CN103196961B - 臭氧探空检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测设备，尤其是一种臭氧探空检测仪，具体地说是用于对臭氧探空仪进行地面测试的检测设备，属于臭氧检测的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述臭氧探空检测仪，包括检测仪壳体；所述检测仪壳体内设有用于抽取空气的进气泵，所述进气泵的出气口与流量调节器连接，所述流量调节器对进气泵抽取的空气进行流速后送入过滤器内，过滤器对气体过滤后送入气体发生器内，所述气体发生器对进入的气体处理后输出所需浓度的检测气体。本发明结构简单紧凑，使用操作方便，提高检测效率及检测精度，适应范围广，安全可靠。

Description

臭氧探空检测仪

技术领域

本发明涉及一种监测设备，尤其是一种臭氧探空检测仪，具体地说是用于对臭氧探空仪进行地面测试的检测设备，属于臭氧检测的技术领域。

背景技术

大气臭氧对气候变化、大气环境和生态平衡有重要影响，是当今大气科学领域重要的研究对象之一。臭氧可以吸收太阳短波辐射和红外辐射，是大气能量收支中的一个重要物质成分。要认知臭氧总量减少的物理化学过程和对流层臭氧变化的原因，需要准确掌握大气臭氧的长期变化趋势和短期变化特征。臭氧直接关系到平流层大气的温度结构和动力过程，对温室效应的贡献与其在大气中的垂直分布结构直接相关。此外，臭氧会对天气和气候变化产生不可忽略的辐射强迫作用，甚至会影响全球气候。因此，需要观测获取高精度数据作为基础，用以研究对流层和平流层区域内臭氧的分布和长期变化趋势，并对平流层损耗做出准确判断。

臭氧探空是能够提供35km以下高度范围内的臭氧垂直分布信息的有效手段，同时也是验证卫星遥感观测资料的独立信息。臭氧探空仪施放之前需要在地面进行检测，用以获取臭氧探空仪的探测性能，从而保证臭氧探空仪施放之后可以在大气中进行正常观测，以获取高质量的观测数据。目前，对臭氧探空仪的检测操作繁琐，检测效率低，检测精度低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种臭氧探空检测仪，其结构简单紧凑，使用操作方便，提高检测效率及检测精度，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述臭氧探空检测仪，包括检测仪壳体；所述检测仪壳体内设有用于抽取空气的进气泵，所述进气泵的出气口与流量调节器连接，所述流量调节器对进气泵抽取的空气进行流速控制后送入过滤器内，过滤器对气体过滤后送入气体发生器内，所述气体发生器对进入的气体处理后输出所需浓度的检测气体。

所述气体发生器包括气体发生器壳体，气体发生器壳体内设有通气腔体，所述气体发生器壳体的通气腔体内设有石英管及紫外灯管，所述石英管通过石英管堵头安装在气体发生器壳体上，石英管堵头上设有零气进气口及低浓度臭氧出气口，零气为滤除臭氧和其它易与臭氧发生反应的气体之后的空气，所述低浓度臭氧出气口及零气进气口均与石英管相连通；紫外灯管上设有浓度调节拉杆，浓度调节拉杆套在紫外灯管上，浓度调节拉杆能在气体发生器壳体内移动，以调节紫外灯管照射石英管的面积。

所述气体发生器壳体上设有空气自由进气口及高浓度臭氧出气口，所述空气自由进气口及高浓度臭氧出气口与通气腔体相连通。

所述紫外灯管通过紫外灯管堵头安装于气体发生器壳体上，浓度调节拉杆通过拉杆堵头安装于气体发生器壳体上，浓度调节拉杆上设有限位止圈，所述限位止圈位于通气腔体内。

所述检测仪壳体上设有泵进气口，进气泵的吸气口通过第一连接管与泵进气口连接；进气泵的出气口通过第二连接管与流量调节器的进气端连接，流量调节器的出气端通过第三连接管与过滤器的进气端连接，过滤器的出气端通过第四连接管与气体发生器的进气端连接，气体发生器的出气端通过第五连接管与低浓度臭氧输出口连接，并通过第六连接管与高浓度臭氧输出口连接。

