CN115753887A - 微量氧检测装置、微量氧分析仪及微量氧检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微量氧检测装置、微量氧分析仪及微量氧检测方法，其中，检测本体形成有具有开口的检测腔。第一温度检测元件设置于检测腔内。催化剂设置于第一温度检测元件上，催化剂用于催化检测腔内的氢气与氧气反应以进行放热。第二温度检测元件设置于检测腔内。缓冲件设有缓冲空间，缓冲空间用于连通外界与开口，使得缓冲空间能够缓冲进入检测腔内的待测气体。控制器与第一温度检测元件及第二温度检测元件均电性连接。本申请中的缓冲空间能够对进入缓冲空间内含有氢气与氧气的待测气体进行缓冲，以减小或消除外界环境中温度波动及流速波动对检测腔内温度的影响，从而提高了微量氧检测装置及微量氧分析仪检测的稳定性及准确性。
Description
技术领域
本发明涉及检测领域，特别是涉及一种微量氧检测装置、微量氧分析仪及微量氧检测方法。
背景技术
微量氧分析仪广泛用于电子、新材料、机械制造、有色冶金、工业气体等氮气、惰性气体中微量氧(氧浓度在0.1ppm～1000ppm)分析。微量氧分析仪大多采用电化学原理，根据其电化学反应产生信号方式不同，可再分为原电池式(燃料电池、赫兹电池)、固体电解质浓差电池式(氧化锆电池和变频极限电流池)、恒电位电解式、极化电压式(库仑电量、极谱检测式)等。但是，传统的微量氧分析仪在检测的过程中，检测腔内的温度容易受外界环境中温度波动的影响，使得检测值容易波动，降低了微量氧分析仪检测的稳定性及准确性。
发明内容
基于此，有必要针对传统的微量氧分析仪中检测腔内容易受外界环境中温度波动的影响，降低了微量氧分析仪检测的稳定性及准确性的问题，提供一种微量氧检测装置、微量氧分析仪及微量氧检测方法。
其技术方案如下：
第一方面，提供了一种微量氧检测装置，包括：
检测本体，所述检测本体形成有具有开口的检测腔；
催化剂，所述催化剂用于催化所述检测腔内的氢气与氧气反应以进行放热；
第一温度检测元件，所述第一温度检测元件设置于所述检测腔内，所述催化剂设置于所述第一温度检测元件上，所述第一温度检测元件用于检测所述氢气与氧气反应时的温度；
第二温度检测元件，所述第二温度检测元件设置于所述检测腔内，所述第二温度检测元件用于检测所述检测腔内的温度；
缓冲件，所述缓冲件设有缓冲空间，所述缓冲空间用于连通外界与所述开口，使得所述缓冲空间能够缓冲进入所述检测腔内的待测气体；及
控制器，所述控制器与所述第一温度检测元件及所述第二温度检测元件均电性连接。
下面进一步对技术方案进行说明：
在其中一个实施例中，所述微量氧检测装置还包括参比体，所述参比体对应设置于所述第二温度检测元件上。
在其中一个实施例中，所述缓冲件包括间隔设置的第一透气层与第二透气层、及设有缓冲通孔的保温层，所述保温层设置于所述第一透气层与所述第二透气层之间，使得所述第一透气层、所述保温层及所述第二透气层能够配合形成所述缓冲空间。
在其中一个实施例中，所述微量氧检测装置还包括设有通气通孔的防护件，所述防护件对应设置于所述缓冲件远离所述检测腔的一侧，使得所述通气通孔能够将外界与所述缓冲空间连通。
在其中一个实施例中，所述检测本体还设有缓冲通道，所述缓冲通道沿所述缓冲通道的轴线方向的长度小于所述检测腔沿所述检测腔的轴线方向的长度，所述缓冲通道用于连通所述缓冲空间与所述开口。
在其中一个实施例中，所述检测本体包括与所述控制器电性连接的加热件、及形成有所述检测腔的导热件，所述加热件设置于所述导热件的外壁，使得所述导热件能够调节所述检测腔内的温度。
在其中一个实施例中，所述检测本体还包括底座，所述导热件形成有检测槽，所述底座设置于所述导热件设有所述检测槽的一侧，使得所述导热件与所述底座能够密封配合形成所述检测腔。
在其中一个实施例中，所述检测本体还包括保温件，所述保温件设置于所述加热件的外壁。
第二方面，提供了一种微量氧分析仪，包括所述的微量氧检测装置。
第三方面，提供了一种微量氧检测方法，包括：
当第一温度检测元件与第二温度检测元件在氧气浓度为零的环境中均达到热平衡时，记录所述第一温度检测元件与所述第二温度检测元件的初始温度差后，再将微量氧检测装置放置在含有氧气和氢气的待检测的外界环境中，使得所述外界环境中的氧气和氢气能够通过缓冲空间及开口并进入检测腔内；
催化剂催化所述检测腔内的氢气及氧气反应以进行放热，使得所述第一温度检测元件与所述第二温度检测元件的热平衡均改变且温度均升高；
当所述第一温度检测元件与所述第二温度检测元件均重新达到热平衡时，记录所述第一温度检测元件与所述第二温度检测元件的平衡温度差，并根据所述平衡温度差与所述初始温度差的变化量计算所述外界环境中氧气的浓度。
