CN116297776B - 一种电解式溶解氧量快速检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电解式溶解氧量快速检测装置及方法；所述电解式溶解氧量快速检测装置包括反应室、电解装置、送水装置、用于对电解产生的氧气和氢气进行分开收集的氧气收集装置和氢气收集装置、用于对反应室进行气压检测的气压检测装置以及用于对氧气收集装置中的氧气进行加压的加压装置；所述电解装置包括电解阳极和电解阴极；所述氧气收集装置位于所述电解阳极处；所述氢气收集装置位于所述电解阴极处；所述加压装置用于使得反应室内的水体处于氧饱和状态；所述氧气收集装置中还设有温度检测装置和体积检测装置。本发明的电解式溶解氧量快速检测装置能够快速地直观反映水体溶解氧的含量高低，检测效率更高。

Description

一种电解式溶解氧量快速检测装置和方法

技术领域

本发明涉及水体氧含量检测领域，具体涉及一种电解式溶解氧量快速检测装置和方法。

背景技术

所有好氧生物的生存都离不开氧气，空气中约有21%的氧气，氧气溶入水中，被称为溶解氧。溶解氧是鱼塘中鱼类存活的重要指标，鱼类在溶解氧含量过低的状态下，可能会生长缓慢甚至死亡。在水产养殖行业对于溶解氧的含量变化监测有着一定要求。水中溶解氧的含量与氧的分压与水体的温度密切相关。其他参数一定时，气体的压强越大，水中溶解氧含量越高；水体温度越低，水中溶解氧含量越高。而目前测定溶解氧的较为成熟的方法有荧光法、极谱法、碘量法、生化测量方法；例如发明专利（专利号为ZL202222183678）公开了“一种溶解氧测定装置”，该溶解氧测定装置可以针对有机液体中溶解氧进行测定，所述溶解氧测定装置中使用了氧传感器用于测定气体的氧含量，需要体的脱氧速率的控制要求较高，检测步骤复杂，且不能直观反映水体溶解氧的含量高低。

发明内容

本发明在于克服现有技术的不足，提供一种电解式溶解氧量快速检测装置，所述电解式溶解氧量快速检测装置能够快速地直观反映水体溶解氧的含量高低，检测效率更高。

本发明的第二个目的在于提供一种应用上述的电解式溶解氧量快速检测装置的电解式溶解氧量快速检测方法。

本发明用于解决现有技术问题的技术方案是：

一种电解式溶解氧量快速检测装置，包括反应室、设置在反应室内的用于对反应室内的水体进行电解的电解装置、用于将待检测的水体输送到反应室的送水装置、用于对电解产生的氧气和氢气进行分开收集的氧气收集装置和氢气收集装置、用于对氧气收集装置内的氧气进行气压检测的气压检测装置以及用于对氧气收集装置中的氧气进行加压的加压装置，其中，所述电解装置包括设置在所述反应室内的电解阳极和电解阴极；所述氧气收集装置位于所述电解阳极处，用于收集电解阳极中产生的氧气；所述氢气收集装置位于所述电解阴极处，用于收集电解阴极中产生的氢气；所述加压装置用于对所述反应室进行加压以促使所述反应室内的水体进入氧饱和状态；所述氧气收集装置中还设有用于检测氧气温度的温度检测装置以及用于检测氧气收集装置内部空间体积的体积检测装置。

优选的，所述氢气收集装置包括设置在所述反应室上侧的氢气收集真空罐，其中，所述电解阴极外侧设置有氢气收集导管，所述氢气收集导管的上端与所述氢气收集真空罐的进口连通。

优选的，所述氧气收集装置包括设置在所述反应室上侧的氧气收集真空罐，其中，所述电解阳极外侧设置有氧气收集导管，所述氧气收集导管的上端与所述氧气收集真空罐的进口连通。

优选的，所述气压检测装置包括气压传感器，所述气压传感器设置在所述氧气收集真空罐的上端。

优选的，所述加压装置包括设置在所述氧气收集真空罐侧壁上的增压管、设置在增压管内的增压活塞以及用于驱动所述增压活塞在所述增压管内运动的增压驱动机构，其中，所述增压管的轴线方向与所述氧气收集真空罐的轴线方向垂直，且相互连通。

优选的，所述体积检测装置包括设置在靠近所述氧气收集真空罐处的观测管以及设置在所述观测管内的用于反映所述反应室中的气体体积的变化量的弹簧指示块，其中，所述观测管与所述氧气收集真空罐平行设置，所述增压管与所述观测管连通；所述反应室内的气体促使所述弹簧指示块中的弹簧处于压缩状态。

