本實(shí)用新型涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體是一種OH自由基氣體生成及濃度控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

OH自由基在大氣光化學(xué)反應(yīng)中起初始化作用，太陽(yáng)光的紫外成份通過(guò)臭氧產(chǎn)生OH自由基，OH自由基與大氣中的有機(jī)物反應(yīng)產(chǎn)生其它自由基，從而啟動(dòng)了大氣中的整個(gè)氧化鏈。由于大氣中的微量物種種類繁多，它們之間相互影響關(guān)系極端復(fù)雜，OH自由基在其中起了核心的作用。OH自由基的反應(yīng)過(guò)程能夠影響區(qū)域和全球氣候的變化、大氣氧化等重大環(huán)境問(wèn)題，所以精確測(cè)量OH自由基的濃度對(duì)于理解大氣光化學(xué)過(guò)程至關(guān)重要。

OH自由基氣體的發(fā)生裝置生成OH氣體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量OH自由基儀器的標(biāo)定。現(xiàn)有的OH自由基氣體發(fā)生裝置可以模擬生成OH自由基氣體，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)OH自由基氣體濃度的控制調(diào)節(jié)，導(dǎo)致OH自由基氣體發(fā)生裝置實(shí)用性不夠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種OH自由基氣體生成及濃度控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可用于大氣OH自由基的濃度模擬，開(kāi)展大氣環(huán)境測(cè)量試驗(yàn)，這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)OH自由基氣體的生成、濃度監(jiān)測(cè)及控制，實(shí)用性強(qiáng)。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是：

一種OH自由基氣體生成及濃度控制系統(tǒng)，包括

OH自由基氣體生成單元，所述OH自由基氣體生成單元包括混合氣體發(fā)生器和與之通過(guò)氣路管道連接的OH自由基氣體反應(yīng)腔，混合氣體發(fā)生器作用是產(chǎn)生水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w源，并將水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w源送入OH自由基氣體反應(yīng)腔，OH自由基氣體反應(yīng)腔的作用是為水氣光解反應(yīng)產(chǎn)生OH自由基提供場(chǎng)所；

濃度控制單元，所述濃度控制單元包括濃度監(jiān)測(cè)單元和與之通過(guò)數(shù)據(jù)線電連接的PC處理及控制終端，濃度監(jiān)測(cè)單元用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔中氧氣濃度、臭氧濃度、溫濕度以及氣壓，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至PC處理及控制終端，PC處理及控制終端的作用是計(jì)算、顯示OH自由基氣體反應(yīng)腔中OH自由基濃度，并通過(guò)調(diào)節(jié)控制OH自由基氣體反應(yīng)腔中的水氣濃度、氧氣濃度比例以及紫外照射光源強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)OH自由基的濃度調(diào)節(jié)控制；

混合氣體發(fā)生器通過(guò)氣路管道連通濃度監(jiān)測(cè)單元。

所述混合氣體發(fā)生器設(shè)有帶控制閥門(mén)的氧氣源、帶控制閥門(mén)的氮?dú)庠?、帶控制閥門(mén)的水氣源和閥門(mén)控制器，閥門(mén)控制器與出氣口并接在一起的氧氣源、氮?dú)庠春退畾庠吹目刂崎y門(mén)連接，閥門(mén)控制器通過(guò)控制氧氣源控制閥門(mén)、氮?dú)庠纯刂崎y門(mén)、水氣源控制閥門(mén)來(lái)控制三路氣體輸出的流量大小，調(diào)節(jié)混合氣體的比例，混合氣體發(fā)生器產(chǎn)生水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w源，并送入OH自由基氣體反應(yīng)腔。

所述OH自由基氣體反應(yīng)腔包括反應(yīng)腔腔體和設(shè)在反應(yīng)腔腔體外部的紫外照射光源，反應(yīng)腔腔體上設(shè)有紫外透射石英玻璃窗口，紫外照射光源透過(guò)紫外透射石英玻璃窗口照射OH自由基氣體反應(yīng)腔中的水氣產(chǎn)生OH自由基。

