專利名稱：臭氧濃度測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種指示空氣中臭氧濃度的測量裝置，尤其是采用光學(xué)吸收原理測量臭氧濃度的儀器。
背景技術(shù)：
目前，公知的臭氧濃度測量儀是基于用電化學(xué)原理測量臭氧的濃度將含臭氧的空氣(臭氧濃度≥1ppb)通入標(biāo)定濃度的碘化鉀溶液中，其反應(yīng)為
反應(yīng)生成的碘分子數(shù)量與臭氧的含量成正比。在溶液中加入正(鉑)負(fù)(銀)電極和一個外電勢后，回路中的電流正比于碘分子數(shù)。所以由測得的電流，可以得到臭氧的濃度含量。這種電化學(xué)方法測量臭氧的濃度困難之處是需要專門的化學(xué)工作者來操作，并不時更換標(biāo)定濃度的碘化鉀溶液，不能連續(xù)測量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服電化學(xué)方法測量臭氧濃度的不便，本發(fā)明提供了一種采用光學(xué)吸收原理測量臭氧濃度的儀器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)原理是光學(xué)吸收測量原理(比爾定律I＝I0e-ACl)。技術(shù)原理是選擇最大的A和較大的l，即要選擇一種單色光源，其波長剛好位于臭氧分子的吸收峰值，且遠(yuǎn)離其它空氣分子的吸收峰。根據(jù)本發(fā)明人的實驗結(jié)論和查閱有關(guān)資料，汞燈的253.7nm的紫外光，剛好就在臭氧分子的吸收峰值A(chǔ)最大(參見物理雜志1996.11期本發(fā)明人的文章“253.7nm紫外光光解臭氧的實踐”)。詳細(xì)敘述如下光學(xué)吸收測量原理是光的吸收原理。它的表示公式是朗伯定律∫I0IdII=-α0∫0ldx]]>光在同一吸收物質(zhì)內(nèi)通過同一距離時，到達(dá)該處的光能量中將有同樣百分比的光能量被該層物質(zhì)所吸收?？啥xα為吸收系數(shù)。對于給定的波長光，吸收系數(shù)α可以認(rèn)為是不變的。上式積分后可得I=I0e-α0l]]>物質(zhì)的厚度l以等差級數(shù)增加時，光的強(qiáng)度以等比級數(shù)減弱。物質(zhì)的厚度l等于1/α?xí)r的薄層時，I＝I0/e，可使光強(qiáng)減少到e分之一。實驗證明，這個規(guī)律在光強(qiáng)變化非常大時(102)，都是正確的(參見姚啟鈞，光學(xué)教程P410頁)。實驗又表明在稀溶液中(空氣中的臭氧類似稀溶液的溶質(zhì))，溶液的吸收系數(shù)與溶液的濃度C有關(guān)，即α0＝AC。式中A是與濃度無關(guān)的常數(shù)，A＝f(λ)，它表征吸收物質(zhì)的特性。因此上式又表示為I＝I0e-ACl上式又稱為比爾定律。該定律僅在物質(zhì)分子的吸收本領(lǐng)不受四周臨近分子的影響時才正確。由比爾定律I＝I0e-ACl可知，在l一定時，其光強(qiáng)只與AC有關(guān)。A是波長的函數(shù)。選擇合適的波長λo，Amax＝f(λo)，才能有最大的Amax，光強(qiáng)I變化才最明顯，以便于精確測量。同樣，A一定時，要選擇比較大的l，光強(qiáng)I變化才最明顯，便于精確測量。
考查在正常的情況下，空氣中氧氣含量占21％，氮?dú)夂空?8.9％。只有0.1％為惰性氣體和二氧化碳?xì)怏w。根據(jù)有關(guān)資料和本人的多次實驗均證明，253.7nm的紫外光遠(yuǎn)離上述這些氣體的吸收峰。這些氣體與臭氧相比，吸收峰值小兩個數(shù)量級以上。因此選擇波長為253.7nm的紫外光既遠(yuǎn)離了其他分子的吸收峰，又得到了最大的吸收系數(shù)A，比爾定律成立。
由比爾定律I＝I0e-ACl可知，最大的吸收系數(shù)A確定后，便要選擇較長的光程l，以利于測量光強(qiáng)的變化。為了得到較長的光程l，本發(fā)明人設(shè)計了反射標(biāo)準(zhǔn)具(10)。反射標(biāo)準(zhǔn)具類似光學(xué)中的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，是由兩塊平行放置的高反射鏡組成。假設(shè)兩塊平行放置的高反射鏡為左右放置，在左邊高反射鏡的左上角和右邊高反射鏡的右下腳留有透紫外窗口。一束平行的紫外光以很小的入射角由左上角進(jìn)入反射標(biāo)準(zhǔn)具后，在反射標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)部多次來回反射，獲得較長的光程l后，由右下腳射出。