氧氮二元氣體聲速氧氣濃度在線測量系統的製作方法

2023-10-22 04:44:07 2

專利名稱：氧氮二元氣體聲速氧氣濃度在線測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及氧氣濃度的測量裝置，特別是涉及一種氧氮二元氣體聲速氧氣濃度在線測量系統。
背景技術：
現有的測量氧氣濃度的技術主要是用化學法測量、氧化鋯濃差電池法測量、電化學法測量等。化學法測量是通過氣體中的氧氣與一價銅氨離子反應來確定氣體中氧氣含量，但設備易碎，攜帶不方便，用氣量大。氧化鋯濃差電池法測量由氧化鋯陶瓷材料製成傳感器，在高溫下，氧化鋯具有氧離子傳導特性，當氧化鋯管壁兩側的氧分壓不同時，產生電勢E，由此測定氧含量。其優點是不受檢測氣體溫度的影響，通過採用不同的導流管可以檢測各種溫度氣體中的氧含量，這種靈活性被運用在許多工業在線檢測上。其缺點是反應時間慢；結構複雜，容易影響檢測精度；加熱器一般用電爐絲加熱，壽命不長，價格高。電化學法測量電化學傳感器通過與被測氣體發生反應並產生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學傳感器由傳感電極(或工作電極)和反電極組成，並由一個薄電解層隔開。氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發生反應，最終到達電極表面。通過電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會在正極與負極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。該測試方法需要經常校準，使用壽命不長。

發明內容
為克服上述現有技術問題，利用超聲脈衝在氣體中傳播速度隨氣體摩爾質量而不同的原理，當在充滿流體的管道內，在只有兩種氣體的組分下，且兩種氣體組分的濃度比也不同，根據檢測超聲波傳輸的時間就能檢測出氣體中的氧氣濃度。該方法只需要一次校準，使用壽命長，無損耗，可連續檢測，利用該方法提供出一種用於測量氧氣濃度的系統。本發明採用如下技術方案:一種氧氮二元氣體聲速氧氣濃度在線測量系統，該系統包括控制系統和測量系統，其中:測量系統包括:超聲波發射/接受裝置A、超聲波發射/接受裝置B、溫度傳感器和管道，所述超聲波發射/接受裝置A和超聲波發射/接受裝置B安裝在管道兩端，溫度傳感器安裝在管道上，在管道兩端的壁上設置有進氣口和出氣口 ；控制系統包括:處理器、發射電路、開關轉換電路、信號放大電路、信號調理電路和顯示傳輸電路，控制器控制發射電路定時發射脈衝，脈衝通過開關電路將設置超聲波發射/接受裝置的工作狀態，並激發超聲波的發射，當超聲波被另一端裝置接受時信號由信號放大電路放大並進行信號調製，最後傳輸給處理器進行數據處理並顯示出。在上述技術方案中，該系統的測量方法為:步驟一:在充滿氧氮二元氣體的管道中，管道一端的超聲波發射/接受裝置A發射超聲波，管道另一端超聲波發射/接受裝置B接受來自超聲波發射/接受裝置A的超聲波， 計算得出超聲波聲速VI;
步驟二:超聲波發射/接受裝置B發射超聲波，超聲波發射/接受裝置A接受來自超聲波發射/接受裝置B的超聲波，計算得出超聲波聲速V2;
步驟三:根據步驟一、二的結果，計算得出超聲波在氧氮二元氣體中的相對聲速為V；
步驟四:根據前面步驟的計算結果，計算出管道內的氧氣濃度。
在上述技術方案中，所述超聲波聲速與環境溫度有關，所述關係為:
權利要求
1.一種氧氮二元氣體聲速氧氣濃度在線測量系統，其特徵為該系統包括控制系統和測量系統，其中:測量系統包括:超聲波發射/接受裝置A (I)、超聲波發射/接受裝置B (2)、溫度傳感器(3)和管道(6)，所述超聲波發射/接受裝置A (I)和超聲波發射/接受裝置B (2)安裝在管道(6)兩端，溫度傳感器(3)安裝在管道(6)中間，在管道(6)兩端的壁上設置有進氣口(4)和出氣口(5)；控制系統包括:處理器、發射電路、開關電路、信號放大電路、信號調理電路和顯示傳輸電路，控制器控制發射電路定時發射脈衝，脈衝通過開關電路將設置超聲波發射/接受裝置的工作狀態，並激發超聲波的發射，當超聲波被另一端裝置接受時信號由信號放大電路放大並進行信號調理，最後傳輸給處理器進行數據處理並顯示出。
2.根據權利要求的I一種氧氮二元氣體聲速氧氣濃度在線測量系統，其特徵為該系統的測量方法為:步驟一:在充滿氧氮二元氣體的管道中，管道一端的超聲波發射/接受裝置A發射超聲波，管道另一端超聲波發射/接受裝置B接受來自超聲波發射/接受裝置A的超聲波，計算得出超聲波聲速VI;步驟二:超聲波發射/接受裝置B發射超聲波，超聲波發射/接受裝置A接受來自超聲波發射/接受裝置B的超聲波，計算得出超聲波聲速V2;步驟三:根據步驟一、二的結果，計算得出超聲波在氧氮二元氣體中的相對聲速為V ；步驟四:根據前面步驟的計算結果，計算出管道內的氧氣濃度。
3.根據權利要求2所述的一種氧氮二元氣體聲速氧氣濃度在線測量方法，其特徵在於所述超聲波聲速與環境溫度有關，所述關係為:
4.根據權利要求2所述的一種氧氮二元氣體聲速氧氣濃度在線測量方法，其特徵為所述相對聲速為:
全文摘要
本發明為一種氧氮二元氣體聲速氧氣濃度在線測量系統，利用超聲波傳感器上產生超聲波，超聲波在有氧氣流通的管道內傳輸，在管道的另一端接收超聲波信號；超聲波在管道的傳輸時間與管道內的氧氣濃度和溫度有關係；接收到的超聲波信號經過信號放大電路對信號進行放大處理後，再經過信號調理電路，經過處理後，產生數位訊號，再送到處理器中，處理器經過計算得到超聲波發射到接收所用的時間，根據這個時間，就可以推算出管道內的氧氣濃度了。本系統的測量速度快，測量數據穩定，使用壽命長，無損耗，無阻力，只需要一次校準，可連續檢測，本系統的氧濃度測量誤差在±1%以內。
文檔編號G01N29/024GK103207235SQ201310128629
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月15日 優先權日2013年4月15日
發明者何朝進, 楊健 申請人:四川大愛科技有限公司