CN220084747U - 一种重金属监测用电解池装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水质重金属监测装置的技术领域。尤其是公开了一种重金属监测用电解池装置，包括外框架，外框架顶板上通过安装架设有电机，电机输出轴通过绝缘连接件连接有旋转圆盘电极，外框架内设有安装板，安装板底部设有电解池，电解池与外部供液设备连接，旋转圆盘电极转动连接在安装板上，并且其一端伸入电解池内，安装板上设有插入电解池内的辅助电极和参比电极，安装板上通过固定架设有碳刷，碳刷与旋转圆盘电极的不锈钢轴接触，碳刷上通过铜片连接有通向外部恒电位系统的导线。本实用新型能够解决现有技术中无法消除静态固体工作电极上的气泡干扰以及电解池死体积大的问题。

Description

一种重金属监测用电解池装置

技术领域

本实用新型涉及水质重金属监测装置的技术领域，特别是指一种重金属监测用电解池装置。

背景技术

废气、废水、废渣等污染物中经常会含有汞、镉、铅、铜、锌等重金属离子，这些重金属极易通过大气、水、食品等进入人体，在人体器官内累积，严重危害人体健康，因此准确检测重金属尤为重要。重金属监测方法主要包括原子吸收光谱法、紫外可见分光光度法、原子荧光法、电化学法、X射线荧光光谱法等，其中电化学因具备检测限较低且灵敏度较高等优势而受到广泛应用，采用溶出伏安法可以检测铜、铅、镉、锌、铊、汞、砷、锰、铁、锑等重金属元素，比传统方法简便且灵敏。由于电化学本身具有高灵敏度，重现性和准确度某种程度上取决于电解池的精密程度，所以对电解池的使用也提出了更高的要求。

电解池的结构和检测体系中各电极的安装对电化学测量有很大的影响，现有的水质重金属在线监测设备的电解池普遍采用静态的固体工作电极，搅拌方式基本是用电机带动耐腐蚀的搅拌杆或者磁力搅拌子旋转，这种方式会使得电解池体系内电流密度曲线分布不均匀、待测离子在工作电极上扩散层厚度不均匀、无法消除附着在工作电极上的气泡干扰、电解池死体积大，进而影响仪器测试稳定性和记忆效应合格性，在一定程度上限制了该电解池体系检测设备的应用扩展等。

另外，目前大部分电解池未对电解池作恒温保护，使得测试结果容易受温漂的影响，虽然也有对电解池作恒温保护的产品，但一般都是通过金属导热模块全包裹电解池等间接传导的方式实现的，这种方式不仅响应速度慢，且功率高。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种重金属监测用电解池装置，能够解决现有技术中无法消除固态工作电极上的气泡干扰、电解池死体积大的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种重金属监测用电解池装置，包括外框架，外框架顶板上通过安装架设有电机，电机输出轴通过绝缘连接件连接有旋转圆盘电极，外框架内设有安装板，安装板底部设有电解池，电解池与外部供液设备连接，旋转圆盘电极穿设在安装板上并通过轴承与安装板转动连接，旋转圆盘电极远离电机的一端伸至电解池内待测液中，安装板上设有辅助电极和参比电极，辅助电极和参比电极均伸至电解池内，安装板上通过固定架设有碳刷，碳刷与旋转圆盘电极的不锈钢轴接触，碳刷上通过铜片连接有通向外部恒电位系统的导线。

进一步的，所述绝缘连接件为绝缘联轴器或硬质绝缘管。

进一步的，所述旋转圆盘电极伸入所述电解池内的待测液0.3-1.0cm，所述辅助电极与所述参比电极均为倾斜设置，并且伸入待测液的深度为1.0-1.5cm。

进一步的，所述固定架设有两个，两个固定架均固定在安装板上并且关于所述旋转圆盘电极的中心对称分布，固定架为盒状结构，所述碳刷设有两个，两个碳刷分别对应两个固定架，碳刷固定有铜片的一端插入对应的固定架内并通过抵紧机构与固定架连接。

