CN103913503A - 溶解氧检测装置和溶解氧检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溶解氧检测装置和溶解氧检测仪，所述溶解氧检测装置，包括一极谱式溶解氧电极、一电极激励单元和一电容器，所述电极激励单元通过所述电容器接入一电源。所述溶解氧检测仪包括一电路板和具有两个接口的一密封壳体，所述电路板上设置有如上所述的溶解氧检测装置，所述电路板固定于所述密封壳体的内部；所述溶解氧检测装置的极谱式溶解氧电极设于所述密封壳体的一个接口，所述密封壳体的另一个接口用于连接所述电源。本发明的溶解氧检测装置和溶解氧检测仪，通过增加电容器来维持所述极谱式溶解氧电极的激化状态，所以不再需要重复激化，大大缩短了溶解氧的测量时间以及测量效率。

Description

溶解氧检测装置和溶解氧检测仪

技术领域

本发明涉及一种溶解氧检测装置和溶解氧检测仪。

背景技术

随着社会的发展，环境问题越来越受到人们的关注，特别是水污染问题，其中水中溶解氧含量多少是衡量水质的一个重要指标。天然水中溶解氧接近于饱和值，水中微生物繁殖旺盛；水体受到有机物和还原物质污染时，溶解氧浓度就会下降。当溶解氧消耗速度大于空气中氧向水中的溶解速度，水中溶解氧浓度趋于零，此时厌氧菌得以繁殖，使水体恶化，所以溶解氧浓度能够反映出水质的受污染程度。同时，对于水产养殖业来说，水中溶解氧对鱼类等的生长也有着至关重要的影响。当溶解氧低于4mg/L时，就会引起鱼类窒息死亡。对于人类来说，健康的饮用水中溶解氧含量不得小于6mg/L。因此，水体溶解氧含量的测量，对于工农业的发展都具有重要意义。

目前，溶解氧测量方法主要有碘量法，光纤法，荧光法和电流测量法。碘量法是纯粹的化学法，不适合做在线检监测。光纤法和荧光工艺复杂，成本高。

电流测量法主要是采用极谱式溶解氧电极，极谱式溶解氧电极由阴极、阳极、KCL（氯化钾）电解液以及氧扩散膜组成，在阳极加上0.685V直流电压激励，氧通过膜扩散进入电解液与Au（金）电极和Ag（银）电极构成测量电路，阴极会输出与氧浓度呈比例关系的nA级的弱电流信号。

所以通过在电极阳极加直流电压电压作为激励，电极阴极会输出nA级的弱电流。电流测量法测量原理简单，精度高，但是，极谱式溶解氧电极断电后需要有4~6h的激化才能正常使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的极谱式溶解氧电极重新激化时间长，导致的测量时间和测量装置使用时间浪费的缺陷，提供一种溶解氧检测装置和溶解氧检测仪，通过增加电容器来维持所述极谱式溶解氧电极的激化状态，从而避免重复激化导致的时间浪费。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种溶解氧检测装置，用于检测水体中的溶解氧，所述溶解氧检测装置包括一极谱式溶解氧电极和一电极激励单元，其特点是，所述溶解氧检测装置还包括一电容器，所述电极激励单元通过所述电容器接入一电源。

本发明中通过电容器来维持提供给激励所述极谱式溶解氧电极的电极激励单元的电源电压，从而即使断电也能够维持所述极谱式溶解氧电极的激化状态，从而节省了重复激化极谱式溶解氧电极的时间。

其中所述极谱式溶解氧电极以及用于激化其的电极激励单元均为现有技术中常用的器件，所以此处不再对其结构和功能进行赘述。

较佳地，所述溶解氧检测装置还包括一处理器、一电流电压转换器、一AD转换器和一通信接口，其中所述极谱式溶解氧电极、电流电压转换器、AD转换器、处理器和通信接口依次电连接，所述电流电压转换器用于将所述极谱式溶解氧电极生成的表征溶解氧的电流信号转化为模拟电压信号，所述AD转换器用于将所述模拟电压信号转换为数字信号，所述处理器将所述数字信号通过所述通信接口传输至外部设备。

