一种基于非分散红外NDIR传感器的吸附材料失效指示的装置的制作方法

本技术属于检测，具体涉及一种基于非分散红外ndir传感器的吸附材料失效指示的装置。

背景技术：

1、目前，国内关于活性炭吸附净化性能失效指标的研究较少，例如刘辉、代荣等研究通过codmn去除率作为生物活性炭失效的判定依据，刘建广、黄汗青、高炜等研究通过碘值等作为生物活性炭失效的判定依据，刘成等建议采用碘值作为基本判定参数、机械强度作为限制性参数、生物量和生物活性作为辅助参数；

2、而关于活性炭吸附性能的研究多集中在固体表面的吸附规律及其吸附工艺，活性炭结构和性质对吸附性能的影响关系，吸附剂和吸附质的物性对吸附性能的影响等方面，例如宋剑飞深入探讨vocs在活性炭多孔介质内复杂的表面物理化学状态和相互作用机制，探讨了活性炭吸附性能与吸附质和吸附剂物性的宏观微观构效关系；汤进华等通过对不同比表面积和孔结构的活性炭进行甲醛吸附的研究，对活性炭改性前后的吸附性能进行了对比分析；同时，对活性炭浸渍改性作了研究；刘晓敏等介绍了vocs污染控制技术及其对人类的影响，继而分析出了活性炭孔结构和表面化学结构是影响其对vocs吸附的主要因素；孙政以甲苯、二甲苯、丙酮、1,2-二氯乙烷和甲醇五种有机气体为吸附质，在对吸附质物性进行分析的基础上，进行单组份固定床恒温吸附实验，探讨了活性炭的选择吸附及吸附质的竞争吸附机制；黄宏等实验研究了椰壳活性炭吸附行为，采用双氧水和浓硝酸对其氧化改性，发现活性炭表面含氧基团增加有利于活性炭对苯的吸附能力的提高；柯涛通过微波法、电炉直接加热法、氧氧化钠法和销酸法进行改性，并对改性后的活性炭分别对含甲苯和丁酮气体的吸附能力进行研究；冯芳宁利用vocs在椰壳活性炭上的二元竞争吸附的吸附平衡关系和扩展的langmuir方程并结合实验结果，对组合气体中各组分的吸附量进行预测，发现对于不同气体组合及不同的吸附质浓度，预测吸附量值与实验结果有所偏差，其原因是活性炭对vocs吸附能力与吸附质的分子量和沸点有关，且强吸附质对弱吸附质有置换作用，沸点相差越大，置换作用越强；lillo等在研究活性炭对低浓度的苯和甲苯的吸附行为时，指出活性炭的吸附作用大部分由微孔控制，吸附性能受微孔支配；mohan等建立了活性炭吸附床来研究颗粒活性炭对甲苯的吸附以及穿透时间；vivekanand发现采用不同的活化方法活性炭表面含氧基团的增加程度不同，随着这些基团含量的增加，二氧化硫吸附量减少，而芳香烃吸附量明显增加。由此可见，极性变大的活性炭表面，更有利于对极性有机物吸附，不利于非极性有机物的吸附等；但是现有的吸附材料失效指示技术普遍存在操作冗杂、效率低下、耗时长、使用寿命短、测量准确度低等问题。

3、因此，如何提供一种操作简单、效率高和测量准确的吸附材料失效指示方法的装置是亟需解决的一个问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种高效、准确的基于非分散红外ndir传感器的吸附材料失效指示的装置，推动非分散红外ndir传感器技术在气体检测领域的广泛应用。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种基于非分散红外ndir传感器的吸附材料失效指示装置的方法，包括以下具体步骤：

4、(1)采用非分散红外ndir传感器测量co2浓度：

5、将含有vocs的废气通过催化氧化法转化成co2后，利用非分散红外ndir传感器测量所述co2浓度，然后换算为vocs浓度；

6、(2)计算出进入吸附材料的vocs质量：

7、根据所述废气的气流速度、管道截面积和所述vocs浓度，计算出进入吸附材料的vocs质量，与所述吸附材料理论吸附量进行比较，判断吸附材料是否达到失效。

8、本实用新型通过性能筛选，在半导体气体传感器、ndir气体传感器2类传感器中，确定采用ndir气体传感器测量co2浓度，ndir气体传感器co2浓度测量范围是0-10000ppm，分辨率1ppm，具有485通讯接口，克服了现有的吸附材料失效指示技术普遍存在操作冗杂、效率低下、耗时长、使用寿命短、测量准确度低等问题，大大提高了废气处理技术的效率。

