溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀的製作方法
2023-10-22 01:31:57
溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀，所述溶解氧檢測裝置，包括一極譜式溶解氧電極、一電極激勵單元和一電容器，所述電極激勵單元通過所述電容器接入一電源。所述溶解氧檢測儀包括一電路板和具有兩個接口的一密封殼體，所述電路板上設置有如上所述的溶解氧檢測裝置，所述電路板固定於所述密封殼體的內部；所述溶解氧檢測裝置的極譜式溶解氧電極設於所述密封殼體的一個接口，所述密封殼體的另一個接口用於連接所述電源。本發明的溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀，通過增加電容器來維持所述極譜式溶解氧電極的激化狀態，所以不再需要重複激化，大大縮短了溶解氧的測量時間以及測量效率。
【專利說明】溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，環境問題越來越受到人們的關注，特別是水汙染問題，其中水中溶解氧含量多少是衡量水質的一個重要指標。天然水中溶解氧接近於飽和值，水中微生物繁殖旺盛；水體受到有機物和還原物質汙染時，溶解氧濃度就會下降。當溶解氧消耗速度大於空氣中氧向水中的溶解速度，水中溶解氧濃度趨於零，此時厭氧菌得以繁殖，使水體惡化，所以溶解氧濃度能夠反映出水質的受汙染程度。同時，對於水產養殖業來說，水中溶解氧對魚類等的生長也有著至關重要的影響。當溶解氧低於4mg/L時，就會引起魚類窒息死亡。對於人類來說，健康的飲用水中溶解氧含量不得小於6mg/L。因此，水體溶解氧含量的測量，對於工農業的發展都具有重要意義。
[0003]目前，溶解氧測量方法主要有碘量法，光纖法，螢光法和電流測量法。碘量法是純粹的化學法，不適合做在線檢監測。光纖法和螢光工藝複雜，成本高。
[0004]電流測量法主要是採用極譜式溶解氧電極，極譜式溶解氧電極由陰極、陽極、KCL(氯化鉀)電解液以及氧擴散膜組成，在陽極加上0.685V直流電壓激勵，氧通過膜擴散進入電解液與Au (金)電極和Ag (銀)電極構成測量電路，陰極會輸出與氧濃度呈比例關係的nA級的弱電流信號。
[0005]所以通過在電極陽極加直流電壓電壓作為激勵，電極陰極會輸出nA級的弱電流。電流測量法測量原理簡單，精度高，但是，極譜式溶解氧電極斷電後需要有4?6h的激化才能正常使用。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術的極譜式溶解氧電極重新激化時間長，導致的測量時間和測量裝置使用時間浪費的缺陷，提供一種溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀，通過增加電容器來維持所述極譜式溶解氧電極的激化狀態，從而避免重複激化導致的時間浪費。
[0007]本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的:
[0008]本發明提供了一種溶解氧檢測裝置，用於檢測水體中的溶解氧，所述溶解氧檢測裝置包括一極譜式溶解氧電極和一電極激勵單元，其特點是，所述溶解氧檢測裝置還包括一電容器，所述電極激勵單元通過所述電容器接入一電源。
[0009]本發明中通過電容器來維持提供給激勵所述極譜式溶解氧電極的電極激勵單元的電源電壓，從而即使斷電也能夠維持所述極譜式溶解氧電極的激化狀態，從而節省了重複激化極譜式溶解氧電極的時間。
[0010]其中所述極譜式溶解氧電極以及用於激化其的電極激勵單元均為現有技術中常用的器件，所以此處不再對其結構和功能進行贅述。[0011 ] 較佳地，所述溶解氧檢測裝置還包括一處理器、一電流電壓轉換器、一 AD轉換器和一通信接口，其中所述極譜式溶解氧電極、電流電壓轉換器、AD轉換器、處理器和通信接口依次電連接，所述電流電壓轉換器用於將所述極譜式溶解氧電極生成的表徵溶解氧的電流信號轉化為模擬電壓信號，所述AD轉換器用於將所述模擬電壓信號轉換為數位訊號，所述處理器將所述數位訊號通過所述通信接口傳輸至外部設備。
