解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度的方法及装置。基于O3电化学传感器较好的线性度和重复性、NO2对O3的影响呈现较为稳定的函数关系，通过控制冷阱组件的温度，使得样气中的NO2和H2O转变为固体，使用1个O3电化学传感器可获得准确的NO2和O3的浓度，既可攻克NO2和O3电化学传感器交叉影响，又能解决NO2电化学传感器测量精度差等问题，完成高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度，通过串联或并联其他电化学气体传感器，进一步可测量大气中其他气体浓度。量大气中其他气体浓度。量大气中其他气体浓度。

【技术实现步骤摘要】
解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度的方法及装置


[0001]本专利技术属于大气监测领域，特别是涉及一种解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧 浓度的方法及装置。
技术背景
[0002]空气污染是当今世界的主要问题之一，目前，主要通过建立空气质量监测站网络，实 时采集空气质量监测数据的战略，以实现有效把控城市大气污染情况。
[0003]目前我国共有四级环境监测站(国家、省级、市级和县级)，空气质量监测的主要气体 包括SO2、NO2、CO和O3。这些监测站点多年来累积了大量的空气质量监测数据，为大气 污染的治理提供了基础支撑。然而，由于空气污染的特性，城市地区在污染水平上会表现 出较大的时间和空间变异性。例如拥堵交通走廊(十字口或公交车站)的污染浓度往往明 显高于周围地区，而大气污染物的成分通常会随着季节交替、该地区工业和交通特征而发 生变化。面对空气污染浓度在时间和空间尺度上的巨大变化，需要成百上千个空气质量监 测站点来构建城市区域高密度网络，以实现空气质量高时空分辨率的监测。但是传统的空 气质量监测设备价格昂贵，可能达到数十万甚至数百万元，且后期的运营维护成本也相对 较高。因此，迫切需要成本低、效果好的监测设备用于空气质量高密度网格化监测。
[0004]相比传统检测设备，电化学气体传感器在大气污染物监测方面具有许多潜在的网格化 监测优势；电化学气体传感器的检测信号与污染物浓度呈现良好的正比线性关系，可以直 观的观察到污染物监测浓度。另外，电化学气体传感器价格低，更易于使用和维护，所需 的能量和空间更少，可以轻松的部署在任意位置，具有更高的移动性，因此，它可以被有 效用于高密度监测站点的部署，增强空间覆盖率。除此之外，电化学气体传感器的响应及 恢复时间极短，可以轻松实现短时间间隔的连续监测。虽然电化学气体传感器具有快速时 间分辨率的空间密集网络能力，也能够为标准空气质量监测站补充其无法提供的信息，但 是电化学气体传感器被用于高密度网格化监测站点构建时，往往会出现监测数据不准确， 数据可信度较低的问题。
[0005]电化学气体传感器在监测CO、NO2、O3、SO2等污染物的过程中，数据准确性的主要 影响因素不是电化学气体传感器自身的灵敏度，而是不同被监测气体之间的交叉干扰。电 化学气体传感器多为电流型，其基本原理是一定电位下待测气体在电极表面发生氧化或者 还原反应产生电流，因此，当不同气体的还原或者氧化电位接近时，它们经过气体传感器 时可能会存在原理上的相互干扰。
[0006]使用电化学气体传感器检测CO、NO2、O3、SO2四种气体时，NO2和O3之间的交叉 干扰表现的最为明显，NO2和O3之间的交叉干扰是解决电化学气体传感器监测数据不准 确的一个核心问题。O3电化学传感器线性度较好，但其测量精度受NO2影响较大，此影响 量取决大气中NO2的浓度。经实验数据表明，NO2对O3的影响呈现较为稳定的函数关系， 若NO2传感器能准确测量NO2浓度，则可得到准确的O3浓度，但NO2电化学传感器在实 际应用中线性度、重复性较差，因此在实际应用中，NO2和O3浓度很难准确测得。
的 浓度；
[0027]由已知样气中O3的浓度和f(x)，通过计算，获得样气中NO2的浓度。
[0028]本专利技术基于O3电化学传感器较好的线性度和重复性、NO2对O3的影响呈现较为稳定 的函数关系，通过控制冷阱组件的温度，使得样气中的NO2和H2O转变为固体，可同时解 决NO2和O3之间的交叉干扰和湿度对电化学气体传感器影响的问题；使用1个O3电化学 传感器即可获得准确的NO2和O3的浓度；解决了NO2和O3交叉干扰问题，完成高精度测 量大气中二氧化氮和臭氧浓度，进一步可测量大气中其他气体浓度(如微型空气站通常测 量SO2、NO2、O3、CO)，在O3电化学传感器后串联或并联其他气体传感器即可，此专利技术 中不再赘述。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度的装置结构图。
