CN210269698U - 一种多通道bod在线快速测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多通道BOD在线快速测定仪，属于水污染检测技术领域，包括多通道反应器、恒温箱、多通道数据采集卡、工业一体机处理器、电源及稳压模块；多通道反应器中装有待测水样，并将多通道反应器放置在恒温箱中，通过多通道数据采集卡采集水样中的电压信号，然后将采样信号转换放大后送入工业一体机处理器中进行数据分析处理，处理后的数据可以通过图表形式实时显示在屏幕上，也可进行存储、拷贝或远程传输管理。通过本仪器可以同时检测多种不同污染程度的待测水样，能有效提高检测效率，降低测试和维护成本。本仪器具有操作简单便捷、在线测试过程准确快速、数据可远程传输及分析等优点，具有广阔的应用前景。

Description

一种多通道BOD在线快速测定仪

技术领域

本实用新型属于水污染检测技术领域，涉及一种多通道BOD在线快速测定仪。

背景技术

随着工农业生产和城市建设的飞速发展，生产生活中不可避免地产生大量的污染物质，环境污染问题日益突显，其中水污染问题尤为严重。据统计，近年来废水排放量快速递增，河流和浅层地下水受到不同程度的污染，严重影响着人类的生存环境。各类有机污染物是造成水体污染的重要因素，水中的有机污染物种类繁多，成分复杂，而且很多具有毒性，因此，对有机物质的检测分析逐渐成为人们关注的焦点。

生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand,BOD)是指水体中微生物分解有机物的过程中消耗水中溶解氧的量，作为表征水体有机污染物含量的一个综合性指标，是水质环境监测中重要的监测项目，其值越高表明污染越严重，已被广泛应用于自然水体的水质监测以及污水处理厂的运行控制。目前普遍采用五日生化培养法BOD₅，该方法操作复杂耗时费力，结果重现性差，不能及时反映水体污染状况和满足日益增长的快速检测需求，无法及时为环境管理和科学决策提供依据。因此，研究和发展在线、快速的现场检测设备及测试体系尤其重要。

中国专利CN 102288653 A公开了一种BOD在线测定仪器，可以连续实时监测和显示水体动态BOD值，但仪器结构复杂，需要多个泵及较大的反应器，同时只能实现单一水样监测；中国专利CN 104062345 A公开了一种基于微生物电解池技术在线测定生化需氧量的装置，该设备消除了氧气的影响，因而在线测定生化需氧量的灵敏度高、检测时间短、线性范围宽，但是不具备多通道检测能力，而且电极上交换膜的制作复杂、易污染、电池工作稳定性差、维护操作复杂，因而推广使用受到限制。因此，开发设计一种检测稳定性高、检测范围大、检测时间短、数据重现性好的多通道在线检测仪器，对提高测试效率和降低人工成本具有重要意义。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种一种多通道BOD在线快速测定仪，实现仪器操作简单便捷、在线测试过程准确快速、有效提高检测效率、降低测试和维护成本，以及水质状态实时显示及检测数据远程分析管理之目的，进而提高检测仪器设备的智能化和自动化水平。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种多通道BOD在线快速测定仪，包括多通道反应器、恒温箱、多通道数据采集卡、工业一体机处理器、电源及稳压模块；所述多通道反应器设置在恒温箱中，与多通道数据采集卡连接，所述多通道数据采集卡与工业一体机处理器连接；

所述工业一体机处理器包括触摸屏、处理器、控制开关和存储器，还包括输入输出设备和数据传输模块，所述处理器分别与触摸屏、控制模块、存储器、输入输出设备和数据传输模块分别连接控制；所述数据传输模块包括用于将分析处理后数据进行拷贝传输的USB 口、网口和无线传输模块；

所述电源及稳压模块与多通道反应器、恒温箱、多通道数据采集卡、工业一体机处理器和数据传输模块分别连接。

进一步，所述多通道反应器包括4～20个检测通道，所述多通道反应器为双室无介体微生物燃料电池，包括电池外壳，所述电池外壳内设有阴极室、阳极室及导线，所述阳极室和阴极室上设有加液口，所述阳极室内设有用于导电和反应的阳极材料，阴极室中设有用于导电和反应的阴极材料，所述阴极室与阳极室之间通过质子交换膜隔开，其中阴极室用于氧还原反应，阳极室用于放入待测水样，进行厌氧生物代谢反应。

进一步，所述恒温箱为半导体制冷制热，包括温控仪及与其连接的半导体制冷器、半导体加热器，还包括温控仪显示器，所述恒温箱还设有RS485接口，连接工业一体机处理器记录温度实时变化状况。

