CN114994240B - 一种氧气浓度检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧气浓度检测装置及检测方法，包括反应瓶，所述反应瓶内装有铜氨溶液和铜丝，所述反应瓶的顶部开口，顶部开口处设有进样接口和与进样接口配套的阀门；还包括第一硬质管、软管和液槽，所述第一硬质管固定于反应瓶上，第一硬质管的下端延伸至反应瓶的内底部，第一硬质管的上端延伸至反应瓶外，第一硬质管位于反应瓶外的区段上设有正反流量计，第一硬质管的上端与软管的一端连通，软管的另一端与液槽的内底部连通。本发明的氧气浓度检测装置的结构简单紧凑，使用方便，检测结果精准。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧气浓度检测装置及检测方法，属于气体浓度检测领域。
背景技术
铜氨法是测量气体中氧体积百分比浓度的标准方法，该方法简单准确、成熟可靠，在教学、科研、质量认证和产品鉴定等方面得到了广泛的应用。通常，铜氨溶液是将卷成螺旋状的铜丝投入由铵盐的饱和溶液与氨水以一定比例配制的溶液中所制成的，测量时，取一定量的被测气体与铜氨溶液接触，当将含有氧气的气体样品通入装有铜氨溶液的吸收瓶时，在有氨气存在的情况下，铜被样品中的氧气氧化，生成氧化铜(CuO)和氧化亚铜(Cu2O)，反应方程式如下：所生成的氧化铜和氧化亚铜分别与氨水、氯化铵作用，生成可溶性的高价(+2价)铜盐Cu(NH3)2Cl2和低价(+1价)铜盐Cu2(NH3)2Cl2。低价铜盐吸收氧气转成高价铜盐，高价铜盐又被铜还原成低价铜盐，如此循环作用，直到混合气体中的氧气耗完为止。根据气体体积的减少量即可得到气体中的氧含量(体积百分比浓度)。在整个测量过程中，只要溶液中有足够的纯铜存在，就能保证化学反应的持续进行。
中国发明专利说明书CN106645589A公开了一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪及方法，包括水准与补液瓶、反应瓶、量气管、双向泵、旋转叶轮和单片机。步进电机控制升降台的升降，测量光幕传感器实时检测水准与补液瓶液面同量气管液面是否保持在同一高度，和步进电机协同工作实现双液面的自动调平。双向泵实现对气液管路的自动化调节。旋转叶轮采用涡轮驱动实现化学反应的自动化操作。单片机基于单片机控制技术实现测量系统的自动化控制，该检测仪的氧浓度检测效率高，人为误差小，但其结构和测量过程较为复杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种结构简单、使用方便的氧气浓度检测装置；本发明的目的之二在于提供一种氧气浓度的检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种氧气浓度检测装置，包括反应瓶，所述反应瓶内装有铜氨溶液和铜丝，所述反应瓶的顶部开口，顶部开口处设有进样接口和与进样接口配套的阀门；还包括第一硬质管、软管和液槽，所述第一硬质管固定于反应瓶上，第一硬质管的下端延伸至反应瓶的内底部，第一硬质管的上端延伸至反应瓶外，第一硬质管位于反应瓶外的区段上设有正反流量计，第一硬质管的上端与软管的一端连通，软管的另一端与液槽的内底部连通。
进一步地，所述反应瓶的底部开口，底部开口处设有密封塞，所述铜丝的下端固定于密封塞的顶部。如此，既可方便地更换铜丝，又可满足密封需要。
可选地，第一硬质管的下端与反应瓶的内底面的距离为0.1-5cm，进一步为0.5-2cm，更进一步为0.8-1.5cm。
进一步地，所述反应瓶上设有温度计，所述温度计的测量端伸入延伸至反应瓶的内底部。如此，可方便地监测反应过程中铜氨溶液的温度。
可选地，温度计的测量端与反应瓶的内底面的距离为0.1-5cm，进一步为0.5-2cm，更进一步为0.8-1.5cm。
可选地，所述铜丝为螺旋状。
进一步地，还包括槽，所述底座具有顶部开口的弧形槽体；所述反应瓶的底面为弧形面，所述反应瓶放置于弧形槽体内。如此，可方便摇晃反应器，加速反应进行。
进一步地，还包括罩体、曲柄连杆机构和固定于槽上的驱动电机；所述罩体可拆卸地设于进样接口上，所述罩体上可拆卸地设有遥杆；所述曲柄连杆机构的一端与遥杆铰接，所述曲柄连杆机构的另一端与驱动电机的输出轴传动连接。如此，可通过槽、反应瓶、罩体、遥杆、曲柄连杆机构以及驱动电机的配合，实现反应瓶的机械化晃动。
进一步地，所述罩体上设有螺纹孔，所述遥杆上设有与螺纹孔配合的外螺纹，所述遥杆的下端伸入螺纹孔内并与罩体螺纹连接。
进一步地，所述曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，所述曲柄的一端与驱动电机的输出轴固定连接，曲柄的另一端与连杆一端铰接，连杆的另一端固定有圆环，所述圆环可拆卸地套设于遥杆上，所述圆环与遥杆间隙配合。