本发明的优点：进气泵吸入空气经过流量调节器、过滤器处理后的零气送入气体发生器内，在气体发生器内石英管与紫外光灯管、浓度调节拉杆配合作用下得到测试用的零气、低浓度臭氧，所述零气、低浓度臭氧通过低浓度臭氧输出口送入臭氧探空仪内，完成对臭氧探空仪的性能检测；气体发生器产生的高浓度臭氧由臭氧探空仪的抽气泵自吸，实现对抽气泵活化目的，结构简单紧凑，使用操作方便，提高检测效率及检测精度，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明气体发生器的结构示意图。

图3为图2的左视图。

图4为图2的右视图。

图5为本发明的流程图。

附图标记说明；1-检测仪壳体、2-泵进气口、3-进气泵、4-流量调节器、5-过滤器、6-气体发生器、7-第一连接管、8-第二连接管、9-第三连接管、10-第四连接管、11-第五连接管、12-第六连接管、13-气体发生器壳体、14-石英管、15-拉杆堵头、16-浓度调节拉杆、17-紫外灯管堵头、18-紫外灯管、19-限位止圈、20-低浓度臭氧出气口、21-零气进气口、22-石英管堵头、23-通气腔体及24-高浓度臭氧出气口与25-空气自由进气口。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

臭氧探空仪用于检测空气中的臭氧含量，空气中的臭氧与臭氧探空仪中的溶液接触，发生化学反应会产生自由电子转移，电子转移量与参加反应的臭氧含量成正比，在外部电路中测量传导电流的大小可以计算出抽入反应池空气中的臭氧含量。臭氧探空仪施放之前需要在地面进行测试，所述对臭氧探空仪的测试需要多种不同浓度的臭氧，本发明的臭氧探空检测仪可以控制输出臭氧的含量，用以获取臭氧探空仪的地基测试数据，进而检测臭氧探空仪的探测性能。

如图1所示：为了实现对臭氧探空仪进行测试，得到相应的探测性能，本发明检测仪壳体1；所述检测仪壳体1内设有用于抽取空气的进气泵3，所述进气泵3的出气口与流量调节器4连接，所述流量调节器4对进气泵3抽取的空气进行流速控制后送入过滤器5内，过滤器5对气体过滤后送入气体发生器6内，所述气体发生器6对进入的气体处理后输出所需浓度的检测气体。

具体地，所述进气泵3、流量调节器4、过滤器5及气体发生器6均位于检测仪壳体5内。流量调节器4用于调节进气泵3输出的气体流速，流量调节器4可以采用常规的流速调节设备。进气泵3可以采用常用的泵体结构。

如图2、图3和图4所示：所述气体发生器6包括气体发生器壳体13，气体发生器壳体13内设有通气腔体23，所述气体发生器壳体13的通气腔体23内设有石英管14及紫外灯管18，所述石英管14通过石英管堵头22安装在气体发生器壳体13上，石英管堵头22上设有零气进气口21及低浓度臭氧出气口20，所述低浓度臭氧出气口20及零气进气口21均与石英管14相连通；紫外灯管18上设有浓度调节拉杆16，浓度调节拉杆16套在紫外灯管18上，浓度调节拉杆16能在气体发生器壳体13内移动，以调节紫外灯管18照射石英管14的面积。紫外灯管18照射石英管14后，在石英管14内得到低浓度的臭氧，所述低浓度臭氧通过低浓度臭氧出气口20输出。

所述气体发生器壳体13上设有空气自由进气口22及高浓度臭氧出气口23，所述空气自由进气口22及高浓度臭氧出气口24通气腔体23相连通。所述紫外灯管18为185nm笔型低压汞灯，低浓度臭氧出气口20能输出1L零气或低浓度臭氧，高浓度臭氧出气口24能输出200ml高浓度臭氧。

所述紫外灯管18通过紫外灯管堵头17安装于气体发生器壳体13上，浓度调节拉杆16通过拉杆堵头15安装于气体发生器壳体13上，浓度调节拉杆16上设有限位止圈19，所述限位止圈19位于通气腔体23内。通过限位止圈19能够避免在拉动浓度调节拉杆16时拉出气体发生器壳体13外。

