CN111579619B - 一种氧气检测仪、检测方法及应用 - Google Patents

一种氧气检测仪、检测方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种氧气检测仪、检测方法及应用，氧气检测仪包括设置有透氧膜的进气口，临近所述进气口安装有加热器，所述加热器连接有控制单元，所述控制单元连接有温度传感器；所述温度传感器包括安装在所述透氧膜上的第一温度传感器，以及安装在氧气检测仪内部用以检测环境温度的第二温度传感器；所述控制单元用以接收所述第一温度传感器及所述第二传感器的温度信号，以控制所述加热器进行加热，保证所述透氧膜的温度高于环境温度。本发明通过增加温度传感器，能够检测氧气检测仪所处环境的温度以及透氧膜的温度，进而控制加热器对透氧膜进行加热，使透氧膜温度高于环境温度，从而避免了水汽在透氧膜上凝结。

Description

一种氧气检测仪、检测方法及应用
技术领域
本发明涉及气体检测领域，具体而言，涉及一种氧气检测仪、检测方法及应用。
背景技术
氧气检测仪广泛分布于石油、化工、燃气、煤炭、冶金、电力、市政、农业、食品、生物、医药、高校、科研等各行各业，用于作业环境及样品中氧气浓度的测量。例如在某些特殊的环境，如矿井中或地下作业时，经常会有大量的气体产生，如果对氧含量监测不及时，会引起混合气体爆炸，或者由于氧含量不足，极易引起施工人员窒息等问题。因此在工业生产中氧气的监控为重要的安全保证手段。
目前用于检测环境中氧气的浓度的氧气检测仪，一般由电化学或氧化物及半导体的氧气检测元件、电子部件和显示部分等组成，由氧气检测元件将环境空气中氧气浓度值转换成电信号，然后通过电路处理，并以浓度值显示出来。电化学式氧气传感器因其结构小巧、性能稳定、灵敏度高、选择性好，故被广泛应用于工业环境监测中。
现有技术中的氧气检测仪内部温度温差大，从室外进入检测仪内部的气体容易在进口处发生凝结，产生水汽，进而影响到设备的工作，降低产品的使用寿命。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种氧气检测仪，该氧气检测仪通过在氧气检测仪内部设置温度传感器，能够检测氧气检测仪所处环境的温度以及透氧膜的温度，并通过将温度信号传递给控制单元，进而控制加热器对透氧膜进行加热，使透氧膜温度高于环境温度，从而避免了水汽在透氧膜上凝结，提高了产品寿命；同时通过补偿算法将测得的氧气浓度值转换为正常温度下的值，从而解决了不同温度下所测得的氧气浓度不准确的问题，提高了测量精确度。
本发明的第二目的在于提供一种基于上述氧气检测仪的氧气检测方法，这种检测方法操作简便，检测精度高，且适用范围广。
本发明的第三目的在于提供上述检测仪以及检测方法的具体应用，该氧气检测仪及检测方法能够应用于环境检测、食品检测、气体成分检测；还可以应用于堆肥氧气浓度检测、矿山尾矿氧气浓度检测、粮食或土壤中的氧气浓度检测。且应用可靠性高，在这些环境下也能够保障测量的准确度。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种氧气检测仪，包括设置有透氧膜的进气口，临近所述进气口安装有加热器，所述加热器连接有控制单元，所述控制单元连接有温度传感器；
所述温度传感器包括安装在所述透氧膜上的第一温度传感器，以及安装在氧气检测仪内部用以检测环境温度的第二温度传感器；
所述控制单元用以接收所述第一温度传感器及所述第二传感器的温度信号，以控制所述加热器进行加热，保证所述透氧膜的温度高于环境温度。这样可以保证即使在高温高湿的环境下，水汽也不会大量凝结在透氧膜上。
优选的，所述透氧膜选用特氟龙膜。特氟龙膜不仅能够满足气体渗透性，还具有优良的抗湿性、抗腐蚀性和耐高温性能，能够应用于各种恶劣环境，有利于提高氧气检测仪的使用寿命。