所述紫外照射光源為185nm紫外光源。

所述濃度監(jiān)測(cè)單元包括并聯(lián)的

氧氣濃度檢測(cè)儀，氧氣濃度檢測(cè)儀用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔中氧氣濃度；

臭氧濃度檢測(cè)儀，臭氧濃度檢測(cè)儀用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔中臭氧濃度；

溫濕度檢測(cè)儀，溫濕度檢測(cè)儀用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔中溫濕度；

壓力計(jì)，壓力計(jì)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔中氣壓。

所述濃度監(jiān)測(cè)單元將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至PC處理及控制終端計(jì)算OH自由基濃度。

所述OH自由基氣體生成及濃度控制系統(tǒng)的使用過(guò)程為：混合氣體發(fā)生器產(chǎn)生水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w源，混合氣體源通過(guò)氣路管道送入OH自由基氣體反應(yīng)腔，OH自由基氣體反應(yīng)腔采用紫外光源照射OH自由基氣體反應(yīng)腔2中水氣光解產(chǎn)生OH自由基，OH自由基氣體反應(yīng)腔為濃度監(jiān)測(cè)單元提供了氣體采樣接口；濃度監(jiān)測(cè)單元通過(guò)氣路管道連通OH自由基氣體反應(yīng)腔，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體反應(yīng)腔中氧氣濃度、臭氧濃度、溫濕度以及氣壓，濃度監(jiān)測(cè)單元通過(guò)數(shù)據(jù)線將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至PC處理及控制終端，PC處理及控制終端計(jì)算并顯示OH自由基濃度，并控制調(diào)節(jié)OH自由基濃度。

這種系統(tǒng)的理論依據(jù)為：

水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w在氣體反應(yīng)腔內(nèi)接受185nm紫外光源的照射，氣態(tài)H₂O發(fā)生光解產(chǎn)生OH自由基：

OH自由基的濃度由下式計(jì)算得到：

[H₂O]為氣流中H₂O的濃度，為H₂O在185nm波長(zhǎng)處的吸收截面(7.14×10^-20cm²),F₁₈₅為低壓汞燈185nm的輻射通量，Φ_OH為OH的量子產(chǎn)率(＝1),Δt為光解時(shí)間。

同時(shí)氣流中的O₂也發(fā)生光解產(chǎn)生O₃：

O₃的濃度由下式計(jì)算得到：

[O₂]為氣流中O₂的濃度，為O₂在185nm波長(zhǎng)處的吸收截面(2.2×10^-20cm²)，為O₃的量子產(chǎn)率(＝2)，Δt為光解時(shí)間。比較(2)式和(5)式可得：

反應(yīng)腔中的臭氧濃度由O₃檢測(cè)儀直接測(cè)量獲取，氧氣濃度由O₂檢測(cè)儀直接測(cè)量獲取。

水氣濃度通過(guò)溫濕度計(jì)測(cè)量獲取反應(yīng)腔中的溫度、相對(duì)濕度計(jì)算獲得。參照飽和水蒸氣的熱力學(xué)基本參數(shù)表，在6-60℃溫度范圍內(nèi)，擬合一條飽和水蒸氣密度與溫度之間的線性回歸方程：

ρ＝0.00242T-0.0355 (7)

由溫濕度檢測(cè)儀上可讀出H₂O的相對(duì)濕度RH％，換算水氣濃度。

[H₂O]＝RH％×ρ×10⁶mg/m³ (8)

系統(tǒng)通過(guò)控制調(diào)節(jié)H₂O的濃度、氧氣與氮?dú)獾臐舛缺壤约白贤庹丈涔庠磸?qiáng)度，來(lái)調(diào)節(jié)OH自由基濃度。

