溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)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(shè)置有如上所述的溶解氧檢測裝置，所述電路板固定于所述密封殼體的內(nèi)部；所述溶解氧檢測裝置的極譜式溶解氧電極設(shè)于所述密封殼體的一個接口，所述密封殼體的另一個接口用于連接所述電源。本發(fā)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(tài)，所以不再需要重復(fù)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溶解氧檢測裝置和溶解氧檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的發(fā)展，環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注，特別是水污染問題，其中水中溶解氧含量多少是衡量水質(zhì)的一個重要指標。天然水中溶解氧接近于飽和值，水中微生物繁殖旺盛；水體受到有機物和還原物質(zhì)污染時，溶解氧濃度就會下降。當(dāng)溶解氧消耗速度大于空氣中氧向水中的溶解速度，水中溶解氧濃度趨于零，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(zhì)的受污染程度。同時，對于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)來說，水中溶解氧對魚類等的生長也有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)溶解氧低于4mg/L時，就會引起魚類窒息死亡。對于人類來說，健康的飲用水中溶解氧含量不得小于6mg/L。因此，水體溶解氧含量的測量，對于工農(nóng)業(yè)的發(fā)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，熒光法和電流測量法。碘量法是純粹的化學(xué)法，不適合做在線檢監(jiān)測。光纖法和熒光工藝復(fù)雜，成本高。
[0004]電流測量法主要是采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(gòu)成測量電路，陰極會輸出與氧濃度呈比例關(guān)系的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后需要有4?6h的激化才能正常使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的極譜式溶解氧電極重新激化時間長，導(dǎo)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(tài)，從而避免重復(fù)激化導(dǎo)致的時間浪費。
[0007]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:
[0008]本發(fā)明提供了一種溶解氧檢測裝置，用于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(fā)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(tài)，從而節(jié)省了重復(fù)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于激化其的電極激勵單元均為現(xiàn)有技術(shù)中常用的器件，所以此處不再對其結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換器、一 AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換器、處理器和通信接口依次電連接，所述電流電壓轉(zhuǎn)換器用于將所述極譜式溶解氧電極生成的表征溶解氧的電流信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，所述AD轉(zhuǎn)換器用于將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述處理器將所述數(shù)字信號通過所述通信接口傳輸至外部設(shè)備。
[0012]本發(fā)明中通過AD轉(zhuǎn)換器和電流電壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化得到的電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，進而便于后續(xù)處理。而且還通過通信接口將其傳輸至外部設(shè)備，從而便于進一步對所述數(shù)字信號進行處理。其中所述處理器、電流電壓轉(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換器和通信接口均為技術(shù)中已知的元器件，所以此處不再對所述元器件的功能和結(jié)構(gòu)進行描述。
[0013]優(yōu)選地，所述溶解氧檢測裝置還包括一溫度傳感器，所述溫度傳感器采集所述處理器的溫度，所述處理器基于所述溫度傳感器采集的溫度對所述數(shù)字信號進行溫度補償，并將溫度補償后的數(shù)字信號通過所述通信接口傳輸至外部設(shè)備。
[0014]本發(fā)明中所述處理器的溫度補償操作是現(xiàn)有技術(shù)中常用的信號補償技術(shù)，所以此處不再對其進行贅述，而且本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以依據(jù)裝置的具體配置和部件的種類采用不同的部件以及不同的溫度補償方式。
[0015]優(yōu)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(yè)協(xié)會EIA(Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標準)。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)實際需要采用不同的通信接口，并不僅限于所述RS485接口。
[0016]優(yōu)選地，所述AD轉(zhuǎn)換器和所述電流電壓轉(zhuǎn)換器之間還串接有一放大器，所述放大器用于放大所述電流電壓轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓信號。本發(fā)明中進一步通過放大器使得所述電流電壓轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號能夠被后續(xù)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于所述極譜式溶解氧電極和電極激勵單元之間。
[0018]本發(fā)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?dāng)_，提高檢測精度，其中所述電壓跟隨器是本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的干擾信號隔絕手段，所以此處不再對電壓跟隨器的結(jié)構(gòu)和功能進行贅述。
