CN204945050U - 臭氧检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种臭氧检测装置。臭氧检测装置,包括检测器、控制器、采样组件、标定组件和液路组件;所述检测器包括固定连接在一起第一盖板和所述第二盖板,所述第一盖板和所述第二盖板之间形成密闭的反应腔,所述反应腔中设置有反应床,所述第二盖板上位于所述反应腔的部分还开设有观察窗,所述观察窗与所述反应腔之间还设置有玻璃片,所述观察窗中设置有光电传感器;所述采样组件包括连接在一起的采样泵和第一流量计;所述标定组件包括气泵、零级空气发生器、臭氧发生器、气体混合器、第一换向阀和三通。实现提高臭氧检测装置的检测精度和可靠性,并方便操作人员进行使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种气体检测装置,尤其涉及一种臭氧检测装置。
背景技术
臭氧是大气中的主要组成成分之一,具有很强的氧化性,能促使哮喘病患者哮喘发作,引起慢性呼吸***疾病恶化、呼吸障碍、损害肺部功能等症状,长期吸入氧化剂能降低人体细胞的新陈代谢,加速人的衰老,还会造成农作物减产、植被破坏等。因此,大气臭氧浓度的在线观测有着非常重要的意义。大气中的臭氧浓度较低,不易检测。目前常用的检测方法包括紫外吸收法与化学发光法。紫外吸收法的响应速度较慢,且灵敏度较低,受干扰较多。相比之下,化学发光法具有设备简单、检测灵敏度高、选择性好、线性范围宽等优点。其中,气液相化学发光法依赖于臭氧气体与检测试剂之间的非均相表面化学发光反应,对试剂的需求量非常少,且废液易收集回收,装置简单,选择性好,灵敏度高,具有较好的应用前景,被广泛的使用。但在实际应用中,液体试剂容易因接触空气而产生成分的变化,造成检测灵敏度发生变化,检测结果误差变大,需要经常性的通过外部标定设备对检测设备进行标定,导致现有技术中臭氧检测精度低且操作过程繁琐。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种臭氧检测装置,解决现有技术中臭氧检测精度低且操作过程繁琐的缺陷,实现提高臭氧检测装置的检测精度和可靠性,并方便操作人员进行使用。
本实用新型提供的技术方案是,一种臭氧检测装置,包括检测器、控制器、采样组件、标定组件和液路组件;所述检测器包括固定连接在一起第一盖板和第二盖板,所述第一盖板和所述第二盖板之间形成密闭的反应腔,所述反应腔中设置有反应床,所述反应床贴在所述第一盖板上,所述第一盖板上还设置有与所述反应腔连通的进气通道和出气通道,所述进气通道和所述出气通道位于所述反应床的两侧,所述第一盖板上还设置有与所述反应腔连通进液通道和出液通道,所述反应床遮盖住所述进液通道和所述出液通道的端口,所述第二盖板上位于所述反应腔的部分还开设有观察窗,所述观察窗与所述反应腔之间还设置有玻璃片,所述观察窗中设置有光电传感器;所述采样组件包括连接在一起的采样泵和第一流量计;所述标定组件包括气泵、零级空气发生器、臭氧发生器、气体混合器、第一换向阀和三通,所述气泵与所述零级空气发生器连接,所述零级空气发生器通过所述三通分别与所述气体混合器的进口和所述臭氧发生器连接,所述臭氧发生器通过所述第一换向阀与所述气体混合器的进口连接;所述液路组件包括连接在一起的试剂容器和第一蠕动泵;所述第一蠕动泵与所述进液通道连接,所述第一流量计与所述出气通道连接,所述进气通道通过第二换向阀与所述气体混合器的出口连接,所述第二换向阀上还连接有空气采样管。
进一步的,所述第一盖板上开设有菱形凹槽,所述菱形凹槽与所述第二盖板形成所述反应腔,所述进液通道的端口、所述出液通道的端口、所述进气通道的端口和所述出气通道的端口分别位于所述菱形凹槽的四角。