這種系統(tǒng)可用于大氣OH自由基的濃度模擬，開(kāi)展大氣環(huán)境測(cè)量試驗(yàn)，這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)OH自由基氣體的生成、濃度監(jiān)測(cè)及控制，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.混合氣體發(fā)生器 2.OH自由基氣體反應(yīng)腔 3.濃度監(jiān)測(cè)單元 4.PC處理及控制終端 11.氧氣源 12.氮?dú)庠?13.水氣源 14.閥門(mén)控制器 141.氧氣源控制閥門(mén) 142.氮?dú)庠纯刂崎y門(mén) 143.水氣源控制閥門(mén) 21反應(yīng)腔腔體 22.紫外照射光源 23.紫外透射石英玻璃窗口 31.氧濃度檢測(cè)儀 32.氧氣濃度檢測(cè)儀 33.溫濕度檢測(cè)儀 34.壓力計(jì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容作進(jìn)一步的闡述，但不是對(duì)本實(shí)用新型的限定。

實(shí)施例：

參照?qǐng)D1，一種OH自由基氣體生成及濃度控制系統(tǒng)，包括

OH自由基氣體生成單元，所述OH自由基氣體生成單元包括混合氣體發(fā)生器1和與之通過(guò)氣路管道連接的OH自由基氣體反應(yīng)腔2，混合氣體發(fā)生器1作用是產(chǎn)生水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w源，并將水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w源送入OH自由基氣體反應(yīng)腔2，OH自由基氣體反應(yīng)腔2的作用是為水氣光解反應(yīng)產(chǎn)生OH自由基提供場(chǎng)所；

濃度控制單元，所述濃度控制單元包括濃度監(jiān)測(cè)單元3和與之通過(guò)數(shù)據(jù)線電連接的PC處理及控制終端4，濃度監(jiān)測(cè)單元3用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔2中氧氣濃度、臭氧濃度、溫濕度以及氣壓，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至PC處理及控制終端4，PC處理及控制終端4的作用是計(jì)算、顯示OH自由基氣體反應(yīng)腔2中OH自由基濃度，并通過(guò)調(diào)節(jié)控制OH自由基氣體反應(yīng)腔2中的水氣濃度、氧氣濃度比例以及紫外照射光源22強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)OH自由基的濃度調(diào)節(jié)控制；

混合氣體發(fā)生器1通過(guò)氣路管道連通濃度監(jiān)測(cè)單元3。

所述混合氣體發(fā)生器1設(shè)有帶氧氣源控制閥門(mén)141的氧氣源11、帶氮?dú)庠纯刂崎y門(mén)142的氮?dú)庠?2、帶水氣源控制閥門(mén)143的水氣源13和閥門(mén)控制器14，閥門(mén)控制器14與出氣口并接在一起的氧氣源11、氮?dú)庠?2和水氣源13的控制閥門(mén)連接，閥門(mén)控制器14通過(guò)控制氧氣源控制閥門(mén)141、氮?dú)庠纯刂崎y門(mén)142、水氣源控制閥門(mén)143來(lái)控制三路氣體輸出的流量大小，調(diào)節(jié)混合氣體的比例，混合氣體發(fā)生器1產(chǎn)生水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w源，并送入OH自由基氣體反應(yīng)腔2。

所述OH自由基氣體反應(yīng)腔2包括反應(yīng)腔腔體21和設(shè)在反應(yīng)腔腔體外部的紫外照射光源22，反應(yīng)腔腔體21上設(shè)有紫外透射石英玻璃窗口23，紫外照射光源22透過(guò)紫外透射石英玻璃窗口23照射OH自由基氣體反應(yīng)腔2中的水氣產(chǎn)生OH自由基。

所述紫外照射光源22為185nm紫外光源。

所述濃度監(jiān)測(cè)單元3包括并聯(lián)的

氧氣濃度檢測(cè)儀31，氧氣濃度檢測(cè)儀31用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔2中氧氣濃度；