[0012]本發明中通過AD轉換器和電流電壓轉換器將所述極譜式溶解氧電極需要檢測的水體中的溶解氧轉化得到的電流信號轉化為數位訊號，進而便於後續處理。而且還通過通信接口將其傳輸至外部設備，從而便於進一步對所述數位訊號進行處理。其中所述處理器、電流電壓轉換器、AD轉換器和通信接口均為技術中已知的元器件，所以此處不再對所述元器件的功能和結構進行描述。
[0013]優選地，所述溶解氧檢測裝置還包括一溫度傳感器，所述溫度傳感器採集所述處理器的溫度，所述處理器基於所述溫度傳感器採集的溫度對所述數位訊號進行溫度補償，並將溫度補償後的數位訊號通過所述通信接口傳輸至外部設備。
[0014]本發明中所述處理器的溫度補償操作是現有技術中常用的信號補償技術，所以此處不再對其進行贅述，而且本領域技術人員還可以依據裝置的具體配置和部件的種類採用不同的部件以及不同的溫度補償方式。
[0015]優選地，所述通信接口為RS485接口(推薦標準485接口，美國電子工業協會EIA(Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標準)。此外，本領域技術人員還可以根據實際需要採用不同的通信接口，並不僅限於所述RS485接口。
[0016]優選地，所述AD轉換器和所述電流電壓轉換器之間還串接有一放大器，所述放大器用於放大所述電流電壓轉換器輸出的模擬電壓信號。本發明中進一步通過放大器使得所述電流電壓轉換器輸出的模擬信號能夠被後續的元器件直接處理。
[0017]較佳地，所述溶解氧檢測裝置還包括一電壓跟隨器，所述電壓跟隨器串接於所述極譜式溶解氧電極和電極激勵單元之間。
[0018]本發明通過電壓跟隨器來隔絕所述極譜式溶解氧電極和電極激勵單元之間信號串擾，提高檢測精度，其中所述電壓跟隨器是本領域技術人員常用的幹擾信號隔絕手段，所以此處不再對電壓跟隨器的結構和功能進行贅述。
[0019]優選地，所述電壓跟隨器為一運算放大器，其中所述運算放大器的放大倍數為I。也就是說，當放大器的放大倍數為I時，輸入電壓和輸出電壓的大小一致，所以此時所述運算放大器實現的功能正是電壓跟隨器的功能，所以本發明中採用放大倍數為I的運算放大器來最為電壓跟隨器。
[0020]較佳地，所述溶解氧檢測裝置還包括一二極體，所述二極體的陽極接入所述電源，所述二極體的陰極與所述電容器電連接。本發明利用二極體的單向性，使得斷電時，所述電容器只會對電極激勵單元供電。
[0021]本發明還提供了一溶解氧檢測儀，其特點是，所述溶解氧檢測儀包括一電路板和具有兩個接口的一密封殼體，所述電路板上設置有如上所述的溶解氧檢測裝置，所述電路板固定於所述密封殼體的內部；
[0022]所述溶解氧檢測裝置的極譜式溶解氧電極設於所述密封殼體的一個接口，所述密封殼體的另一個接口用於連接所述電源。[0023]較佳地，所述接口均為螺紋接口，所述極譜式溶解氧電極設置於一個螺紋接口，所述電源通過一電纜連接到另一個螺紋接口。
[0024]優選地，所述螺紋接口的螺紋中填充有氣缸密封膠。也就是說，為了螺紋咬合後具有更好的密閉性，本發明中通過氣缸密封膠來填充咬合後螺紋中的縫隙。其中所述氣缸密封膠是現有技術中常用的密封材料，而且本領域技術人員可以使用任意種類的氣缸密封膠來填充本發明的螺紋接口。
[0025]在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。
[0026]本發明的積極進步效果在於:
[0027]本發明的溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀，通過增加電容器來維持所述極譜式溶解氧電極的激化狀態，所以不再需要重複激化，隨時使用隨時測量，所以不再需要用戶等待4-6h來使得極譜式溶解氧電極進入激化狀態，在保證測量精度和功耗的前提下，大大縮短了溶解氧的測量時間以及測量效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明的溶解氧檢測儀的較佳實施例的剖面結構示意圖。
[0029]圖2為本發明的較佳實施例的溶解氧檢測裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。
[0031]如圖1所示，本實施例的溶解氧檢測儀中包括一電路板I和一密封殼體2，其中所述電路板I上設置有一溶解氧檢測裝置3。所述密封殼體2上具有一螺紋接口 21和一螺紋接口 22。所述電路板I及其承載的溶解氧檢測裝置3共同設置於所述密封殼體2的內部。