进一步的,所述菱形凹槽还设置有支撑板,所述支撑板上设置有若干通孔,所述反应床设置在所述支撑板上。
进一步的,所述出液通道连接有废液容器,所述出液通道与所述废液容器之间设置有第二蠕动泵。
进一步的,所述液路组件还包括清洗剂容器,所述清洗剂容器和所述试剂容器通过第三切换阀与所述第一蠕动泵连接。
进一步的,所述第一切换阀与所述气体混合器之间还设置有单向阀。
进一步的,所述臭氧发生器与所述零级空气发生器之间还设置有第二流量计。
进一步的,所述零级空气发生器包括依次连接在一起的过滤器、低压汞灯模块、Nafion干燥管和净化柱。
本实用新型提供的臭氧检测装置,通过基于臭氧气体与专用检测试剂之间的气液相表面化学发光原理,通过反应器内部反应腔和反应床配合,使得液体试剂不会因接触外部空气而产生成分的变化,提高了检测灵敏度并提高了反应效率,从而极大的提高了检测的响应速度;另外,借助于标定组件在线产生零空气及标准浓度的臭氧气体,实现了对背景信号及对照标定信号的快速测量,而基于臭氧化学反应检测信号的线性特征,利用测量得到的背景检测信号及标准臭氧浓度气体所对应的标定检测信号,实现了对采样气体检测信号的自动在线标定,更有效的提高检测精度,并且由于无需采用外部的标定设备进行标定,大大降低了操作人员的劳动强度,通过在线标定方法的实施,解决了传统化学发光法测量臭氧气体所存在的稳定性与准确性较差的缺陷,全面提高了化学发光法测量臭氧气体方法的实用性。本实用新型臭氧检测装置将臭氧气体的在线测量与自动标定集成于一体,自动化程度高,使用方便,无需频繁标定与维护,运行成本低,同时具有响应速度快、灵敏度高、选择性好、准确性高、稳定性好等优点,可以以较高的时间分辨率实现对大气环境中低浓度臭氧气体的实时在线检测。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型臭氧检测装置实施例的结构原理图;
图2为本实用新型臭氧检测装置实施例中检测器的结构示意图;
图3为本实用新型臭氧检测装置实施例中检测器的剖视图;
图4为本实用新型臭氧检测装置实施例中第一盖板与反应床的组装图;
图5为本实用新型臭氧检测装置实施例中零级空气发生器的结构原理图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
如图1-图4所示,本实施例臭氧检测装置,包括检测器100、控制器200、采样组件300、标定组件400和液路组件500;
检测器100包括第一盖板1和第二盖板2,第一盖板1和第二盖板2固定连接在一起,第一盖板1和第二盖板2之间形成密闭的反应腔10,反应腔10中设置有反应床3,反应床3贴在第一盖板1上,第一盖板1上还设置有与反应腔10连通的进气通道11和出气通道12,进气通道11和出气通道12位于反应床3的两侧,第一盖板1上还设置有与反应腔10连通进液通道13和出液通道14,反应床3遮盖住进液通道13和出液通道14的端口;第二盖板2上位于反应腔10的部分还开设有观察窗(未图示),观察窗与反应腔10之间还设置有玻璃片4,观察窗中设置有光电传感器5;
采样组件300包括连接在一起的采样泵301和第一流量计302;
所述标定组件400包括气泵401、零级空气发生器402、臭氧发生器403、气体混合器404、第一换向阀405和三通(未图示),所述气泵40与所述零级空气发生器402连接,所述零级空气发生器402通过所述三通分别与所述气体混合器404的进口和所述臭氧发生器403连接,所述臭氧发生器403通过所述第一换向阀405与所述气体混合器404的进口连接;
所述液路组件500包括连接在一起的试剂容器501和第一蠕动泵502;
