CN109406614A - 手持式氧气检测仪及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式氧气检测仪，包括主机、探头、流通池；所述主机和所述探头通过连接线连接；所述主机包括外壳，以及设置在所述外壳内的电子学***；所述探头内置温度传感器；所述探头安装有压力传感器和湿度传感器。手持式氧气检测仪，具有自动校准模式、样品校准模式和测量模式。开机后以空气为标准样，自动校准；使用过程中也可用标准样品进行样品校准。本发明的手持式氧气检测仪，灵敏度高，测量范围宽，反应快，选择性好，传感器寿命长，可用于粮食果蔬存储、培养箱、抢险、坑道、地下管线、人防工事、舰艇等氧含量检测，也可用于电站、冶炼、化工等锅炉燃烧过程气相中氧浓度的测量。

Description

手持式氧气检测仪及其工作方法

技术领域

本发明涉及氧测量技术领域，具体涉及一种手持式氧气检测仪。

背景技术

氧气检测仪广泛分布于石油、化工、燃气、煤炭、冶金、电力、市政、农业、食品、生物、医药、高校、科研等各行各业，用于作业环境及样品中氧气浓度的测量。

氧气检测仪有电化学检测原理、氧化锆检测原理、顺磁检测原理等类型。电化学氧分析仪可测量范围从ppm延展到百分比级别，适用范围广，价格便宜，适用于绝大多数应用场合，传感器一般3-5年使用寿命，需要定期更换。氧化锆氧分析仪，价格高于电化学类氧分析仪，适用于烟气，烟道氧的测量，也可用于其他场合，测量速度快，可测微量常量氧，但其故障率高，需要预热700度左右，同时被测气体中不能含有大浓度可燃气如氢气等，否则会损坏传感器，适合在线测量，比电化学氧分析仪重量大。顺磁氧分析仪传感器无寿命限制，对流量稍微敏感，需保证进气压力稳定，价格也贵，需要预处理和维护。

极谱法氧传感器由镶嵌在绝缘材料上的阳极(银)和阴极(金或铂)构成，电极表面覆盖有一层薄的选择性半透膜，可以将电极和外部隔离的同时允许氧进入。在电极与薄膜之间充以电解质溶液。当极谱法氧传感器的电极上施加了极化电压，氧气会穿透膜在阴极上发生反应并产生电流，电流大小与氧浓度成正比。极谱法氧传感器灵敏度高，测量范围宽，反应快，选择性好。

发明内容

本发明实际需要解决的技术问题是：针对现有技术中的不足，提供一款基于极谱法的手持式氧气检测仪，仪器灵敏度高，响应速度快，便携性好，开机自动校准，使用方便，可用于粮食果蔬存储、培养箱、抢险、坑道、地下管线、人防工事、舰艇等氧含量检测，也可用于电站、冶炼、化工等锅炉燃烧过程气相中氧浓度的测量。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

手持式氧气检测仪，包括主机、探头、流通池；所述主机和所述探头通过连接线连接；

所述主机包括外壳，以及设置在所述外壳内的电子学***；所述外壳外侧设有透明窗及防水薄膜开关；所述外壳的下端设有防水连接器，用连接线连接所述探头；所述防水薄膜开关，设有操作键；

所述探头由保护套、内电极、渗透膜、压膜环、电解液、探头外壳、防水电缆固定头、连接线等组成；所述内电极，包括由铂构成的阴极、银构成的阳极、绝缘体及玻璃管等部件；所述探头外壳为不锈钢；

所述流通池为不锈钢；所述流通池顶部、侧面和底部分别设有检测腔体、样品入口和样品出口；所述样品出口和所述样品入口均与不锈钢管连接；所述探头设有外螺纹，所述流通池设有与所述探头匹配的内螺纹，所述探头通过螺纹旋紧在所述检测腔体内；

所述电子学***包括第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、A/D转换器、控制器、存储器、显示器、报警器，所述第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器均与所述A/D转换器连接，所述控制器与所述存储器、显示器、报警器连接，所述控制器还与所述防水薄膜开关的操作键连接，对所述操作键的触发作出相应响应；

其中，所述探头还内置温度传感器；所述温度传感器内置于所述探头的内电极的玻璃管里；所述探头安装有压力传感器和湿度传感器；所述压力传感器和所述湿度传感器均位于所述探头外壳外侧壁的前端；所述第一放大器的信号输入端与所述探头的氧信号输出端连接，所述第二放大器的信号输入端与所述温度传感器的信号输出端连接，所述第三放大器的信号输入端与所述压力传感器的信号输出端连接，所述第四放大器的信号输入端与所述湿度传感器的信号输出端连接。

