光离子化测量装置的制作方法

1.本技术涉及检测器领域，具体而言涉及一种光离子化测量装置。


背景技术：

2.现有技术中，光离子化气体检测器(photo ionization detector，简称pid)不具有选择性，不能针对性地对待测气体进行测量，提高了对待测气体测量的准确性。例如；当待测气体为苯和甲苯混合气时，现有技术无法区分苯和甲苯不能选择只测量苯。


技术实现要素：

3.本技术的目的是提供一种光离子化测量装置，其具有选择性，能针对性地对待测气体进行测量，提高了对待测气体测量的准确性。
4.为了实现上述目的，
5.第一方面，本技术提供一种光离子化测量装置，包括：电离室、发光组件、测量室、电压控制器、流量控制器和检测组件；发光组件用于发光；电离室具有用于容纳待测气体的电离腔体，且电离室被配置为能使发光组件所发射的光线射入电离腔体内，以使电离腔体内的待测气体发生离子化；测量室具有贯穿测量室的出口孔道，出口孔道和电离腔体相通，以使离子化后的待测气体流出；检测组件包括电性连接的收集电极和偏置电极，用于检测出口孔道内离子化后的待测气体，电压控制器与检测组件电性连接，用于控制检测组件的电压。
6.本技术与现有技术相比的有益效果是：本技术具有选择性，能针对性地对待测气体进行测量，提高了对待测气体测量的准确性，例如当待测气体为苯和甲苯混合气，现有技术无法区分苯和甲苯，不能选择只测量苯，而本技术了可以选择只测量苯，也可以选择只测量甲苯，还可以同时测量得到该混合气中苯浓度和甲苯浓度。本技术可扣除环境湿度对气体测量的干扰，提高了对待测气体测量的准确性。本技术通过设置多个收集电块，从而可以利用多个收集电块对待测气体中不同组分的响应灵敏度不同来测量待测气体中不同组分的含量，对复杂待测气体成分进行定性和定量分析，区分待测气体中的各种成分。
附图说明
7.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
8.图1为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的爆炸图。
9.图2为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的俯视图。
10.图3为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的剖视图。
11.图4为本技术一实施例示出的测量室的立体图。
12.图5为本技术一实施例示出的测量室的正视图。
13.图6为本技术一实施例示出的测量室的剖视图。
14.图7为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的立体图。
15.图8为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的俯视图。
16.图9为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的剖视图。
17.图10为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的剖视图。
18.图11为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的立体图。
19.图12为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的立体图。
20.图13为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的俯视图。
21.图14为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的剖视图。
22.图15为本技术一实施例示出的光离子化测量装置的剖视图。
23.图标：100
‑
光离子化测量装置；200
‑
电离室；210
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电离腔体；210a
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电离腔体的内顶壁；210b
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电离室的外侧壁；210c
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电离室的外顶壁；210d
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电离室的外底壁；220
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安装台阶孔；300
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发光组件；310
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紫外灯；400
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测量室；410
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出口孔道；411
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孔道上内壁；412
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孔道下内壁；413
