一种基于紫外荧光法的含硫物质气体定量检测装置

摘要

本发明涉及一种基于紫外荧光法的含硫物质气体定量检测装置。本发明可对待测气体同时或分别进行二氧化硫和硫化氢的定量检测，还可完成待测气体中含硫物质总体浓度的定量检测，减少仪器投入，增加检测指标，降低检测成本。而采用氙灯作为光源，性能稳定、寿命长。其中光电倍增管作为检测器，可检测微弱光信号，提高检测结果的准确性。同时，优化检测光路，仅使用2个透镜和2个滤光片即完成了光路的搭配。在保证性能不变的前提下，优化了整个装置的结构，使整个装置便于安装和维护，节省了安装成本，降低了维护工作量。

说明书

技术领域

本发明涉及含硫气体检测技术领域，具体为一种基于紫外荧光法的含硫物质气体定量检测装置。

背景技术

含硫物质气体最常见是二氧化硫和硫化氢。二氧化硫为无色透明气体，有刺激性臭味，化学式SO

因此，对于环境空气、工业废气的含硫物质进行定量检测非常重要。目前，通过紫外荧光法定量检测气体中的二氧化硫和硫化氢是常规的技术手段。大部分厂家采用锌灯作为光源，由于光强衰减变化导致检测结果出现偏差，且使用寿命较短，需要频繁维护才能正常使用，运行成本高；个别厂家采用氙灯作为光源，虽然寿命较长，但光路和结构复杂导致成本较高。而且常规检测二氧化硫和硫化氢需要两台检测装置分别进行定量检测，成本较高，也很难对同一气体进行含硫物质总体浓度的定量检测。

发明内容

鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种基于紫外荧光法的含硫物质气体定量检测装置，采用的技术方案是，包括箱体，所述箱体侧边安装有进气口、排气口、校准口，所述箱体内部安装有过滤膜、进气切换阀、除烃器、检测切换阀、涤除器、高温氧化炉、气室、压力传感器、流量传感器、真空泵、主控单元，所述气室上连通连接有气室进口和气室出口。

其中，过滤膜主要过滤待测气体中的颗粒物；除烃器用于去除待测气体中的碳氢化合物；进气切换阀用于切换进气气路和校准气路；检测切换阀用于将气路一分为二，切换二氧化硫检测气路或硫化氢检测气路；涤除器用于硫化氢检测气路中去除待测气体中的二氧化硫，确保检测准确；高温氧化炉用于将硫化氢完全转换为二氧化硫；气室为密闭管状空间，待测气体进入该空间吸收紫外光后发出紫外荧光，被检测组件检测；气室内覆有防止二氧化硫吸附的涂层，并且防止光线反射，降低干扰；压力传感器用于检测气路中压力值传输至主控单元，确保本检测装置正常运行；流量传感器用于检测气路中流量值传输至主控单元，确保本检测装置正常运行；真空泵用于产生负压，使待测气体在本检测装置中正常流转；主控单元为本检测装置运行控制核心，控制光源、进气切换阀、检测切换阀动作，接收检测组件、压力传感器、流量传感器检测的信号，计算检测物质浓度，并可将检测结果对外传输。

各部件具体安装连通关系为，所述进气口通过管路与过滤膜连通连接，所述过滤膜的出气端及所述校准口分别通过管路与所述进气切换阀连通连接，所述进气切换阀的出气端通过管路与所述除烃器的内管连通连接，所述除烃器的内管通过管路与所述检测切换阀连通连接，所述检测切换阀的两个出口分别通过管路连通连接所述涤除器和所述气室进口，所述涤除器的出口通过管路连通连接所述高温氧化炉，所述高温氧化炉的出口通过管路连通连接所述气室进口，所述气室进口处连通连接有三通接头，并通过三通接头分别与所述检测切换阀和所述高温氧化炉连通连接，所述气室出口通过管路依次串联连通连接有所述流量传感器和所述压力传感器，所述压力传感器的出口通过管路连通连接所述除烃器的外管，所述除烃器的外管通过管路连通连接所述真空泵，所述真空泵的出口通过管路连通连接所述排气口，所述气室上与所述气室进口相对应的一端面上开孔并对应安装有光源组件，所述光源组件上安装有光源，所述气室侧面孔口并对应安装有检测组件，所述进气切换阀、检测切换阀、光源、检测组件、压力传感器分别与所述主控单元电性连接。

作为本发明的一种优选方案，所述光源组件内部与所述光源相对应依次安装的第一滤光片和准直透镜。第一滤光片选用214nm的滤光片，选用氙灯作为光源，发出190nm～1100nm波长的散光；氙灯发出的散光，经第一滤光片滤光后通过准直透镜将散光变为平行光射入气室，激发待测气体。

作为本发明的一种优选方案，所述检测组件内部依次安装有第二滤光片、聚焦透镜和光电倍增管，所述第二滤光片靠近所述气室，所述第二滤光片选用330nm的滤光片。待测气体进入气室吸收紫外光后发出紫外荧光，紫外荧光经第二滤光片滤光后通过聚焦透镜聚焦进入光电倍增管，光电倍增管将光信号转换为电信号传输至主控单元。

本发明的有益效果：本发明可对待测气体同时或分别进行二氧化硫和硫化氢的定量检测，还可完成待测气体中含硫物质总体浓度的定量检测，减少仪器投入，增加检测指标，降低检测成本。而采用氙灯作为光源，性能稳定、寿命长。其中光电倍增管作为检测器，可检测微弱光信号，提高检测结果的准确性。同时，优化检测光路，仅使用2个透镜和2个滤光片即完成了光路的搭配。在保证性能不变的前提下，优化了整个装置的结构，使整个装置便于安装和维护，节省了安装成本，降低了维护工作量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的光源、光源组件、气室和检测组件的结构示意图；

