新型微量二氧化碳測定儀的製作方法
2023-09-17 10:11:10
專利名稱：新型微量二氧化碳測定儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微量二氧化碳測定儀，又叫微呼吸儀，適用於人、動、植物中的皮膚呼吸(氧代謝)測量及環境空氣中的二氧化碳量測定及醫學(皮膚學、中醫穴位失衡診斷)、農業(食品儲藏、園藝、土壤微生物)、化裝品工業及環保監測等的測量或測定。
現有的測量儀器主要有三種一是採用二氧化碳敏感電極，其缺點是靈敏度較低，二是紅外線吸收法，由一個泵將氣體吸入測量室，其中的CO2吸收一定頻率的紅外線，使測量光強度減弱，雖然連續測量，但價格貴，三是匈牙利的FVehYO教授發明的微量二氧化碳測定儀，能對極小面積的極微量CO2進行測定，特別適合測量人體和動植物的皮膚釋放的微量CO2，但也存在如下缺陷(如
圖1所示)探頭的電極筒8與有機玻璃腔之間密封不好，探頭在朝下時液體易滲出，造成液膜厚度增大；探頭液膜做好後到壓至被測部位之間需經過空氣，若空氣中CO2濃度大或時間長，則大量CO2進入液膜都將影響測量值；由於測孔周圍是硬質的有機玻璃與被測物間密封不好，少量空氣中的CO2進入探頭，影響測量結果；探頭中絕緣體7與電極筒8的光孔呈緊配合，清洗時用力過大，則易將絕緣體7推深，使表面呈凹陷狀，影響膜的形成；電路中元件採用的是分立元件、指針指示等。
為了克服上述缺陷，本實用新型提供了一種測量面積小，靈敏度和精度高、操作簡便、測量迅速、成本低的新型微量二氧化碳測定儀。
本實用新型的任務是這樣實現的由探頭部件及採樣、顯示、定時、換擋、輸出和電源電路組成。
探頭部件是在探頭、電極棒、絕緣套、電極筒、彈簧、圈蓋、密封圈、底座、手輪、引出導線基礎上進行了改進，探頭上部中間有一探孔，其下端為錐孔，垂直於探孔軸線，沿徑向設置一個轉動活門，其上設置有相互垂直的大孔與小孔，在電極棒外圓及電極筒的臺階處設置絕緣套，三者上表面設置為錐形圓柱面與錐孔之間設置○形密封圈，電極筒的外圓柱面上套有拉伸彈簧，探頭的空腔內裝有氫氧化鋇或氫氧化鈣的飽和溶液，在探頭的上端部連接一個蓋子，蓋子上端面粘接一個帶多圈紋路的橡膠墊；電子線路是在採樣、顯示、定時、換擋、輸出和電源電路基礎上作了改進用集成電路代替分立元件，用數字表頭顯示代替指針顯示，使精度提高了一個數量級，本實用新型電路的特徵部分在於探頭採樣電路由電源電路(6』)的晶振穩頻振蕩器IC3的Q6端輸出512HZ方波經R15、D3穩壓為0.6Vp-p方波供探頭電路(1』)作交流信號源，方波信號經C12、R14、R13與運算放大器IC4正極連接，探頭來的RT信號經C10、R12與運算放大器的正極連接，IC4的負極經R10接地，IC4的輸出接D2，IC4的負極經R11接D2負極及C13的正極，輸出VT信號。
圖1是原微量二氧化碳測定儀的探頭結構圖，圖2是本實用新型探頭結構剖視圖，圖3是圖2的A-A剖視圖，圖4是本實用新型電路方塊圖，圖5是本實用新型電路原理圖。
結合附圖對本實用新型及其實施例說明如下見圖2、圖3，本實用新型由探頭部件包括探頭3、電極棒6、絕緣套7、電極筒8、彈簧9、圈蓋10、密封圈11、底座12、手輪13、引出導線14及電路包括採樣1』，顯示2』，定時3』，換擋4』，輸出5』和電源電路6』組成的基礎上作如下改進，探頭部件探頭3的上部中間有一個探孔31，其下端為錐孔32，垂直於探孔31的軸線，沿徑向設置一個轉動活門4，其上設置有相互垂直的大孔與小孔，在探頭下部空腔內設置電極棒6，其外圓及電極筒8的臺階處設置絕緣套7，三者的上表面設置為錐形圓柱面678其與錐孔32間設置○形密封圈5，電極筒8的外圓柱面上套有拉伸彈簧9，探頭3的空腔內裝有氫氧化鋇或氫氧化鈣的飽和溶液，在探頭3的上端部螺紋連接一個蓋子2，其上端面粘接一個帶多圈紋路的橡膠墊4；見圖4、圖5，探頭採樣電路由電源電路(6』)的晶振穩頻振蕩器IC3的Q6端輸出512HZ方波經R15、D3穩壓為0.6Vp-p方波供探頭電路(1』)作交流信號源，方波信號經C12、R14、R13與運算放大器IC4正極連接，探頭來的RT信號經C10、R12與運算放大器的正極連接，IC4的負極經R10接地，IC4的輸出接二極體D2，IC4的負極經R11接D2負極及C13的正極，從C13的正極輸出VT電壓信號。