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一種臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，包括支撐結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上的與氣源連通的配氣子系統(tǒng)、用于產(chǎn)生臭氧的高壓放電裝置、控制臭氧溫度的溫控子系統(tǒng)、用于對(duì)臭氧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)以及電源模塊，所述配氣子系統(tǒng)、高壓放電裝置、溫控子系統(tǒng)以及在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)之間依次通過密閉管路連接；所述電源模塊分別通過導(dǎo)線與配氣子系統(tǒng)、高壓放電裝置、溫控子系統(tǒng)以及在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中各用電設(shè)備連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，適用于實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行臭氧濃度的產(chǎn)生和實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
【專利說明】一種臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境在線監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種能夠產(chǎn)生臭氧并對(duì)所產(chǎn)生的臭氧 濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 臭氧是氧氣的同素異形體，是一種具有特殊臭味的淡藍(lán)色氣體，在常溫常壓下穩(wěn) 定性較差，在常溫下可分解為氧氣。臭氧的功能很多，可用于凈化食物、飲用水、空氣，除臭， 消毒滅菌，果蔬保鮮以及洗浴美容保健等；具體應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，可廣泛應(yīng)用于婦科治療 方面；應(yīng)用在農(nóng)業(yè)方面，可用于防治病蟲害、清除食物上殘留的農(nóng)藥等；應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域， 可用于漂白面粉、紙漿、處理工業(yè)廢物等；應(yīng)用在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，則可對(duì)高壓開關(guān)柜等封閉 箱體中的局部放電現(xiàn)象進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、以及時(shí)反映封閉箱體中各設(shè)備的絕緣狀態(tài)，防止由 于局部放電造成的設(shè)備絕緣劣化進(jìn)一步導(dǎo)致電氣設(shè)備故障現(xiàn)象的發(fā)生。
[0003] 臭氧的制備多是借助無聲放電作用從氧氣或空氣制備，臭氧發(fā)生器即是根據(jù)這一 原理制造。臭氧在應(yīng)用過程中，由于臭氧具有強(qiáng)烈的刺激性，吸入過量對(duì)人體健康有一定危 害，因此需要對(duì)制造臭氧的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，體現(xiàn)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，則需要根據(jù)檢測(cè)封閉 箱體中臭氧的濃度來反應(yīng)各設(shè)備的絕緣狀態(tài)。
[0004] 臭氧濃度的監(jiān)測(cè)方法有化學(xué)法、物理法以及物理化學(xué)方法；其中化學(xué)法分為碘量 法、比色法等；物理方法有紫外光吸收法等；物理化學(xué)方法有化學(xué)發(fā)光法以及IDS分光光 度法等?；瘜W(xué)法和物理化學(xué)法測(cè)量過程繁雜，應(yīng)用受到限制，而物理方法中的紫外光吸收法 是以Beer-Lambert定律為基礎(chǔ)，利用臭氧在波長為253. 7 nm處具有最大的吸收值來對(duì) 其濃度進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，主要優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行非接觸式監(jiān)測(cè)，避免因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)而降低監(jiān)測(cè)的 準(zhǔn)確度，并且由于紫外光吸收法測(cè)量周期短，非常適用于實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
[0005] 盡管目前臭氧的制備技術(shù)以及臭氧濃度的監(jiān)測(cè)技術(shù)都較為成熟，然而臭氧制備設(shè) 備以及臭氧濃度監(jiān)測(cè)設(shè)備則多為獨(dú)立設(shè)置的設(shè)備，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、空間占用體積較大、操作 也較為不便，使用時(shí)需要根據(jù)使用及監(jiān)測(cè)環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝，影響臭氧濃度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。 