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孔道环形侧壁；500
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检测组件；510
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收集电极；511
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收集电块；512
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第一隔离件；520
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偏置电极；521
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第一开孔；522
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遮光件；650
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进管；700
‑
电压控制器；800
‑
流量控制器。
具体实施方式
24.术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
25.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。
26.请参照图1，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的爆炸图。一种光离子化测量装置100包括：电离室200、发光组件300、测量室400、检测组件500和进管650，测量室400为管状，具有贯穿测量室400的出口孔道410，出口孔道410可以是直的孔道，也可以是弯曲的孔道。进管650可以直管，也可以是弯管。
27.发光组件300设于电离室的外底壁210d，进管650和测量室400均设于电离室的外侧壁210b，且进管650和测量室400为相对设置，分别位于电离室200的左右两侧。于一实施例中，进管650的轴线和测量室400的轴线为重合设置，电离室200的轴线和测量室400的轴线为垂直设置。
28.其中进管650和测量室400与电离室200可以是一体成型的，也可以是通过螺栓连
接、焊接等方式连接在一起的。
29.检测组件500包括电性连接的收集电极510和偏置电极520，用于检测出口孔道410内离子化后的待测气体。收集电极510和偏置电极520均为一整体结构，且均设于出口孔道410的内壁上，且为相对设置。其中，收集电极510为阴极，用于接收待测气体离子化后形成的正离子，并且可以将一整体结构的收集电极510称作收集电块511；偏置电极520为阳极，用于接收待测气体离子化后形成的电子和/或负离子。在收集电极510和偏置电极520之间可以形成一个利于检测的第一偏转电场。
30.光离子化测量装置100还包括：电压控制器700，电压控制器700与检测组件500电性连接，用于控制检测组件500的电压，电压控制器700可以控制收集电极510和偏置电极520之间的收集电压恒定，也可以调控收集电极510和偏置电极520之间的收集电压使其达到指定电压值。于一实施例中，电压控制器700还可以包括用于检测电压的电压传感器。
31.光离子化测量装置100还包括：流量控制器800，流量控制器800为气体流量控制器，设于出口孔道410，用于控制待测气体的流量。
32.其中，电压控制器700可以是直接设置在光离子化测量装置100内的，还可以是外置的，流量控制器800可以是直接设置在光离子化测量装置100内的，还可以是外置的。
33.于一实施例中，光离子化测量装置100还包括控制中心，控制中心包括通信器、存储器、处理器和人机交互部件，用于控制电压控制器700和流量控制器800。于一实施例中，控制中心还可以包括湿度传感器，湿度传感器设于电离室200中，用于检测待测气体的湿度；控制中心还可以包括至少一个电流传感器，与检测组件500相连，用于检测电流。
34.于一操作过程中，先令待测有机气体从进管650被带入电离室200，在电离室200中待测有机气体在发光组件300所发出的紫外光照射下离解成电子和有机阳离子，随后电子和有机阳离子随待测有机气体的气流被带入测量室400，接着气流中的电子和有机阳离子会在第一偏转电场的作用下发生偏转，正离子流向收集电极510，电子流向偏置电极520，从而形成信号电流，然后在检测组件500中的检测电路里放大并被测量，经过测量的气体从测量室400的出口孔道410排出。
35.本实施例具有选择性，通过电压控制器700控制检测组件500的电压变化，且通过流量控制器800控制待测气体的流量固定不变，从而能针对性地对待测气体进行测量，提高了对待测气体测量的准确性，例如当待测气体为苯和甲苯混合气，现有技术无法区分苯和甲苯不能选择只测量苯，而本技术了利用下述方法实施例，选择只测量苯，也可以选择只测量甲苯，还可以同时测量得到该混合气中苯浓度和甲苯浓度，例如可以利用下述方法，联立方法实施例中的方程式计算得到该混合气中苯浓度和/或甲苯浓度。
36.于一其他的实施例中，光离子化测量装置不设置有流量控制器800，直接通入匀速的待测气体。
37.于另一操作过程中，通过电压控制器700控制检测组件500的电压固定不变，通过流量控制器800控制待测气体的流量变化，此时还利用下述方法实施例，选择只测量苯，也可以选择只测量甲苯，还可以同时测量得到该混合气中苯浓度和甲苯浓度。
