專利名稱：一種深海海水參數(shù)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于深海裝備及工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深海海水參數(shù)測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
深海探測(cè)器通過對(duì)海水樣品進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)地采樣分析而得到海水化學(xué)量變化的真實(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，從海水化學(xué)成分的異常情況初步探明海底礦藏，具有個(gè)體輕便、操作簡(jiǎn)單和高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)。目前裝備在深海探測(cè)器上的傳感器主要采用各類電化學(xué)探測(cè)電極，測(cè)量項(xiàng)目主要是HAHypH。我國(guó)已利用Ir/Ir(^探測(cè)電極和改進(jìn)型Ag/AgCl參比電極配對(duì)，初步研制成功了探針式結(jié)構(gòu)全固態(tài)pH探測(cè)電極，適用于深海環(huán)境的pH值在線檢測(cè)。但該類pH探測(cè)電極的測(cè)試特性通常會(huì)隨時(shí)間而改變，要使之在高壓、強(qiáng)腐蝕的環(huán)境中連續(xù)可靠地工作一至三個(gè)月，必須定期對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和再標(biāo)定。在陸地上采用的維護(hù)、再標(biāo)定方法如更換新探測(cè)電極或拆下探測(cè)電極并對(duì)其試驗(yàn)室標(biāo)定等，在深海環(huán)境中都不適用。可采用的方法是在深海海底對(duì)探測(cè)電極進(jìn)行在線自校正與自維護(hù)此過程需要用系統(tǒng)自帶的緩沖液來對(duì)探測(cè)電極進(jìn)行標(biāo)定。 一旦進(jìn)入標(biāo)定程序后，深海探測(cè)器抽取標(biāo)準(zhǔn)液腔里的緩沖液將傳感器腔內(nèi)的海水樣本驅(qū)替干凈，用緩沖液對(duì)探測(cè)電極進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定完成后再抽取海水樣本將傳感器腔內(nèi)的緩沖液驅(qū)替干凈，進(jìn)入海水樣本采樣程序。在這一過程中，如何提高海水和緩沖液之間的驅(qū)替效率，以降低深海探測(cè)器的能耗、延長(zhǎng)系統(tǒng)工作時(shí)間，同時(shí)減小探測(cè)傳感器腔內(nèi)的液體殘留度，保持緩沖液和海水樣本的真實(shí)度，成為深海探測(cè)器研制中的關(guān)鍵問題。 目前，深海電極自校正主要采用圓筒型結(jié)構(gòu)傳感器腔。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀，易于加工和密封，但是由于入水管和出水管均設(shè)計(jì)在圓柱形腔體的中央，導(dǎo)致其周邊存在流動(dòng)死區(qū)，極大地降低了自校正過程中的緩沖液和海水之間的驅(qū)替效率，同時(shí)造成驅(qū)替過程完成后緩沖液和海水樣本真實(shí)的度降低。這一問題在緩沖液與海水存在較大的密度差異時(shí)顯得尤為明顯。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種深海海水參數(shù)測(cè)量裝置。 本實(shí)用新型包括艙體、密封蓋、針型pH傳感器和電磁閥。艙體為正八邊形截面的
柱體，上、下兩個(gè)端面平行、八個(gè)外側(cè)壁均垂直于端面。密封蓋為與艙體正八邊形端面形狀
匹配的蓋體，密封蓋與艙體通過螺栓固定連接，密封蓋與艙體之間通過密封圈密封。 艙體的上端面居中位置開有凹槽形成傳感器腔。所述的傳感器腔的底面為與艙體
