專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低濃度煙氣紫外分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煙氣監(jiān)測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種低濃度煙氣紫外分析儀。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的低濃度氣體在線(xiàn)檢測(cè)方法采用非分散紫外吸收光度法也有所見(jiàn)。它們都是通過(guò)紫外單色光源照射樣品氣后，樣品中的分子會(huì)吸收某些波長(zhǎng)的光；沒(méi)有被吸收的光到達(dá)檢測(cè)器。檢測(cè)器檢測(cè)到該光強(qiáng)后，產(chǎn)生交流電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大處理后，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算分析，得到氣體對(duì)應(yīng)的吸光度值。由于吸收度正比于試樣中該成分的濃度，利用獲得的吸光度的大小和光譜，并根據(jù)吸收與已知濃度的標(biāo)樣的比較，即可對(duì)待測(cè)樣品氣進(jìn)行定量精確分析。上述檢測(cè)方法的核心部件是檢測(cè)器，應(yīng)用紫外光電倍增管居多。例如申請(qǐng)?zhí)枮?00910135826. 8的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了 一種智能紫外氣體分析儀產(chǎn)品，它由紫外光源、窄帶干涉濾光片、測(cè)量氣室、參比側(cè)光電檢測(cè)器和測(cè)量側(cè)光電檢測(cè)器組成，其特征在于在紫外光源的出口處的側(cè)邊設(shè)有一可旋轉(zhuǎn)的切光輪；該發(fā)明通過(guò)部分反射鏡將入射光分成了雙光束，分別進(jìn)入測(cè)量氣室、參比室；其中，測(cè)量氣室和參比室分成兩個(gè)部件，成90度相互垂直配置，并各自分別對(duì)應(yīng)了兩個(gè)電檢測(cè)器；檢測(cè)器均為光電倍增管或光電二極管陣列。上述發(fā)明的主要不足有I)測(cè)量氣室和參比室分成兩個(gè)部件，成90度相互垂直配置，并各自分別對(duì)應(yīng)了兩個(gè)電檢測(cè)器，將使結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、龐大；2)發(fā)明方案中兩路光路，并對(duì)應(yīng)配置了兩個(gè)電檢測(cè)器，各自光路和電路中產(chǎn)生的外界影響無(wú)法避免，并且檢測(cè)器屬于二代檢測(cè)器，量子化效率、噪聲均低于固態(tài)檢測(cè)器，難以長(zhǎng)期地、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)低濃度氣體的測(cè)量。目前固態(tài)紫外探測(cè)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紫外光電倍增管已經(jīng)成為可能。光導(dǎo)型探測(cè)器和光伏型探測(cè)器是固態(tài)紫外探測(cè)器的兩種主要類(lèi)型。它們都是利用光電效應(yīng)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，再利用電場(chǎng)分開(kāi)它們而在外電路收集，從而對(duì)光進(jìn)行探測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種高精度、高可靠性的低濃度煙氣紫外分析儀，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明的低濃度煙氣紫外分析儀，包括機(jī)箱1、加熱控制單元2、輸出顯示單元3、數(shù)據(jù)采集處理單元4、供電電源5，機(jī)箱I內(nèi)設(shè)置煙氣管路，濾水過(guò)濾裝置6設(shè)置在煙氣管路進(jìn)口，煙氣管路上分別設(shè)置溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、氧傳感器7、氣態(tài)污染物檢測(cè)單元8，所述的氣態(tài)污染物檢測(cè)單元8包括紫外光源10及設(shè)置在其后的切光器11，沿光路方向布置在切光器后依次為測(cè)量氣室12、濾光器13、固態(tài)檢測(cè)器14 ;測(cè)量氣室12沿光路方向分隔分別為樣品池18、參比池19，參比池19內(nèi)封裝標(biāo)準(zhǔn)氣體，樣品池18設(shè)樣品池樣氣進(jìn)口 16和樣品池樣氣出口 17。