Ozone is used in various fields such as water purification, chemical processing, and medicine. Especially for measuring ozone concentrations during medical therapy, photometry is the most suitable method as it allows in-line measurements at a low measurement temperature with fast response times. However, photometers for ozone typically cost several thousand euros. The main goal of this thesis is to create a portable, low-cost photometer for measuring ozone concentrations (0.4 - 2.0 vol%) in an oxygen-ozone gas mixture with a reaction time of less than 1 s.
Based on that, a concept is designed to ensure a well-functioning photometer with optimal use of the light emitted from the light source. A second concept that omits optical components, therefore losing light utilisation and saving costs is developed for comparison. Both concepts feature a dual-beam configuration with a single light source and a main and reference sensor as well as a 5 mm optical path. All necessary parts, including a 280 nm LED and a quartz glass cuvette, are selected and matched for the technical implementation. The electronics, with a Raspberry Pi as a centrepiece and a 16 bit analogue digital converter, are the same for both setups. After construction and implementation of parts and measurement procedures in Python code, preliminary tests are conducted, for finding a suitable mode of operation. Calibration and measurements for the subsequent evaluation of both devices are
conducted.
Results show that both concepts have a similar performance with a linear range of 0.7 - 2.5 vol%, a reaction time of 210 ms, and a relative error of less than 2.7%. Temperature fluctuations appear to be the major cause for errors. The cheaper concept costs about 600€ in materials and has definite potential for further reduction in both cost and size.
오존은 수질 정화, 화학 가공 및 의학과 같은 다양한 분야에서 쓰이고 있다. 특히 광도 측정은 응답 시간이 빠르고 저온도에서 인라인 측정 이 가능하단 장점 때문에 의료 및 치료 과정에서 쓰이기 가장 적합한 오존 측정 방법이다. 그러나 오존을 측정하기 위한 광도계는 보통 수 천 유로정도의 비용이 소요된다. 이 논문의 주요 목표는 저비용으로 휴대 가능한 광도계를 만드는 것이다. 이 광도계는 1 초 미만의 빠른 반응 시간 안에 산소 - 오존 가스 혼합물 속의 오존 농도 (0.4 - 2.0 vol%) 측정을 위해 디자인 되었다.
이를 바탕으로, 광원에서 방출 된 빛을 최적화하여 사용하는 광도계를 위한 첫 번재 개념이 정립되었다. 두 번째 개념은 광학 구성 요소를 생략함으로써 빛의 사용률과 비용을 절감시키고 이를 비교하기 위해 만들어졌다. 두 개념 모두 이중 빔 구성요소를 갖추고 있으며, 이와 더불어 단일 광원과 메인 및 기준 센서, 5 mm 길이의 광 경로를 포함하고 있다. 기술적 구현을 고려해 280 nm LED 와 석영 유리 큐벳을 포함한 모든 필요한 부품들을 선택한다. 측정기는 중심 부품으로 Raspberry Pi 와 16 비트 아날로그 디지털 변환기를 갖추고 있으며 이는 두 설정 모두에 대해서 동일하다.
하드웨어를 준비하고 파이썬 코드로 부품 구성 및 구현과 측정 절차를 수행한 후에, 적절한 작동 모드를 찾기 위한 임시 테스트를 실행한다. 이 후, 두 장치의 후속 평가를 위한 교정과 측정이 이루어진다.
결과를 통해서 두 개념 모두 210 ms 의 반응 시간과 2.7% 미만의 상대 오차 , 0.7 - 2.5 vol% 의 선형 범위를 갖는 유사한 성능을 보인다는 것을 알 수 있다. 오류의 주 원인은 온도 변동인 것으로 추론된다. 더 저렴한 측정기는 약 600 유로 정도가 재료비로 쓰이며, 비용과 크기는 더 감소 가능 할 것으로 에상된다.