[0032]其中如圖2所示，本實施例的溶解氧檢測裝置3中包括一極譜式溶解氧電極301、一電壓跟隨器302、一電極激勵單兀303、一處理器304、一放大器305、一 AD轉換器306、一RS485接口 307、一溫度傳感器308、一二極體309、一電容器310和一電流電壓轉換器311。
[0033]其中所述極譜式溶解氧電極301用於檢測生成的表徵水體中溶解氧的模擬信號。所述電極激勵單元303通過生成的電壓信號來激化所述極譜式溶解氧電極301。
[0034]本實施例中通過所述電壓跟隨器302來隔離所述電極激勵單元303和所述極譜式溶解氧電極301。使得在所述電極激勵單元303和所述極譜式溶解氧電極301之間的信號不會相互幹擾，從而保證所述電極激勵單元303輸出的激勵信號的穩定性。
[0035]具體地說，本實施例中可以由精度為0.1%的電壓基準源REF3312 (德州儀器公司)產生1.25V的精準電壓源，通過0.1%精度的兩個電位器分壓得到0.685V的電壓的方式構成所述電極激勵單元303，再經過放大倍數為I的低功耗運算放大器TLV2401 (德州儀器公司)構成的電壓跟隨器，進而輸出電壓來激勵所述極譜式溶解氧電極301。由於極譜式溶解氧電極屬於電化學原理，其阻抗必定不是恆定的，利用運算放大器輸入阻抗大輸出阻抗小的特性，起到隔離作用，保證了激勵輸出的穩定性。
[0036]所述電極激勵單元303電連接所述電容器310，所述電容器310通過所述二極體309接入一電源(圖中未顯示)。其中所述二極體309的陽極接入所述電源，所述二極體309的陰極與所述電容器310電連接。
[0037]本實施例中所述電容器310為大容量的電容器，例如法拉級的電容器。本實施例中通過所述電容器310為所述電極激勵單元303供電，由於電容器310的儲電性，所以即使電源斷電，還可以保證所述電極激勵單元303正常激化所述極譜式溶解氧電極301。
[0038]而且本實施例中所述電源並不是直接加所述電極激勵單元303上，而是先傳入所述二極體309，並對法拉級的所述電容器310充電，然後再由所述電容器310對所述電極激勵單元303供電，因此在斷電時，由於所述二極體309的單向導電性，所述電容器310隻能對所述電極激勵單元303供電，從而保證所述極譜式溶解氧電極301兩端始終均處於激勵狀態，大大減少了電極在測量時候的激勵時間。
[0039]本實施例中所述極譜式溶解氧電極301、電流電壓轉換器311、放大器305、AD轉換器306、處理器304和RS485接口 307依次電連接。
[0040]其中基於上述的所述極譜式溶解氧電極301的工作原理可知，所述極譜式溶解氧電極301能夠將水體中的溶解氧以電流信號的方式表徵出來。
[0041 ] 此後所述電流電壓轉換器311用於將所述極譜式溶解氧電極301生成的電流信號轉化為模擬電壓信號，所述放大器305放大所述模擬電壓信號使其與後續的所述AD轉換器306的輸入要求匹配，然後所述AD轉換器306將所述模擬電壓信號轉換為數位訊號，最後所述處理器304將所述數位訊號通過所述RS495接口 307傳輸至外部設備，例如計算機等等。
[0042]而且雖然本實施例中通過所述RS495接口 307與外部設置進行數據通信，但是本領域技術人員基於數據傳輸的目的，可以採用任意的數據傳輸接口，而不僅限於本實施例中的RS485接口。
[0043]同樣所述處理器304可以採用任意的就有傳輸數據和數據處理功能的處理器，而且本實施例中所述溫度傳感器308與所述處理器304連接，所述溫度傳感器308採集所述處理器304的溫度並傳輸至所述處理器304，此後所述處理器304基於所述溫度對所述數位訊號進行溫度補償。
[0044]具體地說，本實施例中所述極譜式溶解氧電極301輸出的電流信號通過由CA3140(Intersil英特砂爾公司)構成的電流電壓轉換電路轉換成電壓信號，在經過運放放大AD627 (亞德諾半導體公司的一種完整的微功耗儀表放大器)放大5倍進入MCP3421 (微芯公司)構成的AD轉換器並轉換為數位訊號。
[0045]所述溫度傳感器採用高精度數字溫度片上傳感器DS18B20 (美國達拉斯公司)採集溫度。從而所述處理器304基於所述DS18B20採集的溫度對數位訊號進行溫度補償。
[0046]此後所述處理器304將補償後的數位訊號通過所述RS485接口 307輸出。
