海水負二價硫測量傳感器的製作方法

2023-09-15 09:29:10 2

專利名稱：海水負二價硫測量傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及海洋測量儀器，特別是涉及海水中硫離子測量傳感器。
背景技術：
近岸海水中，來源自化工、造紙和印染等工業廢水中的硫化物是海洋環境的主要汙染物之一，超標的硫化物對海洋生物及其海水養殖業構成威脅。同時，在海洋腐蝕研究中，海水的硫離子又是人們重點關注的對象。因此，海水中的硫離子及其各種硫化物是海洋調查和海洋汙染監測的基本測量項目之一。
目前，測量海水中負二價硫離子的濃度，均採用海水取樣後實驗室化學分析的方法。由於硫離子具有極易受環境因素影響的化學特性，取樣後的水樣又須經過多種程序的處理，因此獲取測量數據極為不便，而且測量結果也不準確，人們迫切需要一種在現場即可完成測量的儀器設備。

發明內容
本實用新型是一種置於被測水體中的硫離子傳感器，其目的是將硫離子敏感電極和參比電極直接接觸被測水體海水，無需採集水樣，即可完成負二價硫離子的現場測量。
本實用新型所涉及的負二價硫離子傳感器的測量原理如下當屬於離子選擇型電極的硫離子敏感電極置於含有被測負二價硫離子的溶液中，測量體系將產生隨溶液中硫離子的濃度不同的電位，由此建立下述關係式，C＝AV2+BV+C其中，C為溶液中負二價硫離子的濃度，V為傳感器電壓值，A、B、C為相關係數。
因此，通過測出含有負二價硫離子溶液的測量體系的電壓，即可獲得負二價硫離子溶液的濃度。
本實用新型所涉及的海水負二價硫測量傳感器呈圓柱型結構，塑料製成的圓柱型傳感器殼體的前端設置測量電極，傳感器殼體的後端有與水上微處理器連接的水下電纜插頭，傳感器殼體內設置測量電路板。測量電極固定在傳感器前端外殼上並與傳感器內設置的測量電路板連接，信號轉換電路設置在測量電路板上，測量電路板連接傳感器殼體後端的水下電纜插頭。
傳感器殼體前端設置的測量電極包括敏感電極、參比電極和溫度電極。
敏感電極為硫離子測試電極，由小圓柱體頂端設置硫化銀壓片制的扁平狀圓形敏感膜片構成。敏感膜片放置在小圓柱體頂端的中心位置，由環氧樹脂灌封並固定在小圓柱體頂端，敏感膜片的圓面與小圓柱體的圓截面平行。支撐硫化銀敏感膜片的小圓柱體固定在傳感器殼體前端連接蓋上的電極底座上。
參比電極由在玻璃套管內設置的甘汞電極芯構成。玻璃套管由內、外玻璃管套在一起構成，使玻璃殼體內分成內外腔兩個部分。外玻璃管頂端設置外鹽橋，外腔盛有硝酸鉀溶液。內玻璃管的頂端設置內鹽橋，內腔盛有氯化鉀溶液，氯化鉀溶液中設置甘汞電極芯，內玻璃管頂端的內鹽橋置於外腔的硝酸鉀溶液中。外鹽橋和內鹽橋均由砂芯構成，為內外腔及被測溶液之間提供進行離子交換的通路。內玻璃管底部的底座固定在傳感器殼體前端連接蓋上的電極底座上。
溫度電極為熱敏電阻電極。熱敏電阻由環氧樹脂封裝在不鏽鋼套筒內，熱敏電阻引線伸出套筒外。
敏感電極、參比電極和溫度電極分別由引線與傳感器殼體內的信號轉換電路連接。
信號轉換電路包括高阻放大器A、高阻放大器B、儀表放大器A、儀表放大器B、隔離放大器及DC-DC隔離電源模塊。