38.另外，检测组件500部分或者全部设置于测量室400中，通过物理隔离来部分或者全部遮挡照射至检测组件500表面的光线，降低检测组件500因发光组件300所发的光长期照射而损坏的风险，从而能够延长检测组件500的使用寿命，且提高测量的准确性。
39.请参照图2，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的俯视图。请参照图3，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的剖视图。发光组件300可以包括用于发光的紫外灯310；电离室200具有用于容纳待测气体的电离腔体210，且电离室200被配置为能使发光组件300所发射的光线射入电离腔体210内，以使电离腔体210内的待测气体发生离子化。其中，待测气体可以是包含挥发性有机化合物(voc)的气体样本。
40.本实施例中，电离室200、测量室400和进管650为一体成型的管道结构，电离室200为空心圆柱状，测量室400和进管650为方管形状，测量室400的轴向长度大于进管650的轴向长度。在电离室的外底壁210d开设有贯穿电离室的外底壁210d的安装台阶孔220，发光组件300的发光端安装于安装台阶孔220，从而可以利用安装台阶孔220，以使发光组件300所发射的光线射入电离腔体210内。此时，电离室200、测量室400和进管650的材质可以是不透明塑料等具有遮光性的材质制成的，也可以是玻璃或透明塑料等具有透光性的材质制成的。其中，在安装台阶孔220与发光组件300之间可以设有密封圈，用于防止待测气体泄漏。
41.于一其他的实施例中，电离室200整体为玻璃或透明塑料等具有透光性的材质制成的。发光组件300整体设于电离室200外，不伸入电离室200中，从而可以利用电离室200的透光性，以使发光组件300所发射的光线射入电离腔体210内。
42.于一其他的实施例中，安装台阶孔220处通过卡接或者粘贴等方式设有透光薄膜等透光件，发光组件300整体设于电离室200外，不伸入电离室200中，从而可以利用透光件以使发光组件300所发射的光线射入电离腔体210内。
43.出口孔道410和电离腔体210相通，以使离子化后的待测气体流出。其中，出口孔道410为横向设置的直孔道，出口孔道410为圆柱孔或者方孔，出口孔道410的轴线方向与发光组件300所发射的光线方向成相交设置。本实施例中，出口孔道410的轴线方向为左右方向，发光组件300所发射的光线方向为向上。出口孔道410的轴线方向与发光组件300所发射的光线方向垂直。
44.在出口孔道410的内壁包括相对设置的孔道上内壁411和孔道下内壁412，在孔道上内壁411和孔道各开设有一个安装凹槽，收集电极510位于偏置电极520的下方，收集电极510内嵌于孔道下内壁412的安装凹槽中，偏置电极520内嵌于孔道上内壁411的安装凹槽中，以使偏置电极520和收集电极510为上下相对设置。
45.本实施例中将检测组件500全部设置于测量室400中，从而使得待测气体的测量全部是发生在测量室400中，使得待测气体的测量发生在离子化过程之后，从而提高测量的准确性。另外，检测组件500全部设置于测量室400中，通过物理隔离来全部遮挡照射至检测组件500表面的光线，降低检测组件500因发光组件300所发的光长期照射而损坏的风险，同时降低基线噪音干扰，从而能够延长检测组件500的使用寿命，且提高测量的准确性。
46.请参照图4，其为本技术一实施例示出的测量室400的立体图。请参照图5，其为本技术一实施例示出的测量室400的正视图。请参照图6，其为本技术一实施例示出的测量室400的剖视图。测量室400与电离室200为分体式结构，可以通过螺栓连接、焊接或者插接等方式连接在一起，在测量室400与电离室200的连接处可以设置密封圈，以防止漏气。
47.测量室400为方管结构，收集电极510位于偏置电极520的上方，收集电极510通过粘贴等方式贴设于孔道上内壁411中，偏置电极520通过粘贴或者嵌设等方式贴设于孔道下内壁412。测量室400为长方体结构，出口孔道410也为长方体结构，收集电极510的横向截面
大小、偏置电极520的横向截面大小、孔道上内壁411的大小和孔道下内壁412的大小相同。
48.请参照图7，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的立体图。请参照图8，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的俯视图。请参照图9，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的剖视图。收集电极510包括多个间隔设置的收集电块511，在相邻两个收集电块511之间夹设有第一隔离件512。第一隔离件512的材质为塑料、橡胶等绝缘材料制成的，用于隔离相邻两个收集电块511。故本实施例通过设置多个收集电块511，从而可以利用多个收集电块511对待测气体中不同组分的响应灵敏度不同来测量待测气体中不同组分的含量。
49.收集电极510位于偏置电极520的下方，收集电极510和第一隔离件512均内嵌于孔道下内壁412的安装凹槽中，偏置电极520内嵌于孔道上内壁411的安装凹槽中。
50.本实施例中，收集电块511和第一隔离件512均为长方体形状。收集电块511的宽度大于第一隔离件512的宽度，收集电块511的高度等于第一隔离件512的高度，收集电块511的长度等于第一隔离件512的长度。