优选的，所述增压活塞与所述增压管的内壁螺纹连接，所述增压驱动机构用于推动所述增压活塞螺旋前进以实现对反应室内的气体进行增压。

优选的，所述送水装置包括潜水泵，所述潜水泵的出水口通过水管与所述反应室的进水口连通。

优选的，所述反应室内还设置有排水口，所述排水口处设置有排水阀。

一种电解式溶解氧量快速检测方法，包括以下步骤：

S1、安装好所述的电解式溶解氧量快速检测装置，然后通过送水装置将待检测的水体输送到反应室内；并通过外部真空抽吸装置对反应室进行抽真空，让所述反应室内处于真空状态；

S2、启动电解装置，电解时间为T，其中，产生的氢气进入到氢气收集真空罐中，产生的氧气进入到氧气收集真空罐中，同时计算电解时间T内产生的氧气含量；

S3、对氧气收集装置中的氧气进行加压并保持预设时间，在加压状态下反应室内的部分氧气溶解到水体中，最终使得水体处于氧饱和状态；此时通过气压检测装置检测到的氧气压力、通过温度检测装置检测到的氧气温度以及通过体积检测装置检测到的氧气体积，结合理想气体状态方程计算出此时的剩余氧气含量，并结合已计算出的电解获得的氧气含量，计算从氧气收集装置中溶解到水体中的氧气溶入量；

S4、查询水体在饱和状态下溶解氧量跟气压和温度的关系表格，查得当前状态下的待检测水体的饱和溶解氧量，并结合待检测水体的体积计算待检测水体的当前总溶解氧量，通过计算出的氧气溶入量与当前状态下的水体溶解氧的差值即可得出水体中原本溶解氧的数值。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的电解式溶解氧量快速检测方法通过电解装置对反应室内的水体进行电解，其中产生的氢气进入到氢气收集真空罐中，产生的氧气进入到氧气收集真空罐中，同时计算电解产生的氧气含量；然后对氧气收集装置中的氧气进行加压并保持预设时间，在加压状态下反应室内的部分氧气溶解到水体中，最终使得水体处于氧饱和状态；此时通过气压检测装置检测到的氧气压力、通过温度检测装置检测到的氧气温度以及通过体积检测装置检测到的氧气体积，结合理想气体状态方程计算出此时的剩余氧气含量，并结合已计算出的电解获得的氧气含量，计算从氧气收集装置中溶解到水体中的氧气溶入量；最后查询水体在饱和状态下溶解氧量跟气压和温度的关系表格，查得当前状态下待检测水体的饱和溶解氧量，并结合待检测水体的体积计算待检测水体的当前总溶解氧量，通过计算出的氧气溶入量与当前状态下的水体溶解氧的差值即可得出水体中原本溶解氧的数值。

2、本发明的电解式溶解氧量快速检测装置通过对氧气收集真空罐内产生的氧气进行加压并保持一段时间，待体积检测装置检测到反应室内气体的体积不再发生变化时，则表明反应室内的水体处于氧饱和状态，观测更加直观明了；随后通过理想气体状态方程，在氧饱和状态前后的温度、气压和体积均已知的情况下，结合电解生产的氧气含量，从而可以直接有效地反推出水体中的溶解氧的含量，逻辑严密，仪器效果直观。

附图说明

图1为本发明的电解式溶解氧量快速检测装置的示意图。

图2为弹簧指示块的结构图。

图3为增压活塞的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图3，本发明的电解式溶解氧量快速检测装置包括反应室3、设置在反应室3内的用于对反应室3内的水体进行电解的电解装置，用于将待检测的水体输送到反应室3的送水装置、用于对电解产生的氧气和氢气进行分开收集的氧气收集装置和氢气收集装置、用于对氧气收集装置中的氧气进行气压检测的气压检测装置以及用于对氧气收集装置中的氧气进行加压的加压装置，其中，

所述送水装置包括潜水泵1，所述潜水泵1的出水口通过水管2与所述反应室3的进水口连通，用于将待检测的水体输送到反应室3内；

所述电解装置包括电解电极和供电装置，其中，所述电解电极包括伸入到反应室3内的电解阳极10和电解阴极4；所述氧气收集装置位于所述电解阳极10处，用于收集电解阳极10中产生的氧气，该氧气收集装置包括设置在所述反应室3上侧的氧气收集真空罐6，其中，所述电解阳极10外侧设置有氧气收集导管，所述氧气收集导管的上端与所述氧气收集真空罐6的进口连通；所述氢气收集装置位于所述电解阴极4处，用于收集电解阴极4中产生的氢气，该氢气收集装置包括设置在所述反应室3上侧的氢气收集真空罐5，其中，所述电解阴极4外侧设置有氢气收集导管，所述氢气收集导管的上端与所述氢气收集真空罐5的进口连通；

