CN2772227Y - 水体测氧增氧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水体测氧增氧装置，它可对水产养殖及水族箱的水体的溶氧浓度进行连续检测并增氧。该装置包括测氧增氧罩、相对固定件及氧气补充系统三大部分。沉入于水中的测氧增氧罩的罩体内充入纯氧气后为初始状态，罩体上连接的细长测氧杆的顶部通过相对固定件上垂直通孔后可控制固定于相对固定件上的阀门。当罩内氧气溶入水中，测氧增氧罩所受的浮力减小而下沉后，测氧杆跟着下沉将阀门打开，氧气源通过阀门和管道向罩体充氧，测氧增氧罩受浮力上升使阀门关闭恢复初始状态，如此周而复始实现连续增氧，罩体内氧气的溶氧速度主要与水体的溶氧浓度有关，并以一个周期时间的长短来表明该周期内水体溶氧浓度平均值的相对大小。

Description

水体测氧增氧装置

所属技术领域

本实用新型涉及一种水体溶氧浓度的检测及增氧装置，主要应用于水产养殖及水族箱等需要对水体溶氧浓度进行检测并增氧的领域。

背景技术

目前公知的技术是：对水体溶氧浓度的检测主要采用溶解氧测定仪，它可以较准确地测定水体溶氧浓度的瞬时值，在实践中还根据鱼类等水生动物浮头、不进食等现象间接判断水体溶氧浓度偏低及水中缺氧，此时需要采取增氧措施；增氧主要采用各种增氧机，其氧源为含氧量21％的空气。上述溶氧浓度测定及增氧机的开及关均是单一的、互不关联的、间断的人工操作。根据规律，水体溶氧浓度在下半夜最低，此时人工操作不仅不易观察，而且劳动强度大。

发明内容

本实用新型设计人分析了水产养殖及水族箱对水体溶解氧的测定及增氧的要求：不一定必须知道水体溶氧浓度的绝对值，但须根据不同时段水体溶氧浓度的相对高低并在偏低时采取增氧措施以确保水生动物不缺氧；倘若能连续对水体溶氧浓度的相对高低进行检测并根据检测结果自动调节增氧速率，使水体溶氧浓度始终保持在相对较高的水平以满足水生动物对水体溶氧浓度的要求则更为理想，且在这种情况下对水体溶氧浓度相对高低的了解亦显得并不十分重要。根据这些特点，本实用新型的目的就是要从实用性的角度出发，采用简单有效的装置连续对水体溶氧浓度的相对高低进行检测，同时根据检测结果调节增氧速率，使水体溶氧浓度始终处于较高的水平，上述所有过程均自动进行，省却人工操作。

本实用新型采用的技术方案是：水体测氧增氧装置由测氧增氧罩、相对固定件、氧气补充系统三大部分组成；其中：测氧增氧罩主要由测氧杆、罩体、连接件、配重等组成；罩体为倒置的盆形即罩形，其底部在上，罩口在下，罩内有一定体积的空腔，底部中心的上端连接有与罩体同轴的细长形的测氧杆，下端通过连接件连接有与罩体同轴的适量配重；相对固定件为垂直方向有通孔的浮于水面的环形空心浮子或不受水体和测氧增氧罩变动影响的固定件；氧气补充系统包括氧气源、管道和阀门；

测氧杆、罩体及配重垂直于轴线上的任一横截面即水平截面均为中心对称图形，测氧杆、罩体、连接件及配重的重心均在同一轴线上；

测氧杆的外径略小于相对固定件通孔的内径并装入相对固定件通孔内，可通过上下活动分别控制阀门的关闭和开启；

阀门为机械式或机电式，机械式阀门或机电式阀门的电气开关安装于相对固定件上；

氧气源中有一定压力的纯氧气通过管道、阀门后再用管道输送至能给罩体充氧的位置；

沉入于水面以下的测氧增氧罩的罩体内充入纯氧气后为初始状态，罩体上连接的测氧杆的顶部穿过相对固定件上垂直通孔后可控制固定于相对固定件上的阀门，当罩体内氧气溶入水中，罩内水面上升使测氧增氧罩所受的浮力减小而下沉后，测氧杆跟着下沉将阀门打开，氧气源通过阀门和管道向罩体充氧，测氧增氧罩受浮力上升而使阀门关闭恢复初始状态，此为一个周期，如此周而复始实现连续增氧，并以一个周期时间的长短来表示该周期内水体溶氧浓度平均值的相对大小。

