電化學式氧氣分析儀的製作方法
2023-06-09 02:10:11
專利名稱：電化學式氧氣分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種環境汙染監測設備，尤其是涉及一種採用電化學方法測氧的 電化學式氧氣分析儀。
背景技術：
目前氧氣濃度檢測方法有順磁式和氧化鋯式一 .順磁式包括熱磁式、磁壓力式、磁機械式等三種氧分析器，通常為在線檢測儀表，用於連 續自動分析氣體中的氧含量。其工作原理均基於氧的順磁性。並通過檢測元件將熱磁對流、 壓力差、密度梯度轉化為電信號，從而實現被測氣體中氧濃度的測量。缺點；對環境溫度和 供電電源有較高的要求，需要有參比氣體且不能有液滴和灰塵之類的雜質，磁力式氧傳感 器價格也比較昂貴。二 .氧化鋯式氧化鋯傳感器在高溫下，當兩側電極間的氧氣含量不同時，兩電極間產生電動勢， 構成氧濃差電池，兩電極間反應如下陰極反應02+4e— 202—陽極反應202— — 02+4e氧化鋯氧分析器就是利用氧化鋯傳感器的這一特性，將被檢測環境中的氧氣轉換 成電信號然後通過電子部件處理，並以濃度值顯示出來。缺點；對環境的要求比較高，需要 700度的高溫加熱，需要實時的控制加熱溫度，高溫使得氧傳感器使用壽命較短且安裝不 便。
發明內容針對以上提出的問題，本實用新型目的在於提供一種不受被測氣體中還原性氣體 的影響，不需樣氣處理的快速、免維護的電化學式氧氣分析儀。本實用新型通過以下技術措施實現的，一種電化學式氧氣分析儀，包括人機界面、 電路主板、氧傳感器室、密封在氧傳感器室內的電化學氧傳感器、樣氣入口、校檢氣入口、氣 體出口，樣氣入口管接有取樣泵，取樣泵的出口管接有過濾器，過濾器的出口管接有流量控 制閥，過濾器的出口和流量控制閥的入口之間還與校檢氣入口管接，流量控制閥、氣體出口 分別管接在氧傳感室的兩端上；所述電路主板包括控制晶片、電連接在控制晶片上的貯存 器、電連接在控制晶片上的A/D轉換模塊，電路主板分別與人機界面、流量控制閥和取樣泵 電連接，電路主板上的A/D轉換模塊通過放大補償模塊與電化學氧傳感器電連接。上述人機界面包括顯示屏和按鍵；電化學氧傳感器包括浸沒在KOH的溶液中高活 性的氧電極和鉛電極，KOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開。上述控制晶片優選嵌入式ATMEGA64L處理器。為了能將檢測信息上傳給中心站，本實用新型的控制晶片電連接有RS232模塊、 RS485模塊、ADSL寬帶模塊、GPRS模塊中的任意一種或任意幾種。
3[0014]為了能同時檢測其它設備的工作狀態，本實用新型的控制晶片上還電連接有至少 一路外部數字開關量信號接入口，該外部數字開關量信號接入口能將與其電連接的外圍設 備的開關狀態傳送給控制晶片。為了能處理其它設備採集的信號，所述A/D轉換模塊與放大補償模塊之間還可電 連接有一電流/電壓轉換模塊，該電流/電壓轉換模塊上至少電連接有一路採集接口，該採 集接口能採集與其電連接的外圍設備的電流或電壓信號。本實用新型的工作原理電化學氧傳感器一般由高活性的氧電極和鉛電極構成， 浸沒在KOH的溶液中。在陰極氧被還原成氫氧根離子，而在陽極鉛被氧化。02+2H20+4e — 40F2Pb+40F — 2Pb (OH) 2+4eKOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開，樣氣不直接進入傳感器，因而溶液與鉛電 極不需定期清洗或更換。樣氣中的氧分子通過高分子薄膜擴散到氧電極中進行電化學反 應，電化學反應中產生的電流決定於擴散到氧電極的氧分子數，而氧的擴散速率又正比於 樣氣中的氧含量，這樣，該傳感器輸出信號大小隻與樣氣中的氧含量相關，而與通過傳感器 的氣體總量無關。通過外部電路的連接，反應中的電荷轉移即電流的大小與參加反應的氧 成正比例關係。