臭氧檢測儀原理

點擊次數：1250 發布時間：2014-11-1

1.檢測原理
    科學家們已經發現臭氧層能吸收紫外線，研究表明臭氧僅對波長253.7nm的紫外線具有zui大吸收系數，在此波長下紫外線通過臭氧會產生衰減，符合蘭波特一比爾定律:該原理已被美國等國家作為臭氧標準分析方法:該臭氧檢測儀就是采用紫外線吸收法的原理，用穩定的紫外燈光源產生紫外線，用光波過濾器過濾掉其它波長紫外光，只允許波長253.7nm通過。經過樣品光電傳感器，再經過臭氧吸收池后，到達采樣光電傳感器。通過樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號比較，再經過數學模型的計算，就能得出臭氧濃度大小。
    
    2.臭氧濃度數學計算模型
    臭氧濃度數學模型是根據Lambert and Bee:定律推出的。
    在公式（1）中，只要知道樣品電流、采樣電流和臭氧吸收池距離，即可計算出臭氧濃度大小。由于臭氧吸收池距離的限制，zui大臭氧濃度只能測到
    
    3.電路原理的實現
    
    基本電路由電源部分、紫外燈控制、紫外光線樣品檢測、紫外光線采樣檢測、對數放大器Log100、模擬輸出及顯示部分等組成。
    
    電路核心部分就是用對數放大器Log100來實現臭氧濃度數學模型，基本接線如圖1所示。Log100是集成電路的14引腳，可以對兩個電流或電壓之比進行對數運算。該放大器輸出電流動態范圍寬，可以在1nA} 1mA之間變化。輸出誤差范圍不超過0.1%。輸出公式:
    電源部分主要是產生紫外燈需要的高壓電源，同時產生電路板上需要的+15V直流電紫外燈燈控部分控制紫外燈電流在允許范圍之內，如果不能自動調節，面板上將有一個紅燈變亮，提示更換新的紫外燈。標準紫外光檢測和采樣紫外光檢測部分也是較關鍵部分，光電傳感器把紫外線的光信號轉換為電壓信號，然后經兩次運算放大器進行信號整理放大，送給Log100進行計算處理后，顯示輸出。模擬輸出0～20mA與臭氧濃度大小成線性關系。
    
    （2）紫外吸光光度法
    
    光譜分析法是指在光的作用下，通過測量物質產生的發射光、吸收光或散射光的波長和強度來進行分析的方法。在光譜分析中，依據物質對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法。
    
    該法利用臭氧對254nm波長的紫外線特征吸收的特性，依據朗伯一比爾定律測量紫外線通過臭氧的光強變化來檢測臭氧濃度。該法不但適用于檢測氣體中臭氧濃度，也可以檢測水中溶存的臭氧濃度，已被我國作為環境空氣中測定臭氧的標準方法。
    
    如圖2所示，首先將需要檢測臭氧濃度的氣體以恒定的流速導入檢測氣室，由于臭氧對254nm波長的紫外光有特征吸收，紫外光束穿過通有臭氧的臭氧檢測管路后光強產生了衰減，符合朗伯-比爾定律：
    式中，Pο為入射光束的強度；P為光束穿過通有臭氧的檢測管后的強度；L為通過臭氧的光程長度，即檢測氣室長度；c為臭氧質量濃度；k為臭氧對紫外光的吸收系數。由此即可求出氣體濃度。
    
    其中，吸光系數k是表示一種氣體對確定波長的光的吸收特征常數。臭氧對254nm光的吸光系數文獻報道值見表1。k值在標準狀況下（0℃，101.3kPa）為3.04±0.04  （以e為底）或1.32±0.02  （以10為底）。由于它隨溫度變化而改變，在其他狀態下可用氣體狀態方程式進行換算.