51.收集电块511设有两个，第一隔离件512设有一个。测量室400的轴向长度小于进管650的轴向长度。第一隔离件512的材质为聚四氟乙烯(poly tetra fluoroethylene，简写为ptfe)。其中，当收集电块511设有两个时，电压控制器700可以设有两个，分别控制偏置电极520与两个收集电块511之间的电压。
52.请参照图10，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的剖视图。本实施例中，收集电极510设有五个，第一隔离件512设有四个。测量室400的轴向长度大于进管650的轴向长度。发光组件300设于电离室的外底壁210d，测量室400具有贯穿测量室400的出口孔道410，进管650和测量室400均设于电离室的外侧壁210b，且进管650和测量室400为相对设置，分别位于电离室200的左右两侧。
53.请参照图11，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的立体图。发光组件300设于电离室的外底壁210d，进管650设于电离室的外侧壁210b，测量室400设于电离室的外顶壁210c，测量室400和发光组件300分别位于电离室200的上下两侧。进管650的轴线和测量室400的轴线为垂直设置，电离室200的轴线和测量室400的轴线为重合设置。进管650的轴向长度和测量室400的轴向长度可以相等或者不等，本实施例中，进管650的轴向长度大于测量室400的轴向长度。
54.请参照图12，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的立体图。进管650的轴向长度小于测量室400的轴向长度。
55.请参照图13，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的俯视图。请参照图14，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的剖视图。出口孔道410为竖直设置的方形直孔道，出口孔道410的轴线方向为纵向(上下方向)，与发光组件300所发射的光线方向成相同设置。
56.出口孔道410设有圆角，出口孔道410的内壁整体为孔道环形侧壁413；孔道环形侧壁413上开设有一环形的安装凹槽，收集电极510的收集电块511和第一隔离件512嵌设于孔道环形侧壁413的安装凹槽内。本实施例中，由于收集电块511和第一隔离件512为嵌设安装，从而可减少收集电块511和第一隔离件512被紫外灯310的紫外光照射，降低检测组件500因光长期照射而损坏的风险。
57.本实施例中，收集电块511和第一隔离件512均为环形片状。出口孔道410的径向截面为圆角矩形，收集电块511的宽度等于第一隔离件512的宽度，收集电块511的长度等于第一隔离件512的长度，收集电块511的高度大于第一隔离件512的高度。收集电块511设有两个，第一隔离件512设有两个。
58.电离腔体210的内壁包括电离腔体的内顶壁210a，偏置电极520设于电离腔体的内顶壁210a，以使偏置电极520可以相对远离发光组件300。偏置电极520上设有至少一个第一开孔521，用以使出口孔道410和电离腔体210相通。本实施例中，偏置电级为环形片状，且偏置电级的径向截面面积大于收集电块511的径向截面面积。
59.光离子化测量装置100还包括：遮光件522，遮光件522设于发光组件300与偏置电极520之间，遮光件522紧贴或者粘接于偏置电极520，用于遮挡照射至偏置电极520表面的光线。遮光件522的材质可以为能遮挡紫外光的材质。遮光件522的形状、尺寸与偏置电极520的形状、尺寸相同，均为环形有孔片。
60.本实施例中，第一开孔521的径向截面较小，出口孔道410的径向截面较大，第一开孔521的孔径小于出口孔道410的孔径，则遮光件522除了可以遮挡照射至偏置电极520表面的光线，还可以遮挡照射至收集电极510表面的光线。
61.本实施例中，收集电极510位于测量室400内，偏置电极520位于远离发光组件300的电离腔体的内顶壁210a，则将检测组件500部分设置于测量室400中，从而使得待测气体的测量是部分发生在测量室400中，使得待测气体的测量尽量发生在离子化过程之后，从而提高测量的准确性。另外，检测组件500部分设置于测量室400中，并通过设置遮光件522来物理隔离或者全部遮挡照射至检测组件500表面的光线，降低检测组件500因发光组件300所发的光长期照射而损坏的风险，从而能够延长检测组件500的使用寿命，且提高测量的准确性。
62.请参照图15，其为本技术一实施例示出的光离子化测量装置100的剖视图。收集电块511设有五个，第一隔离件512设有五个。
63.第二方面，本技术提供一种光离子化测量方法，可以应用于光离子化测量装置100的控制中心，本光离子化测量方法的具体原理如下：
64.如图5和图6所示，出口孔道410横向截面的宽度、收集电极510横向截面的宽度和偏置电极520横向截面的宽度均为a，出口孔道410横向截面的长度、收集电极510横向截面的长度和偏置电极520横向截面的长度均为l，收集电极510和偏置电极520之间的距离以及出口孔道410的高度均为d。待测气体通过测量室400的出口孔道410所需时间可采用公式(1)进行计算：
[0065][0066]
其中，τ为待测气体通过测量室400的出口孔道410所需时间；f为气体流量；v＝adl为出口孔道410的体积；a＝ad为出口孔道410沿垂直气流方向的横截面积。
[0067]
收集电极510和偏置电极520之间所产生电场的场强e可以采用公式(2)进行计算：
[0068][0069]
其中，u为收集电极510和偏置电极520之间所加的电压；d为收集电极510和偏置电