採用本實用新型進行測氧，可以不受被測氣體中還原性氣體的影響，免去了許多 的樣氣處理系統。它比老式「金網-鉛」原電池測氧更快速，不需要漫長的開機吹除過程， 「金網-鉛」原電池樣氣直接進入溶液中，導致儀器的維護量很大，而燃料電池法樣氣不直接 進入溶液中，傳感器可以非常穩定可靠的工作很長時間，可做到完全免維護。本實用新型進行測氧時，被測氣體的溫度不需要過高或過低，常溫下0 35°C即 可，無需加熱；測量時無需通入參比氣體，因而測量氣路簡單。反應較快，不像氧化鋯式需要 較長時間預熱；測量範圍；0 100% O2，不受C02，CO, H2S, NOx, H2影響。
圖1為本實用新型的結構框圖；圖2為本實用新型實施例1的電路框圖；圖3為本實用新型實施例2的電路框圖；圖4為本實用新型實施例3的電路框圖；圖5為本實用新型實施例4的電路框圖。
具體實施方式
下面結合實施例並對照附圖對本實用新型作進一步詳細說明。實施例1如圖1、圖2所示，一種電化學式氧氣分析儀，包括安裝在儀器外殼上的樣氣入口 10、校檢氣入口 8、氣體出口 1、IXD顯示器5和鍵盤4，而在殼體內部則安裝有電路主板6、氧 傳感器室3、取樣泵2，過濾器9，以及流量控制閥7，過濾器9的出口與流量控制閥7管接， 過濾器9的出口和流量控制閥7的入口之間還與校檢氣入口 8管接，流量控制閥7、和氣體 出口 1分別管接在氧傳感器室3的兩端上；氧傳感器室3內密封有電化學氧傳感器301，電 路主板6包括嵌入式ATMEGA64L處理器701、電連接在嵌入式ATMEGA64L處理器701上的
4FLASHR0M貯存器704、電連接在嵌入式ATMEGA64L處理器701上的A/D轉換模塊703，電路 主板6分別與IXD顯示器5、鍵盤4、流量控制閥7和取樣泵2電連接，電路主板6上的A/D 轉換模塊703通過放大補償模塊702與電化學氧傳感器301電連接。嵌入式ATMEGA64L處理器701控制流量控制閥7和取樣泵2從樣氣入口 10或校 檢氣入口 8將樣氣或校檢氣吸入到氧傳感器室3，密封在氧傳感器室3內的電化學氧傳感 器301主要由浸沒在KOH的溶液中的高活性氧電極和鉛電極構成，在陰極氧被還原成氫氧 根離子，而在陽極鉛被氧化。02+2H20+4e — 40F2Pb+40F — 2Pb (OH) 2+4eKOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開，樣氣或校檢氣不直接進入電化學氧傳感 器301，因而溶液與鉛電極不需定期清洗或更換。樣氣或校檢氣中的氧分子通過高分子薄膜 擴散到氧電極中進行電化學反應，電化學反應中產生的電流決定於擴散到氧電極的氧分子 數，而氧的擴散速率又正比於樣氣中的氧含量，這樣，該電化學氧傳感器301輸出信號大小 只與樣氣中的氧含量相關，而與通過電化學氧傳感器301的氣體總量無關。通過外部電路 的連接，反應中的電荷轉移即電流的大小與參加反應的氧成正比例關係，由電化學氧傳感 器301產生模擬電信號，該模擬電信號經過放大補償模塊702的放大補償後，通過A/D轉換 模塊703進行A/D轉換，得到數位訊號，並由嵌入式ATMEGA64L處理器701系統內部進行數 學建模，計算出測量值，然後在LCD顯示器5上顯示氧氣濃度，並可通過鍵盤5查詢每分鐘 的濃度值，另外，ATMEGA64L處理器701還可將測量值存儲在8Mbytes的FLASHR0M貯存器 704中。分析後的氣體由氣體出口 1排至外界。實施例2如圖1、圖3所示，一種具有監測四路外圍設備的電化學式氧氣分析儀，與實施例 1不同處在於嵌入式ATMEGA64L處理器701上還電連接有四路外部數字開關量信號接入口 705，每路外部數字開關量信號接入口 705電連接一外圍設備，在如實施例1進行氧氣分析 的基礎上還能將對應的四路外圍設備的開關狀態傳送給嵌入式ATMEGA64L處理器701。