专利名称：电化学式氧气分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种环境污染监测设备，尤其是涉及一种采用电化学方法测氧的 电化学式氧气分析仪。
背景技术：
目前氧气浓度检测方法有顺磁式和氧化锆式一 .顺磁式包括热磁式、磁压力式、磁机械式等三种氧分析器，通常为在线检测仪表，用于连 续自动分析气体中的氧含量。其工作原理均基于氧的顺磁性。并通过检测元件将热磁对流、 压力差、密度梯度转化为电信号，从而实现被测气体中氧浓度的测量。缺点；对环境温度和 供电电源有较高的要求，需要有参比气体且不能有液滴和灰尘之类的杂质，磁力式氧传感 器价格也比较昂贵。二 .氧化锆式氧化锆传感器在高温下，当两侧电极间的氧气含量不同时，两电极间产生电动势， 构成氧浓差电池，两电极间反应如下阴极反应02+4e— 202—阳极反应202— — 02+4e氧化锆氧分析器就是利用氧化锆传感器的这一特性，将被检测环境中的氧气转换 成电信号然后通过电子部件处理，并以浓度值显示出来。缺点；对环境的要求比较高，需要 700度的高温加热，需要实时的控制加热温度，高温使得氧传感器使用寿命较短且安装不 便。
发明内容针对以上提出的问题，本实用新型目的在于提供一种不受被测气体中还原性气体 的影响，不需样气处理的快速、免维护的电化学式氧气分析仪。本实用新型通过以下技术措施实现的，一种电化学式氧气分析仪，包括人机界面、 电路主板、氧传感器室、密封在氧传感器室内的电化学氧传感器、样气入口、校检气入口、气 体出口，样气入口管接有取样泵，取样泵的出口管接有过滤器，过滤器的出口管接有流量控 制阀，过滤器的出口和流量控制阀的入口之间还与校检气入口管接，流量控制阀、气体出口 分别管接在氧传感室的两端上；所述电路主板包括控制芯片、电连接在控制芯片上的贮存 器、电连接在控制芯片上的A/D转换模块，电路主板分别与人机界面、流量控制阀和取样泵 电连接，电路主板上的A/D转换模块通过放大补偿模块与电化学氧传感器电连接。上述人机界面包括显示屏和按键；电化学氧传感器包括浸没在KOH的溶液中高活 性的氧电极和铅电极，KOH溶液与外界有一层高分子薄膜隔开。上述控制芯片优选嵌入式ATMEGA64L处理器。为了能将检测信息上传给中心站，本实用新型的控制芯片电连接有RS232模块、 RS485模块、ADSL宽带模块、GPRS模块中的任意一种或任意几种。
3[0014]为了能同时检测其它设备的工作状态，本实用新型的控制芯片上还电连接有至少 一路外部数字开关量信号接入口，该外部数字开关量信号接入口能将与其电连接的外围设 备的开关状态传送给控制芯片。为了能处理其它设备采集的信号，所述A/D转换模块与放大补偿模块之间还可电 连接有一电流/电压转换模块，该电流/电压转换模块上至少电连接有一路采集接口，该采 集接口能采集与其电连接的外围设备的电流或电压信号。本实用新型的工作原理电化学氧传感器一般由高活性的氧电极和铅电极构成， 浸没在KOH的溶液中。在阴极氧被还原成氢氧根离子，而在阳极铅被氧化。02+2H20+4e — 40F2Pb+40F — 2Pb (OH) 2+4eKOH溶液与外界有一层高分子薄膜隔开，样气不直接进入传感器，因而溶液与铅电 极不需定期清洗或更换。样气中的氧分子通过高分子薄膜扩散到氧电极中进行电化学反 应，电化学反应中产生的电流决定于扩散到氧电极的氧分子数，而氧的扩散速率又正比于 样气中的氧含量，这样，该传感器输出信号大小只与样气中的氧含量相关，而与通过传感器 的气体总量无关。通过外部电路的连接，反应中的电荷转移即电流的大小与参加反应的氧 成正比例关系。采用本实用新型进行测氧，可以不受被测气体中还原性气体的影响，免去了许多 的样气处理系统。它比老式“金网-铅”原电池测氧更快速，不需要漫长的开机吹除过程， “金网-铅”原电池样气直接进入溶液中，导致仪器的维护量很大，而燃料电池法样气不直接 进入溶液中，传感器可以非常稳定可靠的工作很长时间，可做到完全免维护。本实用新型进行测氧时，被测气体的温度不需要过高或过低，常温下0 35°C即 可，无需加热；测量时无需通入参比气体，因而测量气路简单。反应较快，不像氧化锆式需要 较长时间预热；测量范围；0 100% O2，不受C02，CO, H2S, NOx, H2影响。
