一种测定低压汞灯水中电光转化效率的装置和方法

1.本发明涉及一种能准确测定低压汞灯水中电光转化效率的装置和方法，属于环保水处理技术领域。


背景技术：

2.紫外光具有广谱消毒、杀菌效率高、占地小、无副产物等优点，已被广泛应用于饮用水、二次供水、生活污水、船舶压舱水等的消毒中。低压汞灯(包括液汞灯或汞齐灯)是重要的紫外光源，目前，低压汞灯销售时被要求标注其空气中的电光转化效率，其测试方法由国际紫外线协会(iuva)提出，即采用紫外辐照计在空气中测定距离待测灯一定距离的辐照度，利用keitz公式计算获得低压汞灯在室温下(25℃)空气中的电光转化效率。
3.低压汞灯的电光转化效率与汞蒸气压密切相关。实际运行时，汞蒸气压会随灯表面温度的变化而发生变化。当紫外消毒器应用于不同季节、不同地域时，不同的水温将影响到灯表面温度和汞蒸气压，进而影响实际电光转化效率。因此，采用空气中(室温下)测定的低压汞灯电光转化效率应用于水处理会导致较大误差。准确测定低压汞灯电光转化效率与水温的关系，对于紫外线消毒器的合理设计、运行和维护(如低压汞灯定期更换)具有重要意义。
4.常规的紫外辐照计体积大、结构复杂，测试结果受水体uvt变化、套管结垢等因素影响，无法应用于低压汞灯电光转化效率与水温之间关系的测定。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种能准确测定低压汞灯水中电光转化效率的装置和方法。基于该方法可准确获取低压汞灯电光转化效率与水温之间的关系，进而指导紫外反应器的合理设计、运行和维护，实现紫外消毒器的长期高效稳定运行。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.第一方面，提供一种测定低压汞灯水中电光转化效率的装置，包括：
8.待测低压汞灯、灯输出探头、空气中电光转化效率测试装置、水中电光转化效率测试装置和数据处理系统；
9.所述待测低压汞灯包括灯管以及设置在所述灯管两端的灯头；
10.所述灯输出探头安装在所述待测低压汞灯上，且所述灯输出探头的光敏部分在探头一端，紧贴灯管安装。所述灯输出探头的另一端与数字记录仪相连，所述数字记录仪用于记录灯输出探头示数；
11.所述空气中电光转化效率测试装置用于测定空气中待测低压汞灯的灯输出探头示数与电光转化效率之间的关系；
12.所述水中电光转化效率测试装置用于测定水中待测低压汞灯的灯输出探头示数与不同水温的关系；
13.所述数据处理系统用于根据空气中灯输出探头示数与电光转化效率之间的关系
以及不同水温下待测低压汞灯灯输出探头示数，计算得到不同水温条件下待测低压汞灯的电光转化效率。
14.优选地，所述灯输出探头设置在所述待测低压汞灯的灯头上，且所述灯输出探头的光敏部分设置在所述灯管表面。
15.优选地，所述空气中电光转化效率测试装置包括：紫外辐照计、墙体、带有光缝的遮光板、黑色遮光布；所述四面墙体与天花板、地面围成密闭测试空间，且所述密闭测试空间上方围有所述黑色遮光布；所述待测低压汞灯、带有光缝的遮光板和紫外辐照计依次间隔布设在预设测试轨道上。
16.优选地，所述水中电光转化效率测试装置包括水循环系统、水浴槽和套管；所述套管套设在待测低压汞灯和灯输出探头外部，并将待测低压汞灯完全包裹住；所述水浴槽设置有进水口和出水口，且进水口和出水口分别通过管道与所述水循环系统相连，用于对循环水水温进行控制，进而改变套管内低压汞灯灯表面温度和灯的电光转化效率，测量得到不同水温条件下的待测低压汞灯灯输出探头的示数。
17.优选地，所述装置还包括稳压器和功率分析仪，所述稳压器用于为所述待测低压汞灯提供电源；所述功率分析仪用于对电源电压、电流、功率、频率、谐波参数进行测量，以便后续计算。
18.第二方面，提供一种测定低压汞灯水中电光转化效率的方法，包括以下步骤：
19.获取空气中待测低压汞灯的灯输出探头示数与电光转化效率之间的关系；
20.获取水中待测低压汞灯的灯输出探头示数与不同水温的关系；
21.根据测定的空气中待测低压汞灯的灯输出探头示数与电光转化效率之间的关系，以及水中待测低压汞灯的灯输出探头示数与不同水温的关系，计算不同水温条件下待测低压汞灯的电光转化效率。
22.优选地，所述获取空气中待测低压汞灯灯输出探头示数和电光转化效率之间的关系的方法，包括：