[0019]優(yōu)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(shù)為I。也就是說，當(dāng)放大器的放大倍數(shù)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(xiàn)的功能正是電壓跟隨器的功能，所以本發(fā)明中采用放大倍數(shù)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管，所述二極管的陽極接入所述電源，所述二極管的陰極與所述電容器電連接。本發(fā)明利用二極管的單向性，使得斷電時，所述電容器只會對電極激勵單元供電。
[0021]本發(fā)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(shè)置有如上所述的溶解氧檢測裝置，所述電路板固定于所述密封殼體的內(nèi)部；
[0022]所述溶解氧檢測裝置的極譜式溶解氧電極設(shè)于所述密封殼體的一個接口，所述密封殼體的另一個接口用于連接所述電源。[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(shè)置于一個螺紋接口，所述電源通過一電纜連接到另一個螺紋接口。
[0024]優(yōu)選地，所述螺紋接口的螺紋中填充有氣缸密封膠。也就是說，為了螺紋咬合后具有更好的密閉性，本發(fā)明中通過氣缸密封膠來填充咬合后螺紋中的縫隙。其中所述氣缸密封膠是現(xiàn)有技術(shù)中常用的密封材料，而且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以使用任意種類的氣缸密封膠來填充本發(fā)明的螺紋接口。
[0025]在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。
[0026]本發(fā)明的積極進步效果在于:
[0027]本發(fā)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(tài)，所以不再需要重復(fù)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(tài)，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(fā)明的溶解氧檢測儀的較佳實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明的較佳實施例的溶解氧檢測裝置的結(jié)構(gòu)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(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[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(shè)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(shè)置于所述密封殼體2的內(nèi)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(zhuǎn)換器306、一RS485接口 307、一溫度傳感器308、一二極管309、一電容器310和一電流電壓轉(zhuǎn)換器311。
[0033]其中所述極譜式溶解氧電極301用于檢測生成的表征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干擾，從而保證所述電極激勵單元303輸出的激勵信號的穩(wěn)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(chǎn)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(gòu)成所述電極激勵單元303，再經(jīng)過放大倍數(shù)為I的低功耗運算放大器TLV2401 (德州儀器公司)構(gòu)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。由于極譜式溶解氧電極屬于電化學(xué)原理，其阻抗必定不是恒定的，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(wěn)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通過所述二極管309接入一電源(圖中未顯示)。其中所述二極管309的陽極接入所述電源，所述二極管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，由于電容器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并不是直接加所述電極激勵單元303上，而是先傳入所述二極管309，并對法拉級的所述電容器310充電，然后再由所述電容器310對所述電極激勵單元303供電，因此在斷電時，由于所述二極管309的單向?qū)щ娦?，所述電容?10只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301兩端始終均處于激勵狀態(tài)，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(zhuǎn)換器311、放大器305、AD轉(zhuǎn)換器306、處理器304和RS485接口 307依次電連接。
[0040]其中基于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?qū)⑺w中的溶解氧以電流信號的方式表征出來。
[0041 ] 此后所述電流電壓轉(zhuǎn)換器311用于將所述極譜式溶解氧電極301生成的電流信號轉(zhuǎn)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后續(xù)的所述AD轉(zhuǎn)換器306的輸入要求匹配，然后所述AD轉(zhuǎn)換器306將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后所述處理器304將所述數(shù)字信號通過所述RS495接口 307傳輸至外部設(shè)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(shè)置進行數(shù)據(jù)通信，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員基于數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康模梢圆捎萌我獾臄?shù)據(jù)傳輸接口，而不僅限于本實施例中的RS485接口。