敏感電極和參比電極分別連接高阻放大器A和高阻放大器B的輸入端，高阻放大器A和高阻放大器B的輸出端連接隔離放大器的兩個輸入端，隔離放大器的輸出端連接儀表放大器A的輸入端。溫度電極連接儀表放大器B的輸入端。儀表放大器A和儀表放大器B的輸出端連接水下電纜插頭。信號轉換電路中使用的放大器所需電源由DC-DC隔離電源模塊提供。
在進行硫離子測量時，海水負二價硫測量傳感器置於被測水體中，傳感器內部的信號轉換電路將敏感電極傳來的化學信號轉換成電信號，與參比電極和溫度電極傳來的信號一起通過水下電纜傳輸到水上微處理器中。在微處理器中，水下信號經過由二價硫計算數學表達式編制的軟體做儲存和處理，並通過計算完成標度變換，在顯示器上顯示直接輸出的負二價硫離子濃度。
本實用新型所涉及的海水負二價硫測量傳感器，無需採集水樣，可以直接放於被測水體中，快速完成海水負二價硫離子的現場測量，測量數據準確，使用方便。


圖1為海水負二價硫測量傳感器結構圖。
圖2為參比電極結構圖。
圖3為傳感器的信號轉換電路框圖。
附圖中的標記說明1、敏感電極，2、敏感膜片，3、敏感電極小圓柱體，4、溫度電極，5、參比電極，6、連接蓋，7、電極底座，8、傳感器殼體，9、測量電路板， 10、電纜插頭，11、外玻璃管， 12、硝酸鉀溶液，13、內玻璃管， 14、氯化鉀溶液，15、外鹽橋， 16、內鹽橋，17、電極芯， 18、玻璃管底座，19、引線。
具體實施方式
現參照附圖對本實用新型的具體實施方式
做進一步說明。
圖1為本實用新型所涉及的海水負二價硫測量傳感器結構圖。如圖1所示，傳感器呈圓柱型結構，圓柱型傳感器殼體8前端設置硫離子敏感電極1、參比電極5和溫度電極4等三個測量電極，傳感器殼體8的後端有與水上微處理器連接的水下電纜插頭10。
硫離子敏感電極1為測試電極，由小圓柱體3頂端設置硫化銀壓片制的扁平狀圓形敏感膜片2構成，敏感膜片2放置在小圓柱體3頂端的中心位置，用抽過真空的環氧樹脂灌封而成。支撐硫化銀敏感膜片2的小圓柱體3固定在電極底座7上，電極底座7固定在圓柱型殼體前端的連接蓋6上。
圖2顯示參比電極的結構。如圖2所示，參比電極5由在玻璃套管內設置的甘汞電極芯構成。玻璃套管由外玻璃管11與內玻璃管13套在一起構成。外玻璃管11頂端設置外鹽橋15，外玻璃管11內盛有硝酸鉀溶液12。內玻璃管13頂端設置內鹽橋16，內玻璃管13內盛有氯化鉀溶液14，甘汞電極芯17設置在內玻璃管13的氯化鉀溶液14中，內玻璃管13底部的底座18固定在傳感器殼體8前端連接蓋6上的電極底座7上。
硫離子敏感電極和參比電極分別連接高阻放大器A和高阻放大器B的輸入端，高阻放大器A和高阻放大器B的輸出端連接隔離放大器的兩個輸入端，隔離放大器的輸出端連接儀表放大器A的輸入端。溫度電極連接儀表放大器B的輸入端。儀表放大器A和儀表放大器B的輸出端連接水下電纜插頭。
圖3為傳感器內部的信號轉換電路框圖。如圖3所示，敏感電極和參比電極分別連接高阻放大器A和高阻放大器B的輸入端，高阻放大器A和高阻放大器B的輸出端連接隔離放大器的兩個輸入端，隔離放大器的輸出端連接儀表放大器A的輸入端。溫度電極連接儀表放大器B的輸入端。儀表放大器A和儀表放大器B的輸出端連接水下電纜插頭。
權利要求1.一種海水負二價硫測量傳感器，傳感器殼體呈圓柱型結構，其特徵在於傳感器殼體(8)前端設置測量電極，傳感器殼體(8)的後端有水下電纜插頭(10)，傳感器殼體(8)內設置測量電路板(9)，測量電極固定在傳感器前端外殼上並與測量電路板(9)連接，測量電路板(9)連接傳感器殼體(8)後端的水下電纜插頭(10)。