上述实施例中的微量氧检测装置、微量氧分析仪及微量氧检测方法，使用时，首先，当第一温度检测元件与第二温度检测元件在氧气浓度为零的环境中均达到热平衡时，控制器记录第一温度检测元件与第二温度检测元件之间的初始温度差后，再将微量氧检测装置放置在含有氢气和氧气的待检测的外界环境中，使得外界环境中含有氢气和氧气的待测气体能够通过缓冲空间缓冲后再从开口进入检测腔内。接着，催化剂能够催化检测腔内的氢气与氧气反应并放热，使得设有催化剂的第一温度检测元件的热平衡改变且温度升高，同时，氢气与氧气反应放出的热量能够向检测腔内扩散，以使第二温度检测元件的热平衡改变且温度也升高，其中，第一温度检测元件的温度的升高量大于第二温度检测元件的温度的升高量。然后，当第一温度检测元件与第二温度检测元件均重新达到热平衡时，控制器记录第一温度检测元件与第二温度检测元件的平衡温度差，并根据平衡温度差和初始温度差之间的变化量与外界环境中氧气浓度的比例关系，分析得到待检测的外界环境中的氧气浓度。另外，当待检测的外界环境中待测气体的温度发生波动时，首先，外界环境中的待测气体进入缓冲空间内进行第一缓冲，使得进入缓冲空间内的待测气体能够与缓冲空间内已有的待测气体混合并进行换热，以减小缓冲空间内的温度波动。接着，缓冲空间内混合后的待测气体再通过开口进入检测腔内进行第二次缓冲，使得进入检测腔内的待测气体能够与检测腔内已有的待测气体混合并进行换热，以减小检测腔内的温度波动，进而使得外界环境中待测气体的温度波动对检测腔内温度的影响减小，甚至可消除外界环境中温度短期波动对检测腔内温度的影响，从而减小检测腔内检测到的氧气浓度的波动幅度，提高了微量氧检测装置及微量氧分析仪检测的稳定性及准确性。同时，当待检测的外界环境中待测气体的流速发生波动时，缓冲件能够对缓冲件外侧的待测气体进行缓冲，使得进入缓冲空间内的待测气体的流速波动幅度减小，且缓冲空间内的待测气体需再次经过缓冲件缓冲后通过开口并进入检测腔内，进而减小外界环境中待测气体的流速波动对进入检测腔内的流速的影响，从而使得待测气体进入检测腔内的流速波动减小，进一步提高了微量氧检测装置及微量氧分析仪检测的稳定性及准确性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为一个实施例的微量氧检测装置的结构示意图；
图2为图1的微量氧检测装置的局部剖视图；
图3为不同氧气浓度下第一温度检测元件与第二温度检测元件之间对应的温度差图；
图4为传统的微量氧分析仪氧气浓度检测与本申请中的微量氧检测装置氧气浓度检测的对比图；
图5为当环境温度波动时单层透气层与双层透气层情况下氧气浓度检测的对比图；
图6为当环境温度波动时有参比体与无参比体情况下氧气浓度检测的对比图；
图7为一个实施例的微量氧检测方法的流程图。
附图标记说明：
10、微量氧检测装置；100、检测本体；110、检测腔；120、缓冲通道；130、导热件；140、加热件；150、保温件；200、第一温度检测元件；300、催化剂；400、第二温度检测元件；500、参比体；600、控制器；700、缓冲件；710、缓冲空间；720、第一透气层；730、第二透气层；740、保温层；800、防护件；810、通气通孔；900、第三温度检测元件；1000、热保护器；1100、第四温度检测元件；1200、底座。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1及图2所示，在一个实施例中，提供了一种微量氧检测装置10，包括检测本体100、第一温度检测元件200、催化剂300、第二温度检测元件400、缓冲件700及控制器600。其中，检测本体100形成有具有开口的检测腔110。催化剂300用于催化检测腔110内的氢气与氧气反应以进行放热。第一温度检测元件200设置于检测腔110内，催化剂300设置于第一温度检测元件200上，第一温度检测元件200用于检测氢气与氧气反应时的温度。第二温度检测元件400设置于检测腔110内，第二温度检测元件400用于检测检测腔110内的温度。缓冲件700设有缓冲空间710，缓冲空间710用于连通外界与开口，使得缓冲空间710能够缓冲进入检测腔110内的待测气体。控制器600与第一温度检测元件200及第二温度检测元件400均电性连接。
