CN102636541B - 一种氧浓度监测控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧浓度监测控制装置，用以自动监测和调节封闭空间内的氧气浓度，包括：氧气检测与信号处理电路、开关量输出电路以及警报电路，所述氧气检测与信号处理电路分别连接存储器和弱酸电解质氧传感器；还包括分别与所述氧气检测与信号处理电路、开关量输出电路以及警报电路相连接的控制器；开关量输出电路连接供氧设备或通风机，报警电路连接报警器。本发明的氧浓度监测控制装置，能够实时自动监测和调节封闭空间内的氧气浓度，使封闭空间的氧气达到理想状态；其包括的弱酸电解质氧传感器，具有更大的容量来溶解氧化铅，可以进一步提升产品的使用寿命；弱酸电解质氧传感器具有稳定的信号输出、安全无腐蚀，应用广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧浓度监测控制装置，尤其涉及一种自动监测和调节封闭空间内氧气浓度的氧浓度监测控制装置。
背景技术
现有的氧浓度监测控制装置结构设计不合理，存在一定的缺陷，无法实现实时自动监测和调节封闭空间内氧气浓度的功能。
另有一些氧浓度监测控制装置使用传统的氧传感器，易受一氧化碳，二氧化碳和氮氧化物的影响，且不适用于放射性测试的应用；使用传统电解质的氧传感器，溶解氧化铅的容量有限，容易发生氧化铅饱和的情况，过量的氧化铅沉淀在铅正极上容易导致电池失效，使产品的使用寿命降低；此外，现有的氧浓度监测控制装置不具有温度补偿电路，适用的温度环境受限，且具有信号输出不稳定、具有腐蚀性等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种氧浓度监测控制装置，能够实时自动监测和调节封闭空间内的氧气浓度，使封闭空间的氧气达到理想状态；
本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种弱酸电解质氧传感器，具有更大的容量来溶解氧化铅，可以进一步提升产品的使用寿命；弱酸电解质氧传感器具有稳定的信号输出、安全无腐蚀，应用广泛。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种氧浓度监测控制装置，用以自动监测和调节封闭空间内的氧气浓度，包括：氧气检测与信号处理电路、开关量输出电路以及警报电路，所述氧气检测与信号处理电路分别连接用于存储基准氧气浓度值信息的存储器和用于放射性测试、气体混合和环境空气检测的弱酸电解质氧传感器；
氧浓度监测控制装置处理还包括分别与所述氧气检测与信号处理电路、所述开关量输出电路以及所述警报电路相连接的，用于根据所述弱酸电解质氧传感器输出的电流信号判断所述电流信号是否超过了所述存储器存储的基准氧气浓度值信息，并相应开启与其相连接的所述开关量输出电路和所述警报电路的控制器；
所述开关量输出电路连接供氧设备或通风机，所述警报电路连接报警器；所述弱酸电解质氧传感器(12)上设置温度补偿电路，所述弱酸电解质氧传感器(12)的温度补偿范围从5℃-40℃，所述弱酸电解质氧传感器(12)输出的电流信号与加载在其上的氧气分压呈线性比例关系.