进一步，所述多通道数据采集卡为8通道16位串口采集模块，与工业一体机处理器的通信方式为RS232、RS485、WIFI、zigbee的一种或多种，还包括外电阻，所述多通道数据采集卡各通道与外电阻并联，所述外电阻为采用快速插拔接头连接的电阻器，阻值为 20～2000Ω。

进一步，所述恒温箱设置在工业一体机处理器下端，形成立式结构箱体，所述恒温箱下端还设有材料抽屉和储物抽屉，所述储物抽屉下端设有万向脚轮。

进一步，所述恒温箱设置在工业一体机处理器一侧，形成卧式结构箱体，所述工业一体机处理器下端设有材料抽屉，所述恒温箱下端和材料抽屉下端均设有橡胶脚垫。

进一步，所述输入输出设备包括键盘和工业嵌入式轨迹球鼠标，所述键盘设置在工业一体机处理器下部的键盘抽屉中，所述工业嵌入式轨迹球鼠标设置在触摸屏一侧。

再进一步，所述多通道反应器的电池外壳为玻璃、有机玻璃、不锈钢或陶瓷材料制备的长方体、正方体或圆柱体，所述导线为直径1mm的铜丝或钛丝导线。

再进一步，所述电源及稳压模块为恒温箱提供220V电压，为恒温箱内温控仪、半导体制冷器、半导体加热器提供12V电压，为多通道数据采集卡提供12V电压、为工业一体机处理器提供220V电压。

本实用新型的有益效果在于：

(1)仪器结构紧凑，集成度高，采用工业一体机有效缩小仪器体积，重量轻，便于搬移；

(2)多通道同时采样提高了工作效率和减轻了劳动强度，检测和维护成本低，可推广应用；

(3)实现连续检测，可实时显示待测水样的BOD值；

(4)检测数据可拷贝进行离线分析或通过网络远程传输及组网，实现环境监测的数字化和网络化，提高环境监测水平。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型所述多通道BOD在线快速测定仪器的装置连接示意图；

图2为本实用新型实施例一所述多通道BOD在线快速测定仪器的立式结构示意图；

图3为本实用新型实施例一所述多通道BOD在线快速测定仪器的立式结构局部放大图；

图4为本实用新型实施例二所述多通道BOD在线快速测定仪器的卧式结构示意图；

图5为本实用新型实施例二所述多通道BOD在线快速测定仪器的卧式结构局部放大图；

图6为本实用新型实施例一所述多通道BOD在线快速测定仪器的立式结构透视示意图；

附图标记：万向脚轮1，储物抽屉2，材料抽屉3，恒温箱4，键盘抽屉5，温控仪显示器6，触摸屏7，工业一体机处理器8，轨迹球鼠标9，USB接口10，控制开关11，橡胶脚垫12。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，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的具体含义。

实施例一：

如图1-图3、图6所示，为一种多通道BOD在线快速测定仪，包括多通道反应器、恒温箱4、多通道数据采集卡、工业一体机处理器8、电源及稳压模块；所述多通道反应器设置在恒温箱4中，与多通道数据采集卡连接，所述多通道数据采集卡与工业一体机处理器8 连接；

所述工业一体机处理器8包括触摸屏7、处理器、控制开关11和存储器，还包括输入输出设备和数据传输模块，所述处理器分别与触摸屏7、控制模块、存储器、输入输出设备和数据传输模块分别连接控制；所述数据传输模块包括用于将分析处理后数据进行拷贝传输的USB接口10、网口和无线传输模块，无线传输模块可采用USR-G781-02型；优选地，可采用不锈钢、ABS、PP塑料等材质加工而成，便于搬运及防震、防潮。

恒温箱4设置在工业一体机处理器8下端，形成立式结构箱体，所述恒温箱4下端还设有材料抽屉3和储物抽屉2，所述储物抽屉2下端设有万向脚轮1；

所述电源及稳压模块与多通道反应器、恒温箱4、多通道数据采集卡、工业一体机处理器8和数据传输模块分别连接；

多通道反应器用于盛放待测水样，并将多通道反应器放置在恒温箱4中保持恒定温度，所述恒温箱4用于提供恒定的温度，确保水样检测过程稳定准确；所述多通道数据采集卡用于采集水样中的电压信号，并将采样数据转换放大后送入工业一体机处理器8中，所述工业一体机处理器8进行采样数据的分析处理，处理后的数据可以通过图表形式实时显示在工业一体机的触摸幕上，也可进行存储、拷贝或远程传输管理。