另外，在實(shí)驗(yàn)室中，目前還沒有一種能夠同時(shí)進(jìn)行臭氧產(chǎn)生和模擬不同溫度下臭氧濃度監(jiān) 測(cè)的設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，適用于實(shí)驗(yàn)室的臭 氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)臭氧濃度的準(zhǔn)確產(chǎn)生和實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0008] -種臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，包括支撐結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上的與氣源連 通的配氣子系統(tǒng)、用于產(chǎn)生臭氧的高壓放電裝置、控制臭氧溫度的溫控子系統(tǒng)、用于對(duì)臭氧 濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)以及電源模塊；所述配氣子系統(tǒng)、高壓放電裝置、溫控子系 統(tǒng)以及在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)之間依次通過密閉管路連接；所述電源模塊分別通過導(dǎo)線與配氣子 系統(tǒng)、高壓放電裝置、溫控子系統(tǒng)以及在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中各用電設(shè)備連接。
[0009] 上述臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，所述配氣子系統(tǒng)包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的氣泵以 及用于控制氣體流量的流量計(jì)；所述氣泵通過進(jìn)氣嘴連通氣源，流量計(jì)設(shè)置在氣泵的輸出 管路上；所述電源模塊的輸出端分別與氣泵和流量計(jì)的電源端連接。
[0010] 上述臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，所述高壓放電裝置包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的高壓 放電室以及風(fēng)扇，所述風(fēng)扇通過支撐架架設(shè)在高壓放電室的上方；所述高壓放電室的進(jìn)氣 口通過封閉管路與配氣子系統(tǒng)的輸出管路連通。
[0011] 上述臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，所述溫控子系統(tǒng)包括水浴鍋以及設(shè)置在水浴鍋中 心的封閉的水浴瓶，所述水浴鍋內(nèi)靠近側(cè)壁的位置設(shè)置有通過密閉管路與高壓放電室出氣 口連通的水浴進(jìn)氣管，水浴進(jìn)氣管在水浴鍋內(nèi)自水浴瓶底端向上環(huán)水浴瓶環(huán)繞設(shè)置，水浴 進(jìn)氣管的底端伸入水浴瓶的底部；水浴瓶的端蓋上設(shè)置有水浴出氣管。
[0012] 上述臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，所述在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括吸收池、數(shù)據(jù)采集器、光 譜儀以及計(jì)算機(jī)，所述吸收池入氣口通過封閉管路與溫控子系統(tǒng)的水浴出氣管連通，吸收 池出氣口連通大氣；吸收池位于入氣口的前端設(shè)置有光源，數(shù)據(jù)采集器設(shè)置在吸收池設(shè)置 出氣口的末端；所述吸收池的前端以及吸收池的末端分別設(shè)置一與光源射向吸收池的光線 相垂直的透鏡，所述透鏡與吸收池密封連接，吸收池入氣口和吸收池出氣口均位于前端透 鏡與末端透鏡之間；所述數(shù)據(jù)采集器通過RS232連接光譜儀配套使用，光譜儀通過RS232再 與計(jì)算機(jī)連接。
[0013] 本發(fā)明中使用的光譜儀為三光柵單色儀。
[0014] 由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步如下： 本發(fā)明通過氣泵提供氣源，通過流量計(jì)控制氣體流量，氣體進(jìn)入高壓放電室后被電擊 產(chǎn)生臭氧，臭氧隨后進(jìn)入水浴鍋，通過控制溫度產(chǎn)生特定濃度的臭氧氣體，后送入吸收池， 通過光源和數(shù)據(jù)采集器相配合測(cè)定空氣中臭氧的濃度，最后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和顯示； 具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測(cè)量精度高、測(cè)量速度快的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的測(cè)量原理框圖； 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明所述溫控子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為臭氧吸收截面變化曲線與標(biāo)準(zhǔn)譜線圖。
[0016] 圖中各標(biāo)號(hào)表不為：1、配氣子系統(tǒng)，11、氣泵，12、流量計(jì)，13、輸出管路，2、高壓放 電裝置，21、高壓放電室，22、風(fēng)扇，23、支撐架，3、溫控子系統(tǒng)，31、水浴鍋，32、水浴瓶，33、水 浴進(jìn)氣管，34、水浴出氣管，4、在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，41、吸收池，42、數(shù)據(jù)采集器，43、計(jì)算機(jī)，44、 光源，45、透鏡，46、吸收池入氣口，47、吸收池出氣口，48、光譜儀，5、電源模塊，6、支撐結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 本發(fā)明應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室中，用于產(chǎn)生臭氧并模擬不同溫度下臭氧濃度的監(jiān)測(cè)。