一种基于紫外灯的气体中voc物质在线检测装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基于紫外灯的气体中VOC物质在线检测装置，包括：取样装置，用于对气体进行连续取样；流量调节装置，其与所述取样装置相连，用于使所述气体以一定的流量连续通过氧化装置；氧化装置，其内设有一紫外灯，用于对进去其内的所述气体进行氧化；第一测量装置，设于所述流量调节装置和所述氧化装置之间，用于测量氧化前所述气体的温度、压强和CO2浓度；第二测量装置，用于测量氧化后所述气体的温度、压强和CO2浓度。本发明的有益效果在于，通过测试所述气体在氧化前后，所述气体相对应的温度、压强和二氧化碳浓度，再经过简单计算便可获得VOC物质中总有机碳的摩尔浓度，该装置不仅结构简单、运行成本低，而且测量精度高。
【专利说明】
一种基于紫外灯的气体中voc物质在线检测装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种气体中V0C物质检测装置，尤其涉及一种基于紫外灯的气体中V0C 物质在线检测装置。
【背景技术】
[0002] V0C物质，即挥发性有机化合物，若超标释放，会对大气环境造成很大的污染，危害 人们的身体健康。
[0003] 专利文献CN 2570774Y，公开了一种闭路循环式总有机碳分析装置，该装置由样品 自动定量进样装置、除C02装置、氧化装置、反应剂进样装置、气体除水装置、气栗、红外气体 分析器、仪器测控单元组成，用于检测水体中总有机碳的含量，在检测过程中，需要进行除 C02和气体中除水的步骤，较繁琐，而且，此装置只适用于检测水质中V0C的浓度，并不能用 于检测气体中V0C的浓度。
[0004] 而现有的检测V0C气体浓度技术主要是利用质谱、气相色谱、光离子化检测法和氢 火焰离子(FID)检测法。质谱、气相色谱检测技术虽然检测比较准确，但是仪器设备价格比 较高，操作较复杂，耗时，测量成本较高;氢火焰离子检测器采用氢火焰将样品气体进行电 离，因此需要配备氢气瓶，并需要频繁更换，仪器需要在防爆环境使用，对安全性要求很高， 使用成本较高;光离子化检测器采用紫外灯来离子化样品气体，分子被电离为带正负电的 离子，它们被电荷传感器感受到形成电流，仪器成本较低，但是在此过程中由于激发分子的 淬灭、正离子与电子的复合和外来物质俘获电子使检测池电子浓度降低，而且不同的紫外 灯对检测voc物质具有较高选择性，使得光离子化检测方法检测数值精度不高，鉴于此，急 需开发一种操作简单、测量精度高的气体中V0C物质在线检测装置。
[0005] 鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，提供一种基于紫外灯的气体中V0C 物质在线检测装置，包括:取样装置，用于对气体进行连续取样;流量调节装置，其与所述取 样装置相连，用于使所述气体以一定的流量通过所述氧化装置;氧化装置，其内设有一与所 述氧化装置可拆卸连接的紫外灯;第一测量装置，设于所述流量调节装置和所述氧化装置 之间，用于测量氧化前所述气体的温度、压强和C0 2浓度;第二测量装置，用于测量氧化后所 述气体的温度、压强和co2浓度。
[0007] 进一步，所述流量调节装置包括流量调节阀和流量计，所述取样装置、流量调节 阀、流量计和所述第一测量装置依次相连。
[0008] 进一步，所述第一测量装置包括第一压力表、第一温度计和第一 NDIR-C02传感器， 所述流量计、第一压力表、第一温度计和第一 NDIR-C02传感器依次连接，所述第一 NDIR-C02 传感器和所述氧化装置的入口处连接;所述第二测量装置包括依次连接的第二压力表、第 二温度计和第二NDIR-C02传感器，所述第二压力表和所述氧化装置的出口处连接。
[0009]进一步，所述第一压力表和所述第一温度计的位置可以互换，所述第二压力表和 所述第二温度计的位置可以互换。
[001 0]进一步，所述紫外灯在所述氧化装置内竖直放置。
[0011] 进一步，所述氧化装置的入口低于所述氧化装置的出口。
[0012] 进一步，所述氧化装置内设有第三温度计。
[0013] 进一步，所述的基于紫外灯的气体中voc物质在线检测装置，还包括一测控装置， 所述测控装置包括主控电路、显示模块和数据处理模块，所述显示模块和所述数据处理模 块分别和所述主控电路相连，所述第一测量装置和所述第二测量装置分别和所述主控电路 相连。