上述实施例中的微量氧检测装置10，使用时，首先，当第一温度检测元件200与第二温度检测元件400在氧气浓度为零的环境中均达到热平衡时，控制器600记录第一温度检测元件200与第二温度检测元件400之间的初始温度差后，再将微量氧检测装置10放置在含有氢气与氧气的待检测的外界环境中，使得外界环境中含有氢气与氧气的待测气体能够通过缓冲空间710缓冲后再从开口进入检测腔110内。接着，催化剂300能够催化检测腔110内的氢气与氧气反应并放热，使得设有催化剂300的第一温度检测元件200的热平衡改变且温度升高，同时，氢气与氧气反应放出的热量能够向检测腔110内扩散，以使第二温度检测元件400的热平衡改变且温度也升高，其中，第一温度检测元件200的温度的升高量大于第二温度检测元件400的温度的升高量。然后，当第一温度检测元件200与第二温度检测元件400均重新达到热平衡时，控制器600记录第一温度检测元件200与第二温度检测元件400的平衡温度差，并根据平衡温度差和初始温度差之间的变化量与外界环境中氧气浓度的对应关系(如图3所示)，分析得到待检测的外界环境中的氧气浓度。另外，当待检测的外界环境中待测气体的温度发生波动时，首先，外界环境中的待测气体进入缓冲空间710内进行第一缓冲，使得进入缓冲空间710内的待测气体能够与缓冲空间710内已有的待测气体混合并进行换热，以减小缓冲空间710内的温度波动。接着，缓冲空间710内混合后的待测气体再通过开口进入检测腔110内进行第二次缓冲，使得进入检测腔110内的待测气体能够与检测腔110内已有的待测气体混合并进行换热，以减小检测腔110内的温度波动，进而使得外界环境中待测气体的温度波动对检测腔110内温度的影响减小，甚至可消除外界环境中待测气体的温度短期波动对检测腔110内温度的影响，从而减小检测腔110内检测到的氧气浓度的波动幅度(如图4所示)，提高了微量氧检测装置10检测的稳定性及准确性。同时，当待检测的外界环境中待测气体的流速发生波动时，缓冲件700能够对缓冲件700外侧的待测气体进行缓冲，使得进入缓冲空间710内的待测气体的流速波动幅度减小，且缓冲空间710内的待测气体需再次经过缓冲件700缓冲后通过开口并进入检测腔110内，进而使得待测气体进入检测腔110内的流速波动进一步减小，从而减小外界环境中待测气体的流速波动对进入检测腔110内待测气体的流速的影响，进一步提高了微量氧检测装置10检测的稳定性及准确性。
其中，待测气体中至少包含氢气和氧气，以保证催化剂能够催化检测腔110内的氢气与氧气反应以进行放热。另外，本申请中的微量氧检测装置10还能够用于检测外界环境中氢气的浓度。具体地，若待测气体中氢气浓度大于氧气浓度时则可检测外界环境中氧气的浓度，若待测气体中氧气浓度大于氢气浓度则可检测外界环境中氢气的浓度。优选地，若待测气体中氢气浓度远大于氧气浓度时则可检测外界环境中氧气的浓度，若待测气体中氧气浓度远大于氢气浓度则可检测外界环境中氢气的浓度，使得待测气体中氢气与氧气的反应速率加快。本申请以微量氧检测装置10用于检测外界环境中氧气的浓度为例进行详细说明。微量氧检测装置10用于检测外界环境中氢气的浓度的原理与微量氧检测装置10用于检测外界环境中氧气的浓度的原理相同或类似，此处不再赘述。
其中，第一温度检测元件200及第二温度检测元件400均可以为热敏电阻、温度传感器或其他能够检测温度的元器件。具体到本实施例中，第一温度检测元件200为热敏电阻一，第二温度检测元件400均为热敏电阻二。
其中，控制器600可以为单片机、可编程逻辑控制器或其他控制元件。控制器600与第一温度检测元件200及第二温度检测元件400均电性连接，可以通过数据线、电线或其他电线连接元件。另外，通过控制器600接收第一温度检测元件200及第二检测元件400的检测结果并进行定量分析，使得微量氧检测装置10可检测环境中存在的微量氧的浓度。
如图2所示，进一步地，微量氧检测装置10还包括参比体500，参比体500对应设置于第二温度检测元件400上。如此，参比体500对应设置于第二温度检测元件400上，第一方面，第一温度检测元件200的温度与第二温度检测元件400的温度能够随着检测腔110内的温度变化而同步变化，提高了微量氧检测装置检测的准确性。第二方面，参比体500能够与催化剂300进行对照，使得第一温度检测元件200与第二温度检测元件400之间的变量减少，进而使得第一温度检测元件200与第二温度检测元件400受到的外界环境温度变化是同步的，提高了待检测的外界环境中的氧气浓度检测的准确性。第三方面，相对于未设有参比体500的第二温度检测元件400而言，在氧气浓度变化值相同的情况时，设有参比体500的第二温度检测元件400的温度变化较小，使得第一温度检测元件200与第二温度检测元件400之间的温度差值变化增大，提高了微量氧检测装置10的分辨率及检测性能。第四方面，相对于未设有参比体500的第二温度检测元件400而言，当检测腔110内的温度发生相同波动时，设有参比体500的第二温度检测元件400的温度波动幅度较小，提高了微量氧检测装置10的稳定性及可靠性。第五方面，在氧气含量不变的情况下，当检测腔110内的温度升高或降低时，设有参比体500的第二温度检测元件400的温度升降速率与第一温度检测元件200的温度升降速率接近甚至相同，提高了微量氧检测装置10检测的准确性。