进一步的，抵紧机构包括弹簧，弹簧位于固定架内，弹簧的一端与固定架的内端面固定连接、另一端与碳刷端部的铜片固定连接，弹簧使得碳刷始终抵紧在旋转圆盘电极的不锈钢轴上。

进一步的，所述固定架远离所述碳刷的一端开设有穿孔，连接在所述铜片上的导线穿过穿孔与外部恒电位系统连接。

进一步的，所述电解池包括一体成型的筒状部与锥状部，筒状部固定在所述安装板底部并与所述旋转圆盘电极同轴设置，锥状部位于筒状部的底端，电解池通过中空螺钉与外部供液设备连接，中空螺钉设置在所述外框架的底板上且通过密封件与电解池的锥状部底端连接。

进一步的，所述密封件包括衬套，衬套通过螺钉安装在所述外框架底板上，所述中空螺钉穿设在衬套内，衬套内设有O型密封圈，所述锥状部的底端插入衬套内与O型密封圈抵紧密封。

进一步的，所述安装板与所述电解池之间设有恒温控制机构，恒温控制机构包括设置在安装板上的温度传感器，温度传感器设置在安装板底部并插入电解池内的待测液内，电解池的外侧壁上设有多个均匀布置的连接螺钉，多个连接螺钉之间均匀绕设有电加热丝。

进一步的，所述安装板上开设有与所述电解池相通的备用孔，备用孔通过堵头螺钉封堵。

本实用新型的有益技术效果在于，电机驱动转动的旋转圆盘电极转动更稳定，旋转圆盘电极作为工作电极转动时，其表面附着的气泡受离心力影响会逐渐脱离旋转圆盘电极，受气泡影响较小，同时电解池的锥状部设置，降低了电解池死体积大小，使得重金属离子浓度的检测更为顺利。

另外，电加热丝能够为电解池升温，配合温度传感器以及外部设备能够实现对电解池的PID恒温控制，使电解池在短时间内能够达到恒温控制，减小温漂对测试结果的影响，并且与传统的金属导热模块全包裹电解池等间接传导方式相比，响应速度更快，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型设置了前后挡板后的结构示意图；

图3为外框架内安装板处的结构示意图；

图4为碳刷与固定架之间剖面结构示意图；

图5为电解池的结构示意图；

图6为中空螺钉在外框架上的结构示意图。

1、外框架；11、安装架；2、电机；12、安装板；121、堵头螺钉；3、电解池；4、中空螺钉；41、衬套；42、O型密封圈；51、旋转圆盘电极；6、绝缘连接件；52、辅助电极；53、参比电极；7、碳刷；71、铜片；72、固定架；8、弹簧；91、温度传感器；92、连接螺钉；93、电加热丝。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

参照图1和图2，一种重金属监测用电解池装置，包括外框架1，外框架1为矩形立体框架，具体的，其包括主框、顶板和底板，顶板和底板通过螺栓分别固定在外框架1的顶部和底部。

外框架1的前后两侧均设有能够封闭其前后侧框口的挡板。参照外框架1的顶板上固定有安装架11，具体的，安装架11位于外框架1内并且为U形架，安装架11的开口端朝向外框架1的顶板。

安装架11包括两个侧板和一个底板，安装架11的底板上安装有电机2，电机2的输出轴贯穿安装架11的底板并伸至安装架11下方。外框架1内固定有安装板12，安装板12位于安装架11下方，安装板12远离安装架11的一侧固定有电解池3。

参照图1和图5，电解池3包括一体成型的筒状部与锥状部，筒状部固定在安装板12底部，锥状部位于筒状部的底端，筒状部、锥状部与电机2的输出轴同轴设置。筒状部与锥状部之间的内部过度处采用圆弧形处理，这样可以减少几何角度带来的液体吸附残留。

参照图1和图6，外框架1的底板上设有中空螺钉4，中空螺钉4与电解池3同轴设置，中空螺钉4通过密封件与电解池3的锥状部底端口连接。具体的，外框架1底板上开设下连接口，下连接口与电解池3的底部端口同轴对应，密封件包括衬套41，衬套41通过螺钉安装在外框架1底板上的下连接口内，中空螺钉4穿设在衬套41内，衬套41内设有O型密封圈42，O型密封圈42位于中空螺钉4顶部，电解池3锥状部的底端插入衬套41内并与O型密封圈42抵紧密封，进而实现中空螺钉4与电解池3之间的连接。

