臭氧气体检测仪原理

1.1检测原理

我们知道地球大气层上有一层臭氧层，科学家们已经发现臭氧层能吸收紫外线，研究表明臭氧仅对波长253.7nm的紫外线具有最大吸收系数，在此波长下紫外线通过臭氧会产生衰减，符合兰波特——比尔定律。该方法已被美国等国家作为臭氧标准分析方法。该臭氧检测仪就是采用紫外线吸收法的原理，用稳定的紫外灯光源产生紫外线，用光波过滤器过滤掉其它波长紫外光，只允许波长253.7nm通过。经过样品光电传感器，再经过臭氧吸收池后，到达采样光电传感器。通过样品光电传感器和采样光电传感器电信号比较，再经过数学模型的计算，就能得出臭氧浓度大小。

1.2臭氧气体检测仪

浓度数学计算模型

臭氧浓度数学模型（如公式一）是根据Lambert and Beer定律推出的。

-ln I/I0

C = —————

E×D （ 公式一 ）

（注释：C-----臭氧浓度，单位g /m；E------ 常数；D-------臭氧吸收池距离；

I0---------样品电流；I------采样电流）

在这个臭氧浓度计算公式中，只要知道样品电流、采样电流和臭氧吸收池距离，那么我们就可以计算出臭氧浓度大小。由于，臭氧吸收池的距离的限制，最大臭氧浓度只能测到300 O3 g/m。

1.3电路原理的实现

基本电路由电源部分、紫外灯控制、紫外光线样品检测、紫外光线采样检测，对数放大器Log100、模拟输出及显示六大部分组成。

电路核心部分就是用对数放大器Log100来实现臭氧浓度数学模型。LOG100是 14引脚可以对两个电流或电压之比进行对数运算的集成电路，该放大器输出电流动态范围宽，可以在1nA到 1mA之间变化。输出误差范围不超过0.1%。基本接线 ，输出公式： Vout =VT×ln I0/I (注释：VT---常数；Vout---输出电压)。

电源部分主要是产生紫外灯需要的高压电源，同时产生电路板上需要的 15V直流电。紫外灯灯控部分主要是控制紫外灯灯电流在恒定允许范围之内，过高、过低可以自动调节，如果调不了说明紫外灯寿命到了，面板上有一个红灯变亮，提示你应该更换新的紫外灯了。标准紫外光检测和采样紫外光检测部分也是较关键部分，.光电传感器把紫外线的光信号转换为电压信号，然后经两次运算放大器进行信号整理放大，送给LOG100进行计算处理后，显示输出。模拟输出0~20mA与臭氧浓度大小是成线性关系的。

检测仪主要由低压紫外灯，光波过滤器、入射紫外光反射器、臭氧吸收池、样品光电传感器、采样光电传感器、输出显示、电路部件构成。

3.1 可显示单位：O3 g/m ，mg/ m ；ppm

3.2 测量范围：0~10 O3 g/m , 0~100 O3 g/m , 0~200 O3 g/m

3.3 检测极限：10 ppb

3.4 显示精确度：读数的 1 %

3.5 输入电源：AC110 V/ AC220 V 50~60 HZ

3.6 模拟输出：0/4~20 mA

4.1 校准仪器校准

采用GM—PRO标准臭氧检测仪对已生产的臭氧检测仪进行分布选取10个测试点对比，误差范围控制在 1 %以内为合格。

4.2化学滴定法

国际公认化学方法即碘化钾、硫代硫酸钠滴定法来检测臭氧浓度。我们也分布选取10个测试点，然后用臭氧检测仪与化学滴定法测试的10个点进行对比，误差范围控制在 1%以内。碘化钾滴定法原理是用强氧化剂臭氧与碘化钾反应,使碘游离出来到水里，水就会变为茶色。（反应式： O3 2KI H2O O2 I2 KOH）利用硫代硫酸钠标准液滴定，使游离碘变为碘化钠，反应终点为水完全褪色。（反应式：I2 2Na2S2O3 2NaI Na2S4O6）

臭氧浓度：C= (Ana×B×2400) / V0 单位 (mg/l)

(注释：Ana----硫代硫酸钠标准溶液用量ml ； B---硫代硫酸钠标准溶液浓度mol/l；

V0-----臭氧氧化其他取样体积ml )

5． 臭氧检测仪

结论

本文研制的臭氧检测仪采用了紫外线吸收法，单点光源、双光路检测、体积小、精确度高、稳定性好、可以连续工作；其测量范围宽，最大测量范围300 O3 g/m。另外，该检测仪还具有0/4—20 mA模拟输出，可以与臭氧发生器，PID调节器组成臭氧闭环自动控制系统。

参考文献：

1．《HANDBOOK OF OZONE TECHNOLOGY AND APPLICATIONS》RICE，RIPG，NETZER ANN ARBIR SCIENCE，1982

2．《国外臭氧技术及应用手册》2100433B