[0010]本發(fā)明的低濃度煙氣紫外分析儀，所述的固態(tài)檢測(cè)器14包括半導(dǎo)體塊20、電極21、外電路導(dǎo)線(xiàn)22、負(fù)載23，電源24，其中，半導(dǎo)體塊20設(shè)置在濾光器13后部正對(duì)光路方向位置，電極21分別位于半導(dǎo)體塊20兩側(cè)，外電路導(dǎo)線(xiàn)22串聯(lián)負(fù)載23、電源24后分別與半導(dǎo)體塊20兩側(cè)的電極21相連接。上述技術(shù)方案中，半導(dǎo)體塊20材料為ZnO。本發(fā)明的參比池19內(nèi)封裝的標(biāo)準(zhǔn)氣體為濃度為100mg/m3的SO2或NO2 ;當(dāng)待測(cè)氣體濃度超標(biāo)時(shí)，本發(fā)明分析儀將自動(dòng)報(bào)警，判定氣體不合格。如果需要兼容各種濃度的氣體檢測(cè)，可以根據(jù)客戶(hù)要求封裝特定濃度的待測(cè)氣體在參比池內(nèi)。本發(fā)明的低濃度煙氣紫外檢測(cè)方法，包括如下步驟步驟1、向低濃度煙氣紫外分析儀中通入氮?dú)釴2,至氮?dú)釴2充滿(mǎn)樣品池18 ；步驟2、紫外光源10發(fā)出單色光，經(jīng)切光器11切光后形成兩束光；一束光依次通過(guò)樣品池18、濾光器13到達(dá)檢測(cè)傳感器14，測(cè)量獲得光的強(qiáng)度Itl ;另一束光依次通過(guò)參比池19、濾光器13到達(dá)檢測(cè)傳感器14，測(cè)量獲得光的強(qiáng)度1# ;步驟3、通過(guò)公式T參=I參/ I0，獲得通入氮?dú)釴2透射率T參；步驟4、氮?dú)釴2排出；步驟5、將待測(cè)氣體通入低濃度煙氣紫外分析儀，經(jīng)濾水過(guò)濾裝置6過(guò)濾干燥后，充滿(mǎn)樣品池18 ；步驟6、紫外光源10發(fā)出單色光，經(jīng)切光器11切光后形成兩束光；一束光依次通過(guò)樣品池18、濾光器13到達(dá)檢測(cè)傳感器14，測(cè)量獲得光的強(qiáng)度I ;步驟7、通過(guò)公式T=I/ I0,獲得通入待測(cè)氣體透射率T ；步驟8、記參比池21內(nèi)封裝標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度為C# ；步驟9、通過(guò)公式C = (logT/logT參)C參。，計(jì)算得到待測(cè)氣體濃度C。本發(fā)明的原理如下非分散紫外吸收光度法是一種新型的氣體濃度檢測(cè)方法通過(guò)非分散紫外單色光源照射樣品氣后，樣品中的分子會(huì)吸收某些波長(zhǎng)的光；沒(méi)有被吸收的光到達(dá)檢測(cè)器。檢測(cè)器檢測(cè)到該光強(qiáng)后，產(chǎn)生交流電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大處理后，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算分析，得到氣體對(duì)應(yīng)的吸光度值。由于吸收度正比于試樣中該成分的濃度，利用獲得的吸光度的大小和光譜，并根據(jù)吸收與已知濃度的標(biāo)樣的比較，即可對(duì)待測(cè)樣品氣進(jìn)行定量精確分析。本發(fā)明由于紫外探測(cè)器選用了光伏型結(jié)構(gòu)，并選擇ZnO作為半導(dǎo)體材料，因此暗電流較小，背景噪聲較低，響應(yīng)時(shí)間較快；并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以在較高溫度下工作，從而大大降低了對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、重量減輕、降低了成本。本發(fā)明是針對(duì)低濃度S02氣體或N02氣體的測(cè)量。選用的紫外半導(dǎo)體探測(cè)器，其檢測(cè)靈敏度可根據(jù)待測(cè)氣體類(lèi)型、通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)嵌高歐姆電阻來(lái)獲得。