中空螺钉4外接有外部供液设备，外部供液设备能够为电解池3内提供待检测的液体，同时也能将待检测的液体从电解池3内抽出。这种做法更便于待测液体的更换，避免了传统厂家电解池3从侧面进侧面出的残留问题。

参照图1和图3，安装板12上通过轴承设有旋转圆盘电极51，电机2的输出轴通过绝缘连接件6与旋转圆盘电极51的不锈钢轴连接。绝缘连接件6是能够将电机2输出轴与旋转圆盘电极51的中心不锈钢轴连接在一起的连接件，绝缘连接件6为绝缘联轴器或硬质绝缘管，在向旋转圆盘电极51上电时，绝缘连接件6能够避免电流对电机2的影响。绝缘连接件6与电机2输出轴、旋转圆盘电极51同轴设置，能够使得电机2带动旋转圆盘电极51转动。

旋转圆盘电极51远离电机2的一端伸至电解池3内并插入电解池3内的待测液中，旋转圆盘电极51插入待测液的深度为0.3-1.0cm。由于电机2输出轴与旋转圆盘电极51之间是绝缘连接件6，因此，即使旋转圆盘电极51带电也不会影响电机2的正常运行，另外，旋转圆盘电极51转动时，附着在其盘面上的气泡受离心力的影响，会随着旋转圆盘电极51的转动逐渐脱离旋转圆盘电极51，进而使得旋转圆盘电极51逐渐摆脱气泡对电极的干扰。另外，采用电机2带动旋转圆盘电极51旋转的方式，而不采用传统的磁力搅拌等方式，也可以避免待测液体与非研究体系器件的接触面积。

安装板12上设有辅助电极52和参比电极53，辅助电极52和参比电极53在安装板12上关于旋转圆盘电极51对称设置，并且均与旋转圆盘电极51呈一定角度。辅助电极52和参比电极53均插入电解池3的待测液中，并没入待测液内1.0-1.5cm。辅助电极52、参比电极53和旋转圆盘电极51共同组成三电极系统，能够测量待测液体内的重金属离子浓度，这在电化学领域是较为常见的测量方法。

参照图3和图4，安装板12上通过固定架72设有碳刷7，碳刷7与旋转圆盘电极51的不锈钢轴接触，碳刷7上通过铜片71连接有通向外部恒电位系统的导线。具体的，固定架72为方形盒装结构，并且固定架72设有两个，两个固定架72均固定在安装板12上并且关于旋转圆盘电极51的中心对称分布。碳刷7设有两个，两个碳刷7分别与两个固定架72相对应，碳刷7的一端插入固定架72内、另一端伸出固定架72与旋转圆盘电极51的不锈钢轴接触。铜片71固定在碳刷7插入固定架72的一端并固定连接有导线，铜片71通过抵紧机构与固定架72连接。

具体的，抵紧机构包括弹簧8，弹簧8位于固定架72内，弹簧8的一端与固定架72的内端面固定连接、另一端与碳刷7端部的铜片71固定连接。碳刷7可以起到加固旋转圆盘电极51的作用，减小旋转圆盘电极51工作时的径向跳动和横向位移。并且，由于旋转圆盘电极51转动时会对碳刷7有一定的磨损，当碳刷7磨损了，碳刷7会在弹簧8弹力的作用下始终抵紧在旋转圆盘电极51上，保持碳刷7与旋转圆盘电极51之间良好的导电性

固定架72远离碳刷7的一端端面上开设有穿孔，连接在铜片71上的导线穿过穿孔与外部恒电位系统连接。外部恒电位系统通过导线能为碳刷7提供电位，进而通过碳刷7为旋转圆盘电极51提供电位，同时旋转圆盘电极51产生的氧化电流也能够通过碳刷7、导线输送到外部恒电位系统，根据氧化电流，工作人员可检测出待检液体内的重金属离子的浓度。

