專利名稱：基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣體分析裝置，尤其是涉及一種用于測量氣體中二氧化硫的 濃度的基于紫外吸收法二氧化硫分析儀。
背景技術(shù)：
二氧化硫是一種重要的環(huán)境污染氣體，已經(jīng)被列為常規(guī)測量項(xiàng)目，并作為環(huán)境統(tǒng) 計申報內(nèi)容之一。準(zhǔn)確、快速的檢測二氧化硫的濃度在環(huán)境保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境預(yù)警、污染 源控制、評價煙氣脫硫裝置性能中有著重要作用。但由于當(dāng)前二氧化硫分析儀普通存在著交叉干擾、測量時間長和測量精度較差等 缺點(diǎn)，不能很好的滿足在線監(jiān)測的需要。非分散紅外吸收法測量二氧化硫成本低較，但測 量精度不高，只適合測量高濃度的二氧化硫；紫外熒光法測量二氧化硫成本很高，測量范圍 小，不能廣泛應(yīng)用；而實(shí)驗(yàn)室化學(xué)方法測量二氧化硫時間長，不能用于在線監(jiān)測，不能快速 反應(yīng)當(dāng)前排放的二氧化硫情況。
發(fā)明內(nèi)容針對以上提出的問題，本實(shí)用新型目的在于提供一種測量準(zhǔn)確、測量范圍大、測量 時間短的二氧化硫在線分析儀。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的，一種基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析 儀，包括紫外發(fā)光二極管、吸收池、光譜儀和連接在光譜儀上的計算機(jī)，所述吸收池兩側(cè)分 別設(shè)置有相對應(yīng)并通透紫外光線的射入窗口和射出窗口，吸收池上還設(shè)置有進(jìn)氣口和排氣 口 ；所述紫外發(fā)光二極管和吸收池的射入窗口之間連接有一將紫外發(fā)光二極管發(fā)射的紫外 光從射入窗口導(dǎo)入吸收池的入射光纖，該入射光纖的兩端分別設(shè)置有一個準(zhǔn)直器；所述吸 收池的射出窗口和光譜儀之間連接有一將射出窗口射出的紫外光導(dǎo)射向光譜儀中的紫外 感光元件的出射光纖，該出射光纖的兩端也分別設(shè)置有一個準(zhǔn)直器；其中，射入窗口和射出 窗口與透射過的紫外光路之間的夾角射入窗口和射出窗口與透射過的紫外光路之間的夾 角是接近直角的銳角或鈍角。紫外發(fā)光二極管優(yōu)選能發(fā)出波長范圍是290-320nm的連接紫外光的紫外發(fā)光二極管。作為一種優(yōu)選方式，所述光纖的光譜范圍是200-1 lOOnm，纖芯直徑是900um。作為一種優(yōu)選方式，所述光譜儀的測量范圍是200-340nm，光柵刻痕密度是 ZdOOmnr1，分辨率是 0. 29nm。作為一種優(yōu)選方式，所述紫外感光元件是線性CCD陣列，共3648像素，每個像素是 8um 寬，200um 長。作為一種優(yōu)選方式，所述吸收池的射入窗口和射出窗口是石英材料，吸收池側(cè)面 直徑是22mm，長度是102. 5mm,通光范圍是200_2700nm。其中，射入窗口和射出窗口與透射過的紫外光路之間的夾角射入窗口和射出窗口與透射過的紫外光路之間的夾角優(yōu)選75度至85度或95度至105度?；谧贤獍l(fā)光二極管的二氧化硫分析方法，其分析步驟為一、檢測SO2氣體的峰值波長和峰谷波長(1)、先從吸收池的進(jìn)氣口向吸收池充入N2氣；(2)、而后打開紫外發(fā)光二極管，此時紫外光經(jīng)準(zhǔn)直器變成平行光后由入射光纖導(dǎo) 向吸收池，紫外光由入射光纖另一端的準(zhǔn)直器射出由射入窗口進(jìn)入吸收池；(3)、紫外光經(jīng)吸收池內(nèi)的N2氣吸收后由射出窗口經(jīng)準(zhǔn)直器由出射光纖導(dǎo)向光譜 儀，紫外光由出射光纖另一端的準(zhǔn)直器射入光譜儀；(4)、紫外光在光譜儀內(nèi)部經(jīng)準(zhǔn)直、焦距、衍射后照射到紫外感光元件上，調(diào)節(jié)紫外 發(fā)光二極管的發(fā)射290-320nm波長的紫外光，并記錄各波長的吸收截面作為空白對比數(shù)據(jù) 