可选地，所述槽为恒温槽，如此，通过槽可方便地将反应器内的温度维持在一定条件下，更好地保证检测结果的精准度。
进一步地，所述弧形槽体的表面设有缓冲层，可对反应瓶起到保护作用。
进一步地，正反流量计所在位置不高于进样接口所在位置。如此，在反应瓶内充满铜氨溶液时，第一硬质管位于正反流量计以下的区段也自然被铜氨溶液充满，后续可直接注入样品气体，简化操作过程。
进一步地，还包括固定于液槽内的第二硬质管，所述第二硬质管的上端与软管连通，所述第二硬质管的下端延伸至液槽的内底部。如此，在摇晃反应瓶时，液槽不会受影响而晃动，第二硬质管也不容易碎软管的晃动而晃动，故液槽内液体不易受反应瓶的晃动而扰动，可方便准确地观测液槽内液面的变动情况。
可选地，第二硬质管的下端与液槽的内底面的距离为0.5-2cm，进一步为0.8-1.5cm。
可选地，所述液槽由透明材料制成，液槽的表面设有刻度。如此，可进一步方便观测液槽内液面变动情况。
基于同一发明构思，本发明还提供一种氧气浓度的检测方法，利用如上所述的氧气浓度检测装置进行；包括如下步骤：
S1、在反应瓶内装入铜丝，然后向反应瓶内注入铜氨溶液，使得铜氨溶液充满反应瓶和第一硬质管位于正反流量计以下的区段；
S2、将正反流量计的读数清零，再通过进样接口向反应瓶内注入氧气样品，使得反应瓶内的液面降低至第一硬质管的下端以上的位置，关闭阀门并记录此时正反流量计的读数V1；
S3、将正反流量计的读数清零，再不断摇动反应瓶，直至液槽内的液面高度不再降低，记录此时正反流量计的读数V2；
S4、计算，获得氧气样品的氧气浓度，即V2/V1*100％。
本发明的氧气浓度检测装置及检测方法尤其适用于医用氧气纯度的检测。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明的氧气浓度检测装置的结构简单紧凑，使用方便，自动化程度较高。
(2)本发明的氧气浓度检测装置的检测结果精准，可较好地满足医用氧气检测等对检测结果准确度要求较高的检测场景。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的氧气浓度检测装置的结构简图。
图2是本发明又一种实施方式的氧气浓度检测装置的结构简图。
图3是本发明又一种实施方式的氧气浓度检测装置的局部放大图。
具体实施方式
以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
参见图1，一种氧气浓度检测装置，包括反应瓶1，所述反应瓶1内装有铜氨溶液2和铜丝3，所述反应瓶1的顶部开口，顶部开口处设有进样接口4和与进样接口4配套的阀门5；还包括第一硬质管6、软管8和液槽9，所述第一硬质管6固定于反应瓶1上，第一硬质管6的下端延伸至反应瓶1的内底部，第一硬质管6的上端延伸至反应瓶1外，第一硬质管6位于反应瓶1外的区段上设有正反流量计7，第一硬质管6的上端与软管8的一端连通，软管8的另一端与液槽9的内底部连通。第一硬质管的下端与反应瓶的内底面的距离为1cm。所述铜丝呈螺旋状。
所述反应瓶1的底部开口，底部开口处设有密封塞11，所述铜丝3的下端固定于密封塞11的顶部。所述反应瓶1上设有温度计10，所述温度计10的测量端伸入延伸至反应瓶1的内底部。温度计的测量端与反应瓶的内底面的距离为1cm。
还包括槽12，所述底座12具有顶部开口的弧形槽体；所述反应瓶1的底面为弧形面，所述反应瓶1放置于弧形槽体内。所述弧形槽体的表面设有缓冲层13。
正反流量计7所在位置不高于进样接口4所在位置。
还包括固定于液槽9内的第二硬质管14，所述第二硬质管14的上端与软管8连通，所述第二硬质管14的下端延伸至液槽9的内底部。第二硬质管14的下端与液槽9的内底面的距离为0.5cm。第二硬质管14通过支架15固定于液槽9的内壁上。
可选地，还包括罩体16、曲柄连杆机构18和固定于槽12上的驱动电机19；所述罩体16可拆卸地设于进样接口4上，所述罩体16上可拆卸地设有遥杆17；所述曲柄连杆机构18的一端与遥杆17铰接，所述曲柄连杆机构18的另一端与驱动电机19的输出轴传动连接。所述罩体16上设有螺纹孔21，所述遥杆17上设有与螺纹孔21配合的外螺纹，所述遥杆17的下端伸入螺纹孔21内并与罩体16螺纹连接。所述曲柄连杆机构18包括曲柄1802和连杆1801，所述曲柄1802的一端与驱动电机19的输出轴固定连接，曲柄1802的另一端与连杆1801一端铰接，连杆1801的另一端固定有圆环1803，所述圆环1803可拆卸地套设于遥杆17上，所述圆环与遥杆间隙配合。遥杆17的顶端设有帽体，以方便操作并防止摇晃过程中圆环脱出。
一种氧气浓度的检测方法，包括如下步骤：