端面平行的等腰三角形平面，三個(gè)內(nèi)側(cè)壁均垂直于底面，三個(gè)側(cè)壁之間通過圓弧過渡，傳感
器腔的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于底面等腰三角形的任何一個(gè)邊長(zhǎng)。傳感器腔的三個(gè)內(nèi)側(cè)壁中，等腰三
角形底邊所在的內(nèi)側(cè)壁與艙體的一個(gè)外側(cè)壁平行，艙體的八個(gè)外側(cè)壁中與該外側(cè)壁相鄰的
兩個(gè)外側(cè)壁上對(duì)稱開有兩個(gè)傳感器安裝孔，傳感器安裝孔的一端開口于艙體的外側(cè)壁上、另一端開口于等腰三角形底邊所在的傳感器腔的內(nèi)側(cè)壁上。兩個(gè)傳感器安裝孔均為圓柱形 通孔，其中一個(gè)傳感器安裝孔的軸線與等腰三角形的一個(gè)腰邊平行，另一個(gè)傳感器安裝孔 的軸線與等腰三角形的另一個(gè)腰邊平行。兩個(gè)針型PH傳感器分別設(shè)置在兩個(gè)傳感器安裝 孔內(nèi)。 等腰三角形兩個(gè)底角指向的艙體的兩個(gè)外側(cè)壁上對(duì)稱開有兩個(gè)出水孔，兩個(gè)出水 孔均為一端開口于艙體的外側(cè)壁上、另一端開口于傳感器腔的等腰三角形兩個(gè)腰邊所在的 內(nèi)側(cè)壁與底邊所在的內(nèi)側(cè)壁的過渡圓弧面上。等腰三角形頂角指向的艙體的外側(cè)壁上開有 一個(gè)進(jìn)水孔，進(jìn)水孔的一端開口于艙體的外側(cè)壁上、另一端開口于傳感器腔的等腰三角形 兩個(gè)腰邊所在的內(nèi)側(cè)壁的過渡圓弧面上。所述的兩個(gè)出水孔和一個(gè)進(jìn)水孔均為圓柱形通 孔，孔徑大于等于傳感器腔深度的1/3。 一個(gè)進(jìn)水孔以及兩個(gè)出水孔在艙體外側(cè)壁的開口處 均設(shè)置有電磁閥，三個(gè)電磁閥與艙體的外側(cè)壁螺紋連接。 本實(shí)用新型對(duì)傳感器腔的腔體形狀，通孔的數(shù)量和分布上都進(jìn)行了改進(jìn)，能夠極 大地提升驅(qū)替效率以及驅(qū)替過程結(jié)束后腔體內(nèi)緩沖液或海水樣本的真實(shí)度，能適應(yīng)各種密 度的海水樣本。 本實(shí)用新型利用緩沖液和海水樣本之間的密度差，通過三角形截面的腔體形狀配 合兩根上下對(duì)稱分布且可以獨(dú)立調(diào)節(jié)開閉的出水管，在驅(qū)替過程中產(chǎn)生類似活塞的排擠效 果，極大地增加了驅(qū)替的完全性，從而增大了緩沖液和海水樣本的真實(shí)度，并且在很大程度 上提高了驅(qū)替效率。 本實(shí)用新型由于利用了不同液體間存在的密度差，在驅(qū)替過程中產(chǎn)生了類似活塞 的排擠效果，極大地提升了驅(qū)替效率。 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了上下對(duì)稱分布且可由閥門獨(dú)立控制開閉的出水孔，根據(jù)驅(qū)替過 程的不同改變出水孔的位置，利用不同密度液體分層的原理，最大限度地保證了驅(qū)替過程 的完全性，提高了驅(qū)替結(jié)束后緩沖液或海水樣本的真實(shí)性。 本實(shí)用新型基于密度差原理，可用于采集各種成分的海水，且海水樣本和緩沖液 之間的密度差越大，驅(qū)替效率越高，同時(shí)驅(qū)替效果也越好。 本實(shí)用新型通過采用較薄的腔體形狀，使流場(chǎng)簡(jiǎn)單化，避免了縱向流動(dòng)死區(qū)的存 在。配合對(duì)應(yīng)尺寸的通孔，控制了流速，盡可能避免了轉(zhuǎn)折處渦流和流動(dòng)死區(qū)的產(chǎn)生，有助 于提高驅(qū)替過程的完全性。 本實(shí)用新型最大限度地利用了有限的腔體空間，使得安裝的探針傳感器的尺寸能 夠盡可能地長(zhǎng)。

圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的A-A向剖視具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和工作原理。 如圖l和2所示，深海海水參數(shù)測(cè)量裝置包括艙體l、密封蓋2、針型pH傳感器和電 磁閥。艙體1為正八邊形截面的柱體，上、下兩個(gè)端面平行、八個(gè)外側(cè)壁均垂直于端面。密八邊形端面形狀匹配的蓋體，密封蓋2與艙體1通過螺栓固定連接，密 封蓋2與艙體1之間通過密封圈9密封。 艙體1的上端面居中位置開有凹槽形成傳感器腔8。傳感器腔8的底面為與艙體 1的端面平行的等腰三角形平面，三個(gè)內(nèi)側(cè)壁a、b和c均垂直于底面，三個(gè)側(cè)壁之間通過圓 弧過渡，傳感器腔8的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于底面等腰三角形的任何一個(gè)邊長(zhǎng)。傳感器腔8的三個(gè) 內(nèi)側(cè)壁中，等腰三角形底邊所在的內(nèi)側(cè)壁c與艙體1的一個(gè)外側(cè)壁平行，艙體1的八個(gè)外側(cè) 壁中與該外側(cè)壁相鄰的兩個(gè)外側(cè)壁上對(duì)稱開有兩個(gè)傳感器安裝孔5-1和5-2，傳感器安裝 孔的一端開口于艙體的外側(cè)壁上、另一端開口于等腰三角形底邊所在的傳感器腔8的內(nèi)側(cè) 壁上。兩個(gè)傳感器安裝孔均為圓柱形通孔，其中一個(gè)傳感器安裝孔5-l的軸線與等腰三角 形的一個(gè)腰邊平行，另一個(gè)傳感器安裝孔5-2的軸線與等腰三角形的另一個(gè)腰邊平行。兩 個(gè)針型pH傳感器6-1和6-2分別設(shè)置在兩個(gè)傳感器安裝孔5-1和5-2內(nèi)。 等腰三角形兩個(gè)底角指向的艙體1的兩個(gè)外側(cè)壁上對(duì)稱開有兩個(gè)出水孔3-1和 3-2，兩個(gè)出水孔3-1和3-2均為一端開口于艙體1的外側(cè)壁上、另一端開口于傳感器腔8 的等腰三角形兩個(gè)腰邊所在的內(nèi)側(cè)壁a或b與底邊所在的內(nèi)側(cè)壁c的過渡圓弧面上。等腰 三角形頂角指向的艙體1的外側(cè)壁上開有一個(gè)進(jìn)水孔7，進(jìn)水孔7的一端開口于艙體1的 外側(cè)壁上、另一端開口于傳感器腔8的等腰三角形兩個(gè)腰邊所在的內(nèi)側(cè)壁a和b的過渡圓 弧面上。兩個(gè)出水孔3-1和3-2和一個(gè)進(jìn)水孔7均為圓柱形通孔，孔徑大于等于傳感器腔 8深度的1/3。 一個(gè)進(jìn)水孔7以及兩個(gè)出水孔3-1和3-2在艙體1的外側(cè)壁開口處均設(shè)置 有電磁閥4-1 、4-2和4-3。三個(gè)電磁閥4-1 、4-2和4_3與艙體1的外側(cè)壁螺紋連接。 海水驅(qū)替緩沖液及緩沖液驅(qū)替海水是相逆而對(duì)稱的過程，前者為正浮力流，后者 為負(fù)浮力流。由于密度的差異，在腔體垂向上有流速梯度又有密度梯度，形成分層流?？紤] 到這些因素，設(shè)計(jì)了三棱柱形結(jié)構(gòu)腔體，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示?？紤]到腔體內(nèi)液體的垂向 密度梯度特點(diǎn)，腔體安排有上、下兩個(gè)出水孔在驅(qū)替的過程中，液體從位于中央的頂角位 置流入，再?gòu)膬蓚€(gè)底角處的出口中的某一個(gè)排出。出口的位置由驅(qū)替要求而定。用密度較 小的液體驅(qū)替密度較大的液體時(shí)，打開上出水孔，關(guān)閉下出水孔；用密度較大的液體驅(qū)替密
度較小的液體時(shí)，打開下出水孔，關(guān)閉上出水孔。 以海水樣本驅(qū)替緩沖液的情況為例。當(dāng)海水樣本從入水口注入時(shí)，上出水管關(guān)閉， 下出水管打開。而由于緩沖液的密度比海水樣本大，根據(jù)浮力分層原理，海水樣本在進(jìn)入腔 體之后，將在浮力的作用下迅速上浮。由于腔體的上半部分封閉，因此海水停留在腔體的上 部，同時(shí)將處于腔體下半部分的緩沖液從出口壓出。緩沖液驅(qū)替海水的過程則剛好相反。 在流速較小，腔體厚度較薄的情況下，整個(gè)過程幾乎不引起混合，因此該結(jié)構(gòu)具有 良好的驅(qū)替性能。
