CN201522487U - 一种深海海水参数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种深海海水参数测量装置。现有装置驱替效率越低，效果不好。本实用新型包括固定连接的舱体和密封盖。舱体的上端面居中位置开有凹槽形成传感器腔。传感器腔底面为与舱体端面平行的等腰三角形平面，舱体上开有两个传感器安装孔，两个针型pH传感器分别设置在两个传感器安装孔内。等腰三角形两个底角指向的舱体的两个外侧壁上对称开有两个出水孔、顶角指向的舱体的外侧壁上开有一个进水孔，一个进水孔以及两个出水孔在舱体外侧壁的开口处均设置有电磁阀。本实用新型对传感器腔的腔体形状、通孔的数量和分布上都进行了改进，能够极大地提升驱替效率以及驱替过程结束后腔体内缓冲液或海水样本的真实度，能适应各种密度的海水样本。
Description
技术领域
本实用新型属于深海装备及工程设备技术领域，涉及一种深海海水参数测量装置。
背景技术
深海探测器通过对海水样品进行长期、连续地采样分析而得到海水化学量变化的真实动态数据，从海水化学成分的异常情况初步探明海底矿藏，具有个体轻便、操作简单和高灵敏度等优点。目前装备在深海探测器上的传感器主要采用各类电化学探测电极，测量项目主要是H2S、H2、pH。我国已利用Ir/IrO2探测电极和改进型Ag/AgCl参比电极配对，初步研制成功了探针式结构全固态pH探测电极，适用于深海环境的pH值在线检测。但该类pH探测电极的测试特性通常会随时间而改变，要使之在高压、强腐蚀的环境中连续可靠地工作一至三个月，必须定期对其进行维护和再标定。在陆地上采用的维护、再标定方法如更换新探测电极或拆下探测电极并对其试验室标定等，在深海环境中都不适用。可采用的方法是在深海海底对探测电极进行在线自校正与自维护：此过程需要用系统自带的缓冲液来对探测电极进行标定。一旦进入标定程序后，深海探测器抽取标准液腔里的缓冲液将传感器腔内的海水样本驱替干净，用缓冲液对探测电极进行标定。标定完成后再抽取海水样本将传感器腔内的缓冲液驱替干净，进入海水样本采样程序。在这一过程中，如何提高海水和缓冲液之间的驱替效率，以降低深海探测器的能耗、延长系统工作时间，同时减小探测传感器腔内的液体残留度，保持缓冲液和海水样本的真实度，成为深海探测器研制中的关键问题。
目前，深海电极自校正主要采用圆筒型结构传感器腔。该结构简单直观，易于加工和密封，但是由于入水管和出水管均设计在圆柱形腔体的中央，导致其周边存在流动死区，极大地降低了自校正过程中的缓冲液和海水之间的驱替效率，同时造成驱替过程完成后缓冲液和海水样本真实的度降低。这一问题在缓冲液与海水存在较大的密度差异时显得尤为明显。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种深海海水参数测量装置。
本实用新型包括舱体、密封盖、针型pH传感器和电磁阀。舱体为正八边形截面的柱体，上、下两个端面平行、八个外侧壁均垂直于端面。密封盖为与舱体正八边形端面形状匹配的盖体，密封盖与舱体通过螺栓固定连接，密封盖与舱体之间通过密封圈密封。
舱体的上端面居中位置开有凹槽形成传感器腔。所述的传感器腔的底面为与舱体端面平行的等腰三角形平面，三个内侧壁均垂直于底面，三个侧壁之间通过圆弧过渡，传感器腔的深度远远小于底面等腰三角形的任何一个边长。传感器腔的三个内侧壁中，等腰三角形底边所在的内侧壁与舱体的一个外侧壁平行，舱体的八个外侧壁中与该外侧壁相邻的两个外侧壁上对称开有两个传感器安装孔，传感器安装孔的一端开口于舱体的外侧壁上、另一端开口于等腰三角形底边所在的传感器腔的内侧壁上。两个传感器安装孔均为圆柱形通孔，其中一个传感器安装孔的轴线与等腰三角形的一个腰边平行，另一个传感器安装孔的轴线与等腰三角形的另一个腰边平行。两个针型pH传感器分别设置在两个传感器安装孔内。