S1、在反应瓶1内装入铜丝3，然后通过进样接头向反应瓶1内注入铜氨溶液2，使得铜氨溶液2充满第一硬质管6位于正反流量计7以下的区段和反应瓶1；
S2、将正反流量计7的读数清零，再通过进样接口4向反应瓶1内注入医用氧气样品，使得反应瓶1内的液面降低至第一硬质管6的下端以上的位置，关闭阀门5并记录此时正反流量计7的读数V1(600mL)；
S3、将正反流量计7的读数清零，再将罩体安装到进样接口4上，并将曲柄连杆机构与遥杆、罩体组装连接到位(参见图3)，然后启动驱动电机不断摇动反应瓶1，直至液槽9内的液面高度不再降低，记录此时正反流量计7的读数V2(597.6mL)；期间，通过槽和控制反应瓶1的摇动频率，使得反应瓶1内铜氨溶液的温度维持不变；
S4、计算，获得医用氧气样品的氧气浓度，即99.6vol％。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (9)
1.一种氧气浓度的检测方法，其特征在于，利用氧气浓度检测装置进行，所述氧气浓度检测装置包括反应瓶（1），所述反应瓶（1）内装有铜氨溶液（2）和铜丝（3），所述反应瓶（1）的顶部开口，顶部开口处设有进样接口（4）和与进样接口（4）配套的阀门（5）；还包括第一硬质管（6）、软管（8）和液槽（9），所述第一硬质管（6）固定于反应瓶（1）上，第一硬质管（6）的下端延伸至反应瓶（1）的内底部，第一硬质管（6）的上端延伸至反应瓶（1）外，第一硬质管（6）位于反应瓶（1）外的区段上设有正反流量计（7），第一硬质管（6）的上端与软管（8）的一端连通，软管（8）的另一端与液槽（9）的内底部连通；包括如下步骤：
S1、在反应瓶（1）内装入铜丝（3），然后向反应瓶（1）内注入铜氨溶液（2），使得铜氨溶液（2）充满反应瓶（1）和第一硬质管（6）位于正反流量计（7）以下的区段；
S2、将正反流量计（7）的读数清零，再通过进样接口（4）向反应瓶（1）内注入氧气样品，使得反应瓶（1）内的液面降低至第一硬质管（6）的下端以上的位置，关闭阀门（5）并记录此时正反流量计（7）的读数V1；
S3、将正反流量计（7）的读数清零，再不断摇动反应瓶（1），直至液槽（9）内的液面高度不再降低，记录此时正反流量计（7）的读数V2；
S4、计算，获得氧气样品的氧气浓度，即V2/V1*100%。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述反应瓶（1）的底部开口，底部开口处设有密封塞（11），所述铜丝（3）的下端固定于密封塞（11）的顶部。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述反应瓶（1）上设有温度计（10），所述温度计（10）的测量端伸入延伸至反应瓶（1）的内底部。
4.根据权利要求1-3任一项所述的检测方法，其特征在于，所述氧气浓度检测装置还包括底座（12），所述底座（12）具有顶部开口的弧形槽体；所述反应瓶（1）的底面为弧形面，所述反应瓶（1）放置于弧形槽体内。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述氧气浓度检测装置还包括罩体（16）、曲柄连杆机构（18）和固定于槽（12）上的驱动电机（19）；所述罩体（16）可拆卸地设于进样接口（4）上，所述罩体（16）上可拆卸地设有遥杆（17）；所述曲柄连杆机构（18）的一端与遥杆（17）铰接，所述曲柄连杆机构（18）的另一端与驱动电机（19）的输出轴传动连接。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述罩体（16）上设有螺纹孔（21），所述遥杆（17）上设有与螺纹孔（21）配合的外螺纹，所述遥杆（17）的下端伸入螺纹孔（21）内并与罩体（16）螺纹连接。
7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述曲柄连杆机构（18）包括曲柄（1802）和连杆（1801），所述曲柄（1802）的一端与驱动电机（19）的输出轴固定连接，曲柄（1802）的另一端与连杆（1801）一端铰接，连杆（1801）的另一端固定有圆环（1803），所述圆环（1803）可拆卸地套设于遥杆（17）上，所述圆环与遥杆间隙配合。
8.根据权利要求1-3任一项所述的检测方法，其特征在于，正反流量计（7）所在位置不高于进样接口（4）所在位置。
9.根据权利要求1-3任一项所述的检测方法，其特征在于，所述氧气浓度检测装置还包括固定于液槽（9）内的第二硬质管（14），所述第二硬质管（14）的上端与软管（8）连通，所述第二硬质管（14）的下端延伸至液槽（9）的内底部。
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