所述第一蠕动泵502与所述进液通道13连接,所述第一流量计302与所述出气通道12连接,所述进气通道11通过第二换向阀101与所述气体混合器404的出口连接,所述第二换向阀101上还连接有空气采样管(未图示)。
具体而言,本实施例臭氧检测装置中的检测器100提供检测气体的反应场所,并负责将化学反应发光信号转换为电信号,控制器200负责检测装置的控制及数据采集显示,控制器200将与本实施例臭氧检测装置中的相关电子器件连接,具体详见附图1中控制器200虚线代表的连接控制关系,采样组件300负责检测装置的气体采样,标定组件400用于对臭氧检测装置进行实时标定以提高检测准确性,液路组件500用于液体试剂的输送。其中,在反应腔10中设置有反应床3,液路组件500通过进液通道13能够将试剂输送到反应腔10中,并且试剂在重力作用下能够在反应床3上快速均匀的扩散开,而进气通道11将气体输送至反应腔10中,气体将与试剂发生表面化学发光反应,而光电传感器5将检测光信号并转化为电信号输出,光电传感器5输出的电信号通过,计算处理后便可以转换为臭氧浓度数值。而在检测过程中,通过标定组件400能够获得零空气和标准浓度的臭氧气体,利用零空气和标准浓度的臭氧气体能够在每次检测过程中对采样气体检测信号进行自动在线标定,以提高检测的精准度,同时,无需借助外部的标定设备,方便操作人员使用。
进一步的,所述第一盖板1上开设有菱形凹槽15,所述菱形凹槽15与所述第二盖板2形成所述反应腔10,所述进液通道13的端口、所述出液通道14的端口、所述进气通道11的端口和所述出气通道12的端口分别位于所述菱形凹槽15的四角。具体的,进液通道13的端口和出液通道14的端口分别位于菱形凹槽15上下角部,而所述进气通道11的端口和所述出气通道12的端口分别位于菱形凹槽15左右角部,液体试剂流动与气体流动呈基本垂直方向,可以有效的避免气体对反应床3上液体试剂的冲击,确保液体试剂在反应床3上分布均匀,以确保测量数据的准确性。另外,由于反应腔10由菱形凹槽15构成,气体通过进气通道11的端口进入到菱形凹槽15中后,首先因为较大腔体体积而使得气体的流动速度降低,更有效的减弱了气体流动对液相的冲击,利于检测的稳定性,更重要的是,气体沿着菱形凹槽15能够更加均匀的分布在反应床3上,以确保反应床3与其他充分的接触进行化学发光反应,提高检测准确度,另外,结合菱形凹槽15的结构以及进气通道11和出气通道12分布位置,可以避免反应腔10中出现死体积,提高气体的更新速度,从而提高检测响应速度。
更进一步的,液路组件500还包括清洗剂容器504、废液容器506和第二蠕动泵506,出液通道14通过第二蠕动泵506连接废液容器506,清洗剂容,504和试剂容器501通过第三切换阀503与所述第一蠕动泵502连接。其中,第一切换阀405与所述气体混合器404之间还设置有单向阀406,所述臭氧发生器403与所述零级空气发生器402之间还设置有第二流量计407。如图5所示,所述零级空气发生器可以包括依次连接在一起的过滤器4021、低压汞灯模块4022、Nafion干燥管4023和净化柱4024,过滤器4021用于过滤气体中所含的固体颗粒等杂质,防止其进入后续的气路***;低压汞灯模块4022用以产生ppmv级的臭氧,用以氧化空气中所含的含硫化合物、含氮化合物、碳氢化合物;Nafion干燥管4023用于过滤空气中所含的水分;净化柱4024则用以消除气体中所包含的二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮及剩余的臭氧气体。
