专利名称：微量溶解氧仪检定校准系统及其校准方法
技术领域：
本发明涉及一种微量溶解氧仪的校准装置，特别涉及对水中微量溶解氧 值进行准确可靠监测及对微暈溶解氧仪测量的数值进行检定的微量溶解氧 仪检定校准系统。
背景技术：
水中微量溶解氧值的准确可靠监测，对防止锅炉或其它动力设备的腐 蚀，保证其安全运行有着重要的意义，是安全生产的重要保障，也是节约能 源利国利民的大事。目前，国内外微量溶解氧的测量方法主要有两种， 一种 是目视比色法，另一种是微量溶解氧仪测定法，现在的测量己基本上从人工 比色转为测量仪的监测。虽然微量溶解氧测量仪操作简单、分辨率高、重复 性好，而且可以安装在管路上对微量溶解氧进行在线测量、实时监控，提供 迅速、持续的信号，但是，水中微量溶解氧测量仪的准确性无法保证。另外， 国内现在对微量溶解氧测定仪的准确性和重复性等重要技术指标，没有相应 的检测手段，无法对其检定。
有鉴于此，本创作人根据实际经验及技术理念，研究、开发出本发明。
发明内容
本发明是要提供一种微量溶解氧仪检定校准系统及其校准方法，以解决 对微量溶解氧仪测量的数值进行检定，使技术指标更准确可靠的技术问题。 解决上述技术问题所采用的技术方案是这样的
一种微量溶解氧仪检定校准系统，该系统为微量溶解氧水封闭循环系 统，其特征是该系统包括有补水装置、气水分离装置、微量氧水处理装置 及计算机控制装置；
该补水装置包括有一连接进水口的补水泵，补水棄输出端依次连接有纤 维过滤器、颗粒活性炭过滤器、烧结活性炭过滤器及反渗透膜组件，反渗透 膜组件的纯水出口通过一电磁阀连接至气水分离装置的三通阀；，
该气水分离装置包括有一气水分离器、三通阀及三级水封器，气水分离 器包括有一壳体，壳体上设有补水管、排气管及出水管，补水管外端设有补 水口，补水口连接三通阀，三通阀连通一回水口，排气管连接至三级水封器， 出水管连通至微量氧水处理装置的水箱；
该微量氧水处理装置包括有一水箱，水箱连接一循环泵，循环泵的出口 连接一稳流器，稳流器连接一除氧过滤器，除氧过滤器连接一离子交换树脂 过滤器，离子交换树脂过滤器连接一法拉第电解池入口，法拉第电解池的一 接管出口连接氧传感器进水口，氧传感器出水口连接一进水球阀，该进水球 阀连接一短路管，短路管另一端连接一出水球阀，短路管中间设有方便与被 校微量溶解氧仪接通的可离合的直通卡套，该出水球阀的出口连接一流量 计，流量计的出口连接至气水分离装置的回水口；
该法拉第电解池包括有一外壳，外壳上端中空接头连接有接管，外壳下 端装有电极座，电极座内插设有电解电极，外壳中部开设有进水管；
该氧传感器包括有一传感器座及一传感器罩，传感器座顶端装设有电缆 插座，传感器罩侧壁设有出水口，传感器罩底部中间装设有一喷嘴，喷嘴下 部装设有进水口及校准电极，传感器罩内装设有对准喷嘴的电子腔，电子腔 底端向上与传感器座连接，电子腔底端设有底托，底托中心装设有一金极座 及金极座四周的银极，金极座顶端与电子腔顶端形成电子腔溶液注入环口， 金极座内装有热敏电阻，金极座顶端设有金极，金极上覆盖有透氧薄膜，透 氧薄膜由膜托座固定在电子腔注入环口与金极表面，电子腔顶端螺设有紧固 膜托座的压盖；
该计算机控制装置为一微处理装置，包括有工控机、数据采集器、打印 机、显示屏及自控软件，该工控机设置有氧传感器的氧电极信号输入接口及 被校微量溶解氧仪信号输入接口，该计算机控制装置控制连接补水泵、循环 泵、流量计前的出水球阀及法拉第电解池的电解电流调节器，完成系统的自
