专利名称：氧氮二元气体声速氧气浓度在线测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及氧气浓度的测量装置，特别是涉及一种氧氮二元气体声速氧气浓度在线测量系统。
背景技术：
现有的测量氧气浓度的技术主要是用化学法测量、氧化锆浓差电池法测量、电化学法测量等。化学法测量是通过气体中的氧气与一价铜氨离子反应来确定气体中氧气含量，但设备易碎，携带不方便，用气量大。氧化锆浓差电池法测量由氧化锆陶瓷材料制成传感器，在高温下，氧化锆具有氧离子传导特性，当氧化锆管壁两侧的氧分压不同时，产生电势E，由此测定氧含量。其优点是不受检测气体温度的影响，通过采用不同的导流管可以检测各种温度气体中的氧含量，这种灵活性被运用在许多工业在线检测上。其缺点是反应时间慢；结构复杂，容易影响检测精度；加热器一般用电炉丝加热，寿命不长，价格高。电化学法测量电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，最终到达电极表面。通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。该测试方法需要经常校准，使用寿命不长。
发明内容
为克服上述现有技术问题，利用超声脉冲在气体中传播速度随气体摩尔质量而不同的原理，当在充满流体的管道内，在只有两种气体的组分下，且两种气体组分的浓度比也不同，根据检测超声波传输的时间就能检测出气体中的氧气浓度。该方法只需要一次校准，使用寿命长，无损耗，可连续检测，利用该方法提供出一种用于测量氧气浓度的系统。本发明采用如下技术方案:一种氧氮二元气体声速氧气浓度在线测量系统，该系统包括控制系统和测量系统，其中:测量系统包括:超声波发射/接受装置A、超声波发射/接受装置B、温度传感器和管道，所述超声波发射/接受装置A和超声波发射/接受装置B安装在管道两端，温度传感器安装在管道上，在管道两端的壁上设置有进气口和出气口 ；控制系统包括:处理器、发射电路、开关转换电路、信号放大电路、信号调理电路和显示传输电路，控制器控制发射电路定时发射脉冲，脉冲通过开关电路将设置超声波发射/接受装置的工作状态，并激发超声波的发射，当超声波被另一端装置接受时信号由信号放大电路放大并进行信号调制，最后传输给处理器进行数据处理并显示出。在上述技术方案中，该系统的测量方法为:步骤一:在充满氧氮二元气体的管道中，管道一端的超声波发射/接受装置A发射超声波，管道另一端超声波发射/接受装置B接受来自超声波发射/接受装置A的超声波， 计算得出超声波声速VI;
步骤二:超声波发射/接受装置B发射超声波，超声波发射/接受装置A接受来自超声波发射/接受装置B的超声波，计算得出超声波声速V2;
步骤三:根据步骤一、二的结果，计算得出超声波在氧氮二元气体中的相对声速为V；
步骤四:根据前面步骤的计算结果，计算出管道内的氧气浓度。
在上述技术方案中，所述超声波声速与环境温度有关，所述关系为:
权利要求
1.一种氧氮二元气体声速氧气浓度在线测量系统，其特征为该系统包括控制系统和测量系统，其中:测量系统包括:超声波发射/接受装置A (I)、超声波发射/接受装置B (2)、温度传感器(3)和管道(6)，所述超声波发射/接受装置A (I)和超声波发射/接受装置B (2)安装在管道(6)两端，温度传感器(3)安装在管道(6)中间，在管道(6)两端的壁上设置有进气口(4)和出气口(5)；控制系统包括:处理器、发射电路、开关电路、信号放大电路、信号调理电路和显示传输电路，控制器控制发射电路定时发射脉冲，脉冲通过开关电路将设置超声波发射/接受装置的工作状态，并激发超声波的发射，当超声波被另一端装置接受时信号由信号放大电路放大并进行信号调理，最后传输给处理器进行数据处理并显示出。
2.根据权利要求的I一种氧氮二元气体声速氧气浓度在线测量系统，其特征为该系统的测量方法为:步骤一:在充满氧氮二元气体的管道中，管道一端的超声波发射/接受装置A发射超声波，管道另一端超声波发射/接受装置B接受来自超声波发射/接受装置A的超声波，计算得出超声波声速VI;步骤二:超声波发射/接受装置B发射超声波，超声波发射/接受装置A接受来自超声波发射/接受装置B的超声波，计算得出超声波声速V2;步骤三:根据步骤一、二的结果，计算得出超声波在氧氮二元气体中的相对声速为V ；步骤四:根据前面步骤的计算结果，计算出管道内的氧气浓度。
3.根据权利要求2所述的一种氧氮二元气体声速氧气浓度在线测量方法，其特征在于所述超声波声速与环境温度有关，所述关系为:
4.根据权利要求2所述的一种氧氮二元气体声速氧气浓度在线测量方法，其特征为所述相对声速为:
全文摘要
本发明为一种氧氮二元气体声速氧气浓度在线测量系统，利用超声波传感器上产生超声波，超声波在有氧气流通的管道内传输，在管道的另一端接收超声波信号；超声波在管道的传输时间与管道内的氧气浓度和温度有关系；接收到的超声波信号经过信号放大电路对信号进行放大处理后，再经过信号调理电路，经过处理后，产生数字信号，再送到处理器中，处理器经过计算得到超声波发射到接收所用的时间，根据这个时间，就可以推算出管道内的氧气浓度了。本系统的测量速度快，测量数据稳定，使用寿命长，无损耗，无阻力，只需要一次校准，可连续检测，本系统的氧浓度测量误差在±1%以内。
文档编号G01N29/024GK103207235SQ201310128629
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月15日 优先权日2013年4月15日
发明者何朝进, 杨健 申请人:四川大爱科技有限公司