优选的，所述氧气检测仪还包括密封壳体，所述密封壳体上设置有所述进气口，所述加热器、所述控制单元、所述第一温度传感器以及所述第二温度传感器置于所述密封壳体内。采用密封壳体可以屏蔽外界环境的干扰，提高氧气检测仪的测量精度。
优选的，所述密封壳体内部还设置有氧气感应元件以及气压传感器，所述氧气感应元件用以将捕捉到的氧气通过电化学反应形成电压，所述气压传感器用以测量环境气压。通过测量环境电压与环境温度，以便能够根据当前的气压与温度对测得的氧气浓度值进行修正，进一步提高测量精度。
现有技术中，检测环境中氧气的浓度的氧气检测仪，一般由电化学或氧化物及半导体的氧气检测元件、电子部件和显示部分等组成，由氧气检测元件将环境空气中氧气浓度值转换成电信号，然后通过电路处理，并以浓度值显示出来。但由于测量环境有时比较恶劣，且测量环境的温度、大气压力均不同，而现有的氧气传感器无法排除温度和大气压力的影响，其测量值与实际值存在偏差，从而导致测量不准确。
本发明通过在氧气检测仪内部增设温度传感器和气压传感器，在测量氧气浓度的同时将检测仪所处环境的温度和大气压力一并测出，便于通过补偿算法将测得的氧气浓度值转换为正常温度与气压条件下的值，从而解决了不同温度与气压下所测得的氧气浓度不准确的问题。
优选的，所述氧气感应元件为电化学装置，所述电化学装置主要由正极、负极和电解质组成。电化学装置灵敏度高，性能稳定，能够提高装置可靠性。
所述电解质的成分优选包括柠檬酸和酒石酸，所述柠檬酸的浓度为0.2-1mol/L；所述酒石酸的浓度为0.1-0.5mol/L。柠檬酸与酒石酸的溶解度较高，能够提高电解液的摩尔浓度；选用弱酸性电解质，有利于提高电化学氧传感器电压输出的稳定性，能够增强氧气检测仪整体设备的可靠性。
优选的，所述气压传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、加热器和控制单元与氧气感应元件性连接，这样设置能够使设备自供电，提高设备使用效率。
优选的，所述氧气检测仪还包括用于处理数据以得到氧气浓度的信息处理单元；所述信息处理单元与所述氧气感应元件、所述气压传感器、以及所述第二温度传感器电性连接。增加信息处理单元是为了处理测得的氧气浓度、温度和气压，并将他们输出到显示屏上。
所述信息处理单元为信号处理器；所述信号处理器包括信号调理电路、A/D转换电路、微处理器电路和显示电路。氧气检测仪输出的电信号经信号调理电路进行放大后送至A/D转换电路，经微处理器电路处理后送显示电路，显示被测氧气的含量，从而防止了因产生电信号弱造成的测量不准确的问题。
本发明的有益效果在于，通过使用电化学装置，提高了设备的检测精度和稳定性；通过增加温度传感器和气压传感器，排除了环境因素的干扰，能够得到更为准确的氧气浓度值；通过在透氧膜旁边设置加热器，保证所述透氧膜的温度高于环境温度。这样可以保证即使在高温高湿的环境下，水汽也不会大量凝结在透氧膜上，进而提高了设备的使用寿命。
本发明还提供了一种基于上述氧气检测仪的氧气检测方法，包括：
氧气通过透氧膜时进行加热，以使所述透氧膜的温度高于所述氧气检测仪内部的环境温度，优选地所述透氧膜的温度比环境温度高1-2℃。
氧气通过所述透氧膜进行加热后，扩散到所述氧气感应元件上以将氧气反应形成电压，对形成的电压信号进行处理校正，以得到氧气浓度；
所述处理校正的方法包括：将所述电压信号与温度、湿度、海拔高度的关系做成图表，以对所述电压信号精确校准。这种检测方法操作简便，检测精度高，且适用范围广。
优选的，所述氧气检测仪及检测方法能够应用于环境检测、食品检测、气体成分检测；更优选地应用于堆肥氧气浓度检测、矿山尾矿氧气浓度检测、粮食或土壤中的氧气浓度检测。本设备可靠性高，在这些环境下也能够保障测量的准确度。
优选地，检测时间为14s-60s。本发明的氧气检测仪检测效率高，在很短的时间内就能完成完整的检测，准确率也很高。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的氧气检测仪的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的海拔高度与大气压关系曲线图；