手持式氧气检测仪的工作方法，包括如下步骤：

首先将探头旋入流通池，在不同温度下测量一定氧浓度的标准气，用探头输出的电流I_t除以各温度下的标准气的浓度C，计算出不同温度下探头的斜率A_t，取得探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，并将其存储于电子学***的存储器中，a值预设为1；

所述手持式氧气检测仪具有自动校准模式、样品校准模式和测量模式，三种模式的工作过程如下：

所述手持式氧气检测仪置于空气中开机自检后，运行自动校准模式，执行以下动作：

1)温度传感器、压力传感器、湿度传感器分别测量当前温度t、压力P_c、湿度H；探头测量当前电流I_t；将P_c存储于电子学***的存储器中；

2)根据温度t，得到当前温度t下水的饱和水蒸汽压力P_w；由公式C_P＝C₀*(1-H*P_w/P_c)计算出压力为P_c，温度为t，湿度为H时空气中的氧浓度C_P，式中C₀为干空气的氧浓度，即C₀＝20.94％；用探头输出的电流I_t除以C_P，计算出当前温度下校准时探头的斜率A_t’；由温度t，根据存储在电子学***的存储器中探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，计算出温度t时探头的斜率A_t，计算A_t’/A_t；

3)令a＝A_t’/A_t，得到新的探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，并将其存储在电子学***的存储器中；

自动校准模式执行完毕，手持式氧气检测仪自动进入测量模式，执行以下动作：

I)温度传感器测量当前温度t；压力传感器测量当前压力P；探头测量当前电流I_t；

II)根据电子学***的存储器中存储的探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，计算当前温度t下探头的斜率A_t；

III)由公式C_t＝I_t/A_t*P_c/P计算当前样品的氧浓度C_t，并将C_t和温度t的值显示在显示器上；

Ⅳ)重复步骤I)、II)、III)的动作，直至接收到操作键的命令，进入样品校准模式或其他模式；

若处于测量模式中的手持式氧气检测仪接收到操作键进行样品校准的命令，则进入样品校准模式，执行以下动作：

b)将探头旋入流通池，通入已知氧浓度C_c的样品气体；

b)温度传感器测量当前温度t；压力传感器测量当前压力P_c；探头测量当前电流I_t；并将P_c存储于电子学***的存储器中；

c)用探头输出的电流I_t除以C_c，计算出当前温度下校准时探头的斜率A_t’；由温度t，根据存储在电子学***的存储器中探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，计算出温度t时探头的斜率A_t，计算A_t’/A_t；

d)令a＝A_t’/A_t，得到新的探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，并将其存储在电子学***的存储器中；

样品校准模式执行完毕，手持式氧气检测仪自动进入测量模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、基于电化学极谱法，灵敏度高，测量范围宽，反应快，选择性好，传感器寿命长。

2、探头内置温度传感器、压力传感器、湿度传感器，以空气为标准样，开机自动校准，可省去复杂的校准动作，方便用户使用。

3、使用过程中也可用标准样品进行样品校准，测量精度高。

4、仪器便携性好，使用方便。

附图说明

图1为本发明所述的手持式氧气检测仪的结构示意图；

图2为本发明所述的电子学***的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明的手持式溶解氧分析仪，包括主机10、探头20和流通池30；所述主机10和所述探头20通过连接线连接；

所述主机10包括外壳11，以及设置在所述外壳11内的电子学***12；所述外壳11外侧设有透明窗110及防水薄膜开关111；所述外壳11的下端设有防水连接器112，用连接线连接所述探头20；所述防水薄膜开关111，设有操作键113；

所述探头20由保护套21、内电极22、渗透膜23、压膜环24、电解液25、探头外壳26、防水电缆固定头27、连接线28等组成。所述内电极22，包括由铂构成的阴极221、银构成的阳极222、绝缘体223及玻璃管224等部件；

如图2所示，所述电子学***12包括第一放大器121、第二放大器122、第三放大器123、第四放大器124、A/D转换器125、控制器126、存储器127、显示器128、报警器129，所述第一放大器121、第二放大器122、第三放大器123、第四放大器124均与所述A/D转换器125连接，所述控制器126与所述A/D转换器125、存储器127、显示器128、报警器129连接，所述控制器126还与所述防水薄膜开关111的操作键113连接，对所述操作键113的触发作出相应响应；