可选地，催化剂300包括第一载体及涂覆在第一载体上的钯，参比体500包括第二载体，第一载体与第二载体的材料、形状、大小均相同。如此，减小催化剂300与参比体500之间的变量，使得第一温度检测元件200与第二温度检测元件400受到的温度变化是同步的，提高了微量氧检测装置10检测的准确性。在其他实施例中，第二载体上还涂覆有失活的钯，第一载体上的钯相对于第一载体的位置关系与第二载体上失活的钯相对于第二载体的位置关系相同，且第一载体上的钯的涂覆量与第二载体上失活的钯的涂覆量相等。如此，进一步减小催化剂300与参比体500之间的变量，使得第一温度检测元件200与第二温度检测元件400受到的温度变化是同步的，提高了微量氧检测装置10检测的准确性。
其中，第一载体及第二载体均可以为氧化铝或沸石等。第一载体及第二载体的形状均为筛状套筒型，第一载体与热敏电阻一之间、第二载体与热敏电阻二之间均通过导热硅胶固定连接。如此，催化剂300与氢气及氧气之间的接触面积增加，使得氢气与氧气在催化剂300的催化下反应放出的热量增多，进而使得热敏电阻一与热敏电阻二之间的温度差增加，提高了微量氧检测的准确性。
具体到本实施例中，(a)当外界环境中的氧气浓度为0ppm，且热敏电阻一和热敏电阻二在检测腔110内达到热平衡时，此时热敏电阻一温度为T11，热敏电阻二温度为T21，两者温度差值ΔTa＝T11-T21。(b)当氧气浓度为Mppm时，氧气和氢气在催化剂300的催化下反应产热，因催化剂300与热敏电阻一直接接触，热敏电阻一度升高ΔT1，同时催化剂300上的热量也会向空间辐射，使热敏电阻二温度升高，但热敏电阻二温度升小于ΔT1。若热敏电阻二裸露无参比体500，热敏电阻二温度升高ΔT2 1，若热敏电阻二有参比体500，热敏电阻二温度升高ΔT2 2。接受相同热量的情况下，多了参比体500，温升会减少，即ΔT2 2<ΔT2 1。(c)当氧气浓度为Mppm，无参比体500时，热敏电阻一和热敏电阻二的温度差值ΔTb 1＝(T1 1+ΔT1)-(T2 1+ΔT2 1)。(d)当氧气浓度为Mppm，有参比体500时，热敏电阻一和热敏电阻二的温度差值ΔTb 2＝(T1 1+ΔT1)-(T2 1+ΔT2 2)。(e)故ΔTb 1<ΔTb 2，则ΔTb 2-ΔTa>ΔTb 1-ΔTa，即氧气浓度升高相同的Mppm情况，多了参比体500后，热敏电阻一和热敏电阻二温度差值变化更大，即微量氧检测装置10的分辨率更高，性能更优。
具体到本实施例中，(a)当外部环境温度短期波动幅度为ΔTe1，经过通气孔缓冲后检测空间环境温度波动幅度为ΔTe2，ΔTe1>ΔTe2。检测空间环境温度波动会影响热敏电阻一和热敏电阻二。(b)热敏电阻一带有催化剂300，ΔTe2对应热敏电阻一的温度波动幅度为ΔT1e2。(c)若热敏电阻二裸露无参比体500，ΔTe2对应热敏电阻二的温度波动幅度为ΔT2e2 1；若热敏电阻二有参比体500，ΔTe2对应热敏电阻二的温度波动幅度为ΔT2e2 2。短期内相同的环境温度波动，多了参比体500，热敏电阻温度波动幅度会减小，即ΔT2e2 2<ΔT2e2 1。(d)故微量氧检测装置10受环境温度影响更小，微量氧检测装置10的输出信号稳定性更平稳。
具体到本实施例中，(a)在外部环境温度升高或降低过程中，检测腔110内的热平衡也会发生变化。(b)变化过程中，同一环境温度升降速率vTe下，热敏电阻一的温度升降速率为vT1，热敏电阻二的温度升降速率为vT2。(c)热敏电阻一有催化剂300，若热敏电阻二无参比体500，则vT1<vT2，即两者不同步；若热敏电阻二有参比体500，则vT1≈vT2，甚至则vT1＝vT2，即两者同步。(d)这一影响在微量氧检测装置10检测性能上的体现为：气体浓度不变的情况下，在升温的过程中，有参比体500的微量氧检测装置10检测值变化更小(如图6所示)。
如图2所示，可选地，第一温度检测元件200与第二温度检测元件400沿检测腔110的中心轴线轴对称设置，第一温度检测元件200及第二温度检测元件400均与检测腔110的内壁间隔设置。如此，第一温度检测元件200及第二温度检测元件400在检测腔110内的位置保持相同，减少第一温度检测元件200与第二温度检测元件400之间的变量，保证第一温度检测元件200与第二温度检测元件400之间的温度差是由催化剂300催化氧气与氢气反应而引起的，提高了微量氧检测装置10检测的准确性。