使用时将本水体测氧增氧装置配适量的配重并按设计要求装配好后再将测氧增氧罩放入水中，排尽罩内空气，测氧增氧罩虽然放入水中受到浮力，但因有配重，重力大于浮力，测氧增氧罩下沉带动测氧杆下降以求重力与浮力的平衡，此时在水面上的相对固定件上的阀门被打开，氧气源通过阀门及管道向罩体内充入纯氧气，测氧增氧罩受到浮力逐渐上升，当上升到一定程度，阀门被关闭而停止充氧，此为初始状态。随着时间的推移，罩体内的氧气因有一定压力且其浓度远大于水体溶氧浓度，所以可通过罩体内水面逐渐扩散溶入水中，使测氧增氧罩的浮力逐渐减小而下降，直至阀门再度被打开、罩体再次被充氧至测氧增氧罩上升到控制阀门关闭不再充氧恢复初始状态。如此循环实现了连续工作。

由上面叙述可见，本装置的增氧原理是通过有一定压力的氧气在罩体内的水面溶入水体而得以实现。而溶氧的速率与当时的气压、气温、罩体内水面的面积、罩体在水体内的平面位置及沉入水体的深度、水体的溶氧浓度等有关。一般情况下，在测氧这一有限时间内，气压、气温的变化是缓慢且有限的，而罩体内的水面面积、罩体在水体内的平面位置及沉入水体的深度是基本不变的，这些因素对溶氧速率的影响较小，在对检测精度要求不高的水产养殖生产现场或水族箱，这些影响是次要的，而水体溶氧浓度是影响溶氧速率的主要因素。很显然，当水体溶氧浓度为零时，罩体内氧气浓度与水体内氧气的浓度差最大，氧的溶解速率最大，测氧杆上升下降周期亦最短；当水体溶氧浓度达到饱和时，虽然罩体内氧气与水体内氧气有一定的浓度差，但罩体内的氧气不会溶入水体，氧的溶解速率为零，测氧杆不会下降，其上升下降周期无限长。这是两种极端的情况，实际上大多数情况是介于两种极端情况之间，也就是说测氧杆上升下降周期介于零与无限长之间，浓度差越大(对应于水体溶氧浓度越低)，溶氧速度越快，这种水体溶氧浓度的不同导致溶氧速度相应变化的规律即是本装置自动调节增氧速率的原理。同时可用测氧杆上升下降一个周期所需的时间或一定时间内测氧杆上升下降周期的次数作为代用指标，这个代用指标既表明了在该段时间内平均溶氧速度，相应地也表明了该段时间内水体溶氧浓度平均值的相对大小，这就是本装置测氧的原理。在一定意义上讲，用本装置连续测氧比测水体溶氧浓度的瞬时值更有实际意义。

由上述技术方案可知：由于本测氧增氧罩的罩体内充入的是纯氧气，且能在氧气溶入水体后得到补充，可以使本装置能连续自动测氧、增氧，确保水体有较高的溶氧浓度，有利于水生动物的安全和合理密养从而提高经济效益，这些不仅达到了本实用新型的目的，而且本装置具具有结构简单、操作极其方便、成本低廉、氧气的利用率高等优点，充分显示了它的优越性。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理图；

图2是本实用新型的第一个实施例(采用机械式阀门)的结构示意图；

图3是本实用新型的第二个实施例(采用机电式阀门)的结构示意图；

图4是机电式阀门的另一种设计的结构示意图；

图5是机械式阀门的另一种设计的结构示意图：

图中：A-A：水体水面；B-B、C-C：罩体内水面；G：电源；GH：干簧管；J：继电器；a-a、b-b、c-c：继电器各组接触点的接线端；V：阀门；V1：三通旋塞阀；YV：电磁阀；S：开关；O₂：氧气源；