[0014] 进一步，所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，还包括一报警装置， 所述报警装置与所述主控电路相连。
[0015] 进一步，在所述氧化装置的内壁上涂覆有催化剂层，所述催化剂层为二氧化钛层、 纳米氧化锌层和三氧化钨层中的一种或两种以上的复合层。
[0016] 与现有技术比较本发明的有益效果在于：
[0017] 1.所述的V0C物质在线检测装置，通过测试所述气体在氧化前后，所述气体相对应 的温度、压强和二氧化碳浓度，再经过简单计算便可获得V0C物质中总有机碳的摩尔浓度， 该装置不仅结构简单、运行成本低，而且测量精度高；
[0018] 2.所述紫外灯竖直放置，既能够保证所述氧化装置内的温度均一，又能够保证所 述氧化装置内的紫外照射强度一致，利于所述气体在自下而上移动的过程中被全部氧化；
[0019] 3.在所述氧化装置内设有第三温度计，所述第三温度计能够用于间接监测所述氧 化装置中的反应情况和所述紫外灯的状态；
[0020] 4.所述测控装置的设置，实现了智能化的数据处理过程，节约了时间，增加了该装 置的适用性；
[0021] 5.当V0C物质的总有机碳的摩尔浓度C超过V0C物质允许排放的标准时，所述报警 装置发出报警命令，提醒操作人员采取相应的措施；
[0022] 6.在所述氧化装置的内壁上涂覆有催化剂层，所述催化剂层能够加快所述V0C物 质的氧化。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置的功能结构框图； [0024]图2为本发明实施例一中一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置的结构 示意图；
[0025]图3为本发明实施例四中一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置的结构 示意图；
[0026]图4为本发明实施例五中一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置的结构 示意图；
[0027] 图5为本发明测控装置的结构示意图；
[0028] 图6为本发明氧化装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0030] 实施例一
[0031] 请参阅图1，其为本发明一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置的功能结 构框图。
[0032] -种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，包括取样装置1，用于对气体进 行连续取样;流量调节装置2,其与所述取样装置1连接，用于使所述气体以一定的流量Q通 过所述氧化装置4;氧化装置4，用于对进去其内的所述气体进行氧化;第一测量装置3，设于 所述流量调节装置2和所述氧化装置4之间，用于测量氧化前所述气体的温度、压强和0) 2浓 度;第二测量装置5,用于测量氧化后所述气体的温度、压强和C02浓度。其中，所述的取样装 置1优选取样栗;所述氧化装置4内设有一与所述氧化装置可拆卸连接的紫外灯41，所述可 拆卸连接方式为卡扣、螺钉或螺栓等连接方式，在所述紫外灯41的照射下，所述V0C物质能 够被氧化为C0 2;所述的Q为苯在所述氧化装置4中全部被氧化通入的流量。
[0033]本发明中，V0C物质在所述氧化装置4中的氧化机理为:所述气体连续进入装有高 强紫外灯的氧化装置4,在所述紫外灯41的照射下，V0C物质被直接光解为C02,除此之外，所 述气体中含有氧气和水分子，在紫外灯的照射下，氧气被氧化为〇3，产生的〇3也能将V0C物质 转化为C0 2;紫外灯中富含185nm的光子能将水分子的0-H键直接打断而生成具有强氧化性 的· 0H，同时，03也能与水分子作用产生更多的· 0H，· 0H的氧化电位为2.8eV，氧化能力仅 次于氟，产生的· 0H易将V0C物质氧化为C02。
[0034] 本发明的V0C在线检测装置，通常用于检测油漆厂、化工厂等厂房内V0C物质的浓 度，避免其在生产过程中，造成厂房内V0C物质超标，危害人体健康。
[0035] 本发明的V0C物质在线检测装置，通过测试所述气体在氧化前后，所述气体相对应 的温度、压强和二氧化碳浓度，再经过简单计算便可获得V0C物质中总有机碳的摩尔浓度， 该装置不仅结构简单、运行成本低，而且测量精度高。