所述气压检测装置包括气压传感器7，所述气压传感器7设置在所述氧气收集真空罐6的上端；

所述加压装置用于对所述反应室3进行加压，使得所述反应室3内的水体处于氧饱和状态；所述加压装置包括设置在所述氧气收集真空罐6侧壁上的增压管，其中，所述增压管的轴线方向与所述氧气收集真空罐6的轴线方向垂直，且相互连通；所述增压管内设置有增压活塞9，通过带动增压活塞9在所述增压管内运动，实现对反应室3进行增压；而在本实施例中，所述增压活塞9与所述增压管内壁通过螺纹连接，通过推动所述增压活塞9螺旋前进，实现对反应室3内进行增压。由于增压活塞9采用的并不是滑动增压而是采用螺纹进给增压，可以细微改变氧气收集真空罐6内的气压变化，氧气收集真空罐6内的气压缓慢增加有利于装置的观测，也不会导致氧气从下方的反应室3中溢出，具有一定的安全性。另外，滑动增压活塞9由于增压活塞9短时间进行较大的位移加压，与增压管的管壁的摩擦可能会带来氧气收集真空罐6内的温度的突变，还有可能导致氧气溢出至反应室3中，因此采用增压活塞9螺旋旋进方式加压可以对气体进行缓慢增压，温度变化影响较小。

参见图1-图3，所述氧气收集装置中还设有用于检测氧气温度的温度检测装置以及用于检测氧气收集装置内部空间体积的体积检测装置，其中，所述温度检测装置为温度传感器；所述体积检测装置包括位于增压管内且靠近所述氧气收集真空罐6处的观测管，其中，所述观测管与所述氧气收集真空罐6平行设置，所述增压管与所述观测管连通；所述观测管内设置有弹簧指示块8，用于反映所述反应室3中的气体体积的变化量；所述反应室3内的气体促使所述弹簧指示块中的弹簧处于压缩状态；在加压后，反应室3内的氧气会逐渐进入到水体中，使得反应室3内的气体压力减小，根基理想气体状态方程，反应室3内的气体体积也随着减小，因此弹簧指示块8会下降，当弹簧指示块8不再下降时，则表明所述反应室3内的水体则处于氧饱和状态。

参见图1-图3，所述反应室3内还设置有排水口，所述排水口处设置有排水阀11，用于将检测完成的水体排出。

参见图1-图3，本发明的电解式溶解氧量快速检测方法，包括以下步骤：

S1、安装好所述的电解式溶解氧量快速检测装置，然后通过送水装置将待检测的水体输送到反应室3内；并通过外部真空抽吸装置对反应室进行抽真空，让所述反应室3内处于真空状态；

S2、启动电解装置，电解时间为T；其中，产生的氢气进入到氢气收集真空罐5中，产生的氧气进入到氧气收集真空罐6中，根据法拉第定律中的反应速率与电流的关系，求得反应速率v为：

式中：n指的是化合物中正或负化合价总数的绝对值；F为法拉第恒量，数值为F=9.65×10000C/mol；i为施加的电流大小；根据反应速率和反应时间的关系，从而求得电解时间T内产生的氧气含量M1；

除了上述方式可以求得电解时间T内产生的氧气含量外，还可以根据理想气体状态方程，当电解产生的氧气通入反应室3中时，反应室3内的气体的总分子数增大，保持定温定压的状态下，反应室3中产生的氧气分子数与气压成正比，通过理想气体状态方程求出产生的氧气含量M1；

S3、对氧气收集装置中的氧气进行加压并保持预设时间，在加压状态下反应室3内的部分氧气溶解到水体中，最终使得水体处于氧饱和状态；此时通过气压检测装置检测到的氧气压力、通过温度检测装置检测到的氧气温度以及通过体积检测装置检测到的氧气体积，结合理想气体状态方程计算出此时的剩余氧气含量，并结合已计算出的电解获得的氧气含量，计算从氧气收集装置中溶解到水体中的氧气溶入量；在此过程中，由于产生的部分氧气溶解于水体中，使得反应室3内的气压降低，气体体积也随着减小，因此观测管内的弹簧指示块8在弹簧的弹力下发生位移（即向下位移），通过观测管的内腔面积和弹簧指示块8的位移求得反应室3内的气体体积的变化量V2；

S4、根据理想气体状态方程，由于加压前的反应室内的氧气含量M1可以计算出来，温度和气压可以通过温度传感器和气压传感器检测出来，因此，可以计算出加压前的反应室3内的气体体积V1；在加压后进入氧饱和状态后，反应室3内的气体体积为（V1-V2）；由于加压后反应室3内的气压可以通过气压传感器检测，温度可以通过温度传感器检测，因此，通过理想气体状态方程可以求得氧饱和状态中反应室3内的氧气含量M2（由于反应室3内只有氧气和氢气，氢气不溶于水，氧气难溶于水，因此气体减少量均为氧气溶入量）；则氧气溶入量M3=M1-M2；