优选的，所述弱酸电解质氧传感器主要由铅正极、金负极以及弱酸电解质组成，所述金负极上包覆无孔塑料橡胶膜。
本发明实施例一种氧浓度监测控制装置具有如下优点：由于包括分别与控制器相连接的氧气检测与信号处理电路、开关量输出电路以及警报电路，控制器可以根据弱酸电解质氧传感器输出的电流信号判断电流信号是否超过了存储器存储的氧气浓度值信息，并相应开启与其相连接的开关量输出电路和警报电路，该装置能够实时自动监测和调节封闭空间内的氧气浓度，使封闭空间的氧气达到理想状态；同时，由于通过弱酸电解质氧传感器进行感应，不受一氧化碳，二氧化碳和氮氧化物的影响；其有更大的容量来溶解氧化铅，避免氧化铅沉淀在铅正极上导致电池失效的情况，进一步提升产品的使用寿命；弱酸电解质氧传感器具有稳定的信号输出、安全无腐蚀，应用广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例所提供的氧浓度监测控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。
参见图1，本发明实施例所提供的氧浓度监测控制装置，用以自动监测和调节封闭空间内的氧气浓度，包括：氧气检测与信号处理电路1、开关量输出电路2以及警报电路3，所述氧气检测与信号处理电路1分别连接用于存储基准氧气浓度值信息的存储器11和用于放射性测试、气体混合和环境空气检测的弱酸电解质氧传感器12；
氧浓度监测控制装置处理还包括分别与所述氧气检测与信号处理电路1、所述开关量输出电路2以及所述警报电路3相连接的，用于根据所述弱酸电解质氧传感器12输出的电流信号判断所述电流信号是否超过了所述存储器12存储的氧气浓度值信息，并相应开启与其相连接的所述开关量输出电路2和所述警报电路3的控制器4；
所述开关量输出电路2连接供氧设备或通风机21，所述报警电路3连接报警器31.
优选的，所述弱酸电解质氧传感器12主要由铅正极、金负极以及弱酸电解质组成，所述金负极上包覆无孔塑料橡胶膜。
优选的，所述弱酸电解质氧传感器12上设置温度补偿电路，所述弱酸电解质氧传感器12的温度补偿范围从5℃-40℃。
优选的，氧气透过所述无孔塑料橡胶膜作用在所述金电极上；
所述弱酸电解质氧传感器12输出的电流信号与加载在其上的氧气分压呈线性比例关系。
以下具体说明本发明氧浓度监测控制装置的结构及工作原理。
氧气检测与信号处理电路1是受控制器4控制的用于反馈弱酸电解质氧传感器12感应的氧气分压以及存储器11存储的基准氧气浓度值信息的电路结构，其于控制器4电连接。实施时，弱酸电解质氧传感器12感应的氧气分压和存储器11存储的基准氧气浓度值信息通过该电路传输给控制器4，并接收控制器4发出的控制指令。
存储器11存储的基准氧气浓度值信息可以根据实际的应用环境进行设定，其可以是一个范围也可以是一固定值，如其可以设备该封闭空间的基准氧气浓度值在10％-15％之间。本实施例中，存储器11存储的基准氧气浓度值信息是一固定值为19％。
具体实施时，控制器4可以根据弱酸电解质氧传感器12输出的电流信号判断所述电流信号是否超过了存储器11存储的基准氧气浓度值信息，并相应开启与其相连接的开关量输出电路2和所述警报电路3.以下举例说明：弱酸电解质氧传感器12实时感应封闭空间，如室内的氧气浓度(具体传感结构及传感方式后续详细说明)并反馈给控制器4，控制器4实时读取该反馈信号并将其与存储器11存储的基准氧气浓度值进行比较，当由弱酸电解质氧传感器12感应的室内氧气浓度低于存储器11存储的基准氧气浓度值时，也就是上述的19％时，控制器4控制启动开关量输出电路2和警报电路3.由于开关量输出电路2连接供氧设备或通风机21，报警电路3连接报警器31，供氧设备或通风机21补充室内氧气，直至控制器4判别室内氧气达到基准的浓度值，判别过程与上述启动开关量输出电路2和警报电路3的过程相逆，开关量输出电路2关闭供氧电源，报警电路3关闭报警器31.
