專利名稱：電化學(xué)式氧氣分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種環(huán)境污染監(jiān)測設(shè)備，尤其是涉及一種采用電化學(xué)方法測氧的 電化學(xué)式氧氣分析儀。
背景技術(shù)：
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，用于連 續(xù)自動分析氣體中的氧含量。其工作原理均基于氧的順磁性。并通過檢測元件將熱磁對流、 壓力差、密度梯度轉(zhuǎn)化為電信號，從而實現(xiàn)被測氣體中氧濃度的測量。缺點；對環(huán)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(zhì)，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(dāng)兩側(cè)電極間的氧氣含量不同時，兩電極間產(chǎn)生電動勢， 構(gòu)成氧濃差電池，兩電極間反應(yīng)如下陰極反應(yīng)02+4e— 202—陽極反應(yīng)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(huán)境中的氧氣轉(zhuǎn)換 成電信號然后通過電子部件處理，并以濃度值顯示出來。缺點；對環(huán)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(fā)明內(nèi)容針對以上提出的問題，本實用新型目的在于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(xué)式氧氣分析儀。本實用新型通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)的，一種電化學(xué)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(nèi)的電化學(xué)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芯片、電連接在控制芯片上的貯存 器、電連接在控制芯片上的A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊通過放大補償模塊與電化學(xué)氧傳感器電連接。上述人機界面包括顯示屏和按鍵；電化學(xué)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。上述控制芯片優(yōu)選嵌入式ATMEGA64L處理器。為了能將檢測信息上傳給中心站，本實用新型的控制芯片電連接有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(shè)備的工作狀態(tài)，本實用新型的控制芯片上還電連接有至少 一路外部數(shù)字開關(guān)量信號接入口，該外部數(shù)字開關(guān)量信號接入口能將與其電連接的外圍設(shè) 備的開關(guān)狀態(tài)傳送給控制芯片。為了能處理其它設(shè)備采集的信號，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與放大補償模塊之間還可電 連接有一電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊，該電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊上至少電連接有一路采集接口，該采 集接口能采集與其電連接的外圍設(shè)備的電流或電壓信號。本實用新型的工作原理電化學(xué)氧傳感器一般由高活性的氧電極和鉛電極構(gòu)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(xué)反 應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的電流決定于擴散到氧電極的氧分子數(shù)，而氧的擴散速率又正比于 樣氣中的氧含量，這樣，該傳感器輸出信號大小只與樣氣中的氧含量相關(guān)，而與通過傳感器 的氣體總量無關(guān)。通過外部電路的連接，反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移即電流的大小與參加反應(yīng)的氧 成正比例關(guān)系。采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(tǒng)。它比老式“金網(wǎng)-鉛”原電池測氧更快速，不需要漫長的開機吹除過程， “金網(wǎng)-鉛”原電池樣氣直接進入溶液中，導(dǎo)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(wěn)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?yún)⒈葰怏w，因而測量氣路簡單。反應(yīng)較快，不像氧化鋯式需要 較長時間預(yù)熱；測量范圍；0 100% O2，不受C02，CO, H2S, NOx, H2影響。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)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(jié)合實施例并對照附圖對本實用新型作進一步詳細(xì)說明。實施例1如圖1、圖2所示，一種電化學(xué)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(nèi)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(nèi)密封有電化學(xué)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊703通過放大補償模塊702與電化學(xué)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(nèi)的電化學(xué)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(gòu)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(xué)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(xué)反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的電流決定于擴散到氧電極的氧分子 數(shù)，而氧的擴散速率又正比于樣氣中的氧含量，這樣，該電化學(xué)氧傳感器301輸出信號大小 只與樣氣中的氧含量相關(guān)，而與通過電化學(xué)氧傳感器301的氣體總量無關(guān)。通過外部電路 的連接，反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移即電流的大小與參加反應(yīng)的氧成正比例關(guān)系，由電化學(xué)氧傳感 器301產(chǎn)生模擬電信號，該模擬電信號經(jīng)過放大補償模塊702的放大補償后，通過A/D轉(zhuǎn)換 模塊703進行A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號，并由嵌入式ATMEGA64L處理器701系統(tǒng)內(nèi)部進行數(shù) 學(xué)建模，計算出測量值，然后在LCD顯示器5上顯示氧氣濃度，并可通過鍵盤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。分析后的氣體由氣體出口 1排至外界。實施例2如圖1、圖3所示，一種具有監(jiān)測四路外圍設(shè)備的電化學(xué)式氧氣分析儀，與實施例 1不同處在于嵌入式ATMEGA64L處理器701上還電連接有四路外部數(shù)字開關(guān)量信號接入口 705，每路外部數(shù)字開關(guān)量信號接入口 705電連接一外圍設(shè)備，在如實施例1進行氧氣分析 的基礎(chǔ)上還能將對應(yīng)的四路外圍設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)傳送給嵌入式ATMEGA64L處理器701。實施例3如圖1、圖4所示，一種能采集四路外圍設(shè)備的信號的電化學(xué)式氧氣分析儀，與實 施例1不同處在于，A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊706，該電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊706上電連接有四路采集接口 707，該采集接口 707 能采集與其電連接的外圍設(shè)備的電流或電壓信號，并傳送給嵌入式ATMEGA64L處理器701。實施例4如圖1、圖5所示，一種具有組網(wǎng)功能的電化學(xué)式氧氣分析儀，與實施例1、2、3不同 處在于，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(jù)本地或中心站遠(yuǎn)程設(shè)置的采集周期采集各通道數(shù)據(jù)、存儲， 通過GPRS/RS232/ADSL上傳給中心站并自顯示在IXD顯示器5上。從而構(gòu)成環(huán)境污染在線 監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)備地址設(shè)置為1-14個ASCII字符，由中心站統(tǒng)一分配。這種方式實現(xiàn)了遠(yuǎn)距 離傳輸和實時在線的功能，做到了實時準(zhǔn)確真實的反應(yīng)現(xiàn)場的情況。以上是對本實用新型電化學(xué)式氧氣分析儀進行了闡述，用于幫助理解本實用新 型，但本實用新型的實施方式并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(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種電化學(xué)式氧氣分析儀，其特征在于包括人機界面、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(nèi)密封有電化學(xué)氧傳感器，所述電路主板包括控制芯片、電連接在控制芯片上的貯存器、電連接在控制芯片上的A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊通過放大補償模塊與電化學(xué)氧傳感器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)式氧氣分析儀，其特征在于所述人機界面包括顯示 屏和按鍵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)式氧氣分析儀，其特征在于所述電化學(xué)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(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)式氧氣分析儀，其特征在于所述控制芯片為嵌入式 ATMEGA64L 處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)式氧氣分析儀，其特征在于所述控制芯片電連接有 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(jù)權(quán)利要求5所述的電化學(xué)式氧氣分析儀，其特征在于所述控制芯片電連接有 至少一路外部數(shù)字開關(guān)量信號接入口，該外部數(shù)字開關(guān)量信號接入口能將與其電連接的外 圍設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)傳送給控制芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)式氧氣分析儀，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與放 大補償模塊之間電連接有一電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊，該電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊上至少電連接有 一路采集接口，該采集接口能采集與其電連接的外圍設(shè)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(xué)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，不需樣氣處理并能快速、免維護地分析氧氣含量的優(yōu)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(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者何勝輝, 王勝利, 趙希朋 申請人:宇星科技發(fā)展(深圳)有限公司