极520之间的距离。
[0070]
带电离子i包括待测气体离子化所产生的阳离子，带电离子i由电离室200引入测量室400后，带电离子i在收集电极510和偏置电极520之间所产生的电场作用下发生偏移，不是所有的离子都会被收集电极510收集到，其中，带电离子i被收集电极510收集所需时间t
i
与带电离子i进入测量室400后与收集电极510间的垂直距离有关。
[0071]
带电离子i被收集电极510收集所需时间t
i
可采用公式(3)进行计算：
[0072][0073]
其中，m
i
为待测气体中带电离子i的质量；q
i
为带电离子i所带电量；u为收集电极510和偏置电极520之间所加的电压，y
i
为带电离子i与收集电极510的垂直距离。
[0074]
根据公式(3)可知，距离收集电极510近的带电离子i被收集电极510收集所需时间较短，距离收集电极510远的带电离子i被收集所需时间长。当带电离子i与收集电极510的垂直距离y
i
等于收集电极510和偏置电极520之间的距离d即y
i
＝d时，则带电离子i被收集电极510收集所需时间t
i
最长。
[0075]
当带电离子i被收集电极510收集所需最大时间小于待测气体通过测量室400的出口孔道410所需时间τ，即时，所有进入测量室400的带电离子i全部被收集电极510收集，此时收集电极510收集效率最高，灵敏度最高。
[0076]
当带电离子i被收集电极510收集所需最大时间大于待测气体通过测量室400的出口孔道410所需时间τ，即时，只有部分进入测量室400的带电离子i被收集电极510收集，此时，只有带电离子i与收集电极510的垂直距离y
i
满足的带电离子i被收集，而带电离子i与收集电极510的垂直距离y
i
满足的带电离子i不被收集。
[0077]
根据上述关系则带电离子i被收集的离子比例可采用公式(4)计算：
[0078][0079]
其中，r
i
为带电离子i被收集电极510收集的比例；y
i
(τ)为带电离子i可被收集电极510收集时其距离电极的最大距离；m
i
为待测气体中带电离子i的质量；q
i
为带电离子i所带电量；u为收集电极510和偏置电极520之间所加的电压，y
i
为带电离子i与收集电极510的垂直距离。
[0080]
根据公式(4)可以得出r
i
与带电离子i的质荷比、待测气体的流量、在检测组件500中所施加的收集电压及光离子化测量装置100电极结构设计有关，在光离子化测量装置100结构固定的条件下，不同质荷比的带电离子i在收集电极510上被收集的比例不同，质荷比小的带电离子i被收集得多，质荷比大的带电离子i被收集得少。
[0081]
公式(4)成立的条件有以下几点：(1)光离子化测量装置100中电离室200与测量室400分离；(2)待测气体以固定流速依次流过电离室200与测量室400；(3)偏置电极520和收集电极510均与待测气体的气流方向垂直；(4)偏置电极520与收集电极510结构尺寸可根据待测气体特征进行设计；(5)偏置电极520与收集电极510间电压可根据待测气体特征进行调整。
[0082]
依此，在固定光离子化测量装置100结构设计及气体流量固定不变的情况下，且在只有一组收集电极510及偏置电极520(一个收集电块511和一个偏置电级，如图1
‑
图6的结构)时，可通过调整收集电极510电压对待测气体进行多次测量，在不同的收集电压条件下，电极对不同质荷比的离子的响应灵敏度不同，可获得多个响应方程，然后通过联立方程求解混合气中不同成分的浓度，实现对复杂气体环境中目标气体的选择性测量。而在收集电压固定不变的前提下，可采用多组偏置电极520与收集电极510(多个收集电块511和一个偏置电级，如图7
‑
图15的结构)来测量，求解混合气中不同气体的浓度，实现对复杂气体环境中目标气体的选择性测量。
[0083]
故本光离子化测量方法可以根据此特点选择性地测量voc气体，还可以测量混合气体中不同组分的含量。
[0084]
于一实施例中，光离子化测量方法包括如下步骤：
[0085]
步骤s110：获取收集电块511对待测气体中不同成分的响应灵敏度。
[0086]
步骤s120：获取收集电块511的响应电流；
[0087]
步骤s130：根据收集电块511对待测气体中不同成分的响应灵敏度和收集电块511的响应电流，计算得到待测气体的成分浓度信息。
[0088]
在上述步骤s110
‑
步骤s130中，当收集电块511设有一个时，步骤s110中的响应灵敏度为收集电块511在不同收集电压下对待测气体中不同成分的响应灵敏度；步骤s120中的响应电流为收集电块511在不同收集电压下的响应电流。当收集电块511设有多个时，步骤s110中的响应灵敏度为各个收集电块511对待测气体中不同成分的响应灵敏度；步骤s120中的响应电流为各个收集电块511的响应电流。
[0089]
于一实施例中，当收集电块511设有一个时，光离子化测量方法包括如下步骤：
[0090]
步骤s210：分别获取收集电块511在不同收集电压下对待测气体中不同成分的响应灵敏度。
[0091]
步骤s220：分别获取收集电块511在不同收集电压下的响应电流。
[0092]
步骤s230：根据收集电块511在不同收集电压下对待测气体中不同成分的响应灵敏度和收集电块511在不同收集电压下的响应电流，计算得到待测气体的成分浓度信息。
[0093]
以测量苯和甲苯混合气中为例说明上述步骤s210
‑
步骤s230。
[0094]
当采用如图1
‑
图6所示实施例的装置时，首先通过电压控制器700在收集电极510(一个收集电块511)和偏置电极520间施加第一收集电压u1(收集电压即对收集电极510加的电压)，在第一收集电压u1下苯离子被收集电极510全部收集，而甲苯离子只被部分收集：