在本实施例中工业一体机处理器8可使用跃典YJ104QRYT-J1810型，为10.4寸电阻触摸屏7一体机，带有win7操作系统，触摸屏7是分辨率为1024*786的LED液晶屏，易于触控。工业一体机中安装有自主开发的检测软件，用于采样数据的分析处理。软件中计算电量和BOD浓度值的主要公式分别是：

式中A为常数8000，F为法拉第常数，96485C/mol，V₀为阳极有效体积。分析处理后的数据可以在触摸屏上实时显示输出，结合仪器面板上的控制开关11与触摸屏7上的显示功能菜单，可选择查看电压数据U、累积电荷Q、BOD计算值的实时柱状图显示及曲线显示，以及查阅历史数据曲线图。

作为本实施例的改进，所述恒温箱4为半导体制冷制热，包括温控仪及与其连接的半导体制冷器、半导体加热器，还包括温控仪显示器6，所述恒温箱4还设有RS485接口10，连接工业一体机处理器8记录温度实时变化状况。所述恒温箱4为半导体制冷，并具有限温报警功能，超过限制温度即自动中断，保证检测过程安全运行；所述恒温箱4的正常工作温度为5～50℃，优选的为恒温30℃，保证反应器中阳极室处于最佳反应温度；所述恒温箱4 的温度分辨率为0.1℃，温度波动度为±0.5℃，采用智能PID控温；所述恒温箱4带有 RS485接口10，可连接工业一体机处理器8，可记录温度实时变化状况，在本实施例中恒温箱4可采用上海精学JK-LHS-510型，温控仪可采用ANTHONE 926U201型，半导体制冷器采用柯睿SKU10-011，半导体加热器采用恩爵CSH3B-FK2型。

作为本实施例的改进，多通道反应器包括4～20个检测通道，所述多通道反应器为双室无介体微生物燃料电池，包括电池外壳，所述电池外壳内设有阴极室、阳极室及导线，所述阳极室和阴极室上设有加液口，所述阳极室内设有用于导电和反应的阳极材料，阴极室中设有用于导电和反应的阴极材料，所述阴极室与阳极室之间通过质子交换膜隔开，优选的，质子交换膜为Nafion 117。其中阴极室用于氧还原反应，阳极室用于放入待测水样，进行厌氧生物代谢反应。

优选地，所述输入输出设备包括键盘及工业嵌入式轨迹球鼠标9，所述键盘设置在工业一体机处理器8下部的键盘抽屉5中，实现仪器检测软件中采样参数的设置及修改调整，工业嵌入式轨迹球鼠标9设置在触摸屏7一侧，在本实施例中使用研龙HS134G386工业嵌入式金属轨迹球鼠标9，用于对触摸屏7的辅助操作；工业一体机处理器8前面板上设置有两个USB3.0接口10，可方便对检测数据的拷贝及离线分析，与此同时，在工业一体机处理器 8的背板上设置有一个网口可实现检测数据远程传输及网络化管理。

优选地，所述多通道反应器可以是玻璃、有机玻璃、不锈钢、陶瓷等材料制备的长方体、正方体、圆柱体等型式，优选的为3*3*3cm有机玻璃正方体。所述反应器内的连接导线可以采用铜丝，钛丝等导电体，优选的为极耐腐蚀且导电性能良好的钛丝，钛丝直径约为1mm。

优选地，所述电源及稳压模块为恒温箱4提供220V电压，为恒温箱4内温控仪、半导体制冷器、半导体加热器提供12V电压，为多通道数据采集卡提供12V电压、为工业一体机处理器8提供220V电压，具有过载保护，欠压、过压保护等功能，确保设备的稳定运行。

优选地，所述多通道数据采集卡为8通道16位串口采集模块，其通信方式可采用RS232，RS485，WIFI，zigbee等，优选的，采用RS485与工业一体机处理器8相连。在本实施例中多通道数据采集卡可采用亚为YAV 8AD Plus串口采集卡。还包括外电阻，所述多通道数据采集卡各通道与外电阻并联，外电阻为采用快速插拔接头连接的电阻器，便于更换不同的电阻，阻值为20～2000Ω，优选的，外电阻为1000Ω。所述多通道数据采集卡的采样频率可以根据检测需要人为设定，采样电压范围为0～1.5V。

该多通道BOD在线快速测定仪器的测试步骤如下：

(1)开启仪器总电源，仪器自检与初始化，然后打开恒温箱4电源，设置恒温室内温度值，同时开启智能制冷按钮，自动调节恒温室内的温度波动，保持恒温状态，为待测水样的检测提供适宜的温度范围；