假定較長的光程l全部在含臭氧的氣體中，由比爾定律I＝I0e-ACl，當(dāng)入射光強(qiáng)I0(253.7nm)，吸收系數(shù)A和氣溶液的光程l相對較大時，可以精確測量透射光強(qiáng)，便可以得出空氣(溶液)的臭氧濃度。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案由光學(xué)和電學(xué)兩部分構(gòu)成光學(xué)部分見圖1由依次排序同軸安裝的反射鏡(1)、紫外光源(2)、透紫外透鏡(3)、可調(diào)狹縫(4)、裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)、在臭氧容器內(nèi)部安裝反射標(biāo)準(zhǔn)具(10)、光快門(6)和光電管(7)光學(xué)連接構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)。在由起點反射鏡(1)到終點光電管(7)的受光窗口的光路中，紫外光源(2)位于反射鏡(1)的球心處，且在紫外透鏡(3)的物方焦平面處安裝。經(jīng)紫外透鏡(3)射出后為一束紫外平行光。可調(diào)狹縫(4)位于紫外透鏡(3)和裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)之間。裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)是立方體狀氣密式空腔體，立方體狀空腔體的兩側(cè)裝有透紫外窗口，另外兩側(cè)裝有一個進(jìn)氣口和一個出氣口。在立方體狀氣密式空腔體內(nèi)部安裝反射標(biāo)準(zhǔn)具(10)。反射標(biāo)準(zhǔn)具類似光學(xué)中的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，是由兩塊平行放置的高反射鏡組成。假設(shè)兩塊平行放置的高反射鏡為左右放置，在左邊高反射鏡的左上角和右邊高反射鏡的右下腳留有透紫外窗口。一束平行的紫外光以小的入射角由左上角進(jìn)入反射標(biāo)準(zhǔn)具后，在反射標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)部多次來回反射，獲得較長的光程l后，由右下腳射出。使用時，選擇光束與反射標(biāo)準(zhǔn)具法線的夾角，可選擇不同的光程l，從而選擇不同的測量靈敏度。左邊高反射鏡的左上角的透紫外窗口在紫外光源、紫外透鏡、可調(diào)狹縫的光軸上。透過可調(diào)狹縫的細(xì)細(xì)一束紫外平行光在反射標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)部多次反射后，由右邊高反射鏡的右下腳的透紫外窗口射出。這束紫外平行光穿過裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)后，到達(dá)光快門(6)上。光快門(6)采用觸動式快門裝置。工作時打開光快門(6)紫外平行光到達(dá)光電管(7)上。此時光電管(7)產(chǎn)生反映與臭氧濃度成反比的光電流。電學(xué)部分見圖2由依次排序安裝的光電管(7)、電流智能處理裝置(8)和顯示裝置(9)電連接組成儀器的電學(xué)部分。光電管(7)電流輸出端接電流智能處理裝置(8)的輸入端。電流智能處理裝置(8)的輸出端接顯示裝置(9)的輸入端。顯示裝置(9)的輸出端顯示出此時的臭氧濃度值。電子鎮(zhèn)流器提供253.7nm紫外光源(2)的恒流恒壓供電。小氣泵把含有臭氧的空氣樣品按恒流方式送入裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)中。支持電源供給光電管(7)、電流智能處理裝置(8)和顯示裝置(9)等元件的用電要求。


圖1是本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)圖圖1中1.反射鏡，2.紫外光源，3.可調(diào)狹縫，4.紫外透鏡，5.裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器，10.反射標(biāo)準(zhǔn)具，6.光快門，7.光電管。由依次排序同軸安裝的反射鏡(1)、紫外光源(2)、紫外透鏡(3)、可調(diào)狹縫(4)、裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)、在臭氧容器內(nèi)部安裝反射標(biāo)準(zhǔn)具(10)、光快門(6)、光電管(7)光學(xué)連接構(gòu)成儀器的光學(xué)系統(tǒng)部分。圖2是本發(fā)明的電路連接圖圖2中7.光電管，8.電流智能處理裝置，9.顯示裝置。由依次排序安裝的光電管(7)、電流智能處理裝置(8)和顯示裝置(9)電連接組成儀器的電學(xué)部分。