[0036] 请参阅图2,其为本实施例中一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置的结 构示意图。
[0037] 所述流量调节装置2，包括流量调节阀21和流量计22，所述取样装置1、流量调节阀 21、流量计22和所述第一测量装置3依次相连。为确保所述气体从所述氧化装置4的进口到 出口全部被氧化，以难被紫外氧化的物质，如苯为基准，测定其在所述氧化装置4中全部被 氧化通入的流量Q，其他比苯易被氧化的物质以苯通入的流量Q为基准，通过所述流量调节 阀21配合所述流量计22，调节进气流量为Q，这样，能够确保进去所述氧化装置4内的所述气 体中的V0C物质被完全光解为C0 2。
[0038] 所述第一测量装置3包括第一压力表31、第一温度计32和第一 NDIR-C02传感器33， 所述取样装置1、流量调节调节阀21、流量计22、第一压力表31、第一温度计32和第一 NDIR-C02传感器33依次连接，所述第一 NDIR-C02传感器33和所述氧化装置4的入口处连接，所述第 一压力表31、第一温度计32和第一 NDIR-C02传感器33分别用于测试所述气体进去所述氧化 装置4之前所述气体的压强、温度和C0 2的浓度。
[0039] 所述第二测量装置5包括依次连接的第二压力表51、第二温度计52和第二NDIR- C〇2传感器53,所述第二压力表51和所述氧化装置4的出口处连接，所述气体最后经所述第 二NDIR-C02传感器53直接进行排空，其中，所述第二压力表51、第二温度计52和第二NDIR-C02传感器53分别用于测试所述气体经所述氧化装置4氧化后所述气体的压强、温度和所述 气体中C0 2的浓度。
[0040] 设所述第一 NDIR-C02传感器33和所述第二NDIR-C02传感器53之间管道的体积和所 述氧化装置4内的空腔的体积总和为V R，则所述气体在所述第一NDIR-C02传感器33和所述第 二NDIR-C02传感器53之间移动的时间t R = Vr/Q。
[0041] 在任一时刻t时，记录所述第二测量装置测得的氧化后的所述气体的压强内、温度 T 2和C 0 2浓度C 2，则在t时刻时，所述氧化装置4出口处所述气体中C 0 2的物质的量
由于在氧化前后，所述气体从所述第一 NDIR-C02传感器33移动到所述第二 NDIR-C02传感器53时间为tR，记录在t-tR时刻时，所述第一测量装置测得的与所述第二测量 装置相对应的氧化前所述气体的压强?:、温度?\、C02浓度&。
[0042] 连续采样进气和出气流量相同，根据理想气体方程，所述气体在进入所述氧化装 置4之前，所述气体中的⑶2的物质的1-，经过时间tR，所述气体中V0C物质
全部转化为C〇2,此时，所述气体中C〇2的物质的量
财在任一时刻t时，所述气 体中V0C物质转化的C〇2的物质的量n = n2 (t) -m (t-tR)，则所述气体中V0C物质转化的C〇2的 摩尔浓度
，所测得的C〇2的摩尔浓度C即为所述V0C物 质的总有机碳的浓度。
[0043] 实施例二
[0044]如上所述的一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，本实施例与其不同 之处在于，所述第一压力表31和所述第一温度计32的位置可以互换，所述第二压力表51和 所述第二温度计52的位置可以互换。
[0045] 实施例三
[0046]如上所述的一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，本实施例与其不同 之处在于，所述紫外灯41在所述氧化装置4内竖直放置，这样，既能够保证所述氧化装置4内 的温度均一，又能够保证所述氧化装置4内的紫外照射强度一致，利于所述气体在自下而上 移动的过程中被全部氧化。
[0047]所述氧化装置4的入口低于所述氧化装置4的出口，由于V0C物质的质量比空气的 质量重，这样，当连续通气时，所述气体自下而上移动相比自上而下移动来说，减缓了移动 的速率，使所述气体在所述氧化装置4中停留的时间较长，增加了氧化的时间。
[0048] 实施例四
[0049]如上所述的一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，本实施例与其不同 指出在于，如图3所示，在所述氧化装置4内设有第三温度计42,所述第三温度计42用于间接 监测所述氧化装置4中的反应情况和所述紫外灯41的状态。若所述第三温度计42显示的温 度数值过高，从安全方面考虑，需暂停检测，待所述氧化装置4内的温度处于该装置正常承 受的范围内时，方可进行检测;若所述第三温度计42在长时间检测的过程中，其所显示的温 度一直都处于较低的状态，则说明所述紫外灯41出现老化现象或所述紫外灯41处于不工作 的状态。