[0095]
i
u1
＝k
u1
c
c6h6
k
u1
c
c7h8
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0096]
其中，i
u1
为在第一收集电压u1下收集电极510的响应电流，k
u1
为在第一收集电压u1下收集电极510对苯的响应灵敏度，k
u1
为在第一收集电压u1下收集电极510对甲苯的响应灵敏度，c
c6h6
为待测气体中苯的浓度，c
c7h8
为待测气体中甲苯的浓度。
[0097]
然后通过电压控制器700将收集电极510的电压调到第二收集电压u2，在第二收集电压u2下，苯和甲苯离子都被收集电极510完全收集：
[0098]
i
u2
＝k
u2
c
c6h6
k
u2
c
c7h8
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0099]
其中，i
u2
为在第二收集电压u2下收集电极510的响应电流，k
u2
为在第二收集电压u2下收集电极510对苯的响应灵敏度，k
u2
为在第二收集电压u2下收集电极510对甲苯的响应灵敏度，c
c6h6
为待测气体中苯的浓度，c
c7h8
为待测气体中甲苯的浓度。
[0100]
本示例中可以通过联立方程(5)和公式(6)可分别求出苯和甲苯浓度。
[0101]
本示例中，步骤s210中的响应灵敏度指的是公式(5)和公式(6)中的k
u1
、k
u1
、k
u2
和k
u2
，k
u1
、k
u1
、k
u2
和k
u2
为已知参数，或者可以通过事先测量、试验或者计算得到。步骤s220中的响应电流指的是公式(5)和公式(6)中的i
u1
和i
u2
，i
u1
和i
u2
可以在操作过程中通过电流传感器等检测部件测量得到。步骤s230中待测气体的成分浓度信息指的是公式(5)和公式(6)中c
c6h6
和c
c7h8
。而第一收集电压u1和第二收集电压u2为已知参数，可以通过事先测量、试验或者应用公式(4)计算得到。
[0102]
于一实施例中，当收集电块511设有多个时，光离子化测量方法包括如下步骤：
[0103]
步骤s310：分别获取各个收集电块511对待测气体中不同成分的响应灵敏度。
[0104]
步骤s320：分别获取各个收集电块511的响应电流。
[0105]
步骤s330：根据各个收集电块511对待测气体中不同成分的响应灵敏度和各个收集电块511的响应电流，计算得到待测气体的成分浓度信息。
[0106]
以测量苯和甲苯混合气中为例说明上述步骤s310
‑
步骤s330。
[0107]
当采用如图7
‑
图9所示实施例的装置时，电压控制器700控制收集电极510和偏置电极520之间的收集电压恒定。混合气中苯和甲苯被紫外灯310电离后所产生的两种阳离子均会被收集电极510(两个收集电块511)捕获，但其响应灵敏度不同，左侧的收集电块511和右侧的收集电块511满足关系：
[0108]
i
301
＝k
301
c
c6h6
k
301
c
c7h8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0109]
i
302
＝k
302
c
c6h6
k
302
c
c7h8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0110]
其中，i
301
为左侧的收集电块511的响应电流，k
301
为左侧的收集电块511对苯的响应灵敏度，k
301
分别为左侧的收集电块511对甲苯的响应灵敏度，c
c6h6
为待测气体中苯浓度，c
c7h8
为待测气体中甲苯浓度，i
302
为右侧的收集电块511的响应电流，k
302
为右侧的收集电块511对苯的响应灵敏度，k
302
为右侧的收集电块511对甲苯的响应灵敏度。
[0111]
本示例中由于收集电极510中的两个收集电块511分别捕获了部分苯和甲苯离子，但捕获的比例不同，待测气体到达右侧的收集电块511后其离子数量会发生不同程度的变化，表现为k
302
和k
302
发生不同比例的变化，这样通过联立方程(7)和公式(8)就可分别求出苯和甲苯的浓度。
[0112]
本示例中，步骤s310中的响应灵敏度指的是公式(7)和公式(8)中的k
301
、k
301
、k
302
和k
302
，k
301
、k
301
、k
302
和k
302
为已知参数，可以通过事先测量、试验或者计算得到。步骤s320中的响应电流指的是公式(7)和公式(8)中的i
301
和i
302
，i
301
和i
302
可以在操作过程中通过电流传感器等检测部件测量得到。步骤s330中待测气体的成分浓度信息指的是公式(7)和公式(8)中c
c6h6
和c
c7h8
。而电压控制器700控制的恒定收集电压为已知参数，可以通过事先测量、试验或者应用公式(4)计算得到。
[0113]
于一其他的实施例中，可以将左侧的收集电块511的横截面积设计的足够大，从而可以将苯离子完全捕获，但只部分捕获甲苯离子，此时k
302
＝0，苯对右侧的收集电块511的测量没有影响，此时可以更容易和更好地测量混合气体中不同组分的含量。其中，左侧的收集电块511的横截面积可以通过应用公式(4)计算得到。
[0114]
于一其他的实施例中，收集电块511的数量越多，可用于测量更复杂的混合气体，例如可以采用如图10所示实施例的装置。
[0115]
于一实施例中，由于对于混和气中存在的对测量有影响的气体成分还有湿度，为了有效对湿度干扰进行补偿，光离子化测量方法包括如下步骤：
[0116]
步骤s410：分别获取各个收集电块511对待测气体中不同成分的响应灵敏度。
[0117]