图3为本发明实施例提供的大气压力与氧浓度关系曲线图；
图4为本发明实施例提供的温度与氧浓度关系曲线图。
附图说明：
10-透氧膜；                    20-加热器；
30-第一温度传感器；            40-控制单元；
50-第二温度传感器；            60-氧气感应元件；
70-气压传感器；                80-信息处理单元；
90-密封壳体。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种氧气检测仪，包括设置有透氧膜的进气口，临近所述进气口安装有加热器，所述加热器连接有控制单元，所述控制单元连接有温度传感器；
所述温度传感器包括安装在所述透氧膜上的第一温度传感器，以及安装在氧气检测仪内部用以检测环境温度的第二温度传感器；
所述控制单元用以接收所述第一温度传感器及所述第二传感器的温度信号，以控制所述加热器进行加热，保证所述透氧膜的温度高于环境温度。
优选的，所述透氧膜选用特氟龙膜。
优选的，所述氧气检测仪还包括密封壳体，所述密封壳体上设置有所述进气口，所述加热器、所述控制单元、所述第一温度传感器以及所述第二温度传感器置于所述密封壳体内。
优选的，所述密封壳体内部还设置有氧气感应元件以及气压传感器，所述氧气感应元件用以将捕捉到的氧气通过电化学反应形成电压，所述气压传感器用以测量环境气压。通过测量环境电压与环境温度，以便能够根据当前的气压与温度对测得的氧气浓度值进行修正。
优选的，所述氧气感应元件为电化学装置，所述电化学装置主要由正极、负极和电解质组成。
所述电解质的成分包括柠檬酸和酒石酸，所述柠檬酸的浓度为0.2-1mol/L；所述酒石酸的浓度为0.1-0.5mol/L。
优选的，所述气压传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、加热器和控制单元与氧气感应元件电性连接。
优选的，所述氧气检测仪还包括用于处理数据以得到氧气浓度的信息处理单元；所述信息处理单元与所述氧气感应元件、所述气压传感器、以及所述第二温度传感器电性连接。增加信息处理单元是为了处理测得的氧气浓度、温度和气压，并将他们输出到显示屏上。
所述信息处理单元为信号处理器；所述信号处理器包括信号调理电路、A/D转换电路、微处理器电路和显示电路。氧气检测仪输出的电信号经信号调理电路进行放大后送至A/D转换电路，经微处理器电路处理后送显示电路，显示被测氧气的含量。
本发明还提供了一种基于上述氧气检测仪的氧气检测方法，包括：
氧气通过透氧膜时进行加热，以使所述透氧膜的温度高于所述氧气检测仪内部的环境温度，优选地所述透氧膜的温度比环境温度高1-2℃。
氧气通过所述透氧膜进行加热后，扩散到所述氧气感应元件上以将氧气反应形成电压，对形成的电压信号进行处理校正，以得到氧气浓度；
所述处理校正的方法包括：将所述电压信号与温度、湿度、海拔高度的关系做成图表，以对所述电压信号精确校准。
优选的，所述氧气检测仪及检测方法能够应用于环境检测、食品检测、气体成分检测；更优选地应用于堆肥氧气浓度检测、矿山尾矿氧气浓度检测、粮食或土壤中的氧气浓度检测。更进一步的，检测时间为14s-60s。
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
实施例1
参阅图1所示，为该实施例提出的氧气检测仪的结构示意图，包括：密封壳体90和信息处理单元80，所述密封壳体90内设置有加热器20、第一温度传感器30、控制单元40；第二温度传感器50、氧气感应元件60和气压传感器70。所述密封壳体90上设置有进气口和出线口。所述透氧膜10设置在所述密封壳体90的进气口处。所述加热器20临近所述透氧膜10设置以便对透氧膜10进行加热。