具體實施例方式在圖1光學(xué)系統(tǒng)圖中，由依次排序同軸安裝的反射鏡(1)、253.7nm紫外光源(2)、紫外透鏡(3)、可調(diào)狹縫(4)、裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)、在臭氧容器內(nèi)部安裝反射標(biāo)準(zhǔn)具(10)、光快門(6)、光電管(7)光學(xué)連接構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)。在由起點反射鏡(1)到終點光電管(7)的受光窗口的光路中，253.7nm紫外光源(2)采用點狀或棒狀汞燈光源；，且位于反射鏡(1)的球心處或柱心處。反射鏡(1)根據(jù)紫外光源(2)的形狀相應(yīng)采用球面反射鏡或柱面反射鏡。253.7nm紫外光源(2)在紫外透鏡(3)f＝50mm的物方焦平面處安裝。由紫外透鏡(3)射出后為一束紫外平行光?？烧{(diào)狹縫(4)取0.1-3mm，在紫外透鏡(3)和裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)之間安裝。紫外平行光通過可調(diào)狹縫(4)后，變成細(xì)細(xì)的一束紫外平行光。裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)是立方體狀氣密式空腔體，立方體狀空腔體的兩側(cè)裝有透紫外窗口，另外兩側(cè)裝有一個進(jìn)氣口和一個出氣口。在立方狀氣密式空腔體內(nèi)部安裝反射標(biāo)準(zhǔn)具(10)。反射標(biāo)準(zhǔn)具類似光學(xué)中的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，是由兩塊平行放置的高反射鏡組成。假設(shè)兩塊平行放置的高反射鏡為左右放置，在左邊高反射鏡的左上角和右邊高反射鏡的右下腳留有透紫外窗口。一束平行的紫外光以小的入射角由左上角進(jìn)入反射標(biāo)準(zhǔn)具后，在反射標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)部多次來回反射，獲得較長的光程l后，由右下腳射出。兩塊平行放置的高反射鏡之間的距離取20CM，高反射鏡高度取10CM。反射標(biāo)準(zhǔn)具法線與光束的夾角，由臭氧容器(5)外部的轉(zhuǎn)柄調(diào)整。使用時，選擇光束與反射標(biāo)準(zhǔn)具法線的夾角為1°，反射次數(shù)可達(dá)30次，光程l可達(dá)6M。左邊高反射鏡的左上角的透紫外窗口在紫外光源、紫外透鏡、可調(diào)狹縫的光軸上。透過可調(diào)狹縫的細(xì)細(xì)一束紫外平行光在反射標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)部多次(30次)反射后，由右邊高反射鏡的右下腳的透紫外窗口射出。這束紫外平行光穿過裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)后，到達(dá)光快門(6)上。光快門(6)采用觸動式快門裝置。工作時打開光快門(6)紫外平行光到達(dá)光電管(7)上，同時聯(lián)動開關(guān)給光電管(7)加上電源，產(chǎn)生光電流。即紫外平行光透過光電管的受光窗口，到達(dá)光電管(7)內(nèi)部的電極上，產(chǎn)生反映與臭氧濃度成反比的光電流。光電管(7)采用紫外專用光電管。在圖2電學(xué)部分中，由依次排序安裝的光電管(7)、電流智能處理裝置(8)和顯示裝置(9)電連接組成儀器的電學(xué)部分。光電管(7)電流輸出端接電流智能處理裝置(8)的輸入端。電流智能處理裝置(8)的輸出端接顯示裝置(9)的輸入端。顯示裝置(9)的輸出端顯示出此時的臭氧濃度值。光電管(7)產(chǎn)生反映與臭氧濃度成反比的光電流。光電管(7)的光電流經(jīng)過電流智能處理裝置(8)處理后，顯示裝置(9)的輸出端顯示出此時的臭氧濃度值。電子鎮(zhèn)流器提供253.7nm紫外光源(2)的恒流恒壓供電。小氣泵把含有臭氧的待測空氣樣品按恒流方式送入裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)中。支持電源供給光電管(7)、電流智能處理裝置(8)和顯示裝置(9)等元件的用電要求。上述光學(xué)、電學(xué)元件固定在儀器箱體中。