动控制和数据处理；
该反渗透膜组件的废水出口与废水瓶之间连接有反洗球阀； 该循环泵连接有水流量调节器；
该稳流器为阻尼稳流装置，包括有一外壳，外壳的入口与出口之间设置 有螺旋形阻尼管；
该流量计为浮子流量计，包括有一玻璃管及上、下止档，玻璃管内的浮 子下端设有弯钩，流量计设有固定显示光标；
该三级水封器包括三个水封容器，每个容器下部空间注入水，其上部空 间为气室，进气管插入水中，出气管从气室内引出。
该微量溶解氧仪检定校准系统的校准方法，包括开启微量溶解氧仪检定 校准系统、建立微量溶解氧水循环状态、被校微量溶解氧仪调零及微量溶解 氧仪校准，其特征是该微量溶解氧水循环状态下的法拉第电解池的电解效 率曲线由电解效率测量装置进行测定；
该电解效率测量装置，包括有一玻璃容器电解池，电解池内装设有氧电 极及氢电极，其中，该电解池底端向内呈凹槽状，凹槽内装设有热敏电阻， 热敏电阻连接一温度计；
该电解池顶端接设一排气管，排气管外套设一连接管并与电解池顶端连 接，连接管的另一端连通一气体排水池，其排气管的外端位于气体排水池中 心部位，气体排水池的顶端开口处配设有密封套；
该连接管中部连接一 L形滴定管；
该电解池内的氧电极及氢电极连接至一恒流源；
该检定校准系统的量程范围为0~100ug/L;
该检定校准系统的本底氧低于4吗/L，氧传感器残余电流小于0.5吗/L。
本发明能实现对国内外新购进的、在线运行的、维护后的及生产单位出 厂前的微量溶解氧仪进行准确可靠的检定校准。
该系统由补水装置、气水分离装置、微量氧水处理装置组成一个由计算 机控制装置控制的自动微量氧水封闭循环系统。
微量氧水处理装置的水箱与气水分离器连接，气水分离器顶部接一个三
通， 一通与补水装置相连接，另一通与流量计出口连接，流量计的入口连接 一出水球阀，出水球阀连接短路管，短路管中部的直通卡套分开，并分别与 被校微量溶解氧仪的进、出水管连通，短路管另一端连接进水球阀，进水球 阀的入口连接氧传感器的出水口 ，氧传感器进水口连接法拉第电解池的接管 出口，法拉第电解池的进水口与离子交换树脂过滤器的出口相连接，离子交 换树脂过滤器的入口与除氧过滤器出口相连接，除氧过滤器的入口连接稳流 器，稳流器的入口连接循环泵，循环泵的入口连接水箱的出口，构成一个循 环装置。
在气水分离器的排气管连接三级水封，它的作用是阻止空气进入循环系 统，而系统里产生的气体由气水分离器分离后通过三级水封排出。
计算机控制装置是控制电解电流输出、水流量调节、循环泵及补水泵的 核心，又具有控制氧电极信号输入、被校氧表信号输入、微量氧水处理装置 的本底确认及检定校准后数据处理等功能。
本发明结构简单，其优点如下
1、 本发明依据的原理可靠，方法正确，可操作性强。解决了检定校准 系统中本底氧的确定、支持电解质的确定、法拉第电解池的制作、电解效率 的测定、电解水流量的标定、本底氧水处理系统的研制及仪器电子电路设计 等多个技术关键。
2、 本发明扩展了国内溶解氧检定系统的检定范围，保障了我国溶解氧 量值的准确一致，并为量值传递的准确提供了可靠的技术保障。
3、 本发明适用于国内、国外新购进的、在线运行的、维修后的及生产
单位出厂前的微量溶解氧仪的检定校准，量程范围为0 100ug/L,不确定度 为4吗/L(k-2)，重复性为2吗/L，本底氧小于4pg/L，氧传感器残余电流小 于0.5ng/L，为量值传递提供了可靠技术保障，而具实用性。
