专利名称：一种球形传感器及采用此传感器的多用途离子浓度测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种球形传感器及采用此传感器的多用途离子浓度测定仪，特别涉及的是用于空气中正、负离子浓度的测定，也可用于水体、土壤中正、负离子含量的测定。
背景技术：
随着人们环保意识的增强，对空气质量的要求越来越高，而空气中离子含量的多少正是空气质量好坏的重要指标。空气中负离子含量越多，表明空气质量越好，并能杀灭空气中存在的微生物，使人感到愉悦轻松，提高工作效率。自然界中的土壤、水体中的正、负离子含量同样也反映出它们的受污染程度和很多固有特性。为监测和治理环境，准确的测量空气、水体、土壤中的离子含量是必不可少的。目前测量空气中离子含量主要是通过平行板电容法，通过在平行板电容两极板间加一定电压，使流过其间的空气离子发生偏移，将电荷转移到极板上，再测量极板间电压(电量)的改变，从而确定空气离子浓度。这种方法的缺点是测量时需要抽气，而空气离子在流动中很容易复合而消失掉，使测量精度下降，且在空气离子浓度较低时，极板间电压变化很小，如果放大电路精度较低，测量的数据就会有很大误差。
中国建材院研制的静态法负离子检测仪(CN1467497A)，其测量精度得到了很大提高，但是该仪器体积较大，对使用环境要求高，调校困难，只适合于在实验室中使用。普通的水体、土壤离子浓度测量仪，其结构复杂，专用性强，多利用离子交换等化学反应来间接进行测量，稳定性不高。
发明内容本实用新型的目的是提供一种结构简单、精度高、可小型化的多用途离子浓度测定仪，该测定仪采用球形离子浓度传感器，用于空气、水体、土壤的离子浓度测量。
一种球形离子浓度传感器，包括金属实心球、金属壳体、低阻抗电极导线、金属连杆、绝缘密封材料，金属壳体为球形，是球形传感器的一个电极，低阻抗电极导线的一端与金属壳体外表面电连接，金属实心球是球形传感器的另一个电极，由金属连杆支撑和固定金属实心球于金属壳体的球心位置，金属连杆的一端与金属实心球电连接，另一端伸出金属壳体，起到导线的作用，与金属壳体接触位置填充绝缘密封材料，使两个电极不至于相互接触导通，并使球体中充入的绝缘气体密闭不泄漏。
进一步，上述金属壳体采用低阻抗材料制作，表面镀金进一步降低其表面阻抗。
上述绝缘气体为氦气。
一种离子浓度测定仪，采用上述球形离子浓度传感器。
本实用新型的传感器结构简单、坚固、使用温度范围宽、灵敏度高，不会对被测环境产生流体扰动，适合于在气体、液体、土壤中使用。本实用新型的多用途离子浓度测定仪结构简单、精度高、可小型化，通过控制加在球形传感器上电压的极性，可选择测定正、负离子，能实现无人值守连续测量，并自动记录数据，通过通用串行总线接口(USB)与电脑进行数据交换和固件升级。
图1是本实用新型的球形离子浓度传感器示意图图2是本实用新型的离子浓度测定仪原理结构图具体实施方式图1中，1为金属实心球，2为金属壳体，3为低阻抗电极导线，4为电极上所带电荷，5为金属连杆，6为绝缘密封材料。图2中，7为球形离子浓度传感器，8为液晶显示屏，9为FLASH存储器，10为控制离子浓度传感器的开关控制器，11为高灵敏电荷信号放大器，12为A/D模数转换器，13为DSP数字信号处理器，14为USB控制器，15为USB接口。
球形离子浓度传感器7中，金属壳体2为球形，是传感器的一个电极，低阻抗电极导线3的一端与金属壳体2外表面电连接，金属实心球1是传感器的另一个电极，由金属连杆5支撑和固定金属实心球1于金属壳体2的球心位置，金属连杆5的一端与金属实心球1电连接，另一端伸出金属壳体2，起到导线的作用，与金属壳体2接触位置填充绝缘密封材料6，使两个电极不至于相互接触导通，并使球体中充入的氦气密闭不泄漏。
球形离子浓度传感器工作原理首先对传感器充电。如需要检测负离子浓度，就将金属实心球1接通直流正极，为高电势，金属壳体2接地，电势为零，两极之间电势差为1-30v。