图1中：2：相对固定件；3：测氧杆；4：罩体；5：连接件；6：配重；

图2中：111：上阀芯；112：阀盖；113：螺钉；114：密封垫；115：伸缩管；116：下阀芯；21：浮子盖；22：浮子体；31：空心测氧杆；32：空心接头；41：罩体；51：连接件；61：配重；

图3中：121：螺栓；122：垫圈；23：固定件；33：实心测氧杆；42：罩体；52：连接件；62：配重篮盖；63：配重篮；

图4中：131：螺栓；132：垫圈；133：永久磁铁；24：浮子盖；25：浮子体；34：测氧杆；

图5中：141：阀盖；142：密封垫；143：螺钉；144：阀芯；145：弹性密封薄片；26：固定件；35：空心接头；36：空心测氧杆；

具体实施方式

在图1中，相对固定件2是以浮子表示的，浮子浮于水面上会因水位的变化而改变位置，故称其为相对固定件。测氧增氧罩的测氧杆3、罩体4、连接件5、配重6等的水平截面虽然可以采用(2×n)边形或其它各种中心对称图形，但以圆形为首选。测氧增氧罩及相对固定件可选用金属材料或塑料制作。氧气源O₂用工业氧气即可，压力应稍大于沉入水中罩体4内氧气的压力，氧气源O₂内的纯氧气通过画有箭头所示方向的管道向罩体4充氧。阀门V两端粗黑线表示机械式阀门或机电式阀门的电气控制开关安装在相对固定件2上，而阀门V中间的直线与测氧杆3相连表示阀门V关闭或开启受测氧杆3升降的控制。

在图2的实施例中，相对固定件为由浮子盖21与浮子体22装配组成的浮子，罩体41为单一罩内截面积的简单直筒形，空心测氧杆31、连接件51均为空心管状，通过中间有孔的空心接头32将空心测氧杆31、罩体41、连接件51依次密封连接，它们组装在一起而形成的空心管道，该空心管道的一端与下阀芯116连接并相通，另一端通过连接件51水平方向的小孔与罩体41内的空腔相通，这些相当于图1中阀门V后的管道。连接件51下端装配有固定重量的配重61。机械式阀门由浮子盖21作为阀座，还包括上阀芯111、阀盖112、螺钉113、密封垫114、伸缩管115及下阀芯116，阀盖112与浮子盖21通过螺钉113相连接，下阀芯116与通过相对固定件垂直孔的空心测氧杆31顶端密封连接，阀盖112中心有螺纹孔可安装上阀芯111，上阀芯111中心有通孔，其直径较小的一端通过外螺纹装配于阀盖112的阀外侧，而直径较大的一端在阀内可密封套接由橡胶等弹性材料制成的呈波纹状的伸缩管115，氧气可从上阀芯112的通孔进入伸缩管115的空腔内，下阀芯116露出空心测氧杆31部分有一直径较大的凸台与伸缩管115密封套接，而其上端部分直径较小且在顶部装有与上阀芯112通孔相匹配的用弹性材料制成的密封垫114，下阀芯116在与空心测氧杆31相连接端有盲孔，盲孔顶端的水平方向有一小孔，由于伸缩管115两端均为密封套接，则伸缩管115中的空腔在阀门关闭即空心测氧杆31上升密封垫114将上阀芯112封闭时，仅通过下阀芯116的水平方向小孔及盲孔等与罩体41相通，而阀门开启即测氧杆31下降密封垫114与上阀芯112上的孔分离时，氧气通过上阀芯112的通孔进入伸缩管115的空腔进而进入罩体41充氧，图2所示即为阀门处于开启状态的情况。下阀芯116上的大凸台由于其直径大于相对固定件的通孔直径，下阀芯116只可在上阀芯112与浮子盖21之间有限范围内活动而不会分离。图2的设计还设置了三通旋塞阀V1，图中所示为罩体排气时的位置，将三通旋塞阀V1向顺时针方向旋转90°即为充氧的位置，转换使用甚为方便。