所述检测仪壳体1上设有泵进气口2，进气泵3的吸气口通过第一连接管7与泵进气口2连接；进气泵3的出气口通过第二连接管8与流量调节器4的进气端连接，流量调节器4的出气端通过第三连接管9与过滤器5的进气端连接，过滤器5的出气端通过第四连接管10与气体发生器6的进气端连接，气体发生器6的出气端通过第五连接管11与低浓度臭氧输出口连接，并通过第六连接管12与高浓度臭氧输出口连接。本发明实施例中，第六连接管12的一端与高浓度臭氧出气口24连接，另一端与探测仪壳体1上的高浓度臭氧输出口连接。第五连接管11的一端与低浓度臭氧出气口20连接，另一端与探测仪壳体1上的低浓度臭氧输出口连接。通过高浓度臭氧输出口向臭氧探空仪输出高浓度的臭氧，通过低浓度的臭氧输出口向臭氧探空仪输出低浓度的臭氧，以完成不同情况下的测试要求。

本发明实施例中，进气泵3和流量调节器4用于输出测试臭氧探空仪所需气体的稳定流量和浓度。标准零气用于给出不含臭氧和其它易与臭氧发生反应的气体，以便对臭氧探空仪进行本底电流校准。通过控制输出的臭氧浓度使臭氧探空仪的电流值达到一定值（5μA），关闭臭氧输出，记录电流从4μA降至1.5μA的时间即为需检测的响应时间。

低浓度臭氧用于给出臭氧探空仪标定和性能测试所需低浓度值的臭氧，高浓度臭氧用于对臭氧探空仪的抽气泵进行活化，辅助设施用于探空仪施放前对抽气泵和臭氧探空仪进行活化时，给整个臭氧探空检测仪提供电源并对抽气泵电机性能进行测试。电源用于测试时给臭氧探空仪的电机供电，显示电流用于测试电机稳定性，控制电机电流小于某值（目的是减少电机耗电量）及标定臭氧传感器电机转速

本发明实施例中，通过低浓度臭氧输出口输出不含有臭氧的零气时，可以测得臭氧探空仪的背景电流。将所述气体通入臭氧探空仪得到除去臭氧之外的反应电流，此电流值为背景电流。背景电流来自空气中气体杂质与溶液发生化学反应产生电子而形成的电流。实际电流值减去背景电流即为臭氧转化产生的电流。高浓度臭氧是用来老化气泵和管路的，这样气泵和管路臭氧吸附满了之后在真正施放过程中即使空气中臭氧含量很低也可以测出来，否则一些低浓度臭氧都吸附在管路上使得臭氧探空仪难以测量对应的信号。

本发明实施例中，在不同浓度转换输出臭氧时，可以测得臭氧探空仪响应时间和测量精度。当需要低浓度臭氧和零气时，进气泵3通过泵进气口2将空气抽入，经流量调节器4调整，再由过滤器5过滤后生成零气进入气体发生器6，即通过零气进气口21进入气体发生器6内的石英管14内。进入的零气在石英管14内，经紫外灯管18照射产生臭氧，通过浓度调节拉杆16可调节紫外灯管18照射石英管14的面积，进而产生特定流量下的（1L）不同浓度臭氧（0～500ppb）。当紫外灯管18关闭，浓度调节拉杆16全部推入通气腔体23内，即浓度调节拉杆16全部遮挡紫外灯管18，使得紫外灯管18照射石英管14的面积为零，此时石英管14的低浓度臭氧出气口20输出的为零气。低浓度臭氧和零气均由低浓度臭氧出气口20输出，并通过第五连接管11输送至低浓度臭氧输出口，再由低浓度臭氧输出口送入臭氧探空仪内，继而实现对臭氧探空仪的检测。

当需要高浓度臭氧时，关闭进气泵3，空气由空气自由进气口25进入气体发生器6的通气腔体23内；将紫外灯管18打开、浓度调节拉杆16全部拉出，使紫外灯管18的照射面积达到最大，此时臭氧浓度约为10ppm左右，气体发生器6通气腔体23内的高浓度臭氧通过高浓度臭氧出气口24输出，并通过第六连接管12输送至高浓度臭氧输出口，由臭氧探空仪的气泵将高浓度臭氧吸入，所述臭氧探空仪吸入的流量约为200ml/min。