經IC7C、IC6，W3到顯示電路2』表頭的輸入端(IN)端，探頭採樣電路中電容、電阻的典型參數是，R10為1KΩ，R11為10KΩ，C13為6.8μF，C12為2.2μF，R14為100KΩ，R13為220KΩ，R12為3.3兆，C11為0.001μF，C10為0.15μF。
增加○性密封圈5的作用是使電極密封性好，以保持液膜厚度的一致性；轉動活門的作用是防止在放置過程中空氣中的CO2進入探頭影響測量結果；探頭上端加入一個孔徑大小、形狀不同的蓋子，根據被測物的不同選用不同的蓋子，以擴大測量的應用範圍；密封橡膠墊1的作用是增加探頭的密封性，以防止空氣中的CO2進入；電極筒孔中設置的臺階以託住絕緣套，使之不下陷。
本實用新型的工作原理及工作過程當彈簧頂上時，電極與錐孔32被密封，當通過手輪13將電極拉入溶液中再彈回，由於表面張力作用，在電極上可形成一層氫氧化鋇的液膜，將探頭小孔對準被測物體輕輕壓住，CO2通過小孔進入到液膜上，形成化學反應，碳酸鋇沉澱使液膜中的離子減少，因此電阻增加，CO2的濃度越大，電阻增加就越多，進行R-V變換後變成電壓信號進入儀器工作，當電阻值小時與CO2為非線性關係，當電阻達到一定數值，進入線性區，儀器開始測量，經一段時間後，該數值被保持線路保持並鳴響，測量結束。
探頭電路(1』)的說明及工作過程如下探頭電路(1』)C12輸入從振蕩器來的512Hz/0.6Vp-p方波經R14、R13、C10；流過探頭的波形是隔去直流成分的對稱方波，以避免探頭電解質極化。探頭電阻的增減反映在R12上的電壓也成比例，線性的增減。R12上的電壓再經IC4同相交流放大，同時經過D2半波整流，在C13上得到一直流電壓，此電壓即對應某一點探頭電阻的大小。經過後面相應功能的電路完成起始判定、定時讀數，最後由數字表頭顯示其讀數。
各電阻電容的參數值是在輸入頻率為512Hz±10％下的數值，誤差不超過±10％。對儀器精度的影響主要是滿度值的不同，由於有較寬的線性範圍，總可經過調W3來調整其滿度值。
RT的線性範圍在90K(開始讀數)至250K(滿度值)之間，對應C13上輸出VT電壓0.6V-1.153V。
工作過程(1)電源電路6』按下K1，T2導通，使T1也導通，Vcc(+V)有電壓，同時C1充電至Vcc，IC1A反相器輸出「O」，使T1繼續導通。Vcc得電時IC2同時工作經D1、C4輸出一Vcc負電壓，K1斷開後，T1仍能導通，這時C1開始放電，其電壓低到IC1A閾值以下時，IC1A輸出「1」，T1截止，Vcc斷電，完成自動關閉電源。如果開始後有測量動作，則C1繼續充電至Vcc維持到測量結束才開始下降，即開始延時至自動關閉。延時時間約幾分鐘。
(2)測量過程錐體電極浸入電解質後再伸出開始測量時，此時探頭RT小於90K，繼續增大到剛超過90K時，IC5比較器動作，輸出「1」，經IC1B反相成「0」，再經過C15微分出負脈衝觸發IC12開始定時，其「Q」端為「1」，打開IC7C模擬開關，C13上的VT電壓進入IC6同相端進行跟隨，其輸出經W3調整後送至表頭輸入(IN)端進行讀數，此時的IC12「Q」端另經過IC8C(或門)與IC1C組合後的HOLD信號為「0」，使表頭跟隨讀數。定時結束後，IC12「Q」端復「0」，經C14觸發IC13定時一短時間，約2-3秒，鳴響蜂鳴器，同時D16READY燈閃光指示測量完畢，IC13定時結束後，表頭的HOLD(固持、鎖定)由「0」至「1』鎖定讀數。