测氧增氧罩罩内氧气溶入水中会引起罩内水面上升，设溶入水体的氧气的体积为V，罩内水面面积为A，则罩内水面上升高度H＝V/A。氧气溶入水体后会使整个测氧增氧罩浮力减小，而测氧增氧罩所受的重力不变，为达到浮力与重力的平衡，测氧增氧罩会下沉使部分水面上的测氧杆沉入水中排除水的体积获得浮力以补偿因罩体内氧气溶入水中而减小的浮力，忽略测氧杆及氧气的重力等影响，则测氧杆排除水的体积＝溶入水体中氧气的体积，设测氧杆外侧面所包围的截面积为a，其下降的高度为h，则有A·H＝a·h，A/a越大，h/H亦越大，因为A远大于a，罩内水面的微小变化就会使测氧杆升降幅度产生较大的变化，A/a实际上就是本测氧增氧罩的灵敏度，改变任一截面积即可改变灵敏度，图3就是设计为罩内水面面积可调的阶梯状的罩体42，它含有两个不同罩体内水面截面积B-B、C-C以供调节不同灵敏度之用。当然配重相应采用由配重篮63与配重篮盖62组成的形式，配重篮内可装入不同重量的配重物以适应不同灵敏度之需。罩体42与配重间的连接是在该两部分的圆周上均匀设置三个以上有孔的连接耳并通过柔性或刚性的连接件52相连接的(图中所示为柔性连接)。相对固定件采用固定于水岸边固定件23的形式(其同定于水岸结构仅是示意的)。阀门采用机电式，在实心测氧杆33上装有螺栓121与垫圈122，垫圈122下部的固定件23上装有密闭不透水的开关S，该开关S可选用微动开关或限位开关等。图3中实心测氧杆33上升使开关S断离，电磁阀YV处于常闭的状态，当实心测氧杆33下降触动开关S闭合，电源G通过开关S及电磁阀YV的线圈形成通路，电磁阀YV开启，氧气源O₂通过管道向罩体42充氧，为安全起见，电源G应小于36V，电磁阀YV电压与电源G相适应。

机电式阀门除了如图3的设计外，还可以有多种设计，如图4的设计即是一种磁控开关，螺栓131将垫圈132、环形的永久磁铁133安装在实心测氧杆34上，由浮子盖24、浮子体25组成的浮子内靠实心测氧杆34的一侧固定有干簧管GH，其两端引线被密封引出，实心测氧杆34在上下变动位置时干簧管GH受永久磁铁133的控制也被释放和吸合，从而控制多触点继电器J的释放与吸合，继电器J的三组触点a-a、b-b、c-c可分别用于控制电磁阀、计时或计次装置及增氧机等(图中未画)，从而达到最佳使用效果。采用这种磁控开关的设计时，相对固定件宜采用塑料制作。当将相对固定件设计为浮子时，浮子的浮力宜大于测氧增氧罩的重力，继电器J的电压亦应与电源G相适应。

机械式阀门除了如图2的设计外，同样还可以有多种不同的设计，例如可以设计成图5的结构，空心测氧杆36的顶端通过空心接头35依次将弹性密封薄片145、阀芯144密封连接在一起，阀芯144结构与图2的阀芯115相似，其顶端有密封垫142，阀盖141中心的通孔正对着密封垫142，通过螺钉143将阀盖141与弹性密封薄片145密封安装于固定件26上，当空心测氧杆36带动阀芯144上升时，阀盖141中心的通孔被封闭而处于停止充氧状态，当空心测氧杆36下降时即是如图5所示的状态，氧气通过阀盖141中心的通孔、阀盖141与密封垫142的问隙、阀芯144侧面的小孔等向罩体充氧。由于弹性密封薄片145内外圈均为密封安装，空心测氧杆36活动范围很小，故在阀门开启或关闭的情况下弹性密封薄片145不会损坏，氧气不会泄漏。