本发明中通过AD转换器和电流电压转换器将所述极谱式溶解氧电极需要检测的水体中的溶解氧转化得到的电流信号转化为数字信号，进而便于后续处理。而且还通过通信接口将其传输至外部设备，从而便于进一步对所述数字信号进行处理。其中所述处理器、电流电压转换器、AD转换器和通信接口均为技术中已知的元器件，所以此处不再对所述元器件的功能和结构进行描述。

优选地，所述溶解氧检测装置还包括一温度传感器，所述温度传感器采集所述处理器的温度，所述处理器基于所述温度传感器采集的温度对所述数字信号进行温度补偿，并将温度补偿后的数字信号通过所述通信接口传输至外部设备。

本发明中所述处理器的温度补偿操作是现有技术中常用的信号补偿技术，所以此处不再对其进行赘述，而且本领域技术人员还可以依据装置的具体配置和部件的种类采用不同的部件以及不同的温度补偿方式。

优选地，所述通信接口为RS485接口（推荐标准485接口，美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准）。此外，本领域技术人员还可以根据实际需要采用不同的通信接口，并不仅限于所述RS485接口。

优选地，所述AD转换器和所述电流电压转换器之间还串接有一放大器，所述放大器用于放大所述电流电压转换器输出的模拟电压信号。本发明中进一步通过放大器使得所述电流电压转换器输出的模拟信号能够被后续的元器件直接处理。

较佳地，所述溶解氧检测装置还包括一电压跟随器，所述电压跟随器串接于所述极谱式溶解氧电极和电极激励单元之间。

本发明通过电压跟随器来隔绝所述极谱式溶解氧电极和电极激励单元之间信号串扰，提高检测精度，其中所述电压跟随器是本领域技术人员常用的干扰信号隔绝手段，所以此处不再对电压跟随器的结构和功能进行赘述。

优选地，所述电压跟随器为一运算放大器，其中所述运算放大器的放大倍数为1。也就是说，当放大器的放大倍数为1时，输入电压和输出电压的大小一致，所以此时所述运算放大器实现的功能正是电压跟随器的功能，所以本发明中采用放大倍数为1的运算放大器来最为电压跟随器。

较佳地，所述溶解氧检测装置还包括一二极管，所述二极管的阳极接入所述电源，所述二极管的阴极与所述电容器电连接。本发明利用二极管的单向性，使得断电时，所述电容器只会对电极激励单元供电。

本发明还提供了一溶解氧检测仪，其特点是，所述溶解氧检测仪包括一电路板和具有两个接口的一密封壳体，所述电路板上设置有如上所述的溶解氧检测装置，所述电路板固定于所述密封壳体的内部；

所述溶解氧检测装置的极谱式溶解氧电极设于所述密封壳体的一个接口，所述密封壳体的另一个接口用于连接所述电源。

较佳地，所述接口均为螺纹接口，所述极谱式溶解氧电极设置于一个螺纹接口，所述电源通过一电缆连接到另一个螺纹接口。

优选地，所述螺纹接口的螺纹中填充有气缸密封胶。也就是说，为了螺纹咬合后具有更好的密闭性，本发明中通过气缸密封胶来填充咬合后螺纹中的缝隙。其中所述气缸密封胶是现有技术中常用的密封材料，而且本领域技术人员可以使用任意种类的气缸密封胶来填充本发明的螺纹接口。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的溶解氧检测装置和溶解氧检测仪，通过增加电容器来维持所述极谱式溶解氧电极的激化状态，所以不再需要重复激化，随时使用随时测量，所以不再需要用户等待4-6h来使得极谱式溶解氧电极进入激化状态，在保证测量精度和功耗的前提下，大大缩短了溶解氧的测量时间以及测量效率。

附图说明

图1为本发明的溶解氧检测仪的较佳实施例的剖面结构示意图。

图2为本发明的较佳实施例的溶解氧检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本实施例的溶解氧检测仪中包括一电路板1和一密封壳体2，其中所述电路板1上设置有一溶解氧检测装置3。所述密封壳体2上具有一螺纹接口21和一螺纹接口22。所述电路板1及其承载的溶解氧检测装置3共同设置于所述密封壳体2的内部。

其中如图2所示，本实施例的溶解氧检测装置3中包括一极谱式溶解氧电极301、一电压跟随器302、一电极激励单元303、一处理器304、一放大器305、一AD转换器306、一RS485接口307、一温度传感器308、一二极管309、一电容器310和一电流电压转换器311。