[0050] 实施例五
[0051]如上所述的一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，本实施例与其不同 之处在于，结合图4和图5所示，图5为测控装置的结构示意图，所述的V0C在线检测装置还包 括一测控装置6,所述测控装置6包括主控电路、显示模块和数据处理模块，所述显示模块和 所述数据处理模块分别和所述主控电路相连;所述第一测量装置3和所述第二测量装置5分 别和所述主控电路相连，具体为，所述第一压力表31、第一温度计32、第一 NDIR-C02传感器 33、第二压力表51、第二温度计52和第二NDIR-C02传感器53分别和所述主控电路相连，所述 第一压力表31、第一温度计32、第一 NDIR-C02传感器33、第二压力表51、第二温度计52和第 二NDIR-C02传感器53分别将读取的Pi、Ci、Ti、P 2、C2、T2的数值传输给所述主控电路，再经所 述数据处理模块按公式
处理后，经所述主控电路传输 给所述显示模块进行显示，由于本发明中数据处理较简单，为节约成本，本实施例中，所述 测控装置6优先PLC控制器。
[0052]所述测控装置6的设置，实现了智能化的数据处理过程，节约了时间，增加了该装 置的适用性。
[0053]实施例六
[0054]如上所述的一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，本实施例与其不同 之处在于，结合图4和图5所示，所述的V0C在线检测装置还包括一报警装置43,所述报警装 置43与所述测控装置6中的所述主控电路相连，当所述数据处理模块处理得到的所述V0C物 质的摩尔浓度C超过V0C物质允许排放的标准时，所述主控电路自动向所述报警装置43发出 报警指示命令，所述报警装置43以声光的形式报警，如蜂鸣或闪光的形式报警，提醒操作人 员采取相应的措施。
[0055] 实施例七
[0056]如上所述的一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，本实施例与其不同 之处在于，在所述氧化装置4的内壁上涂覆有能够被紫外光活化的催化剂层7,所述催化剂 层7能够加快V0C物质的氧化，其中，所述的催化剂层为二氧化钛层、纳米氧化锌层和三氧化 钨层中的一种或两种以上的复合层。
[0057]实施例八
[0058]如上所述的一种基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置的检测方法，包括以 下步骤：
[0059] S1:开启氧化装置中的紫外灯，使其达到一个稳定的状态；
[0060] S2:开启取样装置，调节流量调节装置，使气体以一定的流量Q通过所述氧化装置；
[0061] S3:记录在任一时刻t时，所述第二测量装置测得的氧化后的所述气体的压强Ρ2、 温度T#PC02浓度c2;记录在t-tR时刻时，所述第一测量装置测得的与所述第二测量装置相 对应的氧化前所述气体的压强?:、温度1^0)2浓度α，其中，tR表示所述气体从所述第一测量 装置移动到所述第二测量装置的时间；
[0062] S 4 :计算任一时刻t时，所述气体中V 0 C物质的总有机碳的摩尔浓度
[0063] 本发明的VOC物质在线检测方法，通过测试所述气体在氧化前后，所述气体相对应 的温度、压强和二氧化碳浓度，再经过简单计算便可获得VOC物质中总有机碳的摩尔浓度， 该装置不仅结构简单、运行成本低，而且测量精度高。
[0064]实施例九
[0065]如上所述的基于UV光解的气体中VOC物质在线检测方法，本实施例与其不同之处 在于，若所述VOC物质为纯物质时，则此VOC物质的总有机碳的质量浓度Cm为：
[0066]
[0067]式中，C表示所述VOC物质的总有机碳的摩尔浓度，Mr表示所述VOC物质的摩尔质 量，k表示所述VOC物质含有的碳原子个数。
[0068] 如VOC物质为甲苯时，根据VOC在线检测装置测得的甲苯的摩尔浓度为C，通过上述 公式可得到甲苯的质量浓度Cm=CX92/7 = 13C。
[0069] 实施例十
[0070]如上所述的基于UV光解的气体中VOC物质在线检测方法，本实施例与其不同之处 在于，若所述VOC物质为混合物时，则此VOC物质的总有机碳的质量浓度Cm为：