图1为本发明的外观结构示意图。 图2为本发明的系统结构示意图。图3为本发明的计算机控制装置连接示意图。 图4为本发明的气水分离器结构示意图。 图5为本发明的稳流器结构示意图。 图6为本发明的流量计结构示意图。 图7为本发明的法拉第电解池结构示意图。 图8为本发明的三级水封器结构示意图。 图9为本发明的氧传感器结构示意图。 图IO为本发明的工作原理方框图。
图11为本发明的计算机控制装置显示屏的操作功能实施例示意图。 图12为本发明的电解效率测量装置结构示意图。
具体实施例方式
如图1、 2、 3所示，为本发明的外观结构及系统结构示意图，该微量 溶解氧仪检定校准系统100为微量溶解氧水封闭循环系统，其中，该系统 100包括有补水装置10、气水分离装置20、微量氧水处理装置40及计算机 控制装置70;
该补水装置IO包括有一连接进水口的补水泵11，补水泵11输出端依 次连接有纤维过滤器12、颗粒活性炭过滤器13、烧结活性炭过滤器14及反 渗透膜组件15，反渗透膜组件15的纯水出口通过一电磁阀16连接至气水 分离装置20的三通阀30，其中补水瓶19以软管连接补水接口 33，废水出 口 34以软管连接至废水瓶18;该系统100的工作台表面上设置有计算机控 制装置70、被校氧表接口 82、 USB接口 83、补水开关84、循环泵开关85、 总电源开关86、电流校准接口35、 二级水封器32、三级水封器31、流量计 50、进水球阀47、出水球阀48、氧传感器90及法拉第电解池60的电解电 极接口 66。
该气水分离装置20包括有一气水分离器21、三通阀30及三级水封器 31，如图4所示，该气水分离器21包括有一壳体22，壳体22上设有补水 管24、排气管27及出水管28，补水管24外端设有补水口 25，补水口 25
连接三通阀30，三通阀30连通一回水口 26，排气管27连接至三级水封器 31(如图8所示)，出水管28连通至微量氧水处理装置40的水箱41;
该微量氧水处理装置40包括有一水箱41,水箱41连接一循环泵43， 循环泵43的出口连接一稳流器44，稳流器44连接一除氧过滤器45，除氧 过滤器45连接一离子交换树脂过滤器46，离子交换树脂过滤器46连接一 法拉第电解池60的入口 62，法拉第电解池60的一接管63的出口连接氧传 感器90进水口 905，氧传感器90出水口卯6连接一进水球阀47，该进水球 阀47连接一短路管49，短路管49另一端连接一出水球阀48，短路管49中 间设有方便与被校微量溶解氧仪80接通的可离合的直通卡套491，该出水 球阀48的出口连接一流量计50，流量计50的出口连接至气水分离装置20 的回水口 26(如图4所示)；
如图7所示，该法拉第电解池60包括有一外壳61，外壳61上端中空 接头64连接有接管63，外壳61下端装有电极座65，电极座65内插设有电 解电极66、 67，外壳61中部开设有进水管62;
如图9所示，该氧传感器90包括有一传感器座901及一传感器罩907， 传感器座901顶端装设有电缆插座902，传感器罩907侧壁设有出水口 906， 传感器罩907底部中间装设有一喷嘴903，喷嘴903下部装设有进水口 905 及校准电极904，传感器罩907内装设有对准喷嘴卯3的电子腔97,电子腔 97底端向上与传感器座901连接，电子腔97底端设有底托99，底托99中 心装设有一金极座96及金极座96四周的银极98，金极座96顶端与电子腔 97顶端形成电子腔97溶液注入环口，金极座96内装有热敏电阻95，金极 座96顶端设有金极91，金极91上覆盖有透氧薄膜92，透氧薄膜92由膜托 座93固定在电子腔97注入环口与金极91表面，电子腔97顶端螺设有紧固 膜托座93的压盖94;