如图2所示，在一个实施例中，检测本体100包括与控制器600电性连接的加热件140、及形成有检测腔110的导热件130，加热件140设置于导热件130的外壁，通过导热件130能够调节检测腔110内的温度。如此，控制器600能够控制加热件140发热并将热量传递至导热件130上，使得导热件130能够与检测腔110内的氢气及氧气进行换热，进而能够控制检测腔110内的温度并使得检测腔110内的温度保持稳定，从而提高了微量氧检测装置10的稳定性及适用性。
其中，加热件140可以为加热片、加热丝、加热器或其他加热元件。导热件130可以为导热铝壳、导热铜壳或其他导热金属壳体。导热件130优选为圆管形。具体到本实施例中，导热件130为一体式金属壳体。如此，导热件130导热更快更均匀。
如图2所示，进一步地，微量氧检测装置10还包括与控制器600电性连接第三温度检测元件900，第三温度检测元件900设置于加热件140与导热件130之间，第三温度检测元件900用于检测导热件130的温度。如此，第三温度检测元件900能够实时检测导热件130的温度并将检测结果反馈至控制器600，使得控制器600能够根据第三温度检测元件900的检测结果精准控制检测腔110的温度，提高了微量氧检测装置10检测的稳定性。
其中，第三温度检测元件900可以为热敏电阻、温度传感器或其他温度检测的元器件。
如图2所示，可选地，导热件130的外壁设有容纳槽，第三温度检测元件900设置于容纳槽内。如此，第三温度检测元件900能够隐藏在导热件130内，避免第三温度检测元件900与加热件140发生干涉，保证加热件140能够与导热件130贴合并进行均匀传热，提高了检测腔110内温度的均匀性。
如图2所示，可选地，微量氧检测装置10还包括导热层，导热层填充于容纳槽的内壁与第三温度检测元件900之间的间隙。如此，加热件140及导热件130能够通过导热层稳定、可靠地将热量传递至第三温度检测元件900上，使得第三温度检测元件900的检测温度与导热件130的温度相同，进而保证检测腔110内温度的准确性。
其中，导热层为导热硅胶、导热膏或其他导热结构。
如图2所示，在一个实施例中，微量氧检测装置10还包括与加热件140串联的热保护器1000，热保护器1000设置于加热件140与导热件130之间，热保护器1000与控制器600电性连接。如此，热保护器1000可提供过温保护，避免加热件140的控制电路异常导致持续加热带来的潜在危险，提高了微量氧检测装置10的安全性。
进一步地，热保护器1000设置于容纳槽内。如此，热保护器1000能够隐藏在导热件130内，避免热保护器1000与加热件140发生干涉，保证加热件140能够与导热件130贴合并进行均匀传热，提高了检测腔110内温度的均匀性。
其中，热保护器1000与第三温度检测元件900可以设置在同一个容纳槽内，也可以在导热件130的外壁设置两个容纳槽，热保护器1000与第三温度检测元件900分别设置在两个容纳槽内。
可选地，微量氧检测装置10还包括导热层，导热层填充于容纳槽的内壁与热保护器1000之间的间隙。如此，加热件140及导热件130能够通过导热层稳定、可靠的将热量传递至热保护器1000上，使得热保护器1000的温度与加热件140的温度相同，进而使得当加热件140的温度过高时热保护器1000能够及时断开，提高微量氧检测装置10的安全性。
如图2所示，在一个实施例中，检测本体100还包括保温件150，保温件150设置于加热件140的外壁。如此，保温件150能够减少加热件140与外部环境进行换热，使得加热件140能够稳定、可靠地将热量传递至导热件130并与检测腔110内的氢气及氧气进行换热，提高了检测腔110内温度的稳定性。
其中，保温件150可以为保温板、保温泡沫或其他保温结构。
如图1及图2所示，进一步地，微量氧检测装置10还包括与控制器600电性连接第四温度检测元件1100，第四温度检测元件1100间隔设置于加热件140远离导热件130的一侧，第四温度检测元件1100用于检测外界环境的温度。如此，控制器600能够根据第四温度检测元件1100的检测结果对检测腔110内的温度进补偿调节，降低外界环境的温度对检测腔110内的温度的影响，提高了微量氧检测装置10检测的稳定性及准确性。
其中，第四温度检测元件1100可以为热敏电阻、温度传感器或其他温度检测的元气件。具体到本实施例中，第四温度检测元件1100与保温件150间隔设置。如此，避免加热件140影响第四温度检测元件1100的检测结果，提高了第四温度检测元件1100检测外界环境温度的可靠性及准确性。
