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一种检测空气中氨气浓度的方法及设备技术

技术编号:3862927 阅读:360 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种检测空气中氨气浓度的方法及设备,光源发出的可见光照射到氨敏材料上,氨敏材料上的反射光进入光电管,光电管向显示器输出电信号;当流经氨敏材料表面的气体中氨气浓度发生变化时,反射光强度和光电管输出的电信号发生相应的变化,在1~300mg/m↑[3]的氨气浓度范围内,反射光的强度变化与流经氨敏材料表面气体中氨气浓度变化成正比。同现有技术比较,本发明专利技术的优点是:在1~300mg/m↑[3]的氨气浓度范围内,反射光的强度变化与流经氨敏材料表面气体中氨气浓度变化成正比;对氨气的响应时间为40s,恢复时间不大于1min,信号响应及恢复速度快;稳定性好,使用寿命长达4年;能检测到1ppm的氨气,灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测空气中氨气浓度的方法,以及用在检测空气中氨气浓度的设备。
技术介绍
氨气是一种无色、具有强烈刺激性气味的气体,空气中可感觉到的氨气最低浓度为0.5 1 mg/ m3。空气中的氨气因易溶于水而常被吸附在人体皮肤粘膜、眼结膜及呼吸道咽喉粘膜,对皮肤组织产生刺激并引发炎症,可麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织,使病源微生物易于侵入,减弱身体对疾病的抵抗力。如果人体短期内吸入大量氨气,则可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难等临床症状,并伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等,严重的可发生肺水肿、呼吸道刺激炎症等。目前工业环保领域普遍使用的各类传感器检测原理各不相同,主要分为三大类(1 )利用物理化学性质的气体传感器如半导体式(表面控制型、体积控制型、表面电位型)、催化燃烧式、固体热导式等。(2)利用物理性质的气体传感器如热传导式、光干涉式、红外吸收式等。(3)利用电化学性质的气体传感器如定电位电解式、迦伐尼电池式、隔膜离子电极式、固定电解质式等。各类气体传感器的适用对象也各不相同,并且都存在一些不可避免的技术缺陷。金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用,改变半导体的电导率,通过电流变化的比较,激发报警电路。金属氧化物半导体式传感器,因其反应十分灵敏,故广泛使用于测量氨气的微漏现象。但是,由于半导体式传感器易受环境影响,输出信号不太稳定。热传导式氨气传感器是依据氨气的导热系数与空气的差异来测定氨气的浓度,通过惠斯登电桥电路将导热系数的差异转化为电阻的变化。这种传感器在待测氨气浓度高时稳定性较高,所以, 一般用于高浓度氨气(4%—100%),但是该类传感器存在温度漂移大、灵敏度低等缺点。3电化学式传感器是目前被广泛使用的另一类检测氨气的传感器。电化学传感器的构成是将工作电极、对电极及参比电极放置在特定的电解液中,然后在反应电极之间加上足够的电压,使透过涂有重金属催化剂薄膜的氨气进行氧化还原反应,再通过仪器中的电路系统测量氨气电解时产生的电流,最终由微处理器计算出氨气的浓度。但是电化学传感器中由于电解液的蒸发或污染常会导致传感器信号衰降,使得实际使用寿命縮短。根据电解质的质量,使用寿命一般为2年。同时为了保证传感器有一定的使用寿命,电解液的用量不能太少,因此限制了该类传感器的微型化。另一种电化学式传感器称为固体电解质传感器,该传感器使用固体电解质气敏材料做气敏元件。其原理是气敏材料在通过氨气时产生离子,从而形成电动势,电动势与测量氨气浓度在一定范围内呈线性关系。但是固体电解质传感器易在环境中自然消耗,寿命也很短。光学类氨气传感器主要包括干涉式和光吸收式两大类。干涉式气体传感器的基本原理是应用光的干涉现象来测气体的浓度。利用略作改进的迈克尔逊干涉仪作为仪器,将由一个光源发出的光分为两束,分别经过氨气与基准气体传输,由于氨气与基准气体折射率不同导致两束光线光程差不同,产生光干涉效应,形成干涉条纹。由于光程差与氨气浓度有关,因此干涉条纹中包含了浓度信息,故可以根据记录干涉纹的变化来得出气体的浓度。光干涉式气体传感器在理论上有精度高、测量范围广、稳定性好等诸多优点。但从干涉系统的设计到CCD采集信号要求都非常严格,且结构复杂,成本高,不易于实现小型化。同时易受C02及水蒸气及其他环境因素等的干扰和影响。