[0043]同樣所述處理器304可以采用任意的就有傳輸數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)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采集所述處理器304的溫度并傳輸至所述處理器304，此后所述處理器304基于所述溫度對所述數(shù)字信號進行溫度補償。
[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(gòu)成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，在經(jīng)過運放放大AD627 (亞德諾半導(dǎo)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(gòu)成的AD轉(zhuǎn)換器并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0045]所述溫度傳感器采用高精度數(shù)字溫度片上傳感器DS18B20 (美國達拉斯公司)采集溫度。從而所述處理器304基于所述DS18B20采集的溫度對數(shù)字信號進行溫度補償。
[0046]此后所述處理器304將補償后的數(shù)字信號通過所述RS485接口 307輸出。
[0047]而其本實施例為了實現(xiàn)低功耗設(shè)計，將所述電流電壓轉(zhuǎn)換器311、放大器305、AD轉(zhuǎn)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處于上電模式，其余元器件均處于斷電狀態(tài)。當(dāng)外部設(shè)備需要讀取傳感器數(shù)據(jù)時，通過所述RS485接口 307發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令，所述處理器304基于所述讀取數(shù)據(jù)命令喚醒處于休眠狀態(tài)的各個元器件，進而立即轉(zhuǎn)為工作模式。各個元部件上電，所述處理器304等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定，讀取所述AD轉(zhuǎn)換器306轉(zhuǎn)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(fā)送至外部設(shè)備。
[0048]此外如圖1所示，為了便于檢測水體，本實施例將所述極譜式溶解氧電極301設(shè)置于所述螺紋接口 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，并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(nèi)牙。所述螺紋接口 22為一個M16內(nèi)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可以采用防腐、防磨的水工電纜。而且所述螺紋接口 21和螺紋接口 22能夠?qū)崿F(xiàn)防水，并且在所述螺紋接口 21和螺紋接口 22密封時，需在螺紋處涂抹汽缸密封膠(圖中未顯示)。
[0050]通過上述密封殼體2和螺紋接口的結(jié)構(gòu)還能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)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(fā)明的【具體實施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)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(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種溶解氧檢測裝置，用于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，其特征在于，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(quán)利要求1所述的溶解氧檢測裝置，其特征在于，所述溶解氧檢測裝置還包括一處理器、一電流電壓轉(zhuǎn)換器、一 AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換器、處理器和通信接口依次電連接，所述電流電壓轉(zhuǎn)換器用于將所述極譜式溶解氧電極生成的表征溶解氧的電流信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，所述AD轉(zhuǎn)換器用于將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述處理器將所述數(shù)字信號通過所述通信接口傳輸至外部設(shè)備。
3.如權(quán)利要求2所述的溶解氧檢測裝置，其特征在于，所述溶解氧檢測裝置還包括一溫度傳感器，所述溫度傳感器采集所述處理器的溫度，所述處理器基于所述溫度傳感器采集的溫度對所述數(shù)字信號進行溫度補償，并將溫度補償后的數(shù)字信號通過所述通信接口傳輸至外部設(shè)備。
4.如權(quán)利要求2所述的溶解氧檢測裝置，其特征在于，所述通信接口為RS485接口。
5.如權(quán)利要求2所述的溶解氧檢測裝置，其特征在于，所述AD轉(zhuǎn)換器和所述電流電壓轉(zhuǎn)換器之間還串接有一放大器，所述放大器用于放大所述電流電壓轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓信號。
6.如權(quán)利要求1所述的溶解氧檢測裝置，其特征在于，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于所述極譜式溶解氧電極和電極激勵單元之間。
7.如權(quán)利要求6所述的溶解氧檢測裝置，其特征在于，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(shù)為I。
8.如權(quán)利要求1所述的溶解氧檢測裝置，其特征在于，所述溶解氧檢測裝置還包括一二極管，所述二極管的陽極接入所述電源，所述二極管的陰極與所述電容器電連接。
9.一種溶解氧檢測儀，其特征在于，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(shè)置有如權(quán)利要求1-8中任一項所述的溶解氧檢測裝置，所述電路板固定于所述密封殼體的內(nèi)部； 所述溶解氧檢測裝置的極譜式溶解氧電極設(shè)于所述密封殼體的一個接口，所述密封殼體的另一個接口用于連接所述電源。
10.如權(quán)利要求9所述的溶解氧檢測儀，其特征在于，所述接口均為螺紋接口，所述極譜式溶解氧電極設(shè)置于一個螺紋接口，所述電源通過一電纜連接到另一個螺紋接口。
11.如權(quán)利要求10所述的溶解氧檢測儀，其特征在于，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(yōu)先權(quán)日:2013年1月5日
【發(fā)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