图3为本发明的光源、光源组件、气室和检测组件的内部结构剖视图。

图中：1过滤膜、2进气切换阀、3除烃器、4检测切换阀、5涤除器、6高温氧化炉、7光源、8光源组件、9气室、10气室进口、11气室出口、12检测组件、13压力传感器、14流量传感器、15真空泵、16主控单元、17进气口、18排气口、19校准口、20第一滤光片、21准直透镜、22第二滤光片、23聚焦透镜、24光电倍增管、25机箱。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明的一种基于紫外荧光法的含硫物质气体定量检测装置，包括设置于机箱25的过滤膜1、进气切换阀2、除烃器3、检测切换阀4、涤除器5、高温氧化炉6、光源7、光源组件8、气室9、检测组件12、压力传感器13、流量传感器14、真空泵15、主控单元16。具体的，机箱25的进气口17与过滤膜1相连，在真空泵15负压作用下，待测气体依次通过进气口17、过滤膜1、进气切换阀2、除烃器3、检测切换阀4后一分为二。一路通过除烃器3内管、检测切换阀4经气室进口10进入气室9完成二氧化硫检测，再经气室出口11通过流量传感器14、压力传感器13、除烃器3外管、真空泵15入口，沿真空泵15出口经排气口18排出机箱25；另一路待测气体通过除烃器3内管、检测切换阀4、涤除器5进入高温氧化炉6，将硫化氢完全氧化成二氧化硫后经气室进口10进入气室9完成检测，再经气室出口11通过流量传感器14、压力传感器13、除烃器3外管、真空泵15入口，沿真空泵15出口经排气口18排出机箱25。其中光源7、检测组件12、进气切换阀2、检测切换阀4、流量传感器14、压力传感器13分别与主控单元16之间电性连接。

如果只检测二氧化硫浓度，正常运行时检测切换阀4处于断电状态，待测气体直接进入气室9进行检测。如果只检测硫化氢浓度，正常运行时检测切换阀4处于通电状态，待测气体经涤除器5、高温氧化炉6进入气室9进行检测。如果二氧化硫和硫化氢浓度均检测，可人工或自动切换检测切换阀4，保证两路待测气体分别进入气室9进行检测，并可计算得出含硫物质总体浓度。

如图2、图3所示，光源7和光源组件8位于气室9的一端，依次装配光源7、第一滤光片20、准直透镜21；气室9另一端装有气室进口10，气室9上部装有气室出口11；气室9侧部装有检测组件12，依次装配第二滤光片22、聚焦透镜23和光电倍增管24。光源7发出的光束先经过第一滤光片20去除杂散光，再经过准直透镜21变为紫外平行光束后射入气室9内，待测气体从气室进口10进入气室9，吸收射入的紫外平行光束进入激发态，处于激发态的气体在真空泵15负压的带动下脱离紫外平行光束后迅速进入基态并发出荧光，荧光光线经第二滤光片22滤光，再经聚焦透镜23汇聚后被光电倍增管24接收，光电倍增管24将光信号转化为电信号传输至主控单元16，计算得出二氧化硫的浓度，实现对待测气体中二氧化硫的定量检测。检测完的气体经气室出口11通过流量传感器14、压力传感器13、除烃器3外管、真空泵15入口，沿真空泵15出口经排气口18排出机箱25。

其中采用紫外荧光法进行检测，具体原理为：

1、二氧化硫检测

氙灯作为光源发出光束，经过214nm滤光片和准直透镜后进入气室，待测气体中的二氧化硫分子进入气室被照射后吸收光源能量后发生能级跃迁，成为激发态分子。由于激发态分子不稳定，在返回基态时，以荧光光子的形式释放出过剩能量产生荧光信号，荧光经过330nm滤光片和聚焦透镜后被光电倍增管接收，光电倍增管将光信号转化为电信号传输至主控单元。根据紫外荧光法原理，荧光的光强与气室中二氧化硫的浓度成正比，主控单元将获取的电信号经过计算得出二氧化硫的浓度，实现对待测气体中二氧化硫的定量检测。

这个反应分两个步骤进行：

(1)、二氧化硫分子吸收214nm波长的紫外线能级跃迁到激发态。反应式为：SO

(2)、处于激发态的二氧化硫分子再次回到基态，发出特征波长的荧光，荧光的中心波长为330nm，反应式为：SO

根据紫外荧光法原理，所发出荧光总光强(I)与激发态的二氧化硫分子数之间的关系可表示为：I＝k(SO

其中，二氧化硫的转化率k与温度相关，温度越高，转化为二氧化硫越快，则单位时间内转化的二氧化硫越多。

所以，由上述三个反应式可知，当初始光强、气室的光程L、气体温度T已知，且没有干扰条件(如没有干扰气体和杂散光)，二氧化硫的转化率k为常数，则荧光的光强与气室中二氧化硫的浓度成正比。

2、硫化氢检测

硫化氢检测需要先对待测气体中的二氧化硫进行涤除，然后将硫化氢通过高温催化氧化完全转化为二氧化硫(氧化剂的添加相对于硫化氢的量过量)，按照上述二氧化硫检测方法对硫化氢转换的二氧化硫的浓度进行测量，该反应中硫化氢和二氧化硫的浓度成正比，因此可以通过二氧化硫浓度计算出硫化氢的浓度，实现对待测气体中硫化氢的定量检测。

具体反应式如下：

3、含硫物质总体浓度检测

上述检测的二氧化硫和硫化氢的浓度之和，即待测气体中含硫物质的总体浓度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本文中未详细说明的部件及电路连接部分为现有技术。

上述虽然对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本发明的保护范围以内。