步骤s420：分别获取各个收集电块511的响应电流。
[0118]
步骤s430：分别获取各个收集电块511对待测气体对湿度的响应修正系数。
[0119]
步骤s440：根据待测气体的湿度值、各个收集电块511对待测气体中不同成分的响应灵敏度和各个收集电块511的响应电流，计算得到待测气体的成分浓度信息。
[0120]
以测量异丁烯气体中为例说明上述步骤s410
‑
步骤s440。
[0121]
当采用如图9所示实施例的装置对不同湿度的异丁烯气体的测量，电压控制器700控制收集电极510和偏置电极520之间的收集电压恒定。其中，左侧的收集电块511和右侧的收集电块511对异丁烯及湿度的响应满足关系：
[0122]
i
301
＝k
301
c
c4h8
k
301rh
rh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0123]
i
302
＝k
302
c
c4h8
k
302rh
rh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0124]
其中，i
301
为左侧的收集电块511的响应电流，k
301
为左侧的收集电块511对异丁烯的响应灵敏度，k
301rh
分别为左侧的收集电块511对湿度的响应修正系数，i
302
为右侧的收集电块511的响应电流，k
302
为右侧的收集电块511对异丁烯的响应灵敏度，k
302rh
为右侧的收集电块511对湿度的响应修正系数，rh为待测气体的相对湿度值，c
c4h8
为异丁烯浓度。
[0125]
本示例中，公式(9)和公式(10)中的rh可以是已知参数或者未知参数，当rh为未知参数，本示例中可以通过联立方程(9)(10)扣除湿度对测量的干扰，并计算得到待测气体的成分浓度信息。当rh为已知参或者可测参数，本示例中可以通过方程(9)或者方程(10)即可扣除湿度对测量的干扰，并计算得到待测气体的成分浓度信息。
[0126]
本示例中，步骤s410中的响应灵敏度指的是公式(9)和公式(10)中的k
301
和k
302
，k
301
和k
302
为已知参数，或者可以通过事先测量、试验或者计算得到。步骤s420中的响应电流指的是公式(9)和公式(10)中的i
301
和i
302
，i
301
和i
302
可以在操作过程中通过电流传感器等检测部件测量得到。步骤s430中的响应修正系数指的是公式(9)和公式(10)中的k
301rh
和k
302rh
，k
301rh
和k
302rh
为已知参数，或者可以通过事先测量、试验或者计算得到。例如可以事先通过对不同湿度的气体进行测量后根据测量值计算得到的。步骤s440中待测气体的成分浓度信息指的是公式(9)和公式(10)中c
c4h8
。而电压控制器700控制的恒定收集电压为已知参数，可以通过事先测量、试验或者应用公式(4)计算得到。
[0127]
于一实施例中，当收集电块511设有一个时，光离子化测量方法包括如下步骤：
[0128]
步骤s510：分别获取收集电块511针对不同流量的所述待测气体时，对所述待测气体中不同成分的响应灵敏度。
[0129]
步骤s520：分别获取收集电块511针对不同流量的所述待测气体时的响应电流。
[0130]
步骤s530：根据收集电块511针对不同流量的待测气体时对待测气体中不同成分的响应灵敏度和收集电块511针对不同流量的待测气体时的响应电流，计算得到待测气体的成分浓度信息。
[0131]
在上述步骤s210
‑
步骤s530过程中，其原理与公式(4)、公式(5)和公式(6)类似，可以通过多次测量后联立方程求得待测气体的成分浓度。
[0132]
例如可以联立以下方程：
[0133]
i
f1
＝k
f1
c
c6h6
k
f1
c
c7h8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0134]
i
f2
＝k
f2
c
c6h6
k
f2
c
c7h8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0135]
其中c
c6h6
为待测气体中苯浓度；c
c7h8
为待测气体中甲苯浓度；i
f1
为收集电块511在通入第一流量f1的待测气体时的响应电流，k
f1
为收集电块511在通入第一流量f1的待测气体时对苯的响应灵敏度，k
f1
分别为收集电块511在通入第一流量f1的待测气体时对甲苯的响应灵敏度，i
f2
为收集电块511在通入第一流量f2的待测气体时的响应电流，k
f2
为收集电块511在通入第一流量f2的待测气体时对苯的响应灵敏度，k
f2
分别为收集电块511在通入第一流量f2的待测气体时对甲苯的响应灵敏度。
[0136]
需要说明的是，上述示例为对已知成分的待测气体进行测量，当待测气体中存在未知成分时，本光离子化测量方法仍可对该待测气体的指定成分进行测量。
[0137]
下面以采用如图3所示实施例的装置并采用上述步骤s210
‑
步骤s230，可以通过电压扫描的方式可对复杂的混合气体成分进行分析。
[0138]
在不同收集电压下，不同质荷比的离子以不同的收集比例被收集电极510收集，即在不同的收集电压下，收集电极510对混合气中的不同离子成分的响应灵敏度不同，这样一次电压扫描相当于对混合气进行了无数次测量分析，理论上通过解析测量图谱就可以对混合气中的成分定性定量分析。
[0139]
光离子化测量装置100测量参数的确定：前述分析说明了在光离子化测量装置100结构及气体流量确定的条件下，采用不同的收集电压对质荷比不同的离子收集效率不同，质荷比小的离子收集效率较高。对于不同质荷比的离子存在一个特征电压，在该特征电压下，该组分的离子可被收集电极510完全收集。不同气体组分的离子的特征电压可通过实验预先测定。
