專利名稱：一種檢測(cè)空氣中氨氣濃度的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)空氣中氨氣濃度的方法，以及用在檢測(cè)空氣中氨氣濃度的設(shè)備。
背景技術(shù)：
氨氣是一種無色、具有強(qiáng)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?？諝庵械陌睔庖蛞兹苡谒１晃皆谌梭w皮膚粘膜、眼結(jié)膜及呼吸道咽喉粘膜，對(duì)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(duì)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(yán)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(cè)原理各不相同，主要分為三大類(1 )利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器如半導(dǎo)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(dǎo)式等。(2)利用物理性質(zhì)的氣體傳感器如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。(3)利用電化學(xué)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(duì)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(dǎo)體式傳感器利用被測(cè)氣體的吸附作用，改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，通過電流變化的比較，激發(fā)報(bào)警電路。金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器，因其反應(yīng)十分靈敏，故廣泛使用于測(cè)量氨氣的微漏現(xiàn)象。但是，由于半導(dǎo)體式傳感器易受環(huán)境影響，輸出信號(hào)不太穩(wěn)定。熱傳導(dǎo)式氨氣傳感器是依據(jù)氨氣的導(dǎo)熱系數(shù)與空氣的差異來測(cè)定氨氣的濃度，通過惠斯登電橋電路將導(dǎo)熱系數(shù)的差異轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這種傳感器在待測(cè)氨氣濃度高時(shí)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(diǎn)。
3電化學(xué)式傳感器是目前被廣泛使用的另一類檢測(cè)氨氣的傳感器。
電化學(xué)傳感器的構(gòu)成是將工作電極、對(duì)電極及參比電極放置在特定的電解液中，然后在反應(yīng)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(jìn)行氧化還原反應(yīng)，再通過儀器中的電路系統(tǒng)測(cè)量氨氣電解時(shí)產(chǎn)生的電流，最終由微處理器計(jì)算出氨氣的濃度。但是電化學(xué)傳感器中由于電解液的蒸發(fā)或污染常會(huì)導(dǎo)致傳感器信號(hào)衰降，使得實(shí)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(shí)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(xué)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(shí)產(chǎn)生離子，從而形成電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)與測(cè)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(xué)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(yīng)用光的干涉現(xiàn)象來測(cè)氣體的濃度。利用略作改進(jìn)的邁克爾遜干涉儀作為儀器，將由一個(gè)光源發(fā)出的光分為兩束，分別經(jīng)過氨氣與基準(zhǔn)氣體傳輸，由于氨氣與基準(zhǔn)氣體折射率不同導(dǎo)致兩束光線光程差不同，產(chǎn)生光干涉效應(yīng)，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(cè)量范圍廣、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。但從干涉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到
CCD采集信號(hào)要求都非常嚴(yán)格，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不易于實(shí)現(xiàn)小型化。同時(shí)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(duì)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(shí)檢測(cè)，但是該類儀器的靈敏度并不高，且價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種檢測(cè)空氣中氨氣濃度的方法，該方法穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度快、靈敏度高；本發(fā)明還提供一種適用在上述方法的設(shè)備，該設(shè)備集成了光纖、光電技術(shù)，具有體積小，靈敏度高，價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種檢測(cè)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(jìn)入光電管，光電管向顯示器輸出電信號(hào)；當(dāng)流經(jīng)氨敏材料表面的氣體中氨氣濃度發(fā)生變化時(shí)，反射光強(qiáng)度和光電管輸出的電信號(hào)發(fā)生相應(yīng)的變化，在1 300mg/m3的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強(qiáng)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(cè)量一系列標(biāo)準(zhǔn)氨氣的反射光強(qiáng)度，將反射光強(qiáng)度對(duì)已知氨氣濃度作圖，繪制工作曲線，然后根據(jù)實(shí)測(cè)氣體的反射光強(qiáng)度在工作曲線上查得對(duì)應(yīng)的氨氣濃度。