其中,为了避免进液通道13输出的试剂对反应床3产生过大的冲击力,进液通道13中还设置有缓冲网布131。具体的,进液通道13输出的试剂经过缓冲网布131才进入到反应腔10中,可以有效的减缓试剂的流速,以减小试剂对反应床3产生的冲击力;同时,由于试剂流速降低,能够确保试剂更加均匀的在反应床3上扩散。优选的,缓冲网布131位于进液通道13的端口处并靠近在反应床3上,具体的,试剂经过缓冲网布131减速缓冲后,直接进入到反应床3上,缓冲网布131将增大试剂进入到反应床3的面积,以使试剂更加均匀的在反应床3上扩散。而为了方便牢固的固定反应床3,反应床3竖直放置,反应床3通过设置在菱形凹槽15中的支撑板(未图示)固定在第一盖板1上,支撑板上设置有若干通孔。具体的,支撑板可以为塑料网板,支撑板上的通孔能够便于液体试剂和气体通过,而在使用过程中,支撑板将对反应床3提供支撑,避免反应床3因液体或气体冲击而发生形变褶皱,确保反应床3始终保持平整的状态,以提高检测精确度,反应床3可以采用粘接的方式固定在支撑板上。另外,为了提高本实施例臭氧检测装置的密封性能,本实施例中的玻璃片4夹在第一盖板1和第二盖板2之间,玻璃片4与第一盖板1和第二盖板2之间分别设置有密封圈41。优选的,本实施例中的反应床3为丝绸、纯棉布、玻璃纤维滤膜或聚丙烯热风无纺布等高浸润性、高扩散性的薄膜,优选的,采用丝绸,反应床3使用丝绸,试剂在丝绸上的浸润扩散速度快、分布均匀,且丝绸在液体的试剂浸润后不发生形变,使得化学发光反应信号平稳、稳定、重现性好;丝绸对试剂的吸附小且易于冲洗。
本实用新型臭氧检测装置,具体操作步骤包括:
步骤1、第一蠕动泵通电,将试剂容器中的液体试剂输送到反应腔中,液体试剂将在反应床上形成均匀的液膜,多余的液体试剂到达反应床底部后经出液通道排出。具体的,通过步骤1可以在反应床上形成均匀的液体试剂的液膜,以便于发生化学反应产生光信号。
步骤2、气泵通电,将外界空气输送到零级空气发生器中以获得零空气,零空气分别进入到气体混合器和臭氧发生器,此时,第一换向阀处于未通电状态,臭氧气体经过第一换向阀排空。具体的,通过步骤2可以获得零空气和臭氧气体,以便于步骤3和4进行在线标定。
步骤3、背景检测模式:采样泵通电,第二换向阀处于未通电状态,混合器中的零空气在采样泵的作用下以规定的流速吸入到反应腔中与反应床上的液体试剂发生化学反应以产生化学发光信号,通过光电传感器进行采样获得背景检测模式下的背景检测信号x0。具体的,由于零空气中不含有臭氧,则可以根据检测的光信号获得臭氧含量为零时的背景检测信号x0。
步骤4、标定检测模式,第一换向阀通电,臭氧气体与零空气在混合器内快速均匀混合,混合后得到标定浓度值的臭氧标准气体,并在采样泵的作用下以规定的流速进吸入到反应腔中与反应床上的液体试剂发生化学反应以产生化学发光信号,通过光电传感器进行采样获得标定检测模式下的标定检测信号x1;并根据背景检测信号x0和标定检测信号x1获得臭氧线性方程。具体的,步骤4中臭氧气体与零空气在混合器内快速均匀混合,混合气体中臭氧的浓度是可以确定的,作为臭氧标准气体进入到检测器中获得的已知臭氧浓度下的标定检测信号x1,而基于臭氧化学反应检测信号的线性特征,根据上述背景检测信号x0和标定检测信号x1获得臭氧线性方程。
步骤5、臭氧检测模式,第一换向阀断电,第二换向阀通电,在采样泵的作用下,待测气体样品通过空气采样管以规定的流速吸入到反应腔中与反应床上的液体试剂发生化学反应以产生化学发光信号,通过光电传感器进行采样获得背景检测模式下的检测信号x2。具体的,待测气体样品进入到检测器中检测获得检测信号x2。
步骤6、根据步骤4中获得的臭氧线性方程和步骤5中获得的检测信号x2,计算待测气体样品中的臭氧浓度。具体的,根据步骤4和步骤5获得数据,计算获得待测气体样品中的臭氧浓度。