其中所述极谱式溶解氧电极301用于检测生成的表征水体中溶解氧的模拟信号。所述电极激励单元303通过生成的电压信号来激化所述极谱式溶解氧电极301。

本实施例中通过所述电压跟随器302来隔离所述电极激励单元303和所述极谱式溶解氧电极301。使得在所述电极激励单元303和所述极谱式溶解氧电极301之间的信号不会相互干扰，从而保证所述电极激励单元303输出的激励信号的稳定性。

具体地说，本实施例中可以由精度为0.1%的电压基准源REF3312（德州仪器公司）产生1.25V的精准电压源，通过0.1%精度的两个电位器分压得到0.685V的电压的方式构成所述电极激励单元303，再经过放大倍数为1的低功耗运算放大器TLV2401（德州仪器公司）构成的电压跟随器，进而输出电压来激励所述极谱式溶解氧电极301。由于极谱式溶解氧电极属于电化学原理，其阻抗必定不是恒定的，利用运算放大器输入阻抗大输出阻抗小的特性，起到隔离作用，保证了激励输出的稳定性。

所述电极激励单元303电连接所述电容器310，所述电容器310通过所述二极管309接入一电源（图中未显示）。其中所述二极管309的阳极接入所述电源，所述二极管309的阴极与所述电容器310电连接。

本实施例中所述电容器310为大容量的电容器，例如法拉级的电容器。本实施例中通过所述电容器310为所述电极激励单元303供电，由于电容器310的储电性，所以即使电源断电，还可以保证所述电极激励单元303正常激化所述极谱式溶解氧电极301。

而且本实施例中所述电源并不是直接加所述电极激励单元303上，而是先传入所述二极管309，并对法拉级的所述电容器310充电，然后再由所述电容器310对所述电极激励单元303供电，因此在断电时，由于所述二极管309的单向导电性，所述电容器310只能对所述电极激励单元303供电，从而保证所述极谱式溶解氧电极301两端始终均处于激励状态，大大减少了电极在测量时候的激励时间。

本实施例中所述极谱式溶解氧电极301、电流电压转换器311、放大器305、AD转换器306、处理器304和RS485接口307依次电连接。

其中基于上述的所述极谱式溶解氧电极301的工作原理可知，所述极谱式溶解氧电极301能够将水体中的溶解氧以电流信号的方式表征出来。

此后所述电流电压转换器311用于将所述极谱式溶解氧电极301生成的电流信号转化为模拟电压信号，所述放大器305放大所述模拟电压信号使其与后续的所述AD转换器306的输入要求匹配，然后所述AD转换器306将所述模拟电压信号转换为数字信号，最后所述处理器304将所述数字信号通过所述RS495接口307传输至外部设备，例如计算机等等。

而且虽然本实施例中通过所述RS495接口307与外部设置进行数据通信，但是本领域技术人员基于数据传输的目的，可以采用任意的数据传输接口，而不仅限于本实施例中的RS485接口。

同样所述处理器304可以采用任意的就有传输数据和数据处理功能的处理器，而且本实施例中所述温度传感器308与所述处理器304连接，所述温度传感器308采集所述处理器304的温度并传输至所述处理器304，此后所述处理器304基于所述温度对所述数字信号进行温度补偿。

具体地说，本实施例中所述极谱式溶解氧电极301输出的电流信号通过由CA3140（Intersil英特矽尔公司）构成的电流电压转换电路转换成电压信号，在经过运放放大AD627（亚德诺半导体公司的一种完整的微功耗仪表放大器）放大5倍进入MCP3421（微芯公司）构成的AD转换器并转换为数字信号。