實施例3如圖1、圖4所示，一種能採集四路外圍設備的信號的電化學式氧氣分析儀，與實 施例1不同處在於，A/D轉換模塊703與放大補償模塊702之間還可電連接有一電流/電 壓轉換模塊706，該電流/電壓轉換模塊706上電連接有四路採集接口 707，該採集接口 707 能採集與其電連接的外圍設備的電流或電壓信號，並傳送給嵌入式ATMEGA64L處理器701。實施例4如圖1、圖5所示，一種具有組網功能的電化學式氧氣分析儀，與實施例1、2、3不同 處在於，嵌入式ATMEGA64L處理器701上還電連接有RS232模塊708、ADSL寬帶模塊709和 GPRS模塊710，本分析儀能根據本地或中心站遠程設置的採集周期採集各通道數據、存儲， 通過GPRS/RS232/ADSL上傳給中心站並自顯示在IXD顯示器5上。從而構成環境汙染在線 監測系統。設備地址設置為1-14個ASCII字符，由中心站統一分配。這種方式實現了遠距 離傳輸和實時在線的功能，做到了實時準確真實的反應現場的情況。以上是對本實用新型電化學式氧氣分析儀進行了闡述，用於幫助理解本實用新 型，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，任何未背離本實用新型原理下所 作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求一種電化學式氧氣分析儀，其特徵在於包括人機界面、電路主板、氧傳感器室、樣氣入口、校檢氣入口、氣體出口，樣氣入口管接有取樣泵，取樣泵的出口管接有過濾器，過濾器的出口管接有流量控制閥，過濾器的出口和流量控制閥的入口之間還與校檢氣入口管接，流量控制閥和氣體出口分別管接在氧傳感器室的兩端上；所述氧傳感器室內密封有電化學氧傳感器，所述電路主板包括控制晶片、電連接在控制晶片上的貯存器、電連接在控制晶片上的A/D轉換模塊，電路主板分別與人機界面、流量控制閥和取樣泵電連接，電路主板上的A/D轉換模塊通過放大補償模塊與電化學氧傳感器電連接。
2.根據權利要求1所述的電化學式氧氣分析儀，其特徵在於所述人機界面包括顯示 屏和按鍵。
3.根據權利要求1所述的電化學式氧氣分析儀，其特徵在於所述電化學氧傳感器包 括浸沒在KOH的溶液中高活性的氧電極和鉛電極，KOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開。
4.根據權利要求1所述的電化學式氧氣分析儀，其特徵在於所述控制晶片為嵌入式 ATMEGA64L 處理器。
5.根據權利要求1所述的電化學式氧氣分析儀，其特徵在於所述控制晶片電連接有 RS232模塊、RS485模塊、ADSL寬帶模塊、GPRS模塊中的任意一種或任意幾種。
6.根據權利要求5所述的電化學式氧氣分析儀，其特徵在於所述控制晶片電連接有 至少一路外部數字開關量信號接入口，該外部數字開關量信號接入口能將與其電連接的外 圍設備的開關狀態傳送給控制晶片。
7.根據權利要求1所述的電化學式氧氣分析儀，其特徵在於所述A/D轉換模塊與放 大補償模塊之間電連接有一電流/電壓轉換模塊，該電流/電壓轉換模塊上至少電連接有 一路採集接口，該採集接口能採集與其電連接的外圍設備的電流或電壓信號。
專利摘要本實用新型公開了一種電化學式氧氣分析儀，包括人機界面、電路主板、氧傳感器室、樣氣入口、校檢氣入口、氣體出口，樣氣入口管接有取樣泵，取樣泵的出口管接有過濾器，過濾器的出口管接有流量控制閥，過濾器的出口和流量控制閥的入口之間還與校檢氣入口管接，流量控制閥、氣體出口分別管接在氧傳感器室的兩端；本實用新型具有不受被測氣體中還原性氣體的影響，不需樣氣處理並能快速、免維護地分析氧氣含量的優點。
文檔編號G01N27/413GK201689072SQ20102015907
公開日2010年12月29日 申請日期2010年4月9日 優先權日2010年4月9日
發明者何勝輝, 王勝利, 趙希朋 申請人:宇星科技發展(深圳)有限公司