等腰三角形两个底角指向的舱体的两个外侧壁上对称开有两个出水孔，两个出水孔均为一端开口于舱体的外侧壁上、另一端开口于传感器腔的等腰三角形两个腰边所在的内侧壁与底边所在的内侧壁的过渡圆弧面上。等腰三角形顶角指向的舱体的外侧壁上开有一个进水孔，进水孔的一端开口于舱体的外侧壁上、另一端开口于传感器腔的等腰三角形两个腰边所在的内侧壁的过渡圆弧面上。所述的两个出水孔和一个进水孔均为圆柱形通孔，孔径大于等于传感器腔深度的1/3。一个进水孔以及两个出水孔在舱体外侧壁的开口处均设置有电磁阀，三个电磁阀与舱体的外侧壁螺纹连接。
本实用新型对传感器腔的腔体形状，通孔的数量和分布上都进行了改进，能够极大地提升驱替效率以及驱替过程结束后腔体内缓冲液或海水样本的真实度，能适应各种密度的海水样本。
本实用新型利用缓冲液和海水样本之间的密度差，通过三角形截面的腔体形状配合两根上下对称分布且可以独立调节开闭的出水管，在驱替过程中产生类似活塞的排挤效果，极大地增加了驱替的完全性，从而增大了缓冲液和海水样本的真实度，并且在很大程度上提高了驱替效率。
本实用新型由于利用了不同液体间存在的密度差，在驱替过程中产生了类似活塞的排挤效果，极大地提升了驱替效率。
本实用新型设计了上下对称分布且可由阀门独立控制开闭的出水孔，根据驱替过程的不同改变出水孔的位置，利用不同密度液体分层的原理，最大限度地保证了驱替过程的完全性，提高了驱替结束后缓冲液或海水样本的真实性。
本实用新型基于密度差原理，可用于采集各种成分的海水，且海水样本和缓冲液之间的密度差越大，驱替效率越高，同时驱替效果也越好。
本实用新型通过采用较薄的腔体形状，使流场简单化，避免了纵向流动死区的存在。配合对应尺寸的通孔，控制了流速，尽可能避免了转折处涡流和流动死区的产生，有助于提高驱替过程的完全性。
本实用新型最大限度地利用了有限的腔体空间，使得安装的探针传感器的尺寸能够尽可能地长。
附图说明
图1为本实用新型的总体结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图；
具体实施方式
下面结合附图详细描述本实用新型的结构和工作原理。
如图1和2所示，深海海水参数测量装置包括舱体1、密封盖2、针型pH传感器和电磁阀。舱体1为正八边形截面的柱体，上、下两个端面平行、八个外侧壁均垂直于端面。密封盖2为与舱体1正八边形端面形状匹配的盖体，密封盖2与舱体1通过螺栓固定连接，密封盖2与舱体1之间通过密封圈9密封。
舱体1的上端面居中位置开有凹槽形成传感器腔8。传感器腔8的底面为与舱体1的端面平行的等腰三角形平面，三个内侧壁a、b和c均垂直于底面，三个侧壁之间通过圆弧过渡，传感器腔8的深度远远小于底面等腰三角形的任何一个边长。传感器腔8的三个内侧壁中，等腰三角形底边所在的内侧壁c与舱体1的一个外侧壁平行，舱体1的八个外侧壁中与该外侧壁相邻的两个外侧壁上对称开有两个传感器安装孔5-1和5-2，传感器安装孔的一端开口于舱体的外侧壁上、另一端开口于等腰三角形底边所在的传感器腔8的内侧壁上。两个传感器安装孔均为圆柱形通孔，其中一个传感器安装孔5-1的轴线与等腰三角形的一个腰边平行，另一个传感器安装孔5-2的轴线与等腰三角形的另一个腰边平行。两个针型pH传感器6-1和6-2分别设置在两个传感器安装孔5-1和5-2内。