光吸收式气体传感器主要有红外吸收式及可见光谱吸收式两类,红外吸收式利用不同的气体对不同频率红外光产生吸收的原理,可用于多种气体的同时检测,但是该类仪器的灵敏度并不高,且价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是,提供一种检测空气中氨气浓度的方法,该方法稳定性好,响应速度快、灵敏度高;本专利技术还提供一种适用在上述方法的设备,该设备集成了光纤、光电技术,具有体积小,灵敏度高,价格低廉,使用寿命长的优点。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案是 一种检测空气中氨气浓度的方法,其特征在于将光源发出的可见光经过入射光通道以入射角45° 90°照射到氨敏材料上,氨敏材料上的反射光经反射光通道进入光电管,光电管向显示器输出电信号;当流经氨敏材料表面的气体中氨气浓度发生变化时,反射光强度和光电管输出的电信号发生相应的变化,在1 300mg/m3的氨气浓度范围内,反射光的强度变化与流经氨敏材料表面气体中氨气浓度变化成正比,测量一系列标准氨气的反射光强度,将反射光强度对已知氨气浓度作图,绘制工作曲线,然后根据实测气体的反射光强度在工作曲线上查得对应的氨气浓度。一种用于检测空气中氨气浓度的设备,包括通气箱体1,固定在通气箱体底部的底座2,搁置在底座上的氨敏材料3,安装在通气箱体左上侧的进气阀门4,安装在通气箱体右下侧的出气阀门5,光源6,光电管7,显示器8,其特征在于光源6发出的可见光经入射光通道6a照射在氨敏材料3上,氨敏材料3上的反射光经反射光通道7a进入光电管7,光电管7向显示器8输出电信号;氨敏材料3是由一种多孔的高反射性的材料。氨敏材料3是一种反射光谱半峰宽度为5 40nm的材料。同现有技术比较,本专利技术具有如下突出的优点1)采用反射-干涉法测量氨气浓度,线性范围宽,在1 300mg/m3的氨气浓度范围内,反射光的强度变化与流经氨敏材料表面气体中氨气浓度变化成正比;2)采用反射-干涉法测量氨气浓度,实时性好,可以连续检测空气中氨气的浓度。3)采用的自行研制的氨敏材料对于有毒有害及易燃气体呈化学惰性,对氨气的响应时间为40s,恢复时间不大于1min,信号响应及恢复速度比其他类型的传感器明显要快;4)稳定性好,使用寿命长达4年,优于现有的同类传感器;5)在常温下使用,大大降低了传感器工作温度;6)能检测到1叩m的氨气,灵敏度高;7)使用的氨敏材料做成的传感器体积小,利于传感器的微型化,集成化;8)价格低廉,可以快速准确地测量空气中微量氨气浓度,具有广阔的市场前景。附图说明5氨气浓度的设备的结构示意图图2为氨敏材料的反射光谱图,横坐标为波长,纵坐标是反射光 相对强度,图中实线为通过氨气前的反射光谱图,虚线为通入氨气后 的反射光谱图图3为氨敏材料的反射峰值强度随氨气浓度变化的信号响应图, 横坐标是时间,纵坐标是相对反射强度。具体实施方式 实施例1 -一种检测空气中氨气浓度的方法,其特征在于 一种检测空气中 氨气浓度的方法,其特征在于将光源发出的可见光经过入射光通道 以入射角45° 90°照射到氨敏材料上,氨敏材料上的反射光经反 射光通道进入光电管,光电管向显示器输出电信号;当流经氨敏材料 表面的气体中氨气浓度发生变化时,反射光强度和光电管输出的电信 号发生相应的变化,在1 300mg/m3的氨气浓度范围内,反射光的强 度变化与流经氨敏材料表面气体中氨气浓度变化成正比,测量一系列 标准氨气的反射光强度,将反射光强度对已知氨气浓度作图,绘制工 作曲线,然后根据实测气体的反射光强度在工作曲线上查得对应的氨 气浓度。一种用于检测空气中氨气浓度的设备,如图1所示,通气箱体1, 固定在通气箱体底部的底座2,搁置在底座上的氨敏材料3,安装在 通气箱体左上侧的进气阀门4,安装在通气箱体右下侧的出气阀门5, 光源6,光电管7,显示器8,其特征在于光源6发出的可见光经 入射光通道6a照射在氨敏材料3上,氨本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种检测空气中氨气浓度的方法,其特征在于:将光源发出的可见光经过入射光通道以入射角45°~90°照射到氨敏材料上,氨敏材料上的反射光经反射光通道进入光电管,光电管向显示器输出电信号;当流经氨敏材料表面的气体中氨气浓度发生变化时,反射光强度和光电管输出的电信号发生相应的变化,在1~300mg/m↑[3]的氨气浓度范围内,反射光的强度变化与流经氨敏材料表面气体中氨气浓度变化成正比,测量一系列标准氨气的反射光强度,将反射光强度对已知氨气浓度作图,绘制工作曲线,然后根据实测气体的反射光强度在工作曲线上查得对应的氨气浓度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:邬建敏商云岭赵伟洁陆金伟孙黎明
申请(专利权)人:浙江大学杭州硕安科技有限公司杭州西湖仪器仪表研究所
类型:发明
国别省市:86[]

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