一種檢測空氣中氨氣濃度的方法及設備技術(shù)

一種檢測空氣中氨氣濃度的方法及設備，光源發(fā)出的可見光照射到氨敏材料上，氨敏材料上的反射光進入光電管，光電管向顯示器輸出電信號；當流經(jīng)氨敏材料表面的氣體中氨氣濃度發(fā)生變化時，反射光強度和光電管輸出的電信號發(fā)生相應的變化，在１～３００ｍｇ／ｍ↑［３］的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強度變化與流經(jīng)氨敏材料表面氣體中氨氣濃度變化成正比。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明專利技術(shù)的優(yōu)點是：在１～３００ｍｇ／ｍ↑［３］的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強度變化與流經(jīng)氨敏材料表面氣體中氨氣濃度變化成正比；對氨氣的響應時間為４０ｓ，恢復時間不大于１ｍｉｎ，信號響應及恢復速度快；穩(wěn)定性好，使用壽命長達４年；能檢測到１ｐｐｍ的氨氣，靈敏度高。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種檢測空氣中氨氣濃度的方法，以及用在檢測空氣中氨氣濃度的設備。
技術(shù)介紹
氨氣是一種無色、具有強烈刺激性氣味的氣體，空氣中可感覺到的氨氣最低濃度為0.5 1 mg/ m3。空氣中的氨氣因易溶于水而常被吸附在人體皮膚粘膜、眼結(jié)膜及呼吸道咽喉粘膜，對皮膚組織產(chǎn)生刺激并引發(fā)炎癥，可麻痹呼吸道纖毛和損害粘膜上皮組織，使病源微生物易于侵入，減弱身體對疾病的抵抗力。如果人體短期內(nèi)吸入大量氨氣，則可出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難等臨床癥狀，并伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，嚴重的可發(fā)生肺水腫、呼吸道刺激炎癥等。目前工業(yè)環(huán)保領(lǐng)域普遍使用的各類傳感器檢測原理各不相同，主要分為三大類(1 )利用物理化學性質(zhì)的氣體傳感器如半導體式(表面控制型、體積控制型、表面電位型)、催化燃燒式、固體熱導式等。(2)利用物理性質(zhì)的氣體傳感器如熱傳導式、光干涉式、紅外吸收式等。(3)利用電化學性質(zhì)的氣體傳感器如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。各類氣體傳感器的適用對象也各不相同，并且都存在一些不可避免的技術(shù)缺陷。金屬氧化物半導體式傳感器利用被測氣體的吸附作用，改變半導體的電導率，通過電流變化的比較，激發(fā)報警電路。金屬氧化物半導體式傳感器，因其反應十分靈敏，故廣泛使用于測量氨氣的微漏現(xiàn)象。但是，由于半導體式傳感器易受環(huán)境影響，輸出信號不太穩(wěn)定。熱傳導式氨氣傳感器是依據(jù)氨氣的導熱系數(shù)與空氣的差異來測定氨氣的濃度，通過惠斯登電橋電路將導熱系數(shù)的差異轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這種傳感器在待測氨氣濃度高時穩(wěn)定性較高，所以， 一般用于高濃度氨氣(4%—100%)，但是該類傳感器存在溫度漂移大、靈敏度低等缺點。3電化學式傳感器是目前被廣泛使用的另一類檢測氨氣的傳感器。電化學傳感器的構(gòu)成是將工作電極、對電極及參比電極放置在特定的電解液中，然后在反應電極之間加上足夠的電壓，使透過涂有重金屬催化劑薄膜的氨氣進行氧化還原反應，再通過儀器中的電路系統(tǒng)測量氨氣電解時產(chǎn)生的電流，最終由微處理器計算出氨氣的濃度。但是電化學傳感器中由于電解液的蒸發(fā)或污染常會導致傳感器信號衰降，使得實際使用壽命縮短。根據(jù)電解質(zhì)的質(zhì)量，使用壽命一般為2年。同時為了保證傳感器有一定的使用壽命，電解液的用量不能太少，因此限制了該類傳感器的微型化。另一種電化學式傳感器稱為固體電解質(zhì)傳感器，該傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料做氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過氨氣時產(chǎn)生離子，從而形成電動勢，電動勢與測量氨氣濃度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。但是固體電解質(zhì)傳感器易在環(huán)境中自然消耗，壽命也很短。光學類氨氣傳感器主要包括干涉式和光吸收式兩大類。干涉式氣體傳感器的基本原理是應用光的干涉現(xiàn)象來測氣體的濃度。利用略作改進的邁克爾遜干涉儀作為儀器，將由一個光源發(fā)出的光分為兩束，分別經(jīng)過氨氣與基準氣體傳輸，由于氨氣與基準氣體折射率不同導致兩束光線光程差不同，產(chǎn)生光干涉效應，形成干涉條紋。由于光程差與氨氣濃度有關(guān)，因此干涉條紋中包含了濃度信息，故可以根據(jù)記錄干涉紋的變化來得出氣體的濃度。光干涉式氣體傳感器在理論上有精度高、測量范圍廣、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點。但從干涉系統(tǒng)的設計到CCD采集信號要求都非常嚴格，且結(jié)構(gòu)復雜，成本高，不易于實現(xiàn)小型化。同時易受C02及水蒸氣及其他環(huán)境因素等的干擾和影響。光吸收式氣體傳感器主要有紅外吸收式及可見光譜吸收式兩類，紅外吸收式利用不同的氣體對不同頻率紅外光產(chǎn)生吸收的原理，可用于多種氣體的同時檢測，但是該類儀器的靈敏度并不高，且價格昂貴。