由于本实用新型适用于水族箱和水产养殖等的各种不同水体，使用目的又有测氧、增氧或既测氧又增氧等不同情况，故在具体实施时，各零件可有各种不同的设计，例如：用于水族箱时罩体可较小些，用于水产养殖增氧时罩体可较大且相对固定件宜为同定件，氧气补充系统宜配置三通旋塞阀；为适用不同水深使用的需要，测氧杆可制成多节连接的形式以调节测氧杆的长短；水族箱因为水体容积较小，不仅测氧杆、罩体、连接件等可制得较小且可制成一体；对纯用于测氧的则要求A/a较大或用不同灵敏度的罩体等。同时，上述设计或利用本实用新型原理的其他类似设计中的各种部件可以互换搭配组合出多种不同的设计满足使用的需要。

Claims (8)

1、一种水体测氧装置，其特征是：该装置由测氧增氧罩、相对固定件、氧气补充系统三大部分组成；

测氧增氧罩主要由测氧杆(3)、罩体(4)、连接件(5)、配重(6)等组成；罩体(4)为倒置的盆形即罩形，其底部在上，罩口在下，罩内有一定体积的空腔，底部中心的上端连接有与罩体(4)同轴的细长形的测氧杆(3)，下端通过连接件(5)连接有与罩体(4)同轴的适量配重(6)；相对固定件(2)为垂直方向有通孔的浮于水面的环形空心浮子或不受水体和测氧增氧罩变动影响的固定件；氧气补充系统包括氧气源(O2)、管道和阀门(V)；

测氧杆(3)、罩体(4)及配重(6)垂直于轴线上的任一横截面即水平截面均为中心对称图形，测氧杆(3)、罩体(4)、连接件(5)及配重(6)的重心均在同一轴线上；

测氧杆(3)的外径略小于相对固定件(2)通孔的内径并装入相对固定件(2)通孔内，可通过上下活动分别控制阀门(V)的关闭和开启；

阀门(V)为机械式或机电式，机械式阀门或机电式阀门的电气开关安装于相对固定件(2)上；

氧气源(O2)中有一定压力的纯氧气通过管道、阀门(V)后再用管道输送至能给罩体(4)充氧的位置；

沉入于水面(A-A)以下的测氧增氧罩的罩体(4)内充入纯氧气后为初始状态，罩体(4)上连接的测氧杆(3)的顶部穿过相对固定件(2)上垂直通孔后可控制固定于相对固定件(2)上的阀门(V)，当罩体(4)内氧气溶入水中，罩内水面(A-A)上升使测氧增氧罩所受的浮力减小而下沉后，测氧杆(3)跟着下沉将阀门(V)打开，氧气源(O2)通过阀门(V)和管道向罩体(4)充氧，测氧增氧罩受浮力上升而使阀门(V)关闭恢复初始状态，此为一个周期，如此周而复始实现连续增氧，并以一个周期时间的长短来表示该周期内水体溶氧浓度平均值的相对大小。

2、根据权利要求1所述的水体测氧增氧装置，其特征是：测氧杆(3)、罩体(4)、配重(6)的横截面为圆形。

3、根据权利要求1所述的水体测氧增氧装置，其特征是：罩体(4)为单一罩内截面积的直筒形罩体(41)、配重(6)为固定重量的配重(61)。

4、根据权利要求1所述的水体测氧增氧装置，其特征是：罩体(4)为罩体内的水面面积可调的阶梯状的罩体(42)，并由配重篮盖(63)与配重篮(64)组成配重(6)。

5、根据权利要求1所述的水体测氧增氧装置，其特征是：机电式阀门的电磁阀(YV)通过开关(S)或由永久磁铁(133)与干簧管(GH)组成的磁控开关直接控制。

6、根据权利要求5所述的水体测氧增氧装置，其特征是：开关(S)或磁控开关，还可通过控制多触点继电器(J)并通过继电器(J)的一组触点间接控制电磁阀(YV)，继电器(J)的其余各组触点可用于控制计时或记次装置及增氧机等。

7、根据权利要求1或5或6所述的水体测氧增氧装置，其特征是：电源(G)选用36V以下的电压，电磁阀(YV)、继电器(J)等电压与电源(G)的电压相配合。

8、根据权利要求1所述的水体测氧增氧装置，其特征是：在氧气补充系统的管道上增设一个三通旋塞阀(V1)。

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