本实用新型主要是利用三电极系统来检测电解池3内的重金属离子浓度的，具体原理为，利用外部控制系统（PLC或者单片机等）结合恒电位系统、通过相对称的且导电的碳刷7在旋转圆盘电极51上施加一恒定电位（比如-1.2V，此电位大小是相对于参比电极53设置的（参比电极53有导线连接恒电位系统）），此时辅助电极52仅起到导流作用，同时控制电机2带动绝缘连接件6及旋转圆盘电极51进行高速旋转，此时，待测重金属离子在搅拌作用下会不断冲刷旋转圆盘电极51表面，并在旋转圆盘电极51表面得到电子发生还原反应，生成待测金属原子，并聚集在旋转圆盘电极51上生成膜状物，这一过程被称为“富集”过程；

富集结束后，电机2停止旋转、旋转圆盘电极51也同步停止转动，此时施加到旋转圆盘电极51上的恒电位保持不变，此过程持续15-30s，称为“静置”过程；

静置结束后，电机2依然停止旋转，此时再在旋转圆盘电极51上施加一以一定规律变化的电压（比如线性递增、方波递增等），起始电压为-1.2V，终止电压为0.3V，此过程为溶出过程。即聚集在旋转圆盘电极51上的膜状物因为失去电子而发生氧化反应，生成带电离子从旋转圆盘电极51上脱落下来，此时在旋转圆盘电极51内部，电子会发生定向移动，形成氧化电流，该电流的大小与旋转圆盘电极51表面上的参与失电子发生氧化反应的膜状物的当量有关，也即最开始进入到电解池3内部的水样中待测重金属离子的浓度大小成正比例关系，浓度越大，形成的电流越大，最终该氧化电流通过旋转圆盘电极51、碳刷7输出到外部恒电位系统，再经过模数转换到控制系统进行相关计算，得出最终待测液体中的待测重金属离子的浓度值。

当重金属离子浓度值测出之后，再以相同的方式，在旋转圆盘电极51上施加一正电压，然后启动电机2带动旋转圆盘电极51进行电极清洗，主要是清除旋转圆盘电极51表面上的残留的膜状物，不影响下一次的测定。

本实用新型在进行重金属离子浓度检测时，通过电机2驱动转动的旋转圆盘电极51转动更稳定，能够消除附着在旋转圆盘电极51上的气泡干扰，同时电解池3的锥状部设置，降低了电解池3死体积大小，使得重金属离子浓度的检测更为顺利。

实施例2：

在实施例1的基础上，参照图1、图3和图5，安装板12与电解池3之间设有恒温控制机构，恒温控制机构包括设在安装板12上的温度传感器91，温度传感器91设置在安装板12底部并插入电解池3内的待测液内，用于监测待测液体的实时温度。

电解池3的外侧壁上设有多个连接螺钉92，多个连接螺钉92以电解池3的中轴线均匀分布在电解池3的外侧壁上，多个连接螺钉92上均匀绕设有电加热丝93。由于电解池3包括筒状部和锥状部，因此连接螺钉92在筒状部的外侧壁和锥状部的外侧壁均有设置。

优选的，连接螺钉92为玻璃螺钉，玻璃螺钉均分为四列，四列玻璃螺钉以电解池3的中轴线为中心，均匀分布在电解池3的侧壁上。玻璃螺钉上缠绕有电加热丝93，电加热丝93按照一定缠绕顺序缠绕在电解池3外侧。需要保证的是，在缠绕电加热丝93的时候，应确保每个玻璃螺钉均被缠绕，并且每个玻璃螺钉不能被缠绕超过两圈。

电加热丝93能够为电解池3升温，配合温度传感器91以及外部设备能够实现对电解池3的PID恒温控制，使电解池3在短时间内能够达到恒温控制，减小温漂对测试结果的影响，并且与传统的金属导热模块全包裹电解池3等间接传导方式相比，响应速度更快，成本更低。