[0140]
首先，采用如图3所示实施例的装置对已知浓度的乙醇、异丁烯、苯和甲苯混合气进行测量，通过电压扫描分析可获得乙醇、异丁烯、苯和甲苯的特征电压分别为u1、u2、u3和u4。
[0141]
在特征电压u1下：乙醇离子被完全捕获，其它离子被部分捕获。
[0142]
在特征电压u2下：乙醇离子，异丁烯离子被完全捕获，其它离子被部分捕获。
[0143]
在特征电压u3下：乙醇离子，异丁烯离子，苯离子被完全捕获，其它离子被部分捕获。
[0144]
在特征电压u4下：4种离子均被完全捕获。
[0145]
具体混合气的气体成分定性定量分析过程中，对单组分气体进行测量时，在气流稳定的条件下，收集电极510电流随着电压的升高而变大，当达到特征电压时，其电流将不再变化，如对收集电流
‑
收集电压曲线做微分，对所获得的测量曲线进行微分处理，根据di/du＝0可以判断混合气中存在的气体成分数量，也可以根据di/du＝0得到特征电压，本技术
人通过实验可测得u1＜u2＜u3＜u4。
[0146]
在实际测量未知浓度的乙醇、异丁烯、苯和甲苯混合气过程中，通过比对光离子化测量装置100中预存的特征电压，定性判断混合气中可能存在的气体成分，例如当混合气中不存在异丁烯分子，则实际测量的测谱图中找不到特征电压u2。
[0147]
于一实施例中，在实际测量过程中，通过定性分析又发现混合气中除了存在乙醇、异丁烯、苯和甲苯外，还存在不明组分x，其特征电压为ux，u2＜ux＜u3，此时为了准确测量苯浓度，可采用如下测量模式：
[0148]
选择三个测量电压ux、u3和u4，测量收集电极510的响应电流，ix、i3和i4为在这三个收集电压下的响应电流。其中：
[0149]
ix：包含了所有乙醇、异丁烯、不明气体成分x及部分苯和甲苯的响应电流。
[0150]
i3：包含了所有乙醇、异丁烯、不明气体成分x、苯及部分甲苯的响应电流。
[0151]
(i3
‑
ix)：扣除了所有乙醇、异丁烯、不明气体成分x的干扰，包含了所有苯及部分甲苯的响应信号。
[0152]
i4：包含了所有乙醇、异丁烯、不明气体成分x、苯和甲苯的响应电流。(i4
‑
i3)：扣除了所有乙醇、异丁烯、不明气体成分x、苯的干扰，包含了所有甲苯的响应电流。
[0153]
待测气体测量前，调节电压控制器700，分别用苯标准气和/或甲苯标准气测量在3个收集电压ux、u3和u4下标定光离子化测量装置100参数。标定光离子化测量装置100参数可采用下述公式(11)、公式(12)和公式(13)：
[0154]
(i3
‑
ix)＝k
3xc6h6
c
c6h6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0155]
(i3
‑
ix)＝k
3xc7h8
c
c7h8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0156]
(i4
‑
i3)＝k
43c7h8
c
c7h8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0157]
其中，c
c6h6
为苯标准气中苯的浓度，c
c7h8
为甲苯标准气中甲苯的浓度；k
3xc6h6
、k
3xc7h8
和k
43c7h8
为光离子化测量装置100在本测量条件下的响应灵敏度；ix、i3和i4为通入预定的标准气后分别在3个收集电压ux、u3和u4所得的响应电流。且公式(11)、公式(12)和公式(13)中的ix、i3和i4可以相同或者不同，为不同实验所得，公式(11)为通入苯标准气的实验，公式(12)和公式(13)为通入甲苯标准气的实验。
[0158]
公式(11)、公式(12)和公式(13)中，c
c6h6
和c
c7h8
为已知参数，ix、i3和i4为通入标准气测量所得的已知数，故通过公式(11)、公式(12)和公式(13)可以确定k
3xc6h6
、k
3xc7h8
和k
43c7h8
的参数，用于以下公式(14)和公式(15)的求解。
[0159]
采用公式(11)、公式(12)和公式(13)标定光离子化测量装置100参数后，调节电压控制器700，在3个收集电压ux、u3和u4对待测气体进行测量，此时可以采用下述公式(14)和公式(15)求解联立方程分别计算待测气体的苯和甲苯浓度：
[0160]
(i3
‑
ix)＝k
3xc6h6
c
c6h6
k
3xc7h8
c
c7h8
ꢀꢀ
(14)
[0161]
(i4
‑
i3)＝0 k
43c7h8
c
c7h8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0162]
其中，k
3xc6h6
、k
3xc7h8
和k
43c7h8
为光离子化测量装置100在本测量条件下的响应灵敏度，为利用公式(11)、公式(12)和公式(13)标定的已知参数，c
c6h6
和c
c7h8
为待测气体中苯和甲苯浓度；ix、i3和i4为通入待测气体后分别在3个收集电压ux、u3和u4所得的响应电流。
[0163]
本示例中，步骤s110中的响应灵敏度指的是公式(14)和公式(15)中的k
3xc6h6
、k
3xc7h8
和k
43c7h8
。步骤s120中的响应电流指的是公式(14)和公式(15)中的ix、i3和i4。步骤
s230中待测气体的成分浓度信息指的是公式(14)和公式(15)中c
c6h6
和c
c7h8
。
[0164]
以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本技术的保护范围之内。