TWI720686B - 具有校正功能之感測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種具有校正功能之感測裝置，包括：一本體，其內部定義一感測空間，且該感測空間係與外界流體聯通；一感測器，其係與該本體連接，且具有一感測電極，該感測電極係至少部分暴露於該感測空間；以及一校正液體儲存及輸送裝置，其內部定義用於儲存一校正液體之一校正液體容置空間，且於實施校正時將該校正液體透過一管路輸送至該感測空間，其中，該管路之管徑係自該校正液體容置空間至該感測空間逐漸縮小，且該管路係彎曲，以使該管路於感測空間之開口面向該感測電極，以於實施校正時使該校正液體於該感測電極上形成一校正液體層。
Description
本發明係關於一種感測裝置，特別關於一種具有校正功能之感測裝置。
一般的感測裝置大多需要定期校正，以維持其精準度。傳統上，須利用人工將感測裝置浸置於其特定性質已知之校正液體(例如：pH 7.0標準液)中，重新定義此時之所獲得之讀數，以完成校正程序。
然而，藉由人工將感測裝置浸置於校正液體中來進行校正相對較為耗時、繁瑣，不利於對於特定環境(例如：水庫、溪流、養殖池)之長期監控。相對而言，本身具有校正功能之感測裝置可以減少人力之需求，相對有利於對於特定環境之長期監控。
TW 435700公開了一種具有校正功能的溶氧分析儀，其係應用兩點校正原理來達成校正之功能，可減少人力負擔及誤差的產生，亦可增加溶氧感測電極的壽命。
US 20180136247 A1公開了一種校正微流體分析裝置的方法，包括：將分析物流體從分析物流體源接收到微流體流量控制器中；從第一校正流體源接收第一校正流體到微流體流量控制器中；從第二校正流體源接收第二校正流體到微流體流量控制器中；在分析操作模式期間操作微流體流量控制器以將分析物流體傳遞到分析模組；在校正操作模式期間操作微流體流量控制器以將校正流體傳遞到分析模組，在校正操作模式期間，改變傳遞到分析模組的第一和第二校正流體的流率比。
先前技術之具有校正功能之感測裝置，仍有進步之空間。因此，本發明之一目的在於，提供一種具有校正功能之感測裝置，以減少人力之需求。
為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種具有校正功能之感測裝置，包括：
一本體，其內部定義一感測空間，且該感測空間係與外界流體聯通；
一感測器，其係與該本體連接，且具有一感測電極，該感測電極係至少部分暴露於該感測空間；以及
一校正液體儲存及輸送裝置，其內部定義用於儲存一校正液體之一校正液體容置空間，且於實施校正時將該校正液體透過一管路輸送至該感測空間，
其中，該管路之管徑係自該校正液體容置空間至該感測空間逐漸縮小，且該管路係彎曲，以使該管路於感測空間之開口面向該感測電極，以於實施校正時，使該校正液體於該感測電極上形成一校正液體層。
於本發明之一實施例中，該感測器可為pH值感測器、導電度感測器、溶氧感測器或離子感測器。
於本發明之一實施例中，該感測電極可為具有一氧化銥電極之pH值感測器。
於本發明之一實施例中，於實施校正時，該校正液體儲存及輸送裝置可將該校正液體經該管路輸送至面向感測電極的開口，該開口的直徑在一實施例中可為0.8 mm，該開口與該感測電極之間的距離可為2 mm，為有效形成一校正液體層該校正液體於該管路中之初始流率應控制在等於或大於50 μL/min，較佳係控制在50~200 μL/min之間。
於本發明之一實施例中，該校正液體可為一pH 7.0標準液。
於本發明之一實施例中，上述之感測裝置，可進一步包括：
一控制及訊號讀取單元，包含一控制部分以及一訊號讀取部份，其電路係分別與校正液體儲存及輸送裝置以及感測器連接，該控制部分每隔一預定時間間隔控制校正液體儲存及輸送裝置，使校正液體透過管路以特定之流率輸送至感測空間，以進行感測電極的訊號校正；以及該訊號讀取部份係讀取感測裝置所量測的訊號。
於本發明之一實施例中，上述之感測裝置，可進一步包括：