(2)开启检测软件，设置检测参数，主要包括检测通道地址配置、设置采样时间、采样步长、外接电阻值、通讯波特率、校验位、导出数据的路径设置等；

(3)将待测水样放入反应器中，开始测定阳极室内产生的实时电压；

(4)在工业一体机的触摸屏7上随时查看各通道的实时电压、累积电量及BOD浓度计算值；

(5)采样时间结束后可将数据保存或由USB接口10拷贝导出或由网口远程传输管理，方便分析处理；

(6)结束本次检测分析，等待下一次采样检测。

实施例二：

如图4、图5所示，与实施例一相比，实施例二的区别仅在于所述恒温箱设置在工业一体机处理器一侧，形成卧式结构箱体，所述工业一体机处理器下端设有材料抽屉，所述恒温箱下端和材料抽屉下端均设有橡胶脚垫。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种多通道BOD在线快速测定仪，其特征在于：包括多通道反应器、恒温箱、多通道数据采集卡、工业一体机处理器、电源及稳压模块；所述多通道反应器设置在恒温箱中，与多通道数据采集卡连接，所述多通道数据采集卡与工业一体机处理器连接；

所述工业一体机处理器包括触摸屏、处理器、控制开关和存储器，还包括输入输出设备和数据传输模块，所述处理器分别与触摸屏、控制模块、存储器、输入输出设备和数据传输模块分别连接控制；所述数据传输模块包括用于将分析处理后数据进行拷贝传输的USB口、网口和无线传输模块；

所述电源及稳压模块与多通道反应器、恒温箱、多通道数据采集卡、工业一体机处理器和数据传输模块分别连接。

2.根据权利要求1所述的多通道BOD在线快速测定仪，其特征在于：所述多通道反应器包括4～20个检测通道，所述多通道反应器为双室无介体微生物燃料电池，包括电池外壳，所述电池外壳内设有阴极室、阳极室及导线，所述阳极室和阴极室上设有加液口，所述阳极室内设有用于导电和反应的阳极材料，阴极室中设有用于导电和反应的阴极材料，所述阴极室与阳极室之间通过质子交换膜隔开，其中阴极室用于氧还原反应，阳极室用于放入待测水样，进行厌氧生物代谢反应。

3.根据权利要求1所述的多通道BOD在线快速测定仪，其特征在于：所述恒温箱为半导体制冷制热，包括温控仪及与其连接的半导体制冷器、半导体加热器，还包括温控仪显示器，所述恒温箱还设有RS485接口，连接工业一体机处理器记录温度实时变化状况。

4.根据权利要求1所述的多通道BOD在线快速测定仪，其特征在于：所述多通道数据采集卡为8通道16位串口采集模块，与工业一体机处理器的通信方式为RS232、RS485、WIFI、zigbee的一种或多种，还包括外电阻，所述多通道数据采集卡各通道与外电阻并联，所述外电阻为采用快速插拔接头连接的电阻器，阻值为20～2000Ω。

5.根据权利要求1所述的多通道BOD在线快速测定仪，其特征在于：所述恒温箱设置在工业一体机处理器下端，形成立式结构箱体，所述恒温箱下端还设有材料抽屉和储物抽屉，所述储物抽屉下端设有万向脚轮。

6.根据权利要求1所述的多通道BOD在线快速测定仪，其特征在于：所述恒温箱设置在工业一体机处理器一侧，形成卧式结构箱体，所述工业一体机处理器下端设有材料抽屉，所述恒温箱下端和材料抽屉下端均设有橡胶脚垫。

7.根据权利要求1所述的多通道BOD在线快速测定仪，其特征在于：所述输入输出设备包括键盘和工业嵌入式轨迹球鼠标，所述键盘设置在工业一体机处理器下部的键盘抽屉中，所述工业嵌入式轨迹球鼠标设置在触摸屏一侧。

8.根据权利要求2所述的多通道BOD在线快速测定仪，其特征在于：所述多通道反应器的电池外壳为玻璃、有机玻璃、不锈钢或陶瓷材料制备的长方体、正方体或圆柱体，所述导线为直径1mm的铜丝或钛丝导线。

9.根据权利要求3所述的多通道BOD在线快速测定仪，其特征在于：所述电源及稳压模块为恒温箱提供220V电压，为恒温箱内温控仪、半导体制冷器、半导体加热器提供12V电压，为多通道数据采集卡提供12V电压、为工业一体机处理器提供220V电压。

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