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是，提供一種檢測空氣中氨氣濃度的方法，該方法穩(wěn)定性好，響應速度快、靈敏度高；本專利技術(shù)還提供一種適用在上述方法的設備，該設備集成了光纖、光電技術(shù)，具有體積小，靈敏度高，價格低廉，使用壽命長的優(yōu)點。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是 一種檢測空氣中氨氣濃度的方法，其特征在于將光源發(fā)出的可見光經(jīng)過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經(jīng)反射光通道進入光電管，光電管向顯示器輸出電信號；當流經(jīng)氨敏材料表面的氣體中氨氣濃度發(fā)生變化時，反射光強度和光電管輸出的電信號發(fā)生相應的變化，在1 300mg/m3的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強度變化與流經(jīng)氨敏材料表面氣體中氨氣濃度變化成正比，測量一系列標準氨氣的反射光強度，將反射光強度對已知氨氣濃度作圖，繪制工作曲線，然后根據(jù)實測氣體的反射光強度在工作曲線上查得對應的氨氣濃度。一種用于檢測空氣中氨氣濃度的設備，包括通氣箱體1，固定在通氣箱體底部的底座2，擱置在底座上的氨敏材料3，安裝在通氣箱體左上側(cè)的進氣閥門4，安裝在通氣箱體右下側(cè)的出氣閥門5，光源6，光電管7，顯示器8，其特征在于光源6發(fā)出的可見光經(jīng)入射光通道6a照射在氨敏材料3上，氨敏材料3上的反射光經(jīng)反射光通道7a進入光電管7，光電管7向顯示器8輸出電信號；氨敏材料3是由一種多孔的高反射性的材料。氨敏材料3是一種反射光譜半峰寬度為5 40nm的材料。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本專利技術(shù)具有如下突出的優(yōu)點1)采用反射-干涉法測量氨氣濃度，線性范圍寬，在1 300mg/m3的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強度變化與流經(jīng)氨敏材料表面氣體中氨氣濃度變化成正比；2)采用反射-干涉法測量氨氣濃度，實時性好，可以連續(xù)檢測空氣中氨氣的濃度。3)采用的自行研制的氨敏材料對于有毒有害及易燃氣體呈化學惰性，對氨氣的響應時間為40s，恢復時間不大于1min，信號響應及恢復速度比其他類型的傳感器明顯要快；4)穩(wěn)定性好，使用壽命長達4年，優(yōu)于現(xiàn)有的同類傳感器；5)在常溫下使用，大大降低了傳感器工作溫度；6)能檢測到1叩m的氨氣，靈敏度高；7)使用的氨敏材料做成的傳感器體積小，利于傳感器的微型化，集成化;8)價格低廉，可以快速準確地測量空氣中微量氨氣濃度，具有廣闊的市場前景。附圖說明5氨氣濃度的設備的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為氨敏材料的反射光譜圖，橫坐標為波長，縱坐標是反射光 相對強度，圖中實線為通過氨氣前的反射光譜圖，虛線為通入氨氣后 的反射光譜圖圖3為氨敏材料的反射峰值強度隨氨氣濃度變化的信號響應圖， 橫坐標是時間，縱坐標是相對反射強度。具體實施方式 實施例1 -一種檢測空氣中氨氣濃度的方法，其特征在于 一種檢測空氣中 氨氣濃度的方法，其特征在于將光源發(fā)出的可見光經(jīng)過入射光通道 以入射角45° 90°照射到氨敏材料上，氨敏材料上的反射光經(jīng)反 射光通道進入光電管，光電管向顯示器輸出電信號；當流經(jīng)氨敏材料 表面的氣體中氨氣濃度發(fā)生變化時，反射光強度和光電管輸出的電信 號發(fā)生相應的變化，在1 300mg/m3的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強 度變化與流經(jīng)氨敏材料表面氣體中氨氣濃度變化成正比，測量一系列 標準氨氣的反射光強度，將反射光強度對已知氨氣濃度作圖，繪制工 作曲線，然后根據(jù)實測氣體的反射光強度在工作曲線上查得對應的氨 氣濃度。一種用于檢測空氣中氨氣濃度的設備，如圖1所示，通氣箱體1， 固定在通氣箱體底部的底座2，擱置在底座上的氨敏材料3，安裝在 通氣箱體左上側(cè)的進氣閥門4，安裝在通氣箱體右下側(cè)的出氣閥門5， 光源6，光電管7，顯示器8，其特征在于光源6發(fā)出的可見光經(jīng) 入射光通道6a照射在氨敏材料3上，氨本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種檢測空氣中氨氣濃度的方法，其特征在于：將光源發(fā)出的可見光經(jīng)過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經(jīng)反射光通道進入光電管，光電管向顯示器輸出電信號；當流經(jīng)氨敏材料表面的氣體中氨氣濃度發(fā)生變化時，反射光強度和光電管輸出的電信號發(fā)生相應的變化，在１～３００ｍｇ／ｍ↑［３］的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強度變化與流經(jīng)氨敏材料表面氣體中氨氣濃度變化成正比，測量一系列標準氨氣的反射光強度，將反射光強度對已知氨氣濃度作圖，繪制工作曲線，然后根據(jù)實測氣體的反射光強度在工作曲線上查得對應的氨氣濃度。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄔建敏，商云嶺，趙偉潔，陸金偉，孫黎明，
申請(專利權(quán))人：浙江大學，杭州碩安科技有限公司，杭州西湖儀器儀表研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：86[]