送給計算機(jī)，從吸收池的出氣口向外排出N2氣；(5)、再從吸收池的進(jìn)氣口向吸收池充入500ppm的SO2標(biāo)準(zhǔn)氣體；(6)、而后打開紫外發(fā)光二極管，此時紫外光經(jīng)準(zhǔn)直器變成平行光后由入射光纖導(dǎo) 向吸收池，紫外光由入射光纖另一端的準(zhǔn)直器射出由射入窗口進(jìn)入吸收池；(7)、紫外光經(jīng)吸收池內(nèi)的SO2氣體吸收衰減后由射出窗口經(jīng)準(zhǔn)直器由出射光纖導(dǎo) 向光譜儀，紫外光由出射光纖另一端的準(zhǔn)直器射入光譜儀；(8)、紫外光在光譜儀內(nèi)部經(jīng)準(zhǔn)直、焦距、衍射后照射到紫外感光元件上，調(diào)節(jié)紫外 發(fā)光二極管的發(fā)射290-320nm波長的紫外光，并記錄各波長的吸收截面，作為SO2標(biāo)準(zhǔn)氣體 的數(shù)據(jù)送給計算機(jī)，從吸收池的出氣口向外排出SO2氣；(9)、計算機(jī)通過SO2標(biāo)準(zhǔn)氣體的數(shù)據(jù)和空白對比數(shù)據(jù)計算出吸收截面最大值的發(fā) 射波長計為X1，這個波長稱為峰值波長，附近最小吸收截面的發(fā)射波長計為λ 2，這個波長 稱為峰谷波長；二、進(jìn)行SO2氣體濃度的檢測(10)、先從吸收池的進(jìn)氣口向吸收池充入待測SO2氣體；(11)、而后打開紫外發(fā)光二極管，此時紫外光經(jīng)準(zhǔn)直器變成平行光后由入射光纖 導(dǎo)向吸收池，紫外光由入射光纖另一端的準(zhǔn)直器射出由射入窗口進(jìn)入吸收池；(12)、紫外光經(jīng)吸收池內(nèi)的SO2氣體吸收衰減后由射出窗口經(jīng)準(zhǔn)直器由出射光纖 導(dǎo)向光譜儀，紫外光由出射光纖另一端的準(zhǔn)直器射入光譜儀；(13)、紫外光在光譜儀內(nèi)部經(jīng)準(zhǔn)直、焦距、衍射后照射到紫外感光元件上，調(diào)節(jié)紫 外發(fā)光二極管的發(fā)射波長，并檢測峰值波長X1和峰谷波長λ 2的紫外光經(jīng)吸收池內(nèi)待測 SO2氣體吸收衰減后的峰值波長和峰谷波長處的吸收截面計為σ (X1)和σ (λ2)并傳輸給 計算機(jī)；
(14)、與光譜儀相連接的計算機(jī)通過以下公式計算待測SO2氣體的濃度
In
R-T
c =
PW 其中，C是二氧化硫濃度；R是常數(shù)=8.314J/molK;T是開爾文溫度；P是壓強(qiáng)，單 位為帕；Na是阿伏加德羅常數(shù)=6. 022*1023mor1 ； λ工和λ 2分別是峰值波長和峰谷波長；σ (X1)和σ (λ2)分別是峰值波長和峰谷波長處的吸收截面；L是光程。經(jīng)檢測SO2氣體的峰值波長λ工為300. 09nm,峰谷波長λ 2為301. 47nm。在水處理系統(tǒng)中，使用本實(shí)用新型，可以迅速開啟、關(guān)閉和在不同的分析方法之間 轉(zhuǎn)換.它通過取液泵將樣品從樣品罐泵入進(jìn)樣閥，同時將試劑泵入系統(tǒng)，樣品進(jìn)入一個或 多個進(jìn)樣閥的樣品環(huán)，進(jìn)樣閥通過轉(zhuǎn)換用載液將樣品環(huán)的樣品帶入管路系統(tǒng)，樣品和試劑 在螺旋式反應(yīng)盤管中相遇，在層流條件下樣品在狹窄的螺旋式反應(yīng)盤管中得以混合，由計 算機(jī)軟件控制全自動完成每一個樣品的整個分析過程，消除了樣品的交叉污染，也避免了 人為的誤差。從而提高整個水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的效率和降低成本。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為利用本實(shí)用新型檢測不同濃度二氧化硫的測量數(shù)據(jù)列表。