臭氧探空检测仪技术指标如下：

1）、具备长时间高浓度（在200 ml/sec流量时的臭氧浓度＞10ppm）臭氧输出能力，高浓度臭氧为独立且为自吸输出；

2）、具备长时间可调低浓度（0～500ppb）臭氧输出能力，输出流量可调，为600～1000ml/sec，零气为含量＜2ppb；

3）、零气与低浓度臭氧为同一个开放式输出口；

4）、输出12V/500mA直流电源，直流输出带电压和电流显示（15V/300mA）；

5）、具备被测传感器输出信号检测能力（0～20uA）。

如图5所示：测试时，通过进气泵3吸入空气，进气泵3可以吸入2L空气，进气泵3吸入的空气通过流量调节器4调节流速，并通过过滤器5过滤得到零气。过滤器5过滤后的气体进入气体发生器6内，气体发生器6内的紫外灯管18对石英管14照射，通过浓度调节拉杆16调节照射面积，从而在石英管14内得到不同浓度的臭氧，通过低浓度臭氧输出口输送到臭氧探空仪内，通过对臭氧探空仪进行相应电流及相关数据的测量，能够得到所需的探测性能数据。当需要对臭氧探空仪活化时，关闭进气泵3，空气通过空气自由进气口25进入气体发生器6内，紫外灯管18最大面积地照射进入的空气，臭氧探空仪通过高浓度臭氧输出口将气体发生器6内的高浓度臭氧吸出，以达到活化抽气泵的目的。

本发明进气泵3吸入空气经过流量调节器4、过滤器5处理后的零气送入气体发生器6内，在气体发生器6内石英管14与紫外光灯管18、浓度调节拉杆16配合作用下得到测试用的零气、低浓度臭氧，所述零气、低浓度臭氧通过低浓度臭氧输出口送入臭氧探空仪内，完成对臭氧探空仪的性能检测；气体发生器6产生的高浓度臭氧由臭氧探空仪的抽气泵自吸，实现对抽气泵活化目的，结构简单紧凑，使用操作方便，提高检测效率及检测精度，适应范围广，安全可靠。

Claims (3)

1. 一种臭氧探空检测仪，包括检测仪壳体（1）；其特征是：所述检测仪壳体（1）内设有用于抽取空气的进气泵（3），所述进气泵（3）的出气口与流量调节器（4）连接，所述流量调节器（4）对进气泵（3）抽取的空气进行流速控制后送入过滤器（5）内，过滤器（5）对气体过滤后送入气体发生器（6）内，所述气体发生器（6）对进入的气体处理后输出所需浓度的检测气体；

所述气体发生器（6）包括气体发生器壳体（13），气体发生器壳体（13）内设有通气腔体（23），所述气体发生器壳体（13）的通气腔体（23）内设有石英管（14）及紫外灯管（18），所述石英管（14）通过石英管堵头（22）安装在气体发生器壳体（13）上，石英管堵头（22）上设有零气进气口（21）及低浓度臭氧出气口（20），所述低浓度臭氧出气口（20）及零气进气口（21）均与石英管（14）相连通；紫外灯管（18）上设有浓度调节拉杆（16），浓度调节拉杆（16）套在紫外灯管（18）上，浓度调节拉杆（16）能在气体发生器壳体（13）内移动，以调节紫外灯管（18）照射石英管（14）的面积；

所述气体发生器壳体（13）上设有空气自由进气口（25）及高浓度臭氧出气口（23），所述空气自由进气口（25）及高浓度臭氧出气口（24）通气腔体（23）相连通。

2.根据权利要求1所述的臭氧探空检测仪，其特征是：所述紫外灯管（18）通过紫外灯管堵头（17）安装于气体发生器壳体（13）上，浓度调节拉杆（16）通过拉杆堵头（15）安装于气体发生器壳体（13）上，浓度调节拉杆（16）上设有限位止圈（19），所述限位止圈（19）位于通气腔体（23）内。

3.根据权利要求1所述的臭氧探空检测仪，其特征是：所述检测仪壳体（1）上设有泵进气口（2），进气泵（3）的吸气口通过第一连接管（7）与泵进气口（2）连接；进气泵（3）的出气口通过第二连接管（8）与流量调节器（4）的进气端连接，流量调节器（4）的出气端通过第三连接管（9）与过滤器（5）的进气端连接，过滤器（5）的出气端通过第四连接管（10）与气体发生器（6）的进气端连接，气体发生器（6）的出气端通过第五连接管（11）与低浓度臭氧输出口连接，并通过第六连接管（12）与高浓度臭氧输出口连接。