臭氧 發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)包括支撐結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上的配氣子系統(tǒng)1、高壓放電裝置 2、溫控子系統(tǒng)3、在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)4以及電源模塊5,所述配氣子系統(tǒng)與氣源連通，用于向高 壓放電裝置輸送定量氣體，氣體可為大氣或者氧氣等；高壓放電裝置用于產(chǎn)生臭氧；溫控 子系統(tǒng)用于控制臭氧的溫度；在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)用于對(duì)臭氧的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，電源模塊 用于為系統(tǒng)中的各用電設(shè)備供電，本發(fā)明中的配氣子系統(tǒng)1、高壓放電裝置2、溫控子系統(tǒng) 3以及在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)4之間依次通過密閉管路連接；電源模塊分別通過導(dǎo)線與配氣子系 統(tǒng)、高壓放電裝置、溫控子系統(tǒng)以及在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中各用電設(shè)備連接。本發(fā)明各設(shè)備間的 連接關(guān)系如圖1和圖2所不。
[0019] 本發(fā)明配氣子系統(tǒng)1包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的氣泵11以及用于控制氣體流量的 流量計(jì)12,其中氣泵通過進(jìn)氣嘴連通氣源，流量計(jì)設(shè)置在氣泵的輸出管路13上。本發(fā)明電 源模塊的輸出端分別與氣泵11和流量計(jì)12的電源端連接，為氣泵和流量計(jì)提供工作電源。 本實(shí)施例中氣泵采用德國CCI公司生產(chǎn)的型號(hào)為BY-208A的采樣泵。
[0020] 本發(fā)明高壓放電裝置2包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)6上的高壓放電室21以及風(fēng)扇22,風(fēng) 扇22通過支撐架23架設(shè)在高壓放電室21的上方；高壓放電室21的進(jìn)氣口通過封閉管路 與配氣子系統(tǒng)1的輸出管路13連通。
[0021] 本發(fā)明溫控子系統(tǒng)3的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括水浴鍋31以及設(shè)置在水浴鍋31中 心的封閉的水浴瓶32,水浴鍋內(nèi)靠近側(cè)壁的位置設(shè)置有通過密閉管路與高壓放電室出氣口 連通的水浴進(jìn)氣管33,水浴進(jìn)氣管33在水浴鍋內(nèi)自水浴瓶底端向上環(huán)水浴瓶環(huán)繞設(shè)置，水 浴進(jìn)氣管的底端伸入水浴瓶的底部；水浴瓶的端蓋上設(shè)置有水浴出氣管34。水浴瓶的設(shè)置 作用有二，其一會(huì)對(duì)產(chǎn)生的臭氧起到儲(chǔ)存作用，以保證進(jìn)入在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的臭氧量充足， 使該溫度下的臭氧量足以充入吸收池內(nèi)進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集，使檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定；其二 是能夠在很短時(shí)間內(nèi)迅速將臭氧加熱到預(yù)設(shè)溫度值。
[0022] 本發(fā)明在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)4包括吸收池41、數(shù)據(jù)采集器42、光譜儀48、計(jì)算機(jī)43、光 源44以及透鏡45,吸收池入氣口 46通過封閉管路與溫控子系統(tǒng)的水浴出氣管34連通，吸 收池出氣口 47連通大氣；光源44設(shè)置在吸收池41位于入氣口的前端，數(shù)據(jù)采集器42和光 譜儀48設(shè)置在吸收池41設(shè)置出氣口的末端；計(jì)算機(jī)獨(dú)立設(shè)置，并通過數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)采集 器的輸出端，數(shù)據(jù)采集器的輸入端連接光譜儀的輸出端；計(jì)算機(jī)還與光譜儀連接，用于根據(jù) 設(shè)置的波段調(diào)整光譜儀的出射波長。透鏡共設(shè)置兩塊，分別設(shè)置在吸收池41的前端以及吸 收池的末端，透鏡與光源射向吸收池的光線相垂直，透鏡與吸收池內(nèi)壁之間密封連接，吸收 池入氣口和吸收池出氣口均位于前端透鏡與末端透鏡之間。
[0023] 本實(shí)施例中的數(shù)據(jù)采集器采用北京賽凡光電儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為7IDA1 的數(shù)據(jù)采集器，三光柵單色儀的型號(hào)為71SWS501。光源采用波段在200nnT300nm之間的高 壓氣氣燈。
[0024] 本發(fā)明的工作過程如下所述： 打開電源模塊，系統(tǒng)開始工作，設(shè)定水浴鍋的溫度值；帶溫度穩(wěn)定后，打開氣泵，氣體從 室內(nèi)進(jìn)入氣泵加壓后輸送至高壓放電室。在氣體進(jìn)入高壓放電室之前的氣泵輸出管路上設(shè) 置的流量計(jì)可以對(duì)進(jìn)入高壓放電室的流量進(jìn)行精確控制。
[0025] 氣體在高壓放電室內(nèi)被電擊產(chǎn)生臭氧，臭氧通過密閉管路送入水浴鍋的水浴進(jìn)氣 管，在水浴鍋內(nèi)進(jìn)行臭氧的溫度控制。臭氧在預(yù)先設(shè)定的水浴鍋內(nèi)的溫度環(huán)境下發(fā)生特定 比例的裂解，產(chǎn)生特定濃度的臭氧，之后進(jìn)入在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等待被監(jiān)測(cè)。