如图1及图2所示，可选地，检测本体100还包括底座1200，导热件130形成有检测槽，底座1200设置于导热件130设有检测槽的一侧，使得导热件130与底座1200能够密封配合形成检测腔110。如此，第一温度检测元件200及第二温度检测元件400可以先对应安装在底座1200上后，再将导热件130与底座1200密封配合形成检测腔110，提高微量氧检测装置10装配的便利性。
其中，导热件130与底座1200能够密封配合形成检测腔110，可以通过螺接、铰接、卡接或其他密封连接的方式。
具体到本实施例中，控制器600设置为单片机，底座1200及第四温度检测元件1100间隔设置于单片机上并与单片机均电性连接。如此，提高了第一温度检测元件200、第二温度检测元件400、第三温度检测元件900及热保护器1000等器件与单片机电性连接的便利性。
如图2所示，在一个实施例中，缓冲件700包括间隔设置的第一透气层720与第二透气层730、及设有缓冲通孔的保温层740，保温层740设置于第一透气层720与第二透气层730之间，使得第一透气层720、保温层740及第二透气层730能够配合形成缓冲空间710。如此，当外界环境中的温度发生波动时，外界环境中的氢气与氧气能够通过第二透气层730并进入缓冲空间710内进行缓冲，使得进入缓冲空间710内的氧气与氢气能够与缓冲空间710内已有的氢气及氧气进行换热，进而使得缓冲空间710内的温度波动的幅度减小，从而使得通过第一透气层720、第二透气层730及开口缓冲作用下检测到的氧气浓度波动幅度小于仅通过第一透气层720及开口缓冲作用下检测到的氧气浓度波动幅度(如图5所示)，减小或消除外界环境中温度波动对微量氧检测装置10检测的影响。另外，当待检测的外界环境中待测气体的流速发生波动时，第一透气层720能够对缓冲件700远离缓冲空间710的一侧的待测气体进行缓冲，使得进入缓冲空间710内的待测气体的流速波动幅度减小，且缓冲空间710内的待测气体需再次经过第二透气层730缓冲后再通过开口并进入检测腔110内，进而使得待测气体进入检测腔110内的流速波动进一步减小，从而减小外界环境中待测气体的流速波动对进入检测腔110内待测气体的流速的影响，进一步提高了微量氧检测装置10检测的稳定性及准确性。
其中，第一透气层720及第二透气层730均可以为透气膜、透气布或其他透气结构。保温层740可以为保温板、保温棉、保温泡沫或其他保温结构。在其他实施例中，缓冲件700也可以包括第三透气层及设有缓冲通孔的保温板，第三透气层设置于保温板远离导热件130的一侧。
如图2所示，可选地，微量氧检测装置10还包括设有通气通孔810的防护件800，防护件800对应设置于缓冲件700远离检测腔110的一侧，使得通气通孔810能够将外界与缓冲空间710连通。如此，防护件800能够对缓冲件700起到防护作用，避免缓冲件700与外部物体发生碰撞等而导致缓冲件700损坏，提高了微量氧检测装置10的使用寿命及可靠性。
其中，防护件800可以为防护盖、防护板或其他防护结构。具体到本实施例中，防护件800为防护盖，防护盖设置于第二透气层730远离保温层740的一侧。
如图2所示，在一个实施例中，检测本体100还设有缓冲通道120。可选地，缓冲通道120沿缓冲通道120的轴线方向的长度小于检测腔110沿检测腔110的轴线方向的长度，缓冲通道120用于连通缓冲空间710与开口。如此，当外界环境中的温度发生波动时，外界环境中的氢气及氧气经过缓冲件700进行缓冲后流至缓冲通道120内，使得缓冲通道120能够对缓冲后的氢气及氧气进行再次缓冲，进一步减少缓冲通道120内温度的波动，从而减小或消除外界环境中的温度波动对检测腔110内温度波动的影响。具体地，当外界环境中待测气体的温度发生波动时，首先，外界环境中的待测气体通过第二透气层730并进入缓冲空间710内进行第一缓冲，使得进入缓冲空间710内的待测气体能够与缓冲空间710内已有的待测气体混合并进行换热，以减小缓冲空间710内的温度波动。接着，缓冲空间710内混合后的待测气体再通过第一透气层720进入缓冲通道120内进行第二次缓冲，使得进入缓冲通道120内的待测气体能够与缓冲通道120内已有的待测气体混合并进行换热，以减小缓冲通道120内的温度波动。然后，缓冲通道120内混合后的待测气体再通过开口进入检测腔110内进行第三次缓冲，使得进入检测腔110内的待测气体能够与检测腔110内已有的待测气体混合并进行换热，以减小检测腔110内的温度波动，进而使得外界环境中温度波动对检测腔110内温度的影响减小，甚至可消除外界环境中温度短期波动对检测腔110内温度的影响，从而提高了微量氧检测装置10检测的稳定性及准确性。