以上是在測量時無超量限情況下的一個測量過程。如果有超量情況，IC15即動作輸出「0」，經C15使IC12提前復位，同時發出鳴音及閃爍指示，表頭顯示溢出符號「1」。
K2(SET)是復位開關，不論測量與否，按下K2即把C19上的電壓放掉，同時復位IC12、IC13，表頭復「0」讀數。
C19是採樣保持電容，使其電壓保持一短時間。
IC7A、IC7B是模擬雙向開關，在單位0.1/0.01檔時，IC7A通，IC7B斷，W1上的基準電壓送至表頭，使讀數為「100.0」，在0.03/0.003擋時，IC7A斷，IC7B通，W2上的基準電壓送至表頭使其讀數為「30.0」。
IC11A、B、C、D也是四個單獨雙向開關，同時只有一個導通，以控制IC12的定時電阻(大小)而控制定時時間，IC11由框4』的IC10來控制的。
(3)換檔情況IC10的Q0、Q1、Q2、Q3端同時只有一個為「1」其餘為「0」，每按動一次K3(CH)，即出現一次從Q0→Q1→Q2→Q3→Q0方向的「1」跳躍，即改變檔位，IC10的Q0、Q1、Q2、Q3端控制IC11的A、B、C、D，同時通過D10→D13指示檔位。在測量進行時，IC10是被封鎖住的，K3暫時不起作用。以保證定時正確。
(4)其它電路輸出部分5』中，IC9是跟隨器，經過W4調整到J2口輸出，READY為外部選通信號，作為測量結果信號。
電源部分框6』中，IC2是做用於產生負電壓之用，供表頭雙電壓之用。
IC3是晶振穩頻振蕩器，Q6端輸出512HZ方波經過R15、D3穩壓為0.6Vp-p方波供探頭電路交流信號源之用。
本實用新型的優點是靈敏度高，精度高，測量面積小，不受環境中CO2的幹擾，操作簡便，操作誤差小，測量迅速，成本低(約為同類儀器的五分之一)。
權利要求1.一種新型微量二氧化碳測定儀由探頭部件包括探頭、電極棒、絕緣套、電極筒、彈簧、圈蓋、密封圈、底座、手輪、引出導線及電路包括採樣、顯示、定時、換擋、輸出和電源電路組成，其特徵是，探頭(3)的上部中間有一個探孔(31)，其下端為錐孔(32)，垂直於探孔(31)的軸線，沿徑向設置一個轉動活門(4)，其上設置有相互垂直的大孔與小孔，在探頭下部空腔內設置的電極棒(6)的外圓及電極筒(8)的臺階處設置絕緣套(7)，三者上表面設置的錐形圓柱面(678)與錐孔(32)間設置有○形密封圈(5)，電極筒(8)的外圓柱面上套有拉伸彈簧(9)，探頭(3)的空腔內裝有氫氧化鋇或氫氧化鈣的飽和溶液，在探頭(3)的上端部螺紋連接一個蓋子(2)，在其上端面粘有帶多圈紋路的橡膠墊(1)；探頭採樣電路由電源電路(6』)的晶振穩頻振蕩器(IC3)的Q6端輸出512H2方波經R15、D3穩壓為0.6Vp-p方波供探頭電路(1』)作交流信號源，方波信號經C12、R14、R13與運算放大器(IC4)正極連接，探頭來的RT信號經C10、R12與運算放大器的正極連接，IC4的負極經R10接地，IC4的輸出接D2，IC4的負極經R11接D2負極及C13的正極，輸出VT信號。
2.按權利要求1所述的二氧化碳測定儀，其特徵是，蓋子(2)的孔徑及孔形狀可根據被測物的不同而不同。
3.按權利要求1所述的二氧化碳測定儀，其特徵是，探頭電路中各電阻、電容的典型參數值為R10為1KΩ，R11為10KΩ，C13為6.8μF，C12為2.2μF，R14為100KΩ，R13為220KΩ，R12為3.3兆，C11為0.001μF，C10為0.15μF。
專利摘要本實用新型適用於人、動植物體呼吸的二氧化碳量的測定。由探頭部件包括:探頭孔下端為錐孔,探孔中間設置活門,在電極棒外圓及電極筒的臺階處有絕緣套,三者上端為錐形圓柱面,其與錐孔間設置O形密封圈,電極筒上套有彈簧,探頭空腔內裝Ba(OH)
文檔編號G01N27/00GK2274772SQ9620164
公開日1998年2月18日 申請日期1996年1月31日 優先權日1996年1月31日
發明者張維波, 何鋒, 福安紐 申請人:張維波