开始检测时，将传感器放置在被测环境中，同时断开两个电极，金属实心球1带一定量正电荷4，金属壳体2由于接地不带电荷，但金属实心球1产生的静电引力，使金属壳体2的内表面带等量的异号负电荷，外表面就相应的带有等量的正电荷，在表面形成静电场。环境中的异号离子在电场力的作用下运动到传感器表面并放电。单位时间内，放电量的多少由环境中离子浓度而定。
10-100s后，使金属实心球1接地，电势为零，它就不再对金属壳体产生静电引力，壳体上所带电荷全部来自于环境中的离子放电，由于电荷有聚集于物体表面的特性，便集中于壳体表面层中而更易导出，然后接通壳体与放大电路之间的开关，测量壳体表面所带电荷量，通过计算处理，就能获得环境中离子浓度的数值。
本实用新型的离子浓度测定仪结构和工作原理DSP数字信号处理器13是一个单片机，直接控制数字开关10，对球形离子浓度传感器7的导通按程序设计进行操作。传感器7产生的电流信号经放大器11放大后，再经A/D模数转换器12采样，形成数字信号。
DSP对数字信号进行运算处理，得到离子浓度数据，处理结果保存到FLASH存储器9中，并同时将数据显示到液晶显示屏8上。进行连续无人职守测量时，每隔30s测量一次数据，所有数据全部保存到FLASH存储器9中，FLASH存储器9通过USB控制器14与USB接口15连接，可将所有数据导入电脑Excel表格进行人工分析处理。对空气、水体、土壤的测量过程完全相同，只是由DSP根据人工设定的不同检测环境，自动选用合适的数学修正参数进行计算，获得准确的离子浓度读数。整个设备的驱动程序存储在FLASH存储器9中，可通过USB接口15连接电脑进行升级。
由于使用了DSP数字信号处理器13对传感器7获得的电信号进行分析处理，使整个设备更智能，结构更简单，通用性好。
权利要求1.一种球形离子浓度传感器，其特征是包括金属实心球、金属壳体、低阻抗电极导线、金属连杆、绝缘密封材料，金属壳体为球形，是球形传感器的一个电极，低阻抗电极导线的一端与金属壳体外表面电连接，金属实心球是球形传感器的另一个电极，由金属连杆支撑和固定金属实心球于金属壳体的球心位置，金属连杆的一端与金属实心球电连接，另一端伸出金属壳体，起到导线的作用，与金属壳体接触位置填充绝缘密封材料，使两个电极不至于相互接触导通，并使球体中充入的绝缘气体密闭不泄漏。
2.根据权利要求1所述的球形离子浓度传感器，其特征是金属壳体采用低阻抗材料制作，表面镀金进一步降低其表面阻抗。
3.根据权利要求1或2所述的球形离子浓度传感器，其特征是所述绝缘气体为氦气。
4.一种离子浓度测定仪，其特征是其离子浓度传感器为权利要求1、2或3之一所述的球形离子浓度传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种球形离子浓度传感器，其特征是包括金属实心球、金属壳体、低阻抗电极导线、金属连杆、绝缘密封材料，金属壳体为球形，是球形传感器的一个电极，低阻抗电极导线的一端与金属壳体外表面电连接，金属实心球是球形传感器的另一个电极，由金属连杆支撑和固定金属实心球于金属壳体的球心位置，金属连杆的一端与金属实心球电连接，另一端伸出金属壳体，起到导线的作用，与金属壳体接触位置填充绝缘密封材料，使两个电极不至于相互接触导通，并使球体中充入的绝缘气体密闭不泄漏。本实用新型的传感器结构简单、坚固、使用温度范围宽、灵敏度高，不会对被测环境产生流体扰动，适合于在气体、液体、土壤中使用。本实用新型的多用途离子浓度测定仪结构简单、精度高、可小型化。
文档编号G01N27/00GK2914084SQ20062005500
公开日2007年6月20日 申请日期2006年2月17日 优先权日2006年2月17日
发明者李殷, 何唯平 申请人:深圳市海川实业股份有限公司