本發(fā)明的有益效果是不用配備專用試劑，儀器操作人員可以是非化學(xué)專業(yè)人員，操作簡單，可以連續(xù)測量。本發(fā)明的有益效果還有儀器制造成本低，使用費(fèi)用少，儀器維護(hù)費(fèi)用少，便于攜帶的優(yōu)點，歡迎有關(guān)廠家選用。
權(quán)利要求
1.一種用光學(xué)吸收法測量空氣中臭氧濃度的裝置，該裝置由光學(xué)和電學(xué)兩部分構(gòu)成，其中光學(xué)部分由依次排序同軸安裝的反射鏡(1)、紫外光源(2)、透紫外透鏡(3)、可調(diào)狹縫(4)、裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)、在臭氧容器內(nèi)部安裝反射標(biāo)準(zhǔn)具(10)、光快門(6)和光電管(7)光學(xué)連接構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)；其特征是在由起點反射鏡(1)到終點光電管(7)的受光窗口的光路中，紫外光源(2)位于反射鏡(1)的球心處，且在紫外透鏡(3)的物方焦平面處安裝；可調(diào)狹縫(4)位于紫外透鏡(3)和裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)之間；在立方體狀氣密式空腔體內(nèi)部安裝反射標(biāo)準(zhǔn)具(10)；光快門(6)在裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)和光電管(7)之間安裝。光快門(6)采用觸動式快門裝置；電學(xué)部分見圖2由依次排序安裝的光電管(7)、電流智能處理裝置(8)和顯示裝置(9)電連接組成儀器的電學(xué)部分；其特征是光電管(7)電流輸出端接電流智能處理裝置(8)的輸入端；電流智能處理裝置(8)的輸出端接顯示裝置(9)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量臭氧濃度的裝置，其特征是裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)是立方體狀氣密式空腔體，立方體狀空腔體的兩側(cè)裝有透紫外窗口，另外兩側(cè)裝有一個進(jìn)氣口和一個出氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量臭氧濃度的裝置，其特征是反射標(biāo)準(zhǔn)具是由兩塊平行放置的高反射鏡組成；兩塊平行放置的高反射鏡為左右放置，在左邊高反射鏡的左上角和右邊高反射鏡的右下腳留有透紫外窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量臭氧濃度的裝置，其特征是該裝置中的紫外光源采用253.7nm低壓汞燈光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量臭氧濃度的裝置，其特征是該裝置的紫外光源(2)采用點狀或線狀汞燈光源，且位于反射鏡(1)的球心處或柱心處；相應(yīng)反射鏡(1)根據(jù)紫外光源(2)的形狀采用球面反射鏡或柱面反射鏡。
全文摘要
一種指示空氣中臭氧濃度的測量裝置，尤其是采用光學(xué)吸收原理測量臭氧濃度的儀器。它所采用的技術(shù)方案由光學(xué)和電學(xué)兩部分構(gòu)成光學(xué)部分見圖1由依次排序同軸安裝的反射鏡(1)、紫外光源(2)、透紫外透鏡(3)、可調(diào)狹縫(4)、裝有透紫外窗口和進(jìn)出氣口的氣密性臭氧容器(5)、在臭氧容器內(nèi)部安裝反射標(biāo)準(zhǔn)具(10)、光快門(6)和光電管(7)光學(xué)連接構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)。電學(xué)部分由依次排序安裝的光電管、電流智能處理裝置和顯示裝置電連接組成儀器的電學(xué)部分。本發(fā)明的有益效果是不用配備專用試劑，儀器操作人員可以是非化學(xué)專業(yè)人員，操作簡單，可以連續(xù)測量。本發(fā)明的有益效果還有儀器制造成本低，使用費(fèi)用少，儀器維護(hù)費(fèi)用少，便于攜帶的優(yōu)點，歡迎有關(guān)廠家選用。
文檔編號G01N21/33GK1920533SQ20051009674
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者南引明 申請人:南引明