所述加热器20连接有控制单元40，所述控制单元40分别与第一温度传感器30和第二温度传感器50相连接。所述控制单元40能够通过接收所述第一温度传感器30及所述第二传感器50的温度信号，以控制所述加热器20进行加热，保证所述透氧膜10的温度高于环境温度，防止水汽在膜上凝结，影响检测准确度，也可保证氧气顺利通过膜进入到检测仪内部。需要注意的是，透氧膜的温度一般比环境温度高1-2℃即可，温差太大会降低设备的安全性。
所述气压传感器70、第一温度传感器30、第二温度传感器50、加热器20和控制单元40与氧气感应元件60电性连接以提供其工作所需的电能。
所述气压传感器70、第二温度传感器50和氧气感应元件60均与信息处理单元80相连接，以便将所测得数据传送到信息处理单元80中，在信息处理单元80中对检测数据进行校正处理，以便得到准确的氧气浓度。
该实施例提供的氧气检测仪的检测方法如下：
氧气通过所述透氧膜20，扩散到所述氧气感应元件60上以将氧气反应形成电压；与此同时，所述第一温度传感器30及所述第二传感器50产生温度信号，并将信号传递给所述控制中心40，控制中心40接收到温度信号并控制所述加热器20对透氧膜10进行加热，以保证透氧膜上不会产生水汽。同时气压传感器70测量周围气压并产生气压信号。
测量完成后，氧气感应元件60产生的电压信号、第二温度传感器50的温度信号和气压传感器70的气压信号均传递到信息处理单元80中。上述信号进入信息处理单元80后，经其内部的信号调理电路进行放大后送至A/D转换电路，经微处理器电路处理后送显示电路，显示被测氧气的含量以及相应的环境温度与环境气压，信息处理单元80用于处理电压信号与温度、湿度、海拔高度等关系，从而实现对电压信号的精确校准，尤其是对于高原高海拔等复杂环境条件下，通过校正后，降低了环境因素对氧气检测仪准确度的影响。
图2为本发明实施例提供的海拔高度与大气压关系曲线图；图3为本发明实施例提供的大气压力与氧浓度关系曲线图；图4为本发明实施例提供的温度与氧浓度关系曲线图。从以上曲线图可以看出，不同气压与温度下氧气浓度不同，气压与温度均会影响测得的氧气浓度值的准确性。
故需根据测得的温度与气压对当前氧气浓度进行校正。而本实施例提出的氧气检测仪同时测出了相应的温度与气压条件，满足校正需求。通过对数据的处理校正后最终能够得到准确的氧浓度。
上述透氧膜20优选采用特氟龙膜，能够在保证气体渗透率的同时，减少外界湿气的进入，进而提高所述氧气检测仪的使用寿命。上述氧气感应元件60为电化学装置，应用电化学原理对氧气浓度进行测量。所述电化学装置主要由正极、负极和电解质组成。所述电解质的成分包括柠檬酸和酒石酸，所述柠檬酸的浓度为0.2mol/L；所述酒石酸的浓度为0.1mol/L。
实施例2
本实施例提供的氧气检测仪的结构及检测方法均与实施例1相同，仅在其电化学装置中的电解质配方有所不同。
本实施例提供的电解质配方为柠檬酸的浓度为0.6mol/L；酒石酸的浓度为0.3mol/L。
实施例3
本实施例提供的氧气检测仪的结构及检测方法均与实施例1相同，仅在其电化学装置中的电解质配方有所不同。
本实施例提供的电解质配方为柠檬酸的浓度为1mol/L；酒石酸的浓度为0.5mol/L。
经检测，上述三个实施例的电解液测得结果如下，从表中数据可以得知，通过对电解质的成分进行改进，显著的提高了装置本身的稳定性，酒石酸与柠檬酸相互伍配提升效果的同时，也避免单一成分所起到的效果微乎甚微的情况发生。
表1
Figure BDA0002512273840000101
本发明的实施例1-3提供的氧气检测仪及检测方法能够应用于环境检测、食品检测、气体成分检测；还可以应用于堆肥氧气浓度检测、矿山尾矿氧气浓度检测、粮食或土壤中的氧气浓度检测，可用于不同海拔、温度及湿度情况下，尤其适用于高温高湿高海拔地区的精确氧气含量的测定，校正的精确度非常高。且检测时间为14s-60s。这样设置检测时间能够保正测量结果的准确性和可靠性。