23.测定待测低压汞灯在空气中的电光转化效率；
24.在待测低压汞灯上安装灯输出探头，并利用空气中电光转化效率测试装置，测定空气中待测低压汞灯的灯输出探头示数和电光转化效率之间的关系。
25.优选地，所述获取不同水温条件下待测低压汞灯灯输出探头的示数的方法，包括：
26.设置水循环系统的初始温度，开启待测低压汞灯，等待预设时间段待所述待测低压汞灯稳定后，读取所述灯输出探头的示数；
27.按照预设温度间隔对水循环系统的温度进行调节，并在等待预设时间段后读取所述灯输出探头的示数；
28.重复上述步骤，直到得到所有设定温度下，待测低压汞灯的灯输出探头的示数。优选地，不同水温条件下待测低压汞灯的电光转化效率为：
29.e(t1)＝p(t1)/p
总
30.其中，e(t1)为水温t1下的灯电光转化效率；p(t1)为水温t1下的灯输出功率；p
总
为稳压器提供的电功率。
31.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明以配装在待测低压汞灯灯管表面的灯输出探头为桥梁，一方面与国际紫外线协会的空气中电光转化效率标准方法
相连，一方面测定不同水温下电光转化效率的相对变化，通过计算获得不同水温下待测低压汞灯的电光转化效率。本发明方法操作简单，测量准确，能够广泛应用于环保水处理技术领域。
附图说明
32.图1为本发明实施例提供的灯输出探头的安装示意图；
33.图2为本发明实施例提供的空气中电光转化效率测试装置结构示意图；
34.图3为本发明实施例提供的水中电光转化效率测试装置结构示意图；
35.图4为水温对低压汞灯电光转化效率的影响。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
38.实施例1
39.如图1～图3所示，本实施例提供的一种测定低压汞灯水中电光转化效率的装置，其包括：待测低压汞灯1、灯输出探头2、空气中电光转化效率测试装置、水中电光转化效率测试装置和数据处理系统。其中，待测低压汞灯1包括灯管11以及设置在灯管11两端的灯头12；灯输出探头2安装在待测低压汞灯1上，且灯输出探头2的光敏端设置在灯管11一侧，灯输出探头2的输出端与数据处理装置相连；空气中电光转化效率测试装置用于测定空气中待测低压汞灯的灯输出探头示数与电光转化效率之间的关系；水中电光转化效率测试装置用于测定水中待测低压汞灯的灯输出探头示数与不同水温的关系；数据处理系统用于根据空气中灯输出探头示数与电光转化效率之间的关系以及不同水温下待测低压汞灯灯输出探头示数，计算得到不同水温条件下待测低压汞灯的电光转化效率。
40.优选地，该装置还包括稳压器和功率分析仪，其中，稳压器用于为待测低压汞灯提供稳定的电源；功率分析仪用于电源电压、电流、功率、频率、谐波等参数的准确测量，以便后续计算。
41.优选地，灯输出探头2设置在待测低压汞灯1的灯头12上，且灯输出探头2的光敏端由待测低压汞灯1的灯头12向灯管11延伸，延伸距离为5cm。
42.优选地，如图2所示，空气中电光转化效率测试装置包括：紫外辐照计3、围有黑色遮光布的墙体4、5、6，第二遮光板7。该密闭测试空间墙体、天花板、地面围设有黑色遮光布；待测低压汞灯1和灯输出探头2、带有光缝的遮光板7和紫外辐照计3依次间隔布设在预设测试轨道上。
43.优选地，待测低压汞灯1与墙体5的间距为1.0m。
44.优选地，待测低压汞灯1与遮光板7的间距为0.3m。
45.优选地，待测低压汞灯1与紫外辐照计3的间距为1.0m～6.0m。
46.优选地，如图3所示，水中电光转化效率测试装置包括水循环系统8、水浴槽9和套管10。其中，套管10套设在待测低压汞灯1和灯输出探头2外部，并将待测低压汞灯1完全包裹住；水浴槽9设置有进水口和出水口，且进水口和出水口分别通过管道与水循环系统8相连，用于对套管10内的待测低压汞灯1进行温度控制，进而测量得到不同水温条件下的待测低压汞灯1的灯输出探头2的示数。
47.优选地，套管10采用石英套管。
48.实施例2
49.基于实施例1提供的一种测定低压汞灯水中电光转化效率的装置，本实施例提供一种测定低压汞灯水中电光转化效率的方法，包括以下步骤：
