对应光谱；所述数据处理单元用于处理计算得到被测气体浓度。
7.如权利要求6所述的紫外气体分析仪，其特征在于：所述气室腔体为铝合金材质，气室腔体内壁黑色氧化处理。
8.如权利要求6所述的紫外气体分析仪，其特征在于：所述紫外光源为氙灯光源。
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Denomination of invention: UV gas analysis method and UV gas analyzer Effective date of registration: 20231208 Granted publication date: 20211116 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUBEI CUBIC-RUIYI INSTRUMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2023980070371 |