实施例3：

在实施例1或实施例2的基础上，参照图1和图3，安装板12上开设有与电解池3相通的备用孔，备用孔能够连接管路，可通过管路将待测液从电解池上方通入，使得工作人员能够有更多方式向电解池内通入待测液。备用孔不使用时，通过堵头螺钉121进行封堵。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重金属监测用电解池装置，包括外框架(1)，其特征在于：外框架(1)顶板上通过安装架(11)设有电机(2)，电机(2)输出轴通过绝缘连接件(6)连接有旋转圆盘电极(51)，外框架(1)内设有安装板(12)，安装板(12)底部设有电解池(3)，电解池(3)与外部供液设备连接，旋转圆盘电极(51)转动连接在安装板(12)上，旋转圆盘电极(51)的一端伸至电解池(3)内的待测液中，安装板(12)上设有辅助电极(52)和参比电极(53)，辅助电极(52)和参比电极(53)均伸至电解池(3)内，安装板(12)上通过固定架(72)设有碳刷(7)，碳刷(7)与旋转圆盘电极(51)的不锈钢轴接触，碳刷(7)上通过铜片(71)连接有通向外部恒电位系统的导线。

2.根据权利要求1所述的一种重金属监测用电解池装置，其特征在于：所述绝缘连接件(6)为绝缘联轴器或硬质绝缘管。

3.根据权利要求2所述的一种重金属监测用电解池装置，其特征在于：所述旋转圆盘电极(51)伸入所述电解池(3)内的待测液0.3-1.0cm，所述辅助电极(52)与所述参比电极(53)均为倾斜设置，并且插入待测液的深度为1.0-1.5cm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种重金属监测用电解池装置，其特征在于：所述固定架(72)设有两个，两个固定架(72)均固定在安装板(12)上并且关于所述旋转圆盘电极(51)的中心对称分布，固定架(72)为盒状结构，所述碳刷(7)设有两个，两个碳刷(7)分别对应两个固定架(72)，碳刷(7)固定有铜片(71)的一端插入对应的固定架(72)内并通过抵紧机构与固定架(72)连接。

5.根据权利要求4所述的一种重金属监测用电解池装置，其特征在于：抵紧机构包括弹簧(8)，弹簧(8)位于固定架(72)内，弹簧(8)的一端与固定架(72)的内端面固定连接、另一端与碳刷(7)端部的铜片(71)固定连接，弹簧(8)使得碳刷(7)始终抵紧在旋转圆盘电极(51)的不锈钢轴上。

6.根据权利要求5所述的一种重金属监测用电解池装置，其特征在于：所述固定架(72)远离所述碳刷(7)的一端开设有穿孔，连接在所述铜片(71)上的导线穿过穿孔与外部恒电位系统连接。

7.根据权利要求1-3、5和6任一项所述的一种重金属监测用电解池装置，其特征在于：所述电解池(3)包括一体成型的筒状部与锥状部，筒状部固定在所述安装板(12)底部并与所述旋转圆盘电极(51)同轴设置，锥状部位于筒状部的底端，电解池(3)通过中空螺钉(4)与外部供液设备连接，中空螺钉(4)设置在所述外框架(1)的底板上且通过密封件与电解池(3)的锥状部底端连接。

8.根据权利要求7所述的一种重金属监测用电解池装置，其特征在于：所述密封件包括衬套(41)，衬套(41)通过螺钉安装在所述外框架(1)底板上，所述中空螺钉(4)穿设在衬套(41)内，衬套(41)内设有O型密封圈(42)，所述锥状部的底端插入衬套(41)内与O型密封圈(42)抵紧密封。

9.根据权利要求8所述的一种重金属监测用电解池装置，其特征在于：所述安装板(12)与所述电解池(3)之间设有恒温控制机构，恒温控制机构包括设置在安装板(12)上的温度传感器(91)，温度传感器(91)设置在安装板(12)底部并插入电解池(3)内的待测液内，电解池(3)的外侧壁上设有多个均匀布置的连接螺钉(92)，多个连接螺钉(92)之间均匀绕设有电加热丝(93)。

10.根据权利要求1-3、5、6、8和9任一项所述的一种重金属监测用电解池装置，其特征在于：所述安装板(12)上开设有与所述电解池(3)相通的备用孔，备用孔通过堵头螺钉(121)封堵。