50.步骤1：基于空气中电光转化效率测试装置，获取空气中待测低压汞灯1的灯输出探头2示数与电光转化效率之间的关系；
51.步骤2：基于水中电光转化效率测试装置，获取水中待测低压汞灯1的灯输出探头2示数与不同水温的关系；
52.步骤3：根据测定的空气中待测低压汞灯的灯输出探头示数与电光转化效率之间的关系，以及水中待测低压汞灯的灯输出探头示数与不同水温的关系，计算不同水温条件下待测低压汞灯1的电光转化效率。
53.优选地，上述步骤1中，具体包括以下步骤：
54.依据国际紫外光协会(iuva)相关标准测定待测低压汞灯在空气中的电光转化效率；
55.在待测低压汞灯1上安装灯输出探头2，并利用空气中电光转化效率测试装置，测定空气中待测低压汞灯的灯输出探头示数和电光转化效率之间的关系。
56.优选地，上述步骤2中，具体包括以下步骤：
57.设置水循环系统的初始温度，开启待测低压汞灯1，等待预设时间段待其输出稳定后，读取灯输出探头2的示数；其中，预设时间段可以设定为30分钟；
58.按照预设温度间隔对水循环系统8的温度进行调节，并在待测低压汞灯1输出稳定后读取灯输出探头2的示数；其中，预设温度间隔可以选为5℃；
59.重复上述步骤，直到得到所有设定温度下，待测低压汞灯1的灯输出探头2的示数。
60.优选地，上述步骤3中，不同水温条件下待测低压汞灯的电光转化效率为：
61.e(t1)＝p(t1)/p
总
62.其中，e(t1)为水温t1下的灯电光转化效率；p(t1)为水温t1下的灯输出功率；p
总
为稳压器提供的电功率。
63.其中，p(t1)的计算公式为：
64.p(t1)＝p0×
[d(t1)/d0]
[0065]
其中，p(t1)为水温(t1)下的灯输出功率；p0为空气中测定的灯输出功率；d(t1)为水温t1下灯输出探头示数；d0为空气中灯输出探头的示数。(关于参数定义，权利要求书里需要对参数进行定义，发明内容部分是将权利要求书完全拷贝进去的，肯定也会包含参数定义，而说明书中的参数定义也是为了清楚的说明各个参数的具体含义，这么写是没问题的)
[0066]
实施例3：
[0067]
本实施例中，以a、b、c、d四个低压汞灯为例进行电光转化效率的测试。首先，按照国际紫外协会的标准方法测定待测低压汞灯在空气中的电光转化效率进行测试，同时获取灯输出探头的示数，建立灯输出探头的示数和电光转化效率之间的关系。然后，低压汞灯电光转化效率与水温在水中电光转化效率测试系统中进行，调节水温，使初始温度低于5℃，开启低压汞灯，待其输出充分稳定后(取30min保守值)，调节水温分别为5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0℃，读取灯输出探头示数。最后，基于空气中电光转化效率测试结果，确定灯输出探头示数与电光转化效率的关系，计算水温与电光转化效率之间的关系。
[0068]
如图4所示，为不同水温条件下低压汞灯电光转化效率实验结果。总体上看，4支低压汞灯的电光转化效率均逐渐上升。水温上升会导致灯表面温度上升，进而提高低压汞灯的汞蒸气压，导致电光输出效率的变化。不同厂商自身产品特性不同、根据应用场景设定的汞注入量也有所差异。因此，当灯表面温度(或水温)变化时，各灯之间灯输出变化规律以及最优灯表面温度点都不相同。图1结果表明，灯c的水中(5-35℃)电光转化效率高于其他3支灯，灯a和b水温变化差异不大，灯d水温下电光效率最低。该结果表明，在紫外消毒器设计中，应针对不用应用环境、不同区域、不同季节、不同水温条件，选择适合的uv灯和正确的灯参数，能够进一步提高紫外消毒器的效率，保障消毒安全。
[0069]
本发明实施例研发了一种低压汞灯水中电光转化效率测定方法，通过置于灯管和套管之间的灯输出探头测定不同水温条件下低压汞灯的电光转化效率，该方法操作过程简单，测定结果准确，可快速获得低压汞灯电光转化效率与水温之间的关系，可有效指导紫外线消毒器的合理设计、运行及维护。近年来，紫外线消毒技术已广泛应用于水处理领域，该测定方法有望在实际紫外消毒设备中得到推广应用，以达到安全消毒和节能降耗的双重目的，因此具有广阔的产业化前景。
[0070]
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。