该计算机控制装置70为一微处理装置，包括有工控机71、数据采集器、 打印机73、显示屏72及自控软件，该工控机71设置有氧传感器90的氧电 极信号输入接口 74及被校微量溶解氧仪80信号输入接口 75，该计算机控制 装置70控制连接补水泵11、循环泵43、流量计50前的出水球阀48及法拉
第电解池60的电解电流调节器69(恒流源)，完成系统的自动控制和数据处 理；
该反渗透膜组件15的废水出口端与废水瓶18间连接有反洗球阀17; 该循环泵43连接有水流量调节器42;
如图5所示，该稳流器44为阻尼稳流装置，包括有一外壳441，外壳 441的入口 442与出口 443之间设置有螺旋形阻尼管444;
如图6所示，该流量计50为浮子流量计，包括有架体51、玻璃管52 及上、下止档54、 53，玻璃管52内的浮子55下端设有弯钩56，流量计50 设有固定显示光标57;
如图8所示，该三级水封器31包括三个水封容器314，每个水封容器 314下部空间315注入水，其上部空间313为气室，进气管311插入下部空 间315的水中，出气管312从上部空间313气室内引出；
如图10所示，为本发明的工作原理方框图，微量溶解氧仪检定校准系 统的设计思路是检定用水通过本底氧水处理系统，除去水中的溶解氧，成 为本底氧水(由于种种原因，系统中总有一定量的本底氧)，然后，本底氧水 通过流量计50，流量计50精确测量水流量(一般控制在250mL/min)，本底 氧水流入法拉第电解系统，恒流源69提供恒定的电解电流(最大允许误差为 O.OlmA)，法拉第电解池60中的本底氧水电解产生一定量的标准氧增量，生 成检定用的标准氧水，然后标准氧水流入串联在系统中的被校氧表80，根 据标准氧水的溶解氧量就可以检定校准被校氧表80 了；标准氧水流入循环 泵43，循环泵43将标准氧水又泵入本底氧水处理系统，本底氧水处理系统 又将水中的溶解氧除去，生成本底氧水，这样就完成了一次循环，该循环是 在计算机控制装置70的监控下完成的。
如图ll所示，为本发明的计算机控制装置显示屏的操作功能实施例示 意图，该计算机控制装置70可以直观操作、显示该微量溶解氧仪检定校准 系统的各项性能参数及溶氧趋势曲线，具有控制、调节、信号采集及显示功 能。 -
该微量溶解氧仪检定校准系统的校准方法，包括开启微量溶解氧仪检定
校准系统、建立微量溶解氧水循环状态、被校微量溶解氧仪调零及微量溶解
氧仪校准，其中，该微量溶解氧水循环状态下的法拉第电解池60的电解效率 曲线由电解效率测量装置81进行测定。
如图12所示，为本发明的电解效率测量装置结构示意图，该电解效率 测量装置81，包括有一玻璃容器电解池82，电解池82内装设有氧电极83 及氢电极84，其中，电解池82底端向内呈凹槽状，凹槽内装设有热敏电阻 85，热敏电阻85连接一温度计851;
该电解池82顶端接设一排气管86，排气管86外套设一连接管87并与 电解池82顶端连接，连接管87的另一端连通一气体排水池88，其排气管 86的外端位于气体排水池88中心部位，气体排水池88的顶端开口处配设 有密封套89;