其中，缓冲通道120的直径及沿缓冲通道120的轴线方向的长度均可以根据实际使用的需要进行灵活调整。例如，缓冲通道120沿缓冲通道120的轴线方向的长度的取值范围可以为2mm至5mm；缓冲通道120的直径的取值范围可以为2mm至10mm。检测腔110的直径、沿检测腔110的轴线方向的长度、及检测腔110的内侧壁与导热件130的外侧壁之间的厚度均可以根据实际使用的需要进行灵活调整。例如，检测腔110的直径的取值范围可以为8mm至20mm。具体到，检测腔110的直径可以为12mm。检测腔110的内侧壁与导热件130的外侧壁之间的厚度的取值范围可以为3mm至10mm；导热件130沿导热件130的中心轴线方向的长度的取值范围可以为20mm至40mm。
可选地，缓冲通道120的延伸轨迹呈弯曲状。如此，进入缓冲通道120内的氢气及，氧气能够与缓冲通道120的内壁碰撞，使得进入缓冲通道120内氢气及氧气在缓冲通道120内流动时间增加，且进入缓冲通道120内的氢气及氧气能够充分的与导热件130及缓冲通道120内已有的氢气及氧气进行换热，进而使得缓冲通道120内的温度波动减小，从而能够减小或消除外界环境的温度波动对检测腔110内温度波动的影响。
其中，缓冲通道120的延伸轨迹可以呈弧形、S形或其他形状。
在一个实施例中，提供了一种微量氧分析仪，包括上述任一实施例中的微量氧检测装置10。
上述实施例中的微量氧分析仪，使用时，首先，当第一温度检测元件200与第二温度检测元件400在氧气浓度为零的环境中均达到热平衡时，控制器600记录第一温度检测元件200与第二温度检测元件400之间的初始温度差后，再将微量氧分析仪放置在含有氢气和氧气的待检测的外界环境中，使得外界环境中的待测气体能够通过缓冲空间710缓冲后再从开口进入检测腔110内。接着，催化剂300能够催化检测腔110内的氢气与氧气反应并放热，使得设有催化剂300的第一温度检测元件200的热平衡改变且温度升高，同时，氢气与氧气反应放出的热量能够向检测腔110内扩散，以使第二温度检测元件400的热平衡改变且温度也升高，其中，第一温度检测元件200的温度的升高量大于第二温度检测元件400的温度的升高量。然后，当第一温度检测元件200与第二温度检测元件400均重新达到热平衡时，控制器600记录第一温度检测元件200与第二温度检测元件400的平衡温度差，并根据平衡温度差和初始温度差之间的变化量与外界环境中氧气浓度的对应关系(如图3所示)，分析得到待检测的外界环境中的氧气浓度。另外，当外界环境中待测气体的温度发生波动时，首先，外界环境中的待测气体进入缓冲空间710内进行第一缓冲，使得进入缓冲空间710内的待测气体能够与缓冲空间710内已有的待测气体混合并进行换热，以减小缓冲空间710内的温度波动。接着，缓冲空间710内混合后的待测气体再通过开口进入检测腔110内进行第二次缓冲，使得进入检测腔110内的待测气体能够与检测腔110内已有的待测气体混合并进行换热，以减小检测腔110内的温度波动，进而使得外界环境中待测气体的温度波动对检测腔110内温度的影响减小，甚至可消除外界环境中待测气体温度短期波动对检测腔110内温度的影响，从而减小检测腔110内检测到的氧气浓度的波动幅度(如图4所示)，提高了微量氧分析仪检测的稳定性及准确性。同时，当待检测的外界环境中待测气体的流速发生波动时，缓冲件700能够对缓冲件700外侧的待测气体进行缓冲，使得进入缓冲空间710内的待测气体的流速波动幅度减小，且缓冲空间710内的待测气体需再次经过缓冲件700缓冲后通过开口并进入检测腔110内，进而使得待测气体进入检测腔110内的流速波动进一步减小，从而减小外界环境中待测气体的流速波动对进入检测腔110内待测气体的流速的影响，进一步提高了微量氧分析仪检测的稳定性及准确性。
如图7所示，在一个实施例中，提供了一种微量氧检测方法，包括：
S100、当第一温度检测元件200与第二温度检测元件400在氧气浓度为零的环境中均达到热平衡时，记录第一温度检测元件200与第二温度检测元件400的初始温度差后，再将微量氧检测装置10放置在含有氢气和氧气的待检测的外界环境中，使得外界环境中的氢气与氧气能够通过缓冲空间710及开口并进入检测腔110内。如此，对第一温度检测元件200与第二温度检测元件400之间的初始温度差进行采样，为后续计算第一温度检测元件200与第二温度检测元件400之间温度差的变化量做准备。
S200、催化剂300催化检测腔110内的氢气及氧气反应以进行放热，使得第一温度检测元件200与第二温度检测元件400的热平衡均改变且温度均升高。如此，外界环境中的氧气及氢气能够进入检测腔110内并在催化剂300的催化下反应放热，使得外界环境中的氧气浓度能够以第一温度检测元件200与第二温度检测元件400之间的温度差的变化量表征。