一種用于檢測(cè)空氣中氨氣濃度的設(shè)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(jìn)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(jìn)入光電管7，光電管7向顯示器8輸出電信號(hào)；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，本發(fā)明具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)1)采用反射-干涉法測(cè)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(qiáng)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(cè)量氨氣濃度，實(shí)時(shí)性好，可以連續(xù)檢測(cè)空氣中氨氣的濃度。3)采用的自行研制的氨敏材料對(duì)于有毒有害及易燃?xì)怏w呈化學(xué)惰性，對(duì)氨氣的響應(yīng)時(shí)間為40s，恢復(fù)時(shí)間不大于1min，信號(hào)響應(yīng)及恢復(fù)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(zhǎng)達(dá)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(cè)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(jià)格低廉，可以快速準(zhǔn)確地測(cè)量空氣中微量氨氣濃度，具有廣闊的市場(chǎng)前景。


5氨氣濃度的設(shè)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(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)是反射光 相對(duì)強(qiáng)度，圖中實(shí)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(qiáng)度隨氨氣濃度變化的信號(hào)響應(yīng)圖， 橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是相對(duì)反射強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 -
一種檢測(cè)空氣中氨氣濃度的方法，其特征在于 一種檢測(cè)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(jìn)入光電管，光電管向顯示器輸出電信號(hào)；當(dāng)流經(jīng)氨敏材料 表面的氣體中氨氣濃度發(fā)生變化時(shí)，反射光強(qiáng)度和光電管輸出的電信 號(hào)發(fā)生相應(yīng)的變化，在1 300mg/m3的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強(qiáng) 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(cè)量一系列 標(biāo)準(zhǔn)氨氣的反射光強(qiáng)度，將反射光強(qiáng)度對(duì)已知氨氣濃度作圖，繪制工 作曲線，然后根據(jù)實(shí)測(cè)氣體的反射光強(qiáng)度在工作曲線上查得對(duì)應(yīng)的氨 氣濃度。
一種用于檢測(cè)空氣中氨氣濃度的設(shè)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(jìn)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(jìn)入光電管7，光電管7向顯示器8輸出電信號(hào)。氨敏材 料3是由一種多孔的高反射性的材料。
權(quán)利要求
1、一種檢測(cè)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(jìn)入光電管，光電管向顯示器輸出電信號(hào)；當(dāng)流經(jīng)氨敏材料表面的氣體中氨氣濃度發(fā)生變化時(shí)，反射光強(qiáng)度和光電管輸出的電信號(hào)發(fā)生相應(yīng)的變化，在1～300mg/m3的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強(qiáng)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(cè)量一系列標(biāo)準(zhǔn)氨氣的反射光強(qiáng)度，將反射光強(qiáng)度對(duì)已知氨氣濃度作圖，繪制工作曲線，然后根據(jù)實(shí)測(cè)氣體的反射光強(qiáng)度在工作曲線上查得對(duì)應(yīng)的氨氣濃度。
2、 一種用于檢測(cè)空氣中氨氣濃度的設(shè)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(jìn)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(jìn)入光電管(7)，光電管(7)向顯示器(8)輸出電信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于氨敏材料(3)是由 一種多孔的高反射性的材料。
全文摘要
一種檢測(cè)空氣中氨氣濃度的方法及設(shè)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(jìn)入光電管，光電管向顯示器輸出電信號(hào)；當(dāng)流經(jīng)氨敏材料表面的氣體中氨氣濃度發(fā)生變化時(shí)，反射光強(qiáng)度和光電管輸出的電信號(hào)發(fā)生相應(yīng)的變化，在1～300mg/m³的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強(qiáng)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)明的優(yōu)點(diǎn)是在1～300mg/m³的氨氣濃度范圍內(nèi)，反射光的強(qiáng)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(duì)氨氣的響應(yīng)時(shí)間為40s，恢復(fù)時(shí)間不大于1min，信號(hào)響應(yīng)及恢復(fù)速度快；穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)達(dá)4年；能檢測(cè)到1ppm的氨氣，靈敏度高。
文檔編號(hào)G01N21/47GK101644675SQ200910099729
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者商云嶺, 孫黎明, 趙偉潔, 鄔建敏, 陸金偉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);杭州碩安科技有限公司;杭州西湖儀器儀表研究所