2.根據權利要求1所述的海水負二價硫測量傳感器，其特徵在於傳感器殼體前端設置的測量電極包括敏感電極(1)、參比電極(5)和溫度電極(4)，敏感電極(1)、參比電極(5)和溫度電極(4)分別由引線與傳感器殼體(8)內測量電路板(9)上的信號轉換電路連接。
3.根據權利要求2所述的海水負二價硫測量傳感器，其特徵在於傳感器殼體前端設置的敏感電極(1)由小圓柱體(3)頂端設置硫化銀壓片制的扁平狀圓形敏感膜片(2)構成，敏感膜片(2)放置在小圓柱體(3)頂端的中心位置，用環氧樹脂灌封並固定在小圓柱體(3)的頂端，小圓柱體(3)固定在電極底座(7)上，電極底座(7)固定在圓柱型殼體前端的連接蓋(6)上。
4.根據權利要求3所述的海水負二價硫測量傳感器，其特徵在於敏感電極(1)的敏感膜片(2)的圓面與小圓柱體(3)的圓截面平行。
5.根據權利要求2所述的海水負二價硫測量傳感器，其特徵在於傳感器殼體前端設置的參比電極(5)由在玻璃套管內設置的甘汞電極芯(17)構成，玻璃套管由外玻璃管(11)與內玻璃管(13)套在一起構成，外玻璃管(11)頂端設置外鹽橋(15)，外玻璃管(11)內盛有硝酸鉀溶液(12)，內玻璃管(13)頂端設置內鹽橋(16)，內玻璃管(13)內盛有氯化鉀溶液(14)，內玻璃管(13)頂端的內鹽橋(16)置於外玻璃管(11)內的硝酸鉀溶液(12)中。
6.根據權利要求5所述的海水負二價硫測量傳感器，其特徵在於參比電極(5)的甘汞電極芯(17)設置在內玻璃管(13)的氯化鉀溶液(14)中。
7.根據權利要求5所述的海水負二價硫測量傳感器，其特徵在於參比電極(5)的內玻璃管(13)底部的底座(18)固定在傳感器殼體(8)前端連接蓋(6)上的電極底座(7)上。
8.根據權利要求2所述的海水負二價硫測量傳感器，其特徵在於傳感器殼體內測量電路板傳感器殼體內測量電路板7設置的信號轉換電路包括高阻放大器A、高阻放大器B、儀表放大器A、儀表放大器B、隔離放大器及DC-DC隔離電源模塊，敏感電極和參比電極分別連接高阻放大器A和高阻放大器B的輸入端，高阻放大器A和高阻放大器B的輸出端連接隔離放大器的兩個輸入端，隔離放大器的輸出端連接儀表放大器A的輸入端，溫度電極連接儀表放大器B的輸入端，儀表放大器A和儀表放大器B的輸出端連接水下電纜插頭。
專利摘要本實用新型所涉及的海水負二價硫測量傳感器呈圓柱型結構，傳感器殼體的前端設置測量電極，後端有與水上微處理器連接的水下電纜插頭，殼體內設置測量電路板。傳感器殼體前端設置的測量電極包括硫離子敏感電極、參比電極和溫度電極。硫離子敏感電極為測試電極，由小圓柱體頂端設置硫化銀壓片制的扁平狀圓形敏感膜片構成。參比電極由在雙液接的玻璃套管內設置的甘汞電極芯構成。溫度電極為鉑電阻電極。本實用新型所涉及的海水負二價硫測量傳感器，無需採集水樣，可以直接放於被測水體中，快速完成海水負二價硫離子的現場測量，測量數據準確，使用方便。
文檔編號G01N27/42GK2747577SQ200420085670
公開日2005年12月21日 申請日期2004年11月29日 優先權日2004年11月29日
發明者趙宇梅, 陳芙蓉, 張金萍 申請人:國家海洋技術中心