优选的实施方式中，氧浓度监测控制装置得工作电压可以采用交流电压110V-250V之间，其氧气的监测范围是0-100％，开关量输出电路2输出的功率是0.5KW。以下举例说明其安装的过程：首先，将氧浓度监测控制装置通过连接线分别连接在交流电源和通风机21上，注意将氧浓度监测控制装置上的弱酸电解质氧传感器12与通风机21至少保持有2米的距离，不宜直接将弱酸电解质氧传感器12对着通风机21的进出口。
弱酸电解质氧传感器12是应用于放射性测试，气体混合和环境空气检测的器件，其具有稳定的信号输出、安全无腐蚀以及输出不受CO，CO2，NOx等酸性气体的影响等特性，因传感器内部采用的是弱酸性电解质，弱酸电解质氧传感器12在放射测试等一些应用中，提供比传统氧气传感器更好的性能。且弱酸电解质氧传感器12不受一氧化碳，二氧化碳和氮氧化物的影响，所以相对KOH等传统类型的电解质产品，其在应用上有更强的技术优势。弱酸电解质氧传感器12的构造主要由铅正极、金负极以及弱酸电解质组成，金负极上包覆无孔塑料橡胶膜，氧气透过无孔塑料橡胶膜经过电化学反应作用在金电极上，弱酸电解质氧传感器12输出的电流信号与加载在其上的氧气分压呈线性比例关系。具体输出的电流信号按以下化学关系式进行输出：
O2+4H+＝4e·2H2O
2Pb·2Pb+++4e
O2+4H++2Pb·2H2O+2Pb++
弱酸电解质氧传感器12与传统的电解质氧传感器相比，虽然都会产生氧化铅，但氧化铅通常情况下会溶解于电解质，本发明优选实施方式所使用的弱酸电解质氧传感器12相对传统的电解质氧传感器，如KOH电解质，有明显的优势主要体现在，弱酸电解质氧传感器12更易使氧化铅饱和，而传统电解质传感器易使氧化铅沉淀在铅正极上而导致电池失效。弱酸电解质氧传感器12有更大的容量来溶解氧化铅，进而进一步提升产品的使用寿命；同时，由于弱酸电解质氧传感器12具有单独的弱酸电解质，使其不易受二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等气体的影响，也正由于此特性，使弱酸电解质氧传感器12也适用在放射测试的环境中。
弱酸电解质氧传感器12上设置温度补偿电路，弱酸电解质氧传感器12的温度补偿范围从5℃-40℃，也就是说弱酸电解质氧传感器12可以储存在-15℃到50℃的温度范围中。
需要说明的是，弱酸电解质氧传感器12对燃烧产生的常见的几种气体有着非常低的或者基本没有的交叉干扰，其在发生位移和运动时输出信号仍非常稳定。虽然传感器在化学原理上会受制冷剂和碳氢化合物等一部分气体的轻微影响，但因本发明弱酸电解质氧传感器12所使用的电解质为酸性，因此CO2，N2，Ar，CH4等气体对其没有影响；CI2，CFC’s，SO2，NH3，HCI，CO，H2S，NOx，H2等气体对其有着非常小的影响。
优选的实施方式中，弱酸电解质氧传感器12用于测量0到100％的氧含量，其输出的电流信号随着氧气分压成线性变化，弱酸电解质氧传感器12可以补偿从5°to 40℃的温度变化的影响。弱酸电解质氧传感器12的满量程(100％氧含量)精度为±2％，在常温常压下，满量程精度可达到±1％或更高。关于弱酸电解质氧传感器12的零点偏移参数如下，由于弱酸电解质氧传感器12使用CPVC的塑料外壳，理论上来说，一些环境中的氧气可以透过外壳到传感器内部产生极小的基准电压，但实际中，这个电压产生后，将很快在周围空气的作用下达到平衡。基于这个原因，传感器产生的基准电压是非常稳定的，当氮含量为100％的气流遇到弱酸电解质氧传感器12时，基准电压(也就是零点电压)为500uV或更小。