一無線傳輸單元，其係與該控制及訊號讀取單元連接，以將該訊號讀取部份所獲得之讀數無線傳輸至一遠端之接收器，亦能傳送訊號給
一遠端控制單元，使該遠端控制單元驅動一馬達或其他致動裝置。
藉由本發明之具有校正功能之感測裝置，可於實施校正時使校正液體於該感測電極上形成一校正液體層，可有效地達成校正之功效。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，對本發明做一詳細說明，說明如後：
實施例：
圖1係為本發明之具有校正功能之感測裝置的剖面示意圖。如圖1所示，本發明之具有校正功能之感測裝置10，包括：本體11，其內部定義感測空間21，且感測空間21係與外界流體聯通，以圖1為例，感測空間21係藉由通口22與外界流體聯通，以於實施感測時將待測液體引入感測空間21中。
如圖1所示，本發明之具有校正功能之感測裝置10，亦包括：感測器12，其係與本體11連接，且具有一感測電極13，感測電極13係至少部分暴露於感測空間21，於實施感測時，感測電極13可與引入感測空間21中的待測液體接觸，以獲取感測數據。舉例來說，感測器12可用於感測待測液體之pH值、導電率、透光度、折射率以及溶氧量等性質，但本發明並不限於此。以圖1為例，感測器12係設置於本體11內部，但本發明並不限於此，只要感測器12之感測電極13至少部分暴露於感測空間21，可與待測液體接觸即可。在本發明之一實施方式中，感測器12可為pH值感測器，於此情況下，感測電極13可為氧化銥電極，且校正液體可為pH 7.0標準液。
如圖1所示，本發明之具有校正功能之感測裝置10，亦包括：校正液體儲存及輸送裝置14，其內部定義用於儲存校正液體之校正液體容置空間23。於實施校正時，校正液體儲存及輸送裝置14可藉由幫浦(圖未示)使校正液體透過管路15輸送至感測空間21。
如圖1所示，本發明之具有校正功能之感測裝置10中，管路15之管徑係自校正液體容置空間23至感測空間21逐漸縮小，且管路15係彎曲，以使管路15於感測空間21之開口面向感測電極13，以於實施校正時使校正液體於感測電極13上形成校正液體層。
以圖1為例，校正液體儲存及輸送裝置14係設置於本體11內部，但本發明並不限於此，在一實施方式中，校正液體儲存及輸送裝置14亦可與本體11分離設置。
圖2係為本發明之具有校正功能之感測裝置的流速模擬分布圖。如圖2所示，感測電極表面之液體的流速係在約8~12 μm/s之間，此係由自管道流出的校正液體所致。由此可見，本發明之具有校正功能之感測裝置藉由其特殊的管路設置，可於實施校正時使校正液體於感測電極上形成校正液體層。此時，由於特定性質已知之校正液體(例如：pH 7.0標準液)已穩定地分布於感測器之上，可重新定義此時之所獲得之讀數，以完成校正程序。本發明之具有校正功能之感測裝置無需利用人工將感測裝置浸置於校正液體之中，可達成原位校正之功效。
在一實施方式中，本發明之具有校正功能之感測裝置可進一步包括：一控制及訊號讀取單元，包含一控制部分以及一訊號讀取部份，其電路係分別與校正液體儲存及輸送裝置以及感測器連接，該控制部分每隔一預定時間間隔控制校正液體儲存及輸送裝置，使校正液體透過管路以特定之流率輸送至感測空間，以進行感測電極的訊號校正；以及該訊號讀取部份係讀取感測裝置所量測的訊號。藉此，可使本發明之具有校正功能之感測裝置進一步達成定期自動校正之功效。
在一實施方式中，本發明之具有校正功能之感測裝置可進一步包括：一無線傳輸單元，其係與感測器連接，將感測器所獲得之讀數無線傳輸至一遠端之接收器。藉此，使用者可自遠端監控感測數據，進一步提升便利性。
比較例：
圖3係為比較例之感測裝置的剖面示意圖。如圖3所示，與實施例類似地，比較例之感測裝置30，包括：本體31，其內部定義感測空間41，且感測空間41係藉由通口42與外界流體聯通；感測器32，其係與本體31連接，且具有感測電極33，感測電極33係至少部分暴露於感測空間41，於實施感測時，感測電極33可與引入感測空間41中的待測液體接觸，以獲取感測數據；以及校正液體儲存及輸送裝置34，其內部定義用於儲存校正液體之校正液體容置空間43，且可將校正液體透過管路35輸送至感測空間41。