其中，所述探头20还内置温度传感器29；所述温度传感器29内置于所述探头20的内电极22的玻璃管224里；所述探头20安装有压力传感器13和湿度传感器14；所述压力传感器13和所述湿度传感器14均位于所述探头外壳26外侧壁的前端；所述第一放大器121的信号输入端与所述探头20的氧信号输出端连接，所述第二放大器122的信号输入端与所述温度传感器29的信号输出端连接，所述第三放大器123的信号输入端与所述压力传感器13的信号输出端连接，所述第四放大器124的信号输入端与所述湿度传感器14的信号输出端连接。

手持式氧气检测仪的工作方法，包括如下步骤：

首先将探头20旋入流通池30，在不同温度下测量一定氧浓度的标准气，用探头20输出的电流I_t除以各温度下的标准气的浓度C，计算出不同温度下探头的斜率A_t，取得探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，并将其存储于电子学***12的存储器127中，a值预设为1；

所述手持式氧气检测仪具有自动校准模式、样品校准模式和测量模式，三种模式的工作过程如下：

所述手持式氧气检测仪置于空气中开机自检后，运行自动校准模式，执行以下动作：

1)温度传感器29、压力传感器13、湿度传感器14分别测量当前温度t、压力P_c、湿度H；探头20测量当前电流I_t；将P_c存储于电子学***12的存储器127中；

2)根据温度t，得到当前温度t下水的饱和水蒸汽压力P_w；由公式C_P＝C₀*(1-H*P_w/P_c)计算出压力为P_c，温度为t，湿度为H时空气中的氧浓度C_P，式中C₀为干空气的氧浓度，即C₀＝20.94％；用探头20输出的电流I_t除以C_P，计算出当前温度下校准时探头的斜率A_t’；由温度t，根据存储在电子学***12的存储器127中探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，计算出温度t时探头20的斜率A_t，计算A_t’/A_t；

3)令a＝A_t’/A_t，得到新的探头20的斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，并将其存储在电子学***12的存储器127中；

自动校准模式执行完毕，手持式氧气检测仪自动进入测量模式，执行以下动作：

I)温度传感器29测量当前温度t；压力传感器13测量当前压力P；探头20测量当前电流I_t；

II)根据电子学***12的存储器127中存储的探头20的斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，计算当前温度t下探头20的斜率A_t；

III)由公式C_t＝I_t/A_t*P_c/P计算当前样品的氧浓度C_t，并将C_t和温度t的值显示在显示器128上；

Ⅳ)重复步骤I)、II)、III)的动作，直至接收到操作键113的命令，进入样品校准模式或其他模式；

若处于测量模式中的手持式氧气检测仪接收到操作键113进行样品校准的命令，则进入样品校准模式，执行以下动作：

c)将探头20旋入流通池30，通入已知氧浓度C_c的样品气体；

b)温度传感器29测量当前温度t；压力传感器13测量当前压力P_c；探头20测量当前电流I_t；并将P_c存储于电子学***12的存储器127中；

c)用探头20输出的电流I_t除以C_c，计算出当前温度下校准时探头20的斜率A_t’；由温度t，根据存储在电子学***12的存储器127中探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，计算出温度t时探头20的斜率A_t，计算A_t’/A_t；

d)令a＝A_t’/A_t，得到新的探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，并将其存储在电子学***12的存储器127中；

样品校准模式执行完毕，手持式氧气检测仪自动进入测量模式。

按照上述设计方案形成相应的手持式氧气检测仪，基于电化学极谱法，探头内置温度传感器、压力传感器、湿度传感器，以空气为标准样，开机自动校准，可省去复杂的校准动作，方便用户使用，使用过程中也可用标准样品进行样品校准，测量精度高。仪器灵敏度高，测量范围宽，反应快，选择性好，传感器寿命长，可用于粮食果蔬存储、培养箱、抢险、坑道、地下管线、人防工事、舰艇等氧含量检测，也可用于电站、冶炼、化工等锅炉燃烧过程气相中氧浓度的测量。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.手持式氧气检测仪，包括主机、探头、流通池；所述主机和所述探头通过连接线连接；

所述主机包括外壳，以及设置在所述外壳内的电子学***；所述外壳外侧设有透明窗及防水薄膜开关；所述外壳的下端设有防水连接器，用连接线连接所述探头；所述防水薄膜开关，设有操作键；