在正常工作状态下，弱酸电解质氧传感器12在常温常压下工作8小时内满量程漂移小于1％，但仍有其它因素可以决定氧传感器的长期稳定性和漂移，这些因素会直接影响到产品的应用，例如：工作温度、采集压力、电击/振动以及化学品等。突然的温度改变会导致信号漂移，但这个漂移是暂时的，因弱酸电解质氧传感器12本身的壳体会与环境温度一致，由于这个原因，当温度变化量小于1℃/小时，传感器的信号将不会出现漂移。
本发明的氧浓度监测控制装置还包括状态指示灯，其包括绿色状态指示灯和红色状态指示灯。具体的，弱酸电解质氧传感器12实时感应室内的氧气浓度，并反馈给控制器4，控制器4实时读取该反馈信号并将其与存储器11存储的基准氧气浓度值进行比较，绿色指示灯闪亮表示室内环境中的氧气浓度在正常的范围内，即弱酸电解质氧传感器12感应的室内氧气浓度高于存储器11存储的基准氧气浓度固定值19％，控制器4控制断开开关量输出电路2和警报电路3。当弱酸电解质氧传感器12感应的室内氧气浓度低于存储器11存储的基准氧气浓度固定值19％时，红色指示灯闪亮，表示室内环境中的氧气浓度低于预设值，控制器4控制闭合开关量输出电路2和警报电路3，启动供氧设备或通风机21补充室内氧气并通过报警器31进行报警，该过程直至弱酸电解质氧传感器12感应的室内氧气浓度高于存储器11存储的基准氧气浓度固定值。由于弱酸电解质氧传感器12是消耗品，在初次使用每使用3-5个就需要进行标定，具体的，将氧浓度监测控制装置放置在通风开阔的地方，按下相关的标定按钮，上述红色指示灯和绿色指示灯闪烁，松开相关的按钮，氧浓度监测控制装置将自动标定好弱酸电解质氧传感器12。
本发明的氧浓度监测控制装置，由于包括分别与控制器相连接的氧气检测与信号处理电路、开关量输出电路以及警报电路，控制器可以根据弱酸电解质氧传感器输出的电流信号判断电流信号是否超过了存储器存储的氧气浓度值信息，并相应开启与其相连接的开关量输出电路和警报电路，该装置能够实时自动监测和调节封闭空间内的氧气浓度，使封闭空间的氧气达到理想状态；同时，由于通过弱酸电解质氧传感器进行感应，不受一氧化碳，二氧化碳和氮氧化物的影响；其有更大的容量来溶解氧化铅，避免氧化铅沉淀在铅正极上导致电池失效的情况，进一步提升产品的使用寿命；弱酸电解质氧传感器具有稳定的信号输出、安全无腐蚀，应用广泛。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (2)
1.一种氧浓度监测控制装置，用以自动监测和调节封闭空间内的氧气浓度，其特征在于，包括：氧气检测与信号处理电路(1)、开关量输出电路(2)以及警报电路(3)，所述氧气检测与信号处理电路(1)分别连接用于存储基准氧气浓度值信息的存储器(11)和用于放射性测试、气体混合和环境空气检测的弱酸电解质氧传感器(12)；
氧浓度监测控制装置处理还包括分别与所述氧气检测与信号处理电路(1)、所述开关量输出电路(2)以及所述警报电路(3)相连接的，用于根据所述弱酸电解质氧传感器(12)输出的电流信号判断所述电流信号是否超过了所述存储器(12)存储的基准氧气浓度值信息，并相应开启与其相连接的所述开关量输出电路(2)和所述警报电路(3)的控制器(4)；
所述开关量输出电路(2)连接供氧设备或通风机(21)，所述警报电路(3)连接报警器(31)；
所述弱酸电解质氧传感器(12)上设置温度补偿电路，所述弱酸电解质氧传感器(12)的温度补偿范围从5℃-40℃，所述弱酸电解质氧传感器(12)输出的电流信号与加载在其上的氧气分压呈线性比例关系。
2.如权利要求1所述的氧浓度监测控制装置，其特征在于，所述弱酸电解质氧传感器(12)主要由铅正极、金负极以及弱酸电解质组成，所述金负极上包覆无孔塑料橡胶膜。
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