S5、查询现有的水体在饱和状态下溶解氧量跟气压和温度的关系表格，查得当前状态下的待检测水体的饱和溶解氧量，并结合当前状态下的待检测水体的体积计算待检测水体的当前总溶解氧量M4，通过计算出的氧气溶入量M3与当前状态下的水体溶解氧M4的差值即可得出水体中原本溶解氧的数值。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电解式溶解氧量快速检测装置，其特征在于，包括反应室、设置在反应室内的用于对反应室内的水体进行电解的电解装置、用于将待检测的水体输送到反应室的送水装置、用于对电解产生的氧气和氢气进行分开收集的氧气收集装置和氢气收集装置、用于对氧气收集装置内的氧气进行气压检测的气压检测装置以及用于对氧气收集装置中的氧气进行加压的加压装置，其中，所述电解装置包括设置在所述反应室内的电解阳极和电解阴极；所述氧气收集装置位于所述电解阳极处，用于收集电解阳极中产生的氧气；所述氢气收集装置位于所述电解阴极处，用于收集电解阴极中产生的氢气；所述加压装置用于对所述反应室进行加压以促使所述反应室内的水体进入氧饱和状态；所述氧气收集装置中还设有用于检测氧气温度的温度检测装置以及用于检测氧气收集装置内部空间体积的体积检测装置；

所述氧气收集装置包括设置在所述反应室上侧的氧气收集真空罐；

所述加压装置包括设置在所述氧气收集真空罐侧壁上的增压管、设置在增压管内的增压活塞以及用于驱动所述增压活塞在所述增压管内运动的增压驱动机构，其中，所述增压管的轴线方向与所述氧气收集真空罐的轴线方向垂直，且相互连通；

所述体积检测装置包括设置在靠近所述氧气收集真空罐处的观测管以及设置在所述观测管内的用于反映所述反应室中的气体体积的变化量的弹簧指示块，其中，所述观测管与所述氧气收集真空罐平行设置，所述增压管与所述观测管连通；所述反应室内的气体促使所述弹簧指示块中的弹簧处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述的电解式溶解氧量快速检测装置，其特征在于，所述氢气收集装置包括设置在所述反应室上侧的氢气收集真空罐，其中，所述电解阴极外侧设置有氢气收集导管，所述氢气收集导管的上端与所述氢气收集真空罐的进口连通。

3.根据权利要求2所述的电解式溶解氧量快速检测装置，其特征在于，所述电解阳极外侧设置有氧气收集导管，所述氧气收集导管的上端与所述氧气收集真空罐的进口连通。

4.根据权利要求3所述的电解式溶解氧量快速检测装置，其特征在于，所述气压检测装置包括气压传感器，所述气压传感器设置在所述氧气收集真空罐的上端。

5.根据权利要求4所述的电解式溶解氧量快速检测装置，其特征在于，所述增压活塞与所述增压管的内壁螺纹连接，所述增压驱动机构用于推动所述增压活塞螺旋前进以实现对反应室内的气体进行增压。

6.根据权利要求5所述的电解式溶解氧量快速检测装置，其特征在于，所述送水装置包括潜水泵，所述潜水泵的出水口通过水管与所述反应室的进水口连通。

7.根据权利要求6所述的电解式溶解氧量快速检测装置，其特征在于，所述反应室内还设置有排水口，所述排水口处设置有排水阀。

8.一种电解式溶解氧量快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、安装好权利要求1-7任一项所述的电解式溶解氧量快速检测装置，接着通过送水装置将待检测的水体输送到反应室内；并通过外部真空抽吸装置对反应室进行抽真空，让所述反应室内处于真空状态；

S2、启动电解装置，电解时间为T，其中，产生的氢气进入到氢气收集真空罐中，产生的氧气进入到氧气收集真空罐中，同时计算电解时间T内产生的氧气含量；

S3、对氧气收集装置中的氧气进行加压并保持预设时间，在加压状态下反应室内的部分氧气溶解到水体中，最终使得水体处于氧饱和状态；此时通过气压检测装置检测到的氧气压力、通过温度检测装置检测到的氧气温度以及通过体积检测装置检测到的氧气体积，结合理想气体状态方程计算出此时的剩余氧气含量，并结合已计算出的电解获得的氧气含量，计算从氧气收集装置中溶解到水体中的氧气溶入量；

S4、查询水体在饱和状态下溶解氧量跟气压和温度的关系表格，查得当前状态下的待检测水体的饱和溶解氧量，并结合待检测水体的体积计算待检测水体的当前总溶解氧量，通过计算出的氧气溶入量与当前状态下的水体溶解氧的差值即可得出水体中原本溶解氧的数值。