臭氧濃度檢測(cè)儀32，臭氧濃度檢測(cè)儀32用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔2中臭氧濃度；

溫濕度檢測(cè)儀33，溫濕度檢測(cè)儀33用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔2中溫濕度；

壓力計(jì)34，壓力計(jì)34用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)OH自由基氣體反應(yīng)腔2中氣壓。

所述濃度監(jiān)測(cè)單元3將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至PC處理及控制終端4計(jì)算OH自由基濃度。

所述PC處理及控制終端4通過(guò)調(diào)節(jié)控制OH自由基氣體反應(yīng)腔2中的水氣濃度、氧氣濃度以及紫外光源強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)OH自由基的濃度調(diào)節(jié)控制。

所述OH自由基氣體生成及濃度控制系統(tǒng)的使用過(guò)程為：混合氣體發(fā)生器1產(chǎn)生水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w源，混合氣體源通過(guò)氣路管道送入OH自由基氣體反應(yīng)腔2，OH自由基氣體反應(yīng)腔2采用紫外照射光源23照射OH自由基氣體反應(yīng)腔2中水氣光解產(chǎn)生OH自由基，OH自由基氣體反應(yīng)腔2為濃度監(jiān)測(cè)單元3提供了氣體采樣接口；濃度監(jiān)測(cè)單元3通過(guò)氣路管道連通OH自由基氣體反應(yīng)腔2，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體反應(yīng)腔2中氧氣濃度、臭氧濃度、溫濕度以及氣壓，濃度監(jiān)測(cè)單元3通過(guò)數(shù)據(jù)線將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至PC處理及控制終端4，PC處理及控制終端4計(jì)算并顯示OH自由基濃度，并控制調(diào)節(jié)OH自由基濃度。

這種系統(tǒng)的理論依據(jù)為：

水氣、氧氣、氮?dú)饣旌蠚怏w在氣體反應(yīng)腔內(nèi)接受185nm紫外光源的照射，氣態(tài)H₂O發(fā)生光解產(chǎn)生OH自由基：

OH自由基的濃度由下式計(jì)算得到：

[H₂O]為氣流中H₂O的濃度，為H₂O在185nm波長(zhǎng)處的吸收截面(7.14×10^-20cm²),F₁₈₅為低壓汞燈185nm的輻射通量，Φ_OH為OH的量子產(chǎn)率(＝1),Δt為光解時(shí)間。

同時(shí)氣流中的O₂也發(fā)生光解產(chǎn)生O₃：

O₃的濃度由下式計(jì)算得到：

[O₂]為氣流中O₂的濃度，為O₂在185nm波長(zhǎng)處的吸收截面(2.2×10^-20cm²)，為O₃的量子產(chǎn)率(＝2)，Δt為光解時(shí)間。比較(2)式和(5)式可得：

反應(yīng)腔中的臭氧濃度由O₃檢測(cè)儀直接測(cè)量獲取，氧氣濃度由O₂檢測(cè)儀直接測(cè)量獲取。

水氣濃度通過(guò)溫濕度計(jì)測(cè)量獲取反應(yīng)腔中的溫度、相對(duì)濕度計(jì)算獲得。參照飽和水蒸氣的熱力學(xué)基本參數(shù)表，在6-60℃溫度范圍內(nèi)，擬合一條飽和水蒸氣密度與溫度之間的線性回歸方程：

ρ＝0.00242T-0.0355 (7)

由溫濕度檢測(cè)儀上可讀出H₂O的相對(duì)濕度RH％，換算水氣濃度。

[H₂O]＝RH％×ρ×10⁶mg/m³ (8)

系統(tǒng)通過(guò)控制調(diào)節(jié)H₂O的濃度、氧氣與氮?dú)獾臐舛缺壤约白贤庹丈涔庠磸?qiáng)度，來(lái)調(diào)節(jié)OH自由基濃度。