[0026] 特定濃度的臭氧自吸收池入氣口進(jìn)入吸收池之后通過吸收池出氣口排入大氣。特 定濃度的臭氧在吸收池經(jīng)過時(shí)，高壓氙氣燈發(fā)出的光經(jīng)透鏡聚焦向吸收池發(fā)射，臭氧在波 長為253. 7 nm光線照射下會(huì)被吸收；經(jīng)過吸收池的光再經(jīng)透鏡聚焦，此時(shí)位于吸收池后端 的三光柵單色儀即可采集到臭氧被吸收后的光譜。當(dāng)一束復(fù)合光線進(jìn)入三光柵單色儀的 入射狹縫，首先由光學(xué)準(zhǔn)直鏡匯聚成平行光，再通過衍射光柵色散為分開的波長(顏色)，利 用每個(gè)波長離開光柵的角度不同，由聚焦反射鏡再成像出射狹縫，此時(shí)，計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)事 先設(shè)置的波段精確地控制三光柵單色儀的出射波長，然后再由數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 數(shù)據(jù)采集器將光譜信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的信號(hào)后輸入到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)采集的 實(shí)際數(shù)據(jù)依靠Matlab軟件繪圖，并基于此編寫相應(yīng)的Matlab程序，根據(jù)差分吸收光譜法 (D0AS)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，得到臭氧吸收截面與吸光度變化曲線，將臭氧吸收截面變 化曲線與標(biāo)準(zhǔn)譜線圖(如圖4所示)進(jìn)行比較，確定該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可行，并結(jié)合吸光度曲線進(jìn)行 計(jì)算即可得出特定溫度下的臭氧濃度值。
[0027] 差分吸收光譜法基于Beer-Lambert氣體吸收定律，其表達(dá)式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，其特征在于：包括支撐結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上 的與氣源連通的配氣子系統(tǒng)（1)、用于產(chǎn)生臭氧的高壓放電裝置（2)、控制臭氧溫度的溫控 子系統(tǒng)（3)、用于對(duì)臭氧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)（4)以及電源模塊（5);所述配氣 子系統(tǒng)（1)、高壓放電裝置（2)、溫控子系統(tǒng)（3)以及在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)（4)之間依次通過密閉 管路連接；所述電源模塊分別通過導(dǎo)線與配氣子系統(tǒng)、高壓放電裝置、溫控子系統(tǒng)以及在線 監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中各用電設(shè)備連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述配氣子系統(tǒng)（1) 包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的氣泵（11)以及用于控制氣體流量的流量計(jì)（12);所述氣泵通過進(jìn) 氣嘴連通氣源，流量計(jì)設(shè)置在氣泵的輸出管路（13)上；所述電源模塊的輸出端分別與氣泵 (11)和流量計(jì)（12)的電源端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述高壓放電裝置 (2)包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的高壓放電室（21)以及風(fēng)扇（22)，所述風(fēng)扇（22)通過支撐架 (23)架設(shè)在高壓放電室（21)的上方；所述高壓放電室（21)的進(jìn)氣口通過封閉管路與配氣 子系統(tǒng)（1)的輸出管路（13)連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述溫控子系統(tǒng)（3) 包括水浴鍋（31)以及設(shè)置在水浴鍋（31)中心的封閉的水浴瓶（32)，所述水浴鍋內(nèi)靠近側(cè) 壁的位置設(shè)置有通過密閉管路與高壓放電室出氣口連通的水浴進(jìn)氣管（33)，水浴進(jìn)氣管 (33)在水浴鍋內(nèi)自水浴瓶底端向上環(huán)水浴瓶環(huán)繞設(shè)置，水浴進(jìn)氣管的底端伸入水浴瓶的底 部；水浴瓶的端蓋上設(shè)置有水浴出氣管（34)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述在線監(jiān)測(cè)子系 統(tǒng)（4)包括吸收池（41)、數(shù)據(jù)采集器（42)、光譜儀（48)以及計(jì)算機(jī)（43)，所述吸收池入氣口 (46)通過封閉管路與溫控子系統(tǒng)的水浴出氣管（34)連通，吸收池出氣口（47)連通大氣；吸 收池（41)位于入氣口的前端設(shè)置有光源（44)，數(shù)據(jù)采集器（42)和光譜儀（48)設(shè)置在吸收 池（41)設(shè)置出氣口的末端；所述吸收池（41)的前端以及吸收池的末端分別設(shè)置一與光源 射向吸收池的光線相垂直的透鏡（45)，所述透鏡與吸收池密封連接，吸收池入氣口和吸收 池出氣口均位于前端透鏡與末端透鏡之間；所述數(shù)據(jù)采集器（42 )通過RS232連接光譜儀配 套使用，光譜儀通過RS232再與計(jì)算機(jī)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的臭氧發(fā)生及監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)，其特征在于：所述光譜儀為三光 柵單色儀。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK104155251SQ201410414007
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】鄭海明, 姚鵬輝, 馬慧濤 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）