與通常所用的紫外光電倍增管只能檢測(cè)一個(gè)光信號(hào)相比較，本發(fā)明采用的紫外光導(dǎo)型探測(cè)器可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)光信號(hào)，并且在噪音、量子化效率方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的光電倍增管或微流傳感器，抗干擾能力更強(qiáng)，從而確保分析儀檢測(cè)高靈敏度、探測(cè)下限低，使靈敏度感測(cè)范圍實(shí)現(xiàn)在(Γ10 ppm。本發(fā)明利用切光器使得單一光源發(fā)出的紫外光束變?yōu)殡p光束，采用雙光束分光光度法測(cè)量，相比其他光學(xué)測(cè)量技術(shù)，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)通過(guò)參比光隨時(shí)監(jiān)測(cè)光強(qiáng)變化并對(duì)變化的影響進(jìn)行校正的作用，可自動(dòng)消除光源強(qiáng)度變化所引起的誤差，避免由于電源波動(dòng)或者光源老化引起的測(cè)量誤差，同時(shí)也消除了放大器增益變化和光學(xué)及電子學(xué)元器件對(duì)兩條光路不平衡的影響，從而使得飄移減小、基線(xiàn)平直度提高，而且不隨溫度的變化而變化，提高了儀器的穩(wěn)定性。本發(fā)明選用的紫外光，具有寬連續(xù)光譜和高分辨率；相比紅外光，電磁波長(zhǎng)較短，能量更大；可以快速通過(guò)固態(tài)檢測(cè)器獲得反映氣體濃度的電信號(hào)強(qiáng)度，因此抗干擾能力強(qiáng)，可避免和消除顆粒物、粉塵、水分、背景氣體的干擾等因素引起的測(cè)量漂移；因此，采用紫外分析技術(shù)的最大好處是抑制共模，溫漂小，具有在線(xiàn)測(cè)量穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。而新版《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定脫硫、脫硝后煙氣SO2和NO2排放限值不高于100mg/m3，NDIR非發(fā)散紅外分析技術(shù)面臨煙氣水分干擾和低濃度無(wú)法有效測(cè)量的技術(shù)瓶頸，因此無(wú)法勝任脫硝煙氣低濃度的測(cè)量要求；本發(fā)明可受益的行業(yè)有精煉、石化和化學(xué)處理、冶金生產(chǎn)、硬化熱處理、天然氣生產(chǎn)和分配，易燃混合氣體的測(cè)量、生物技術(shù)、垃圾填埋處理、鍋爐煙道氣體分析、電廠、過(guò)程熔爐和焚化爐、各地CEMS集成商和環(huán)監(jiān)站等。本發(fā)明除了適合于S02低濃度煙氣的測(cè)量，也可應(yīng)用于對(duì)低濃度N02等煙氣的檢測(cè)。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例煙氣分析儀的結(jié)構(gòu)布局圖。圖2為本發(fā)明氣態(tài)污染物檢測(cè)單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明氣態(tài)污染物檢測(cè)單元雙路布置結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為固態(tài)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖(箭頭所示為紫外光源10光束入射方向)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 :圖1為本發(fā)明實(shí)施例煙氣分析儀的結(jié)構(gòu)布局圖，如圖所示，包括機(jī)箱1、加熱控制單元2、輸出顯示單元3、數(shù)據(jù)采集處理單元4、供電電源5，機(jī)箱I內(nèi)設(shè)置煙氣管路，濾水過(guò)濾裝置6設(shè)置在煙氣管路進(jìn)口，煙氣管路上分別設(shè)置溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、氧傳感器7、氣態(tài)污染物檢測(cè)單元8，本實(shí)施例的氣態(tài)污染物檢測(cè)單元8，氣態(tài)污染物檢測(cè)單元8包括紫外光源10及設(shè)置在其后的切光器11，沿光路方向布置在切光器后依次為測(cè)量氣室12、濾光器13、固態(tài)檢測(cè)器14 ;測(cè)量氣室12沿光路方向分隔分別為樣品池18、參比池19，參比池19內(nèi)封裝標(biāo)準(zhǔn)氣體，樣品池18設(shè)樣品池樣氣進(jìn)口 16和樣品池樣氣出口 17。