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例并對照附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，一種基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀，包括紫外發(fā)光二極管 1、吸收池3、光譜儀5和通過USB連接光譜儀5的計算機(jī)6，所述吸收池3兩側(cè)分別設(shè)置有 相對應(yīng)并通透紫外光線的射入窗口 304和射出窗口 302，吸收池3上還設(shè)置有進(jìn)氣口 301和 排氣口 303 ；所述紫外發(fā)光二極管1和吸收池3的射入窗口 304之間連接有一將紫外發(fā)光 二極管1發(fā)射的紫外光從射入窗口 304導(dǎo)入吸收池3的入射光纖2，該入射光纖2的兩端分 別設(shè)置有一個準(zhǔn)直器201和202 ；所述吸收池3的射出窗口 302和光譜儀5之間連接有一 將射出窗口 302射出的紫外光導(dǎo)射向光譜儀5中的線性CCD陣列501的出射光纖4，該出射 光纖4的兩端也分別設(shè)置有一個準(zhǔn)直器401和402 ；其中，射入窗口 304和射出窗口 302與 透射過的紫外光路之間的夾角者為85度。其中，紫外發(fā)光二極管1能發(fā)出的波長范圍是290-320nm ；入射光纖2和出射光纖 4的光譜范圍是200-1 lOOnm，纖芯直徑是900um ；光譜儀5的測量范圍是200-340nm，光柵刻 痕密度是2400mm S分辨率是0. 29nm ；線性CXD陣列501上共有3648像素，每個像素是8um 寬，200um長；吸收池3的射入窗口 304和射出窗口 302是石英材料，吸收池3的側(cè)面直徑 是22mm，長度是102. 5mm,通光范圍是200_2700nm。基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析方法，其分析步驟為一、檢測SO2氣體的峰值波長和峰谷波長(1)、先從吸收池3的進(jìn)氣口 301向吸收池3充入N2氣；(2)、而后打開紫外發(fā)光二極管1，此時紫外光經(jīng)準(zhǔn)直器201變成平行光后由入射 光纖2導(dǎo)向吸收池3，紫外光由入射光纖2另一端的準(zhǔn)直器202射出由射入窗口 304進(jìn)入吸 收池3 ；(3)、紫外光經(jīng)吸收池3內(nèi)的N2氣吸收后由射出窗口 302經(jīng)準(zhǔn)直器401由出射光 纖4導(dǎo)向光譜儀5，紫外光由出射光纖4另一端的準(zhǔn)直器402射入光譜儀5 ；(4)、紫外光在光譜儀5內(nèi)部經(jīng)準(zhǔn)直、焦距、衍射后照射到線性CXD陣列501上，調(diào) 節(jié)紫外發(fā)光二極管1發(fā)射290-320nm波長的紫外光，并記錄各波長的吸收截面作為空白對比數(shù)據(jù)送給計算機(jī)6，從吸收池3的出氣口 303向外排出N2氣；(5)、再從吸收池3的進(jìn)氣口 301向吸收池3充入500ppm的SO2標(biāo)準(zhǔn)氣體；(6)、而后打開紫外發(fā)光二極管1，此時紫外光經(jīng)準(zhǔn)直器201變成平行光后由入射 光纖2導(dǎo)向吸收池3，紫外光由入射光纖2另一端的準(zhǔn)直器202射出由射入窗口 304進(jìn)入吸 收池3 ；(7)、紫外光經(jīng)吸收池3內(nèi)的SO2氣吸收衰減后由射出窗口 302經(jīng)準(zhǔn)直器401由出 射光纖4導(dǎo)向光譜儀5，紫外光由出射光纖4另一端的準(zhǔn)直器402射入光譜儀5 ；(8)、紫外光在光譜儀5內(nèi)部經(jīng)準(zhǔn)直、焦距、衍射后照射到線性CXD陣列501上，調(diào) 節(jié)紫外發(fā)光二極管1發(fā)射290-320nm波長的紫外光，并記錄各波長的吸收截面作為SO2標(biāo) 準(zhǔn)氣體的數(shù)據(jù)送給計算機(jī)6，從吸收池3的出氣口 303向外排出SO2氣；(9)、計算機(jī)6通過SO2標(biāo)準(zhǔn)氣體的數(shù)據(jù)和空白對比數(shù)據(jù)計算出吸收截面最大值的 發(fā)射波長300. 09nm，這個波長稱為峰值波長，附近最小吸收截面的發(fā)射波長301. 47nm，這 個波長稱為峰谷波長；二、進(jìn)行SO2氣體濃度的檢測(10)、先從吸收池3的進(jìn)氣口 301向吸收池3充入待測SO2氣體； (11)、而后打開紫外發(fā)光二極管1，此時紫外光經(jīng)準(zhǔn)直器201變成平行光后由入射 光纖2導(dǎo)向吸收池3，紫外光由入射光纖2另一端的準(zhǔn)直器202射出由射入窗口 304進(jìn)入 吸收池3 ；(12)、紫外光經(jīng)吸收池3內(nèi)的SO2氣吸收衰減后由射出窗口 302經(jīng)準(zhǔn)直器401由 出射光纖4導(dǎo)向光譜儀5，紫外光由出射光纖4另一端的準(zhǔn)直器402射入光譜儀5 ；(13)、紫外光在光譜儀內(nèi)部經(jīng)準(zhǔn)直、焦距、衍射后照射到紫外感光元件上，調(diào)節(jié)紫 外發(fā)光二極管的發(fā)射波長，并檢測峰值波長300. 