S300、当第一温度检测元件200与第二温度检测元件400均重新达到热平衡时，记录第一温度检测元件200与第二温度检测元件400的平衡温度差，并根据平衡温度差与初始温度差的变化量计算外界环境中氧气的浓度。如此，能够定量地得到外界环境中氧气浓度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。本发明中使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
还应当理解的是，在解释元件的连接关系或位置关系时，尽管没有明确描述，但连接关系和位置关系解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种微量氧检测装置，其特征在于，包括：
检测本体，所述检测本体形成有具有开口的检测腔；
催化剂，所述催化剂用于催化所述检测腔内的氢气与氧气反应以进行放热；
第一温度检测元件，所述第一温度检测元件设置于所述检测腔内，所述催化剂设置于所述第一温度检测元件上，所述第一温度检测元件用于检测所述氢气与氧气反应时的温度；
第二温度检测元件，所述第二温度检测元件设置于所述检测腔内，所述第二温度检测元件用于检测所述检测腔内的温度；
缓冲件，所述缓冲件设有缓冲空间，所述缓冲空间用于连通外界与所述开口，使得所述缓冲空间能够缓冲进入所述检测腔内的待测气体；及
控制器，所述控制器与所述第一温度检测元件及所述第二温度检测元件均电性连接。
2.根据权利要求1所述的微量氧检测装置，其特征在于，所述微量氧检测装置还包括参比体，所述参比体对应设置于所述第二温度检测元件上。
3.根据权利要求1所述的微量氧检测装置，其特征在于，所述缓冲件包括间隔设置的第一透气层与第二透气层、及设有缓冲通孔的保温层，所述保温层设置于所述第一透气层与所述第二透气层之间，使得所述第一透气层、所述保温层及所述第二透气层能够配合形成所述缓冲空间。
4.根据权利要求1所述的微量氧检测装置，其特征在于，所述微量氧检测装置还包括设有通气通孔的防护件，所述防护件对应设置于所述缓冲件远离所述检测腔的一侧，使得所述通气通孔能够将外界与所述缓冲空间连通。
5.根据权利要求1所述的微量氧检测装置，其特征在于，所述检测本体还设有缓冲通道，所述缓冲通道沿所述缓冲通道的轴线方向的长度小于所述检测腔沿所述检测腔的轴线方向的长度，所述缓冲通道用于连通所述缓冲空间与所述开口。
6.根据权利要求1至5任一项所述的微量氧检测装置，其特征在于，所述检测本体包括与所述控制器电性连接的加热件、及形成有所述检测腔的导热件，所述加热件设置于所述导热件的外壁，使得所述导热件能够调节所述检测腔内的温度。
7.根据权利要求6所述的微量氧检测装置，其特征在于，所述检测本体还包括底座，所述导热件形成有检测槽，所述底座设置于所述导热件设有所述检测槽的一侧，使得所述导热件与所述底座能够密封配合形成所述检测腔。
8.根据权利要求6所述的微量氧检测装置，其特征在于，所述检测本体还包括保温件，所述保温件设置于所述加热件的外壁。
9.一种微量氧分析仪，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的微量氧检测装置。
10.一种微量氧检测方法，其特征在于，包括：
当第一温度检测元件与第二温度检测元件在氧气浓度为零的环境中均达到热平衡时，记录所述第一温度检测元件与所述第二温度检测元件的初始温度差后，再将微量氧检测装置放置在含有氧气和氢气的待检测的外界环境中，使得所述外界环境中含有氢气和氧气的待测气体能够通过缓冲空间及开口并进入检测腔内；
催化剂催化所述检测腔内的氢气及氧气反应以进行放热，使得所述第一温度检测元件与所述第二温度检测元件的热平衡均改变且温度均升高；
当所述第一温度检测元件与所述第二温度检测元件均重新达到热平衡时，记录所述第一温度检测元件与所述第二温度检测元件的平衡温度差，并根据所述平衡温度差与所述初始温度差的变化量计算所述外界环境中氧气的浓度。
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| CN202211461285.XA Active CN115753887B (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 微量氧检测装置、微量氧分析仪及微量氧检测方法 |
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2022
- 2022-11-17 CN CN202211461285.XA patent/CN115753887B/zh active Active
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