切光器11調(diào)制紫外光源10發(fā)出的光束形成兩束單色光，一束進(jìn)入樣品池18，另一束進(jìn)入?yún)⒈瘸?9，兩束單色光交替照射。上述技術(shù)方案中，固態(tài)檢測(cè)器14可以?xún)?yōu)選半導(dǎo)體光伏型紫外探測(cè)器，固態(tài)檢測(cè)器14包括半導(dǎo)體塊20、電極21、外電路導(dǎo)線(xiàn)22、負(fù)載23，電源24，其中，半導(dǎo)體塊20設(shè)置在濾光器13后部正對(duì)光路方向位置，電極21分別位于半導(dǎo)體塊20兩側(cè)，外電路導(dǎo)線(xiàn)22串聯(lián)負(fù)載23、電源24后分別與半導(dǎo)體塊20兩側(cè)的電極21相連接。探測(cè)器檢測(cè)靈敏度可根據(jù)待測(cè)氣體類(lèi)型、通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)嵌高歐姆電阻來(lái)獲得，以滿(mǎn)足不同的低濃度檢測(cè)要求；可調(diào)電阻值為12ΜΩ ---450ΜΩ ；上述技術(shù)方案中，半導(dǎo)體塊20材料優(yōu)選為ZnO。[0037]本發(fā)明的參比池19內(nèi)封裝的標(biāo)準(zhǔn)氣體為濃度為100mg/m3的SO2或NO2 ；當(dāng)待測(cè)氣體濃度超標(biāo)時(shí)，本發(fā)明分析儀將自動(dòng)報(bào)警，判定氣體不合格。如果需要兼容各種濃度的氣體檢測(cè)，可以根據(jù)客戶(hù)要求封裝特定濃度的待測(cè)氣體在參比池內(nèi)。實(shí)施例2 如圖2所示，為提高煙氣分析儀的利用效率，氣態(tài)污染物檢測(cè)單元8平行設(shè)置兩個(gè)，可同時(shí)針對(duì)不同污染物進(jìn)行測(cè)量，只需要在參比池19中封裝不同的標(biāo)準(zhǔn)氣體并選擇想對(duì)應(yīng)的固態(tài)檢測(cè)器即可。例如固態(tài)檢測(cè)器14為SO2固態(tài)檢測(cè)器，還可以再增加一路NO2固態(tài)檢測(cè)器15，兩組固態(tài)檢測(cè)器分別為測(cè)量量程在(Tl0(T3000 mg/m3 (雙量程)的SO2光導(dǎo)型紫外探測(cè)器和0 50 3000 mg/m3 (雙量程)的NO2光導(dǎo)型紫外探測(cè)器；·實(shí)施例3:將SO2或NO2氣體分別與氮?dú)釴2 (N2吸收峰較少或不干擾待測(cè)氣體測(cè)定)配制成相同濃度Cstj2ig =Cito2#=100π^/πι3的標(biāo)準(zhǔn)氣體；然后分別封裝在對(duì)應(yīng)氣體的光路中參比池19內(nèi)。每個(gè)參比池封裝一種與待測(cè)氣體相同的標(biāo)準(zhǔn)氣體。本發(fā)明的低濃度煙氣紫外檢測(cè)方法，包括如下步驟步驟1、向低濃度煙氣紫外分析儀中通入氮?dú)釴2,至氮?dú)釴2充滿(mǎn)樣品池18 ；步驟2、紫外光源10發(fā)出單色光，經(jīng)切光器11切光后形成兩束光；一束光依次通過(guò)樣品池18、濾光器13到達(dá)檢測(cè)傳感器14，測(cè)量獲得光的強(qiáng)度Itl ;另一束光依次通過(guò)參比池19、濾光器13到達(dá)檢測(cè)傳感器14，測(cè)量獲得光的強(qiáng)度1# ;步驟3、通過(guò)公式T參=I參/ I0，獲得通入氮?dú)釴2透射率T參；步驟4、氮?dú)釴2排出；步驟5、將待測(cè)氣體通入低濃度煙氣紫外分析儀，經(jīng)濾水過(guò)濾裝置6過(guò)濾干燥后，充滿(mǎn)樣品池18 ；步驟6、紫外光源10發(fā)出單色光，經(jīng)切光器11切光后形成兩束光；一束光依次通過(guò)樣品池18、濾光器13到達(dá)檢測(cè)傳感器14，測(cè)量獲得光的強(qiáng)度I ;步驟7、通過(guò)公式T=I/ I0,獲得通入待測(cè)氣體透射率T ；步驟8、記參比池21內(nèi)封裝標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度為C# ；步驟9、通過(guò)公式C = (logT/logT參)C參。，計(jì)算得到待測(cè)氣體濃度C。