比較例之感測裝置與本發明之具有校正功能之感測裝置之間的主要差異在於管路之管徑變化方式及其走向，比較例之感測裝置中的管路之管徑係自校正液體容置空間至感測空間逐漸放大，且管路之走向係與感測電極表面呈平行方向。相對而言，本發明之具有校正功能之感測裝置中的管路之管徑係自校正液體容置空間至感測空間逐漸縮小，且管路之走向係呈彎曲，以使管路於感測空間之開口面向感測電極。
圖4係為比較例之感測裝置的流速模擬分布圖。如圖4所示，感測電極表面之液體的流速係低於4 μm/s。由此可見，相較於本發明之具有校正功能之感測裝置，比較例之感測裝置並無法使校正液體於感測電極上形成校正液體層。
測試例1：
測試例1係使用紅色墨水代替校正液體，以了解校正液體在實施例之感測裝置中流動、分布之情形，其測試結果係如圖5所示。
首先，如圖5 (a)所示，將實施例之感測裝置浸泡於待測液體當中。隨後，如圖5 (b)~(c)所示，將紅色墨水輸送至感測器的感測電極表面，以模擬進行校正時校正液體之流動、分布之情形。最後，如圖5 (d)所示，經一段時間之後模擬校正液體之紅色墨水已於電極表面產生一垂直流動的水層。由此可證，在實際使用校正液體進行校正時，實施例之感測裝置可有效地使校正液體於感測電極上形成校正液體層，此時可重新定義所感測器獲得之讀數，完成校正程序，達成原位校正之功效。
測試例2：
為進一步了解校正液體於管路中之初始流率(即，管路與校正液體儲存及輸送裝置之連接處的流率)對於感測電極上所形成之校正液體層的影響，進一步針對初始流率進行相關測試。
測試例2係分別針對實施例與比較例之感測裝置進行測試。其中，感測器係使用具有氧化銥電極的pH值感測器，並使用pH 7.0標準液作為校正液體，校正液體儲存及輸送裝置係使用一可調整流率的蠕動式幫浦DG100N將校正液體輸送至氧化銥電極表面。
首先，將實施例與比較例之感測裝置浸置於pH值為4.0的待測液體中。隨後，以不同之初始流率分別使pH 7.0標準液經由管路輸送至感測空間。與此同時，監控並紀錄藉由氧化銥電極所獲得之讀數，以了解校正液體層形成之情形，其測試結果係如圖6~7所示。
圖6係為實施例之感測裝置在不同初始流率下之測試結果。圖6中，y軸係為氧化銥電極所測得之開路電位(open circuit potential, OCP)，可對應其所接觸之液體的pH值，x軸則為時間，分別於第100秒及第300秒開啟及關閉蠕動式幫浦，不同樣式的線條則代表不同之初始流率。
如圖6所示，在實施例之感測裝置的測試結果中，初始流率越低則氧化銥電極之讀數達到pH 7.0所需之穩定時間越長，且當初始流率在25 μL/min時電極表面的訊號不穩定無法感測到pH 7.0的穩定校正液體層，使用50、75、100、150與200 μL/min的初始流率下由pH 4.0達到pH 7.0的穩定校正液體層所需之時間分別為72、56、39、34、37秒，可在短時間內進行原位校正程序。
圖7係為比較例之感測裝置在不同初始流率下之測試結果。與圖6類似地，圖7中，y軸係為氧化銥電極相對於銀/氯化銀 (Ag/AgCl)參考電極所測得之開路電位(open circuit potential, OCP)，可對應其所接觸之液體的pH值，x軸則為時間，分別於第100秒及第300秒開啟及關閉蠕動式幫浦，不同樣式的線條則代表不同之初始流率。
如圖7所示，在比較例之感測裝置的測試結果中，可以發現在150 μL/min時，其校正液體直接與待測液體混合，無法產生校正液體層。在流率200 μL/min時，其穩定時間過長，即便在開啟幫浦200秒後，氧化銥電極所測得之讀數距離達到pH 7.0穩定校正液體層還有50 mV的差異值。