该连接管87中部连接一L形滴定管871， L形滴定管871内径4 8nm; 该电解池82内的氧电极83 '及氢电极84连接至一恒流源852; 该检定校准系统的量程范围为0-100pg/L;
该检定校准系统的本底氧低于4吗/L，氧传感器90残余电流小于 0.5pg/L。
该微量溶解氧仪检定校准系统100中循环水的电解效率是用专用电解 效率测量装置81测定的，其工作原理基于法拉第电解定律，即在系统循环 水中，给法拉第电极通以电流，使水电解产生氢气和氧气，当水的流量恒定， 精确测量通过电解电极的电流，可计算出产生的标准溶解氧的增量。
微量溶解氧仪检定校准系统中的微量溶解氧应为-
00标准=00本底+厶02 ............(1)
式中DO核——本底氧单位Hg/L
△ 02 —一标准溶解氧增量单位pg/L 线-"I 4974.85/V ............(2)
其中 11一一系统水的电解效率
式中I--电解电流单位mAV——水流量单位ml U实 一一实际电解水所产生的气体体积单位ml U理一一理论电解水所产生的气体体积单位ml
其中U《 一一实际电解水所产生的气体体积可通过滴定管871上V值 计算出，从而该电解效率测量装置可测量出不同电解电流条件下电解效率曲 线，确定不同电解电流条件下的标准溶解氧增量，以供实际操作时使用。
本发明扩展了国内溶解氧检定系统的检定范围，保障了我国溶解氧量 值的准确一致，解决了对微量溶解氧仪测量的数值检定，首次评价了水中微 量溶解氧校准的量值不确定度，使技术指标更准确可靠，为生产单位出厂前 的微量溶解氧仪的检定校准提供了准确可靠的技术保障。
综上所述，本发明的功效有明显的提升，具有新颖性、实用性，符合发 明专利各要件，故依法提出发明专利申请。
权利要求
1、一种微量溶解氧仪检定校准系统，该系统为微量溶解氧水封闭循环系统，其特征是该系统包括有补水装置、气水分离装置、微量氧水处理装置及计算机控制装置；该补水装置包括有一连接进水口的补水泵，补水泵输出端依次连接有纤维过滤器、颗粒活性炭过滤器、烧结活性炭过滤器及反渗透膜组件，反渗透膜组件的纯水出口通过一电磁阀连接至气水分离装置的三通阀；该气水分离装置包括有一气水分离器、三通阀及三级水封器，气水分离器包括有一壳体，壳体上设有补水管、排气管及出水管，补水管外端设有补水口，补水口连接三通阀，三通阀连通一回水口，排气管连接至三级水封器，出水管连通至微量氧水处理装置的水箱；该微量氧水处理装置包括有一水箱，水箱连接一循环泵，循环泵的出口连接一稳流器，稳流器连接一除氧过滤器，除氧过滤器连接一离子交换树脂过滤器，离子交换树脂过滤器连接一法拉第电解池入口，法拉第电解池的接管出口连接氧传感器进水口，氧传感器出水口连接一进水球阀，该进水球阀连接一短路管，短路管另一端连接一出水球阀，短路管中间设有方便与被校微量溶解氧仪接通的可离合的直通卡套，该出水球阀的出口连接一流量计，流量计的出口连接至气水分离装置的回水口；该法拉第电解池包括有一外壳，外壳上端中空接头连接有接管，外壳下端装有电极座，电极座内插设有电解电极，外壳中部开设有进水管；该氧传感器包括有一传感器座及一传感器罩，传感器座顶端装设有电缆插座，传感器罩侧壁设有出水口，传感器罩底部中间装设有一喷嘴，喷嘴下部装设有进水口及校准电极，传感器罩内装设有对准喷嘴的电子腔，电子腔底端向上与传感器座连接，电子腔底端设有底托，底托中心装设有一金极座及金极座四周的银极，金极座顶端与电子腔顶端形成电子腔溶液注入环口，金极座内装有热敏电阻，金极座顶端设有金极，金极上覆盖有透氧薄膜，透氧薄膜由膜托座固定在电子腔注入环口与金极表面，电子腔顶端螺设有紧固膜托座的压盖；该计算机控制装置为一微处理装置，包括有工控机、数据采集器、打印机及显示屏，该工控机设置有氧传感器的氧电极信号输入接口及被校微量溶解氧仪信号输入接口，该计算机控制装置控制连接补水泵、循环泵、流量计前的出水球阀及法拉第电解池的电解电流调节器。