再通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理單元4和輸出顯示單元3，即可輸出待測(cè)氣體NO或CO的濃度值。在進(jìn)行上述測(cè)量步驟的同時(shí)，通過(guò)煙氣多參數(shù)測(cè)量腔9中的濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，預(yù)先測(cè)得濕度、溫度和壓力三個(gè)參數(shù)，得到待測(cè)氣體的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，從而獲得標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件。
權(quán)利要求1.一種低濃度煙氣紫外分析儀，包括機(jī)箱(I)、加熱控制單元(2)、輸出顯示單元(3)、數(shù)據(jù)采集處理單元(4)、供電電源(5)，機(jī)箱(I)內(nèi)設(shè)置煙氣管路，濾水過(guò)濾裝置(6)設(shè)置在煙氣管路進(jìn)口，煙氣管路上分別設(shè)置溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、氧傳感器(7)、氣態(tài)污染物檢測(cè)單元(8)，其特征在于所述的氣態(tài)污染物檢測(cè)單元(8)包括紫外光源(10)及設(shè)置在其后的切光器(11)，沿光路方向布置在切光器后依次為測(cè)量氣室(12)、濾光器(13)、固態(tài)檢測(cè)器(14);測(cè)量氣室(12)沿光路方向分隔分別為樣品池(18)、參比池(19)，參比池(19 )內(nèi)封裝標(biāo)準(zhǔn)氣體，樣品池(18 )設(shè)樣品池樣氣進(jìn)口( 16 )和樣品池樣氣出口( 17 )，參比池(19)內(nèi)封裝的標(biāo)準(zhǔn)氣體為濃度為100mg/m3的SO2或勵(lì)2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低濃度煙氣紫外分析儀，其特征在于所述的固態(tài)檢測(cè)器(14)包括半導(dǎo)體塊(20)、電極(21)、外電路導(dǎo)線(xiàn)(22)、負(fù)載(23)，電源(24)，其中，半導(dǎo)體塊(20)設(shè)置在濾光器(13)后部正對(duì)光路方向位置，電極(21)分別位于半導(dǎo)體塊(20)兩側(cè)，外電路導(dǎo)線(xiàn)(22)串聯(lián)負(fù)載(23)、電源(24)后分別與半導(dǎo)體塊(20)兩側(cè)的電極(21)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低濃度煙氣紫外分析儀，其特征在于所述的半導(dǎo)體塊(20)材料為ZnO。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬是一種低濃度煙氣紫外分析儀，提供一種高精度、高可靠性的低濃度煙氣分析儀，本實(shí)用新型的氣態(tài)污染物檢測(cè)單元8包括紫外光源10及設(shè)置在其后的切光器11，沿光路方向布置在切光器后依次為測(cè)量氣室12、濾光器13、固態(tài)檢測(cè)器14；測(cè)量氣室12沿光路方向分隔分別為樣品池18、參比池19，參比池19內(nèi)封裝標(biāo)準(zhǔn)氣體，樣品池18設(shè)樣品池樣氣進(jìn)口16和樣品池樣氣出口17，以進(jìn)行煙氣的高精度測(cè)量，本實(shí)用新型采用的紫外光導(dǎo)型探測(cè)器可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)光信號(hào)，并且在噪音、量子化效率方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的光電倍增管或微流傳感器，本實(shí)用新型除了適合于SO2低濃度煙氣的測(cè)量，也可應(yīng)用于對(duì)低濃度NO2等煙氣的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/33GK202837176SQ201220414769
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者劉德允, 范黎鋒, 陳瑩, 陳清, 孫明偉, 董拯, 吳忠 申請(qǐng)人:南京埃森環(huán)境技術(shù)有限公司