綜合上述測試結果可見，本發明之具有校正功能之感測裝置可有效地在短時間內，於感測電極表面形成穩定的校正液體層，以實施原位校正，藉此免除利用人工將感測裝置浸置於校正液體之程序。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該等實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該等實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
10:具有校正功能之感測裝置
11:本體
12:感測器
13:感測電極
14:校正液體儲存及輸送裝置
15:管路
21:感測空間
22:通口
23:校正液體容置空間
30:感測裝置
31:本體
32:感測器
33:感測電極
34:校正液體儲存及輸送裝置
41:感測空間
42:通口
43:校正液體容置空間
為了便於描述與清晰，圖式中各層之厚度或尺寸被加以放大、省略或概要的描繪。同時，各元件之尺寸並不完全反映其真實尺寸。
［圖1］ 係為本發明實施例之具有校正功能之感測裝置的剖面示意圖；
［圖2］ 係為本發明實施例之具有校正功能之感測裝置的流速模擬分布圖；
［圖3］ 係為比較例之感測裝置的剖面示意圖；
［圖4］ 係為比較例之感測裝置的流速模擬分布圖；
［圖5］ 係為測試例1之測試結果的照片；
［圖6］ 係為本發明實施例之具有校正功能之感測裝置在不同初始流率下之測試結果；以及
［圖7］ 係為比較例之感測裝置在不同初始流率下之測試結果。
10:具有校正功能之感測裝置
11:本體
12:感測器
13:感測電極
14:校正液體儲存及輸送裝置
15:管路
21:感測空間
22:通口
23:校正液體容置空間
Claims (7)
- 一種具有校正功能之感測裝置，包括： 一本體，其內部定義一感測空間，且該感測空間係與外界流體聯通； 一感測器，其係與該本體連接，且具有一感測電極，該感測電極係至少部分暴露於該感測空間；以及 一校正液體儲存及輸送裝置，其內部定義用於儲存一校正液體之一校正液體容置空間，且於實施校正時將該校正液體透過一管路輸送至該感測空間， 其中，該管路之管徑係自該校正液體容置空間至該感測空間逐漸縮小，且該管路係彎曲，以使該管路於感測空間之開口面向該感測電極，以於實施校正時使該校正液體於該感測電極上形成一校正液體層。
- 如請求項1所述之感測裝置，其中該感測器係為pH值感測器、導電度感測器、溶氧感測器或離子感測器。
- 如請求項2所述之感測裝置，其中該感測器係為具有一氧化銥電極之pH值感測器。
- 如請求項1所述之感測裝置，其中於實施校正時，該校正液體儲存及輸送裝置係將該校正液體經該管路輸送至面向該感測電極的開口，該開口之直徑係為0.8 mm，且該開口與該感測電極之間的距離係為2 mm，該校正液體於該管路中之初始流率係控制在等於或大於50 μL/min。
- 如請求項1所述之感測裝置，其中該校正液體係為一pH 7.0標準液。
- 如請求項1~5中任一項所述之感測裝置，進一步包括： 一控制及訊號讀取單元，包含一控制部分以及一訊號讀取部份，其電路係分別與校正液體儲存及輸送裝置以及感測器連接，該控制部分每隔一預定時間間隔控制校正液體儲存及輸送裝置，使校正液體透過管路以特定之流率輸送至感測空間，以進行感測電極的訊號校正；以及該訊號讀取部份係讀取感測裝置所量測的訊號。
- 如請求項1~5中任一項所述之感測裝置，進一步包括： 一無線傳輸單元，其係與該控制及訊號讀取單元連接，以將該訊號讀取部份所獲得之讀數無線傳輸至一遠端之接收器，以及傳送訊號給一遠端控制單元，使該遠端控制單元驅動一馬達或其他致動裝置。
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-
2019
- 2019-11-12 TW TW108141066A patent/TWI720686B/zh active
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