具体实施方式
[0030]为了便于理解本专利技术，下面结合附图对本专利技术的实施例进行说明，本领域技术人员应 当理解，下述的说明只是为了便于对专利技术进行解释，而不作为对其范围的具体限定。
[0031]图1为本专利技术的解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度的装置结构图。如图1 所示，所述装置包括：
[0032]外壳1，所述外壳1内设置有容置空间，所述容置空间用于放置工作组件或管路等；
[0033]进气口2，所述进气口位于所述外壳的第一侧壁上，所述进气口2包括用于实现管路连 接的连接端口：所述进气口2连接第一气体支路，所述第一气体支路与第二气体支路和第 三气体支路相连接，所述第二气体支路靠近所述第一侧壁，所述第三气体支路远离所述第 一侧壁，所述第二气体支路和第三气体支路在竖直方向延伸，所述第一支路的延伸方向与 第二气体支路和第三气体支路的延伸方向相垂直，所述第三气体支路与第四气体支路连接；
[0034]第一阀门3，所述第一阀门3设置在所述第二气体支路中；
[0035]第二阀门5，所述第二阀门5设置在所述第三气体支路中；
[0036]冷阱组件4，所述第二气体支路连接到所述冷阱组件4，所述第四气体支路连接到所述 冷阱组件4；
[0037]O3电化学传感器6，所述第四气体支路连接到所述O3电化学传感器6；
[0038]泵组件7，所述泵组件7连接到所述O3电化学传感器6；
[0039]出气口8，所述出气口8位于所述外壳1的第二侧壁上；
[0040]温度控制模块，所述温度控制模块对所述O3电化学传感器6的温度进行调节。
[0041]所述O3电化学传感器6的最佳工作温度为30～40℃，综合考虑功耗等气体问题，本发 明中使用温度控制模块将O3电化学传感器6控制在30℃；所述第四气体支路包括位于所述 冷阱组件4中的部分和位于冷阱组件4和O3电化学传感器6之间的部分，通过设置温度控 制部件，所述第四气体支路位于冷阱组件4和O3电化学传感器6之间的部分为恒温气体管 路，温度保持在30℃。
[0042]本专利技术使用一个O3气体传感器可获得高精度NO2和O3的浓度，其具体的测量技术方 案如下：
感器影响量的函数关系f(x)，即可获得大气中NO2的浓度值。
[0055]以上为本专利技术提出方法及装置的一个循环，通过不同的循环，可实时获得大气中NO2和O3的浓度。
[0056]本专利技术中通过控制冷阱组件的温度，使得样气中的NO2和H2O转变为固体，可同时解 决NO2和O3之间的交叉干扰和湿度对电化学气体传感器影响的问题；使用1个O3电化学 传感器即可获得准确的NO2和O3的浓度，；解决了NO2和O3交叉干扰问题，完成高精度测 量大气中二氧化氮和臭氧浓度，进一步可测量大气中其他气体浓度(如微型空气站通常测 量SO2、NO2、O3、CO)，在O3电化学传感器后串联或并联其他气体传感器即可，此专利技术 中不再赘述。
[0057]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度的装置，其包括：外壳，所述外壳内设置有容置空间，所述容置空间用于放置工作组件或管路等；进气口，所述进气口位于所述外壳的第一侧壁上，所述进气口连接第一气体支路，所述第一气体支路与第二气体支路和第三气体支路相连接，所述第三气体支路与第四气体支路连接；第一阀门，所述第一阀门设置在所述第二气体支路中；第二阀门，所述第二阀门设置在所述第三气体支路中；冷阱组件，所述第二气体支路连接到所述冷阱组件，所述第四气体支路连接到所述冷阱组件；O3电化学传感器，所述第四气体支路连接到所述O3电化学传感器；泵组件，所述泵组件连接到所述O3电化学传感器；出气口，所述出气口位于所述外壳的第二侧壁上；温度控制模块，所述温度控制模块对所述O3电化学传感器的温度进行调节。2.如权利要求1所述的解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度的装置，其特征在于：使用温度控制模块将O3电化学传感器6控制在30℃。3.如权利要求1所述的解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度的装置，其特征在于：所述第四气体支路包括位于所述冷阱组件中的部分和位于冷阱组件和O3电化学传感器之间的部分。4.如权利要求3所述的解耦且高精度测量大气中二氧化氮和臭氧浓度的装置，其特征在于：设置温度控制部...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鸿，吴丽，张亮，马若梦，宋海宾，
申请(专利权)人：郑州计量先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：