權(quán)利要求一種深海海水參數(shù)測(cè)量裝置，包括艙體、密封蓋、針型pH傳感器和電磁閥，其特征在于艙體為正八邊形截面的柱體，上、下兩個(gè)端面平行、八個(gè)外側(cè)壁均垂直于端面；密封蓋為與艙體正八邊形端面形狀匹配的蓋體，密封蓋與艙體通過螺栓固定連接，密封蓋與艙體之間通過密封圈密封；艙體的上端面居中位置開有凹槽形成傳感器腔；所述的傳感器腔的底面為與艙體端面平行的等腰三角形平面，三個(gè)內(nèi)側(cè)壁均垂直于底面，三個(gè)側(cè)壁之間通過圓弧過渡，傳感器腔的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于底面等腰三角形的任何一個(gè)邊長(zhǎng)；傳感器腔的三個(gè)內(nèi)側(cè)壁中，等腰三角形底邊所在的內(nèi)側(cè)壁與艙體的一個(gè)外側(cè)壁平行，艙體的八個(gè)外側(cè)壁中與該外側(cè)壁相鄰的兩個(gè)外側(cè)壁上對(duì)稱開有兩個(gè)傳感器安裝孔，傳感器安裝孔的一端開口于艙體的外側(cè)壁上、另一端開口于等腰三角形底邊所在的傳感器腔的內(nèi)側(cè)壁上；兩個(gè)傳感器安裝孔均為圓柱形通孔，其中一個(gè)傳感器安裝孔的軸線與等腰三角形的一個(gè)腰邊平行，另一個(gè)傳感器安裝孔的軸線與等腰三角形的另一個(gè)腰邊平行；兩個(gè)針型pH傳感器分別設(shè)置在兩個(gè)傳感器安裝孔內(nèi)；等腰三角形兩個(gè)底角指向的艙體的兩個(gè)外側(cè)壁上對(duì)稱開有兩個(gè)出水孔，兩個(gè)出水孔均為一端開口于艙體的外側(cè)壁上、另一端開口于傳感器腔的等腰三角形兩個(gè)腰邊所在的內(nèi)側(cè)壁與底邊所在的內(nèi)側(cè)壁的過渡圓弧面上；等腰三角形頂角指向的艙體的外側(cè)壁上開有一個(gè)進(jìn)水孔，進(jìn)水孔的一端開口于艙體的外側(cè)壁上、另一端開口于傳感器腔的等腰三角形兩個(gè)腰邊所在的內(nèi)側(cè)壁的過渡圓弧面上；所述的兩個(gè)出水孔和一個(gè)進(jìn)水孔均為圓柱形通孔，孔徑大于等于傳感器腔深度的1/3；一個(gè)進(jìn)水孔以及兩個(gè)出水孔在艙體外側(cè)壁的開口處均設(shè)置有電磁閥，三個(gè)電磁閥與艙體的外側(cè)壁螺紋連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種深海海水參數(shù)測(cè)量裝置?，F(xiàn)有裝置驅(qū)替效率越低，效果不好。本實(shí)用新型包括固定連接的艙體和密封蓋。艙體的上端面居中位置開有凹槽形成傳感器腔。傳感器腔底面為與艙體端面平行的等腰三角形平面，艙體上開有兩個(gè)傳感器安裝孔，兩個(gè)針型pH傳感器分別設(shè)置在兩個(gè)傳感器安裝孔內(nèi)。等腰三角形兩個(gè)底角指向的艙體的兩個(gè)外側(cè)壁上對(duì)稱開有兩個(gè)出水孔、頂角指向的艙體的外側(cè)壁上開有一個(gè)進(jìn)水孔，一個(gè)進(jìn)水孔以及兩個(gè)出水孔在艙體外側(cè)壁的開口處均設(shè)置有電磁閥。本實(shí)用新型對(duì)傳感器腔的腔體形狀、通孔的數(shù)量和分布上都進(jìn)行了改進(jìn)，能夠極大地提升驅(qū)替效率以及驅(qū)替過程結(jié)束后腔體內(nèi)緩沖液或海水樣本的真實(shí)度，能適應(yīng)各種密度的海水樣本。
文檔編號(hào)G01N33/18GK201522487SQ20092020006
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者張祝軍, 樊煒, 潘華辰, 陳鷹 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)