所述温度传感器采用高精度数字温度片上传感器DS18B20（美国达拉斯公司）采集温度。从而所述处理器304基于所述DS18B20采集的温度对数字信号进行温度补偿。

此后所述处理器304将补偿后的数字信号通过所述RS485接口307输出。

而其本实施例为了实现低功耗设计，将所述电流电压转换器311、放大器305、AD转换器306、温度传感器308、处理器304和RS485接口307工作分为休眠和工作两种模式。在休眠时，只有处理器304与RS485接口307处于上电模式，其余元器件均处于断电状态。当外部设备需要读取传感器数据时，通过所述RS485接口307发送读取数据命令，所述处理器304基于所述读取数据命令唤醒处于休眠状态的各个元器件，进而立即转为工作模式。各个元部件上电，所述处理器304等待数据稳定，读取所述AD转换器306转换值的同时读取温度传感器308的值，通过温度补偿算法计算出溶解氧值，通过所述RS485接口307发送至外部设备。

此外如图1所示，为了便于检测水体，本实施例将所述极谱式溶解氧电极301设置于所述螺纹接口21上，此外所述电源通过一电缆4连接至所述溶解氧检测装置3，并为所述溶解氧检测装置3供电，其中所述电缆4同样通过所述螺纹接口22为所述溶解氧检测装置3供电。

具体地说，本实施例中所述螺纹接口21为一个六分管内牙。所述螺纹接口22为一个M16内螺纹（一种标准尺寸的螺纹），所述电缆4通过其引出。所述电缆4可以采用防腐、防磨的水工电缆。而且所述螺纹接口21和螺纹接口22能够实现防水，并且在所述螺纹接口21和螺纹接口22密封时，需在螺纹处涂抹汽缸密封胶（图中未显示）。

通过上述密封壳体2和螺纹接口的结构还能够实现对设置所述溶解氧检测装置3的电路板1的防水。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种溶解氧检测装置，用于检测水体中的溶解氧，所述溶解氧检测装置包括一极谱式溶解氧电极和一电极激励单元，其特征在于，所述溶解氧检测装置还包括一电容器，所述电极激励单元通过所述电容器接入一电源。

2.如权利要求1所述的溶解氧检测装置，其特征在于，所述溶解氧检测装置还包括一处理器、一电流电压转换器、一AD转换器和一通信接口，其中所述极谱式溶解氧电极、电流电压转换器、AD转换器、处理器和通信接口依次电连接，所述电流电压转换器用于将所述极谱式溶解氧电极生成的表征溶解氧的电流信号转化为模拟电压信号，所述AD转换器用于将所述模拟电压信号转换为数字信号，所述处理器将所述数字信号通过所述通信接口传输至外部设备。

3.如权利要求2所述的溶解氧检测装置，其特征在于，所述溶解氧检测装置还包括一温度传感器，所述温度传感器采集所述处理器的温度，所述处理器基于所述温度传感器采集的温度对所述数字信号进行温度补偿，并将温度补偿后的数字信号通过所述通信接口传输至外部设备。

4.如权利要求2所述的溶解氧检测装置，其特征在于，所述通信接口为RS485接口。

5.如权利要求2所述的溶解氧检测装置，其特征在于，所述AD转换器和所述电流电压转换器之间还串接有一放大器，所述放大器用于放大所述电流电压转换器输出的模拟电压信号。

6.如权利要求1所述的溶解氧检测装置，其特征在于，所述溶解氧检测装置还包括一电压跟随器，所述电压跟随器串接于所述极谱式溶解氧电极和电极激励单元之间。

7.如权利要求6所述的溶解氧检测装置，其特征在于，所述电压跟随器为一运算放大器，其中所述运算放大器的放大倍数为1。

8.如权利要求1所述的溶解氧检测装置，其特征在于，所述溶解氧检测装置还包括一二极管，所述二极管的阳极接入所述电源，所述二极管的阴极与所述电容器电连接。

9.一种溶解氧检测仪，其特征在于，所述溶解氧检测仪包括一电路板和具有两个接口的一密封壳体，所述电路板上设置有如权利要求1-8中任一项所述的溶解氧检测装置，所述电路板固定于所述密封壳体的内部；

所述溶解氧检测装置的极谱式溶解氧电极设于所述密封壳体的一个接口，所述密封壳体的另一个接口用于连接所述电源。

10.如权利要求9所述的溶解氧检测仪，其特征在于，所述接口均为螺纹接口，所述极谱式溶解氧电极设置于一个螺纹接口，所述电源通过一电缆连接到另一个螺纹接口。

11.如权利要求10所述的溶解氧检测仪，其特征在于，所述螺纹接口的螺纹中填充有气缸密封胶。