具体检测时，用户把此氧气检测仪放入检测场所后,整个感应器会随着环境的变化而改变温度,在温度稳定后，氧气也会扩散到相应的检测区域，等待14-60秒，就可以得到精确的温度读数和氧气含量读数。
本发明实施例提供的氧气检测仪通过应用电化学氧气感应元件对氧气浓度进行测量，保障了其工作的稳定性。通过在氧气检测仪内部设置温度传感器，能够检测氧气检测仪所处环境的温度；通过在氧气检测仪内部设置气压传感器来检测其所处环境的气压值。并通过补偿算法将测得的氧气浓度值转换为正常温度与气压条件下的值。
总之，本发明通过在氧气检测仪内部增设温度传感器和气压传感器，在测量氧气浓度的同时将检测仪所处环境的温度和大气压力一并测出，便于通过补偿算法将测得的氧气浓度值转换为正常温度与气压条件下的值，从而解决了不同温度与气压下所测得的氧气浓度不准确的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种氧气检测仪，其特征在于，包括设置有透氧膜的进气口，临近所述进气口安装有加热器，所述加热器连接有控制单元，所述控制单元连接有温度传感器；
所述温度传感器包括安装在所述透氧膜上的第一温度传感器，以及安装在氧气检测仪内部用以检测环境温度的第二温度传感器；
所述控制单元用以接收所述第一温度传感器及所述第二温度传感器的温度信号，以控制所述加热器进行加热，保证所述透氧膜的温度高于环境温度；
还包括密封壳体，所述密封壳体上设置有所述进气口，所述加热器、所述控制单元、所述第一温度传感器以及所述第二温度传感器置于所述密封壳体内；
所述密封壳体内部还设置有氧气感应元件以及气压传感器，所述氧气感应元件用以将捕捉到的氧气通过电化学反应形成电压，所述气压传感器用以测量环境气压。
2.根据权利要求1所述的氧气检测仪，其特征在于，所述氧气感应元件为电化学装置，所述电化学装置主要由正极、负极和电解质组成。
3.根据权利要求2所述的氧气检测仪，其特征在于，所述电解质的成分包括柠檬酸和酒石酸，所述柠檬酸的浓度为0.2-1mol/L；所述酒石酸的浓度为0.1-0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的氧气检测仪，其特征在于，还包括用于处理数据以得到氧气浓度的信息处理单元；所述信息处理单元与所述氧气感应元件、所述气压传感器、以及所述第二温度传感器电性连接。
5.根据权利要求4所述的氧气检测仪，其特征在于，所述信息处理单元为信号处理器；所述信号处理器包括信号调理电路、A/D转换电路、微处理器电路和显示电路。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的氧气检测仪的氧气检测方法，其特征在于，包括：
氧气通过透氧膜时进行加热，以使所述透氧膜的温度高于所述氧气检测仪内部的环境温度，优选地所述透氧膜的温度比环境温度高1-2℃。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，氧气通过所述透氧膜进行加热后，扩散到所述氧气感应元件上以将氧气反应形成电压，对形成的电压信号进行处理校正，以得到氧气浓度；
所述处理校正的方法包括：将所述电压信号与温度、湿度、海拔高度的关系做成图表，以对所述电压信号精确校准。
8.权利要求1-5任一项所述的氧气检测仪或权利要求6-7任一项所述的氧气检测方法的应用，其特征在于，应用于环境检测、食品检测、气体成分检测。
9.根据权利要求8所述的氧气检测方法的应用，其特征在于，应用于堆肥氧气浓度检测、矿山尾矿氧气浓度检测、粮食或土壤中的氧气浓度检测。
10.根据权利要求8所述的氧气检测方法的应用，其特征在于，检测时间为14s-60s。
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