本实用新型提供的臭氧检测装置,通过基于臭氧气体与专用检测试剂之间的气液相表面化学发光原理,通过反应器内部反应腔和反应床配合,使得液体试剂不会因接触外部空气而产生成分的变化,提高了检测灵敏度并提高了反应效率,从而极大的提高了检测的响应速度;另外,借助于标定组件在线产生零空气及标准浓度的臭氧气体,实现了对背景信号及对照标定信号的快速测量,而基于臭氧化学反应检测信号的线性特征,利用测量得到的背景检测信号及标准臭氧浓度气体所对应的标定检测信号,实现了对采样气体检测信号的自动在线标定,更有效的提高检测精度,并且由于无需采用外部的标定设备进行标定,大大降低了操作人员的劳动强度,通过在线标定方法的实施,解决了传统化学发光法测量臭氧气体所存在的稳定性与准确性较差的缺陷,全面提高了化学发光法测量臭氧气体方法的实用性。本实用新型臭氧检测装置将臭氧气体的在线测量与自动标定集成于一体,自动化程度高,使用方便,无需频繁标定与维护,运行成本低,同时具有响应速度快、灵敏度高、选择性好、准确性高、稳定性好等优点,可以以较高的时间分辨率实现对大气环境中低浓度臭氧气体的实时在线检测。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种臭氧检测装置,其特征在于,包括检测器、控制器、采样组件、标定组件和液路组件;所述检测器包括固定连接在一起第一盖板和第二盖板,所述第一盖板和所述第二盖板之间形成密闭的反应腔,所述反应腔中设置有反应床,所述反应床贴在所述第一盖板上,所述第一盖板上还设置有与所述反应腔连通的进气通道和出气通道,所述进气通道和所述出气通道位于所述反应床的两侧,所述第一盖板上还设置有与所述反应腔连通进液通道和出液通道,所述反应床遮盖住所述进液通道和所述出液通道的端口,所述第二盖板上位于所述反应腔的部分还开设有观察窗,所述观察窗与所述反应腔之间还设置有玻璃片,所述观察窗中设置有光电传感器;所述采样组件包括连接在一起的采样泵和第一流量计;所述标定组件包括气泵、零级空气发生器、臭氧发生器、气体混合器、第一换向阀和三通,所述气泵与所述零级空气发生器连接,所述零级空气发生器通过所述三通分别与所述气体混合器的进口和所述臭氧发生器连接,所述臭氧发生器通过所述第一换向阀与所述气体混合器的进口连接;所述液路组件包括连接在一起的试剂容器和第一蠕动泵;所述第一蠕动泵与所述进液通道连接,所述第一流量计与所述出气通道连接,所述进气通道通过第二换向阀与所述气体混合器的出口连接,所述第二换向阀上还连接有空气采样管。
2.根据权利要求1所述的臭氧检测装置,其特征在于,所述第一盖板上开设有菱形凹槽,所述菱形凹槽与所述第二盖板形成所述反应腔,所述进液通道的端口、所述出液通道的端口、所述进气通道的端口和所述出气通道的端口分别位于所述菱形凹槽的四角。
3.根据权利要求2所述的臭氧检测装置,其特征在于,所述菱形凹槽还设置有支撑板,所述支撑板上设置有若干通孔,所述反应床设置在所述支撑板上。
4.根据权利要求1所述的臭氧检测装置,其特征在于,所述出液通道连接有废液容器,所述出液通道与所述废液容器之间设置有第二蠕动泵。
5.根据权利要求1所述的臭氧检测装置,其特征在于,所述液路组件还包括清洗剂容器,所述清洗剂容器和所述试剂容器通过第三切换阀与所述第一蠕动泵连接。
6.根据权利要求1所述的臭氧检测装置,其特征在于,所述第一切换阀与所述气体混合器之间还设置有单向阀。
7.根据权利要求1所述的臭氧检测装置,其特征在于,所述臭氧发生器与所述零级空气发生器之间还设置有第二流量计。
8.根据权利要求1所述的臭氧检测装置,其特征在于,所述零级空气发生器包括依次连接在一起的过滤器、低压汞灯模块、Nafion干燥管和净化柱。
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