2、 根据权利要求1所述的微量溶解氧仪检定校准系统，其特征是该 反渗透膜组件的废水出口与废水瓶之间连接有反洗球阀。
3、 根据权利要求1所述的微量溶解氧仪检定校准系统，其特征是该 循环泵连接有水流量调节器。
4、 根据权利要求1所述的微量溶解氧仪检定校准系统，其特征是该 稳流器为阻尼稳流装置，包括有一外壳，外壳的入口与出口之间设置有螺旋 形阻尼管。
5、 根据权利要求1所述的微量溶解氧仪检定校准系统，其特征是该 流量计为浮子流量计，包括有一玻璃管及上、下止档，玻璃管内的浮子下端 设有弯钩，流量计设有固定显示光标。
6、 根据权利要求1所述的微量溶解氧仪检定校准系统，其特征是该 三级水封器包括三个水封容器，每个容器下部空间注入水，其上部空间为气 室，进气管插入水中，出气管从气室内引出。
7、 根据权利要求1所述的微量溶解氧仪检定校准系统的校准方法，包 括开启微量溶解氧仪检定校准系统、建立微量溶解氧水循环状态、被校微量 溶解氧仪调零及微量溶解氧仪校准，其特征是该微量溶解氧水循环状态下 的法拉第电解池的电解效率曲线是由电解效率测量装置进行测定。
8、 根据权利要求7所述的微量溶解氧仪检定校准系统的校准方法，其 特征是该电解效率测量装置，包括有一玻璃容器电解池，电解池内装设有 氧电极及氢电极，其中，电解池底端向内呈凹槽状，凹槽内装设有热敏电阻， 热敏电阻连接一温度计；该电解池顶端接设一排气管，排气管外套设一连接管并与电解池顶端连 接，连接管的另一端连通一气体排水池，其排气管的外端位于气体排水池中心部位，气体排水池的顶端开口处配设有密封套； 该连接管中部连接一 L形滴定管； 该电解池内的氧电极及氢电极连接至一恒流源。
9、 根据权利要求7所述的微量溶解氧仪检定校准系统的校准方法，其 特征是该检定校准系统的量程范围为0~10(Hig/L。
10、 根据权利要求7所述的微量溶解氧仪检定校准系统的校准方法，其 特征是该检定校准系统的本底氧低于4吗/L,氧传感器残余电流小于 0.5pg/L。
全文摘要
一种微量溶解氧仪检定校准系统及其校准方法，该系统为微量溶解氧水封闭循环系统，其特征是系统包括有补水装置、气水分离装置、微量氧水处理装置及计算机控制装置，补水装置包括补水泵、纤维过滤器、颗粒活性炭过滤器、烧结活性炭过滤器及反渗透膜组件，并连接至气水分离装置，气水分离装置包括有气水分离器及三级水封器，微量氧水处理装置包括有水箱、循环泵、稳流器、除氧过滤器、离子交换树脂、法拉第电解池、进出水球阀、短路管及流量计，流量计出口连接至气水分离装置的回水口，法拉第电解池的接管出口端装设有氧传感器；该系统扩展了国内溶解氧检定系统的范围，首次评价了水中微量溶解氧校准的量值不确定度，为量值传递提供了可靠技术保障。
文档编号G01N27/417GK101183087SQ200710301409
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者修宏宇, 季春峰, 沈先锋, 蔡詠棠 申请人:中国计量科学研究院;中国电子科技集团第十二研究所