所述探头由保护套、内电极、渗透膜、压膜环、电解液、探头外壳、防水电缆固定头、连接线等组成；所述内电极，包括由铂构成的阴极、银构成的阳极、绝缘体及玻璃管等部件；所述探头外壳为不锈钢；

所述流通池为不锈钢；所述流通池顶部、侧面和底部分别设有检测腔体、样品入口和样品出口；所述样品出口和所述样品入口均与不锈钢管连接；所述探头设有外螺纹，所述流通池设有与所述探头匹配的内螺纹，所述探头通过螺纹旋紧在所述检测腔体内；

所述电子学***包括第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、A/D转换器、控制器、存储器、显示器、报警器，所述第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器均与所述A/D转换器连接，所述控制器与所述存储器、显示器、报警器连接，所述控制器还与所述防水薄膜开关的操作键连接，对所述操作键的触发作出相应响应；

其特征在于：所述探头还内置温度传感器；所述温度传感器内置于所述探头的内电极的玻璃管里；所述探头安装有压力传感器和湿度传感器；所述压力传感器和所述湿度传感器均位于所述探头外壳外侧壁的前端；所述第一放大器的信号输入端与所述探头的氧信号输出端连接，所述第二放大器的信号输入端与所述温度传感器的信号输出端连接，所述第三放大器的信号输入端与所述压力传感器的信号输出端连接，所述第四放大器的信号输入端与所述湿度传感器的信号输出端连接。

2.如权利要求1所述的手持式氧气检测仪的工作方法，其特征在于：

首先将所述探头旋入所述流通池，在不同温度下测量一定氧浓度的标准气，用探头输出的电流I_t除以各温度下的标准气的浓度C，计算出不同温度下探头的斜率A_t，取得探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，并将其存储于所述电子学***的存储器中，a值预设为1；

所述手持式氧气检测仪具有自动校准模式、样品校准模式和测量模式，三种模式的工作过程如下：

所述手持式氧气检测仪置于空气中开机自检后，运行自动校准模式，执行以下动作：

1)所述温度传感器、压力传感器、湿度传感器分别测量当前温度t、压力P_c、湿度H；所述探头测量当前电流I_t；将P_c存储于所述电子学***的存储器中；

2)根据温度t，得到当前温度t下水的饱和水蒸汽压力P_w；由公式C_P＝C₀*(1-H*P_w/P_c)计算出压力为P_c，温度为t，湿度为H时空气中的氧浓度C_P，式中C₀为干空气的氧浓度，即C₀＝20.94％；用所述探头输出的电流I_t除以C_P，计算出当前温度下校准时探头的斜率A_t’；由温度t，根据存储在所述电子学***的存储器中探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，计算出温度t时探头的斜率A_t，计算A_t’/A_t；

3)令a＝A_t’/A_t，得到新的探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，并将其存储在所述电子学***的存储器中；

自动校准模式执行完毕，手持式氧气检测仪自动进入测量模式，执行以下动作：

I)所述温度传感器测量当前温度t；所述压力传感器测量当前压力P；所述探头测量当前电流I_t；

II)根据所述电子学***的存储器中存储的探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，计算当前温度t下探头的斜率A_t；

III)由公式C_t＝I_t/A_t*P_c/P计算当前样品的氧浓度C_t，并将C_t和温度t的值显示在所述显示器上；

Ⅳ)重复步骤I)、II)、III)的动作，直至接收到所述操作键的命令，进入样品校准模式或其他模式；

若处于测量模式中的手持式氧气检测仪接收到所述操作键进行样品校准的命令，则进入样品校准模式，执行以下动作：

a)将所述探头旋入所述流通池，通入已知氧浓度C_c的样品气体；

b)所述温度传感器测量当前温度t；所述压力传感器测量当前压力P_c；所述探头测量当前电流I_t；并将P_c存储于所述电子学***的存储器中；

c)用所述探头输出的电流I_t除以C_c，计算出当前温度下校准时探头的斜率A_t’；由温度t，根据存储在所述电子学***的存储器中探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，计算出温度t时探头的斜率A_t，计算A_t’/A_t；

d)令a＝A_t’/A_t，得到新的探头斜率A_t与温度的对应关系A_t＝a*f(t)，并将其存储在所述电子学***的存储器中；

样品校准模式执行完毕，所述手持式氧气检测仪自动进入测量模式。