等腰三角形两个底角指向的舱体1的两个外侧壁上对称开有两个出水孔3-1和3-2，两个出水孔3-1和3-2均为一端开口于舱体1的外侧壁上、另一端开口于传感器腔8的等腰三角形两个腰边所在的内侧壁a或b与底边所在的内侧壁c的过渡圆弧面上。等腰三角形顶角指向的舱体1的外侧壁上开有一个进水孔7，进水孔7的一端开口于舱体1的外侧壁上、另一端开口于传感器腔8的等腰三角形两个腰边所在的内侧壁a和b的过渡圆弧面上。两个出水孔3-1和3-2和一个进水孔7均为圆柱形通孔，孔径大于等于传感器腔8深度的1/3。一个进水孔7以及两个出水孔3-1和3-2在舱体1的外侧壁开口处均设置有电磁阀4-1、4-2和4-3。三个电磁阀4-1、4-2和4-3与舱体1的外侧壁螺纹连接。
海水驱替缓冲液及缓冲液驱替海水是相逆而对称的过程，前者为正浮力流，后者为负浮力流。由于密度的差异，在腔体垂向上有流速梯度又有密度梯度，形成分层流。考虑到这些因素，设计了三棱柱形结构腔体，结构示意图如图2所示。考虑到腔体内液体的垂向密度梯度特点，腔体安排有上、下两个出水孔：在驱替的过程中，液体从位于中央的顶角位置流入，再从两个底角处的出口中的某一个排出。出口的位置由驱替要求而定。用密度较小的液体驱替密度较大的液体时，打开上出水孔，关闭下出水孔；用密度较大的液体驱替密度较小的液体时，打开下出水孔，关闭上出水孔。
以海水样本驱替缓冲液的情况为例。当海水样本从入水口注入时，上出水管关闭，下出水管打开。而由于缓冲液的密度比海水样本大，根据浮力分层原理，海水样本在进入腔体之后，将在浮力的作用下迅速上浮。由于腔体的上半部分封闭，因此海水停留在腔体的上部，同时将处于腔体下半部分的缓冲液从出口压出。缓冲液驱替海水的过程则刚好相反。
在流速较小，腔体厚度较薄的情况下，整个过程几乎不引起混合，因此该结构具有良好的驱替性能。
Claims (1)
1.一种深海海水参数测量装置，包括舱体、密封盖、针型pH传感器和电磁阀，其特征在于：舱体为正八边形截面的柱体，上、下两个端面平行、八个外侧壁均垂直于端面；密封盖为与舱体正八边形端面形状匹配的盖体，密封盖与舱体通过螺栓固定连接，密封盖与舱体之间通过密封圈密封；
舱体的上端面居中位置开有凹槽形成传感器腔；所述的传感器腔的底面为与舱体端面平行的等腰三角形平面，三个内侧壁均垂直于底面，三个侧壁之间通过圆弧过渡，传感器腔的深度远远小于底面等腰三角形的任何一个边长；传感器腔的三个内侧壁中，等腰三角形底边所在的内侧壁与舱体的一个外侧壁平行，舱体的八个外侧壁中与该外侧壁相邻的两个外侧壁上对称开有两个传感器安装孔，传感器安装孔的一端开口于舱体的外侧壁上、另一端开口于等腰三角形底边所在的传感器腔的内侧壁上；两个传感器安装孔均为圆柱形通孔，其中一个传感器安装孔的轴线与等腰三角形的一个腰边平行，另一个传感器安装孔的轴线与等腰三角形的另一个腰边平行；两个针型pH传感器分别设置在两个传感器安装孔内；
等腰三角形两个底角指向的舱体的两个外侧壁上对称开有两个出水孔，两个出水孔均为一端开口于舱体的外侧壁上、另一端开口于传感器腔的等腰三角形两个腰边所在的内侧壁与底边所在的内侧壁的过渡圆弧面上；等腰三角形顶角指向的舱体的外侧壁上开有一个进水孔，进水孔的一端开口于舱体的外侧壁上、另一端开口于传感器腔的等腰三角形两个腰边所在的内侧壁的过渡圆弧面上；所述的两个出水孔和一个进水孔均为圆柱形通孔，孔径大于等于传感器腔深度的1/3；一个进水孔以及两个出水孔在舱体外侧壁的开口处均设置有电磁阀，三个电磁阀与舱体的外侧壁螺纹连接。
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