臭氧老化試驗箱校準方法探索

張文靜

（衡水市質量技術監督檢驗院，河北 衡水 053000）

臭氧老化試驗箱是一種模擬和強化大氣中臭氧條件的試驗裝置。臭氧老化試驗箱產生臭氧的方法主要有高壓放電法、紫外線照射法、電解法。高壓放電式臭氧發生器因具有技術成熟、工作穩定、壽命長的優點為國內外相關行業使用最廣泛的臭氧發生器。該類型臭氧箱的工作原理為高壓放電產生的臭氧氣體和一定量的已處理的空氣，在交換器中混合后送入試驗箱體，紫外檢測儀將連續在線檢測到的臭氧濃度反饋到臭氧發生器控制系統，使控制系統根據設定值有效地控制臭氧的發生，從而使試驗箱保持設定的臭氧濃度，加之加熱加濕系統的運行，滿足了所有的試驗條件。臭氧老化試驗箱適用于測試硫化橡膠制品、有機材料、非金屬材料的耐臭氧老化性能和老化龜裂拉伸試驗。

1 概述

針對臭氧老化試驗箱的應用情況，對臭氧老化試驗箱的外觀、溫度、濕度和臭氧濃度四項性能進行校準，其中，對臭氧濃度的檢測是采用紫外吸收法，其原理則是利用了臭氧空氣在波長253.7 nm的紫外光下具有最大的吸收系數，當樣品空氣以恒定流速通過檢測儀器氣路時被分為兩路，一路為樣品空氣，一路通過選擇性臭氧洗滌器成為零空氣，設零空氣通過吸收池時檢測的光強為I0，樣品空氣通過吸收池后的光強為I，則I/I0為透光率。儀器的處理系統根據朗伯-比爾定律即可計算出臭氧濃度：

式（1）中：a為臭氧在253.7 nm處的吸收系數，為1.44×10-5m2/μg；c為采樣溫度壓力條件下臭氧質量濃度，μg/m3；d是吸收池路徑長度，m。

以單位體積內所含臭氧的質量數表示，常用的單位有mg/L、mg/m3、μg/m3簡稱質量濃度，它們之間的關系為：1 mg/L=103mg/m3=106μg/m3。我國各種標準均采用質量濃度。在實際工作中，往往習慣用體積分數表示氣體濃度，本方法所使用的臭氧濃度表示方法為摩爾分數μmol/mol，（相當于體積濃度10-6，也稱為ppm，指在1.0×106氣體體積中含有臭氧的體積數）。在0℃、101.3 kPa條件下，1 μmol/mol=2.141 mg/m3；在 25℃、101.3 kPa條件下，1 μmol/mol=2.141 mg/m3。

2 校準方法

2.1 校準環境

環境溫度為10～35℃，濕度小于等于85%RH。

2.2 校準儀器

2.2.1 溫度測量儀器

采用由鉑電阻、熱電偶傳感器及二次儀表組成的溫度測量系統，其測量結果的擴展不確定度（k=2）不大于被檢溫度允許偏差的1/3.

鉑電阻傳感器應符合IEC 60751的等級A，熱電偶傳感器應符合GB/T16839.1，傳感器在空氣中的50%響應時間應在10～40 s，溫度測量系統的響應時間應小于40 s。

2.2.2 濕度測量儀器

采用由干濕球溫度計或由其他濕度傳感器組成的濕度測量系統，其測量結果的擴展不確定度（k=2）不大于被測濕度允許偏差的1/3.

2.2.3 臭氧濃度測量儀器

采用紫外吸收式臭氧濃度分析儀，其量程應當涵蓋所測試臭氧老化箱的臭氧濃度，其示值誤差應符合表1中的規定，重復性不大于2%.

3 校準項目

3.1 外觀

儀器外觀應干凈整潔、配置完好，各個功能按鍵應能正常工作，顯示應清晰完整，儀器銘牌信息完整，應有儀器名稱、型號、編號、制造廠名稱、制造日期等。臭氧老化箱必須安裝臭氧排除管道，管道應通往檢測區域以外的大氣環境。

3.2 溫度偏差

溫度偏差值要求范圍為±2℃。

表1 示值誤差

3.3 濕度偏差

相對濕度檢測值（偏差）要求范圍為（－2～+3）%RH。

3.4 臭氧濃度

臭氧濃度的檢測根據客戶實際使用的濃度點來檢測，測量點為0.50 μmol/mol及以上濃度點的偏差范圍為±10%，0.50 μmol/mol以下濃度點的偏差范圍±5 μmol/mol。

4 校準步驟

4.1 外觀

目測檢查。

4.2 溫度

值得注意的是，溫濕度監測應在無臭氧的情況下進行，如果在測試臭氧之后進行溫濕度檢測一定要關閉臭氧發生器開關，則待臭氧濃度降至0后再進行溫濕度檢測。

打開臭氧試驗箱，設置好待檢測的溫度值；打開箱門，將探頭放入箱體中央的位置，關上箱門，待臭氧箱顯示板上的溫度值達到設定值；至少在30 min內，每2 min測量溫度1次，共測15次，并記錄。

4.3 相對濕度

打開臭氧試驗箱，設置好待檢測的濕度值；打開箱門，將探頭放入箱體中央的位置，關上箱門，待臭氧箱顯示板上的相對濕度值達到設定值；至少在30 min內，每2 min測量濕度1次，共測15次，并記錄。

4.4 臭氧濃度

將臭氧分析儀放置于平穩處，連接好電源；打開臭氧分析儀，檢查是否運行正常；開啟待檢測臭氧試驗箱，打開電源開關，等待臭氧試驗箱穩定后，設置需要測定的臭氧濃度點；待臭氧濃度歸0后，將采樣管線的一端放入臭氧試驗箱箱體中間，關閉箱門；開啟臭氧試驗箱的臭氧發生開關，臭氧試驗箱開始產生臭氧，待顯示值穩定且與設定值一致；打開臭氧分析儀的電源開關，待機器預熱20 min后，將采樣管線另一端與臭氧分析儀連接；數據穩定后，連續記錄10個測試數值。

5 數據處理

5.1 溫度偏差

按下式計算溫度偏差：

式（2）中：△Td為溫度偏差，℃；T0為臭氧箱顯示板顯示的平均溫度，℃，Tu為臭氧箱中心點測量的平均溫度，℃。

5.2 相對濕度偏差

按下式計算相對濕度偏差：

式（3）中：△φf為相對濕度，%RH；φ0為臭氧箱顯示板顯示的平均相對濕度值，%RH；φu為臭氧箱中心點測量的平均相對濕度值，%RH。

5.3 臭氧濃度

大多數臭氧分析儀能夠測量吸收池內樣品空氣的溫度和壓力，并根據測得的數據，自動將采樣狀態下的臭氧的質量濃度換算為體積濃度。

按下式計算臭氧濃度：

式（4）中：△CO3為臭氧濃度的平均值，μmol/mol；n為測量次數；Cj為第j次測量中得到的臭氧濃度值，μmol/mol。

6 校準結果的表達

校準證書應給出臭氧老化試驗箱的測定點的溫度值、相對濕度值、臭氧濃度值和不確定度。

7 復校時間間隔

建議臭氧老化試驗箱的校準周期不超過1年，使用頻繁的儀器，周期可為半年。