[0047]而其本實施例為了實現低功耗設計，將所述電流電壓轉換器311、放大器305、AD轉換器306、溫度傳感器308、處理器304和RS485接口 307工作分為休眠和工作兩種模式。在休眠時，只有處理器304與RS485接口 307處於上電模式，其餘元器件均處於斷電狀態。當外部設備需要讀取傳感器數據時，通過所述RS485接口 307發送讀取數據命令，所述處理器304基於所述讀取數據命令喚醒處於休眠狀態的各個元器件，進而立即轉為工作模式。各個元部件上電，所述處理器304等待數據穩定，讀取所述AD轉換器306轉換值的同時讀取溫度傳感器308的值，通過溫度補償算法計算出溶解氧值，通過所述RS485接口 307發送至外部設備。
[0048]此外如圖1所示，為了便於檢測水體，本實施例將所述極譜式溶解氧電極301設置於所述螺紋接口 21上，此外所述電源通過一電纜4連接至所述溶解氧檢測裝置3，並為所述溶解氧檢測裝置3供電，其中所述電纜4同樣通過所述螺紋接口 22為所述溶解氧檢測裝置3供電。
[0049]具體地說，本實施例中所述螺紋接口 21為一個六分管內牙。所述螺紋接口 22為一個M16內螺紋(一種標準尺寸的螺紋)，所述電纜4通過其引出。所述電纜4可以採用防腐、防磨的水工電纜。而且所述螺紋接口 21和螺紋接口 22能夠實現防水，並且在所述螺紋接口 21和螺紋接口 22密封時，需在螺紋處塗抹汽缸密封膠(圖中未顯示)。
[0050]通過上述密封殼體2和螺紋接口的結構還能夠實現對設置所述溶解氧檢測裝置3的電路板I的防水。
[0051]雖然以上描述了本發明的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護範圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種溶解氧檢測裝置，用於檢測水體中的溶解氧，所述溶解氧檢測裝置包括一極譜式溶解氧電極和一電極激勵單元，其特徵在於，所述溶解氧檢測裝置還包括一電容器，所述電極激勵單元通過所述電容器接入一電源。
2.如權利要求1所述的溶解氧檢測裝置，其特徵在於，所述溶解氧檢測裝置還包括一處理器、一電流電壓轉換器、一 AD轉換器和一通信接口，其中所述極譜式溶解氧電極、電流電壓轉換器、AD轉換器、處理器和通信接口依次電連接，所述電流電壓轉換器用於將所述極譜式溶解氧電極生成的表徵溶解氧的電流信號轉化為模擬電壓信號，所述AD轉換器用於將所述模擬電壓信號轉換為數位訊號，所述處理器將所述數位訊號通過所述通信接口傳輸至外部設備。
3.如權利要求2所述的溶解氧檢測裝置，其特徵在於，所述溶解氧檢測裝置還包括一溫度傳感器，所述溫度傳感器採集所述處理器的溫度，所述處理器基於所述溫度傳感器採集的溫度對所述數位訊號進行溫度補償，並將溫度補償後的數位訊號通過所述通信接口傳輸至外部設備。
4.如權利要求2所述的溶解氧檢測裝置，其特徵在於，所述通信接口為RS485接口。
5.如權利要求2所述的溶解氧檢測裝置，其特徵在於，所述AD轉換器和所述電流電壓轉換器之間還串接有一放大器，所述放大器用於放大所述電流電壓轉換器輸出的模擬電壓信號。
6.如權利要求1所述的溶解氧檢測裝置，其特徵在於，所述溶解氧檢測裝置還包括一電壓跟隨器，所述電壓跟隨器串接於所述極譜式溶解氧電極和電極激勵單元之間。
7.如權利要求6所述的溶解氧檢測裝置，其特徵在於，所述電壓跟隨器為一運算放大器，其中所述運算放大器的放大倍數為I。
8.如權利要求1所述的溶解氧檢測裝置，其特徵在於，所述溶解氧檢測裝置還包括一二極體，所述二極體的陽極接入所述電源，所述二極體的陰極與所述電容器電連接。
9.一種溶解氧檢測儀，其特徵在於，所述溶解氧檢測儀包括一電路板和具有兩個接口的一密封殼體，所述電路板上設置有如權利要求1-8中任一項所述的溶解氧檢測裝置，所述電路板固定於所述密封殼體的內部； 所述溶解氧檢測裝置的極譜式溶解氧電極設於所述密封殼體的一個接口，所述密封殼體的另一個接口用於連接所述電源。
10.如權利要求9所述的溶解氧檢測儀，其特徵在於，所述接口均為螺紋接口，所述極譜式溶解氧電極設置於一個螺紋接口，所述電源通過一電纜連接到另一個螺紋接口。
11.如權利要求10所述的溶解氧檢測儀，其特徵在於，所述螺紋接口的螺紋中填充有氣缸密封膠。
【文檔編號】G01N27/48GK103913503SQ201310002611
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月5日 優先權日:2013年1月5日
【發明者】伍正輝, 龍霞, 李鳳奎, 陳明 申請人:上海朝輝壓力儀器有限公司