09nm和峰谷波長301. 47nm的紫外光經(jīng) 吸收池內(nèi)待測SO2氣體吸收衰減后的峰值波長和峰谷波長處的吸收截面計為ο (X1)和 ο (A2)并傳輸給計算機(jī)；(14)、與光譜儀相連接的計算機(jī)通過以下公式計算待測SO2氣體的濃度
權(quán)利要求一種基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀，包括紫外發(fā)光二極管、吸收池、光譜儀和連接在光譜儀上的計算機(jī)，其特征在于所述吸收池兩側(cè)分別設(shè)置有相對應(yīng)并通透紫外光線的射入窗口和射出窗口，吸收池上還設(shè)置有進(jìn)氣口和排氣口；所述紫外發(fā)光二極管和吸收池的射入窗口之間連接有一將紫外發(fā)光二極管發(fā)射的紫外光從射入窗口導(dǎo)入吸收池的入射光纖，該入射光纖的兩端分別設(shè)置有一個準(zhǔn)直器；所述吸收池的射出窗口和光譜儀之間連接有一將射出窗口射出的紫外光導(dǎo)射向光譜儀中的紫外感光元件的出射光纖，該出射光纖的兩端也分別設(shè)置有一個準(zhǔn)直器；其中，射入窗口和射出窗口與透射過的紫外光路之間的夾角是接近直角的銳角或鈍角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于所述 紫外發(fā)光二極管為能發(fā)出波長范圍是290-320nm的連接紫外光的紫外發(fā)光二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于所述 光纖的光譜范圍是200-1 lOOnm，纖芯直徑是900um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于所述 光譜儀的測量范圍是200-340nm，光柵刻痕密度是2400mm S分辨率是0. 29nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于 所述紫外感光元件是線性CCD陣列，共3648像素，每個像素是Sum寬，200um長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于所述 吸收池的射入窗口和射出窗口是石英材料，吸收池側(cè)面直徑是22mm，長度是102. 5mm，通光 范圍是 200-2700nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀，其特征在于所述 射入窗口和射出窗口與透射過的紫外光路之間的夾角都為75度至85度或95度至105度。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于紫外發(fā)光二極管的二氧化硫分析儀，包括紫外發(fā)光二極管、吸收池、光譜儀和連接在光譜儀上的計算機(jī)，所述吸收池兩側(cè)分別設(shè)置有相對應(yīng)并通透紫外光線的射入窗口和射出窗口，吸收池上還設(shè)置有進(jìn)氣口和排氣口；所述紫外發(fā)光二極管和吸收池的射入窗口之間連接有一入射光纖，該入射光纖的兩端分別設(shè)置有一個準(zhǔn)直器；所述吸收池的射出窗口和光譜儀之間連接有一出射光纖，該出射光纖的兩端也分別設(shè)置有一個準(zhǔn)直器；其中，射入窗口和射出窗口與透射過的紫外光路之間的夾角射入窗口和射出窗口與透射過的紫外光路之間的夾角是接近直角的銳角或鈍角。本實(shí)用新型具有測量準(zhǔn)確、測量范圍大、測量時間短的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N21/33GK201740732SQ20102026833
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者王富生, 馬光明 申請人:宇星科技發(fā)展(深圳)有限公司