9、气体分子具有吸收特定波长红外线的特性，利用该特性，测量红外线的吸收率，就可检测出所要测量的气体的当前浓度。co2是吸收4.26μm的特定波长。因此采用ndir非接触方式测量co2浓度。当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗伯--比尔(lambert-beer)吸收定律，设入射光是平行光，其强度为i0，出射光的强度为i，气体介质的厚度为l；当由气体介质中的分子数dn的吸收所造成的光强减弱为di时，根据朗伯--比尔吸收定律：di/i＝-kdn，式中k为比例常数；经积分得：lni＝-kn+α(1)，式中：n为吸收气体介质的分子总数；α为积分常数；显然有n∝cl，c为气体浓度；则式(1)可写成:i＝exp(α)exp(-kn)＝exp(α)exp(-μcl)＝i0exp(-μcl)。

10、优选的，所述废气为进入吸附材料之前的废气。

11、优选的，步骤(1)中所述催化氧化法为：以铂钯为催化剂，在300℃下反应即可。

12、优选的，所述催化氧化法转化成co2后需进入低温炉，通过浸渍磷酸的玻璃棉使co2和h2o分离。

13、优选的，步骤(2)中所述进入吸附材料的vocs质量的计算方法为：

14、vocs质量＝co2浓度×转换系数×v标，

15、

16、式中：v标-标准状态下气体体积(m3)；

17、t标-标准状态下气体温度(k)，取值273.15k；

18、v测-计算得出的测量体积(m3)，v测＝气体流速×管道截面积×运行时间；

19、气流速度-实测气流速度(m/s)；

20、管道截面积-实测管道截面积(m2)；

21、运行时间-实际运行时间(s)；

22、t测-实测气体温度(k)。

23、优选的，步骤(2)中所述失效根据吸附材料的失效度进行判断，吸附材料vocs吸附失效度大于80％时，即需要更换吸附材料。

24、优选的，所述吸附材料vocs吸附失效度＝vocs吸附量/预估吸附量×100％。

25、上述所述一种基于非分散红外ndir传感器的吸附材料失效指示的装置，包括通过导气管和废气管道连接的vocs催化炉，且所述vocs催化炉与ndir传感器连接；

26、所述装置还包括与所述废气管道连接的热球风速传感器；

27、所述vocs催化炉、所述ndir传感器和所述热球风速传感器均与单片机连接。

28、优选的，所述导气管上设有气路切换电磁阀。

29、优选的，所述vocs催化炉和所述ndir传感器之间设有恒流采样泵。

30、优选的，所述装置还包括与所述废气管道连接的热电偶传感器。

31、优选的，所述气路切换电磁阀、所述恒流采样泵和所述热电偶传感器均与所述单片机连接。

32、根据上述所述的方法在吸附材料失效指示中的应用。

33、与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

34、(1)本实用新型克服了现有的吸附材料失效指示技术普遍存在操作冗杂、效率低下、耗时长、使用寿命短、测量准确度低等问题，大大提高了废气处理技术的效率。

35、(2)本实用新型利用非分散红外ndir传感器技术进行废气处理，操作简单、快速，测量准确度高且使用寿命较长，极大地提高了气体检测的效率，从而实现吸附材料失效指示；这说明本实用新型针对吸附材料吸附性能的检测时，可以达到较好的失效指示效果。

36、(3)本实用新型采用炭床前主动失效指示方式，避免使用价格昂贵的低浓度vocs监测技术和仪器，降低了成本，大大提高了废气处理技术的效率；利用非分散红外ndir传感器技术进行vocs废气监测，操作简单、快速，抗干扰且使用寿命较长，极大地提高了气体检测的效率，从而实现voc废气处理工艺中的吸附材料失效指示