[0071]
[0072]式中，C表示所述VOC物质的总有机碳的摩尔浓度，m表示所述VOC物质中含有的组 分个数，m表示第i组分的物质的量，h表示第i组分中碳原子的个数，Mi表示第i组分的摩尔 质量。
[0073] 如VOC物质中含有的组分个数为3种，第1组分为苯(C6H6)，对应的物质的量m、摩尔 质量M!、含有的C原子的个数ki分别为1111 〇1、78.118/111〇1、6;第2组分为丙酮((：3!160)，对应的 物质的量Π2、摩尔质量M2、含有的C原子的个数k2分别为2mol、58.08g/mol、3;第3组分为正己 烷(CsHw)，对应的物质的量n 3、摩尔质量M3、含有的C原子的个数k3分别为lmol、86.17g/mol、 6,根据VOC在线检测装置测得的VOC物质的总有机碳的摩尔浓度为C，计算VOC物质的总有机 碳的质量浓度Cm为：
[0074]
[0075] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于紫外灯的气体中VOC物质在线检测装置，其特征在于，包括： 取样装置，用于对气体进行连续取样； 流量调节装置，其与所述取样装置相连，用于使所述气体以一定的流量通过所述氧化 装置； 氧化装置，其内设有一与所述氧化装置可拆卸连接的紫外灯； 第一测量装置，设于所述流量调节装置和所述氧化装置之间，用于测量氧化前所述气 体的温度、压强和c〇2浓度； 第二测量装置，用于测量氧化后所述气体的温度、压强和c〇2浓度。2. 根据权利要求1所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，其特征在于，所 述流量调节装置包括流量调节阀和流量计，所述取样装置、流量调节阀、流量计和所述第一 测量装置依次相连。3. 根据权利要求2所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，其特征在于， 所述第一测量装置包括第一压力表、第一温度计和第一 NDIR-C02传感器，所述流量计、 第一压力表、第一温度计和第一 NDIR-C02传感器依次连接，所述第一 NDIR-C02传感器和所述 氧化装置的入口处连接； 所述第二测量装置包括依次连接的第二压力表、第二温度计和第二NDIR-C02传感器，所 述第二压力表和所述氧化装置的出口处连接。4. 根据权利要求3所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，其特征在于，所 述第一压力表和所述第一温度计的位置可以互换，所述第二压力表和所述第二温度计的位 置可以互换。5. 根据权利要求1所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，其特征在于，所 述紫外灯在所述氧化装置内竖直放置。6. 根据权利要求1所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，其特征在于，所 述氧化装置的入口低于所述氧化装置的出口。7. 根据权利要求1所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，其特征在于，所 述氧化装置内设有第三温度计。8. 根据权利要求1所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，其特征在于，还 包括一测控装置，所述测控装置包括主控电路、显示模块和数据处理模块，所述显示模块和 所述数据处理模块分别和所述主控电路相连，所述第一测量装置和所述第二测量装置分别 和所述主控电路相连。9. 根据权利要求8所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，其特征在于，还 包括一报警装置，所述报警装置与所述主控电路相连。10. 根据权利要求1-9任一所述的基于紫外灯的气体中V0C物质在线检测装置，其特征 在于，在所述氧化装置的内壁上涂覆有催化剂层，所述催化剂层为二氧化钛层、纳米氧化锌 层和三氧化钨层中的一种或两种以上的复合层。
【文档编号】G01D21/02GK105973832SQ201610600409
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月27日
【发明人】李朝林
【申请人】李朝林