图1为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型实施例1的电路框图；图3为本实用新型实施例2的电路框图；图4为本实用新型实施例3的电路框图；图5为本实用新型实施例4的电路框图。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。实施例1如图1、图2所示，一种电化学式氧气分析仪，包括安装在仪器外壳上的样气入口 10、校检气入口 8、气体出口 1、IXD显示器5和键盘4，而在壳体内部则安装有电路主板6、氧 传感器室3、取样泵2，过滤器9，以及流量控制阀7，过滤器9的出口与流量控制阀7管接， 过滤器9的出口和流量控制阀7的入口之间还与校检气入口 8管接，流量控制阀7、和气体 出口 1分别管接在氧传感器室3的两端上；氧传感器室3内密封有电化学氧传感器301，电 路主板6包括嵌入式ATMEGA64L处理器701、电连接在嵌入式ATMEGA64L处理器701上的
4FLASHR0M贮存器704、电连接在嵌入式ATMEGA64L处理器701上的A/D转换模块703，电路 主板6分别与IXD显示器5、键盘4、流量控制阀7和取样泵2电连接，电路主板6上的A/D 转换模块703通过放大补偿模块702与电化学氧传感器301电连接。嵌入式ATMEGA64L处理器701控制流量控制阀7和取样泵2从样气入口 10或校 检气入口 8将样气或校检气吸入到氧传感器室3，密封在氧传感器室3内的电化学氧传感 器301主要由浸没在KOH的溶液中的高活性氧电极和铅电极构成，在阴极氧被还原成氢氧 根离子，而在阳极铅被氧化。02+2H20+4e — 40F2Pb+40F — 2Pb (OH) 2+4eKOH溶液与外界有一层高分子薄膜隔开，样气或校检气不直接进入电化学氧传感 器301，因而溶液与铅电极不需定期清洗或更换。样气或校检气中的氧分子通过高分子薄膜 扩散到氧电极中进行电化学反应，电化学反应中产生的电流决定于扩散到氧电极的氧分子 数，而氧的扩散速率又正比于样气中的氧含量，这样，该电化学氧传感器301输出信号大小 只与样气中的氧含量相关，而与通过电化学氧传感器301的气体总量无关。通过外部电路 的连接，反应中的电荷转移即电流的大小与参加反应的氧成正比例关系，由电化学氧传感 器301产生模拟电信号，该模拟电信号经过放大补偿模块702的放大补偿后，通过A/D转换 模块703进行A/D转换，得到数字信号，并由嵌入式ATMEGA64L处理器701系统内部进行数 学建模，计算出测量值，然后在LCD显示器5上显示氧气浓度，并可通过键盘5查询每分钟 的浓度值，另外，ATMEGA64L处理器701还可将测量值存储在8Mbytes的FLASHR0M贮存器 704中。分析后的气体由气体出口 1排至外界。实施例2如图1、图3所示，一种具有监测四路外围设备的电化学式氧气分析仪，与实施例 1不同处在于嵌入式ATMEGA64L处理器701上还电连接有四路外部数字开关量信号接入口 705，每路外部数字开关量信号接入口 705电连接一外围设备，在如实施例1进行氧气分析 的基础上还能将对应的四路外围设备的开关状态传送给嵌入式ATMEGA64L处理器701。实施例3如图1、图4所示，一种能采集四路外围设备的信号的电化学式氧气分析仪，与实 施例1不同处在于，A/D转换模块703与放大补偿模块702之间还可电连接有一电流/电 压转换模块706，该电流/电压转换模块706上电连接有四路采集接口 707，该采集接口 707 能采集与其电连接的外围设备的电流或电压信号，并传送给嵌入式ATMEGA64L处理器701。实施例4如图1、图5所示，一种具有组网功能的电化学式氧气分析仪，与实施例1、2、3不同 处在于，嵌入式ATMEGA64L处理器701上还电连接有RS232模块708、ADSL宽带模块709和 GPRS模块710，本分析仪能根据本地或中心站远程设置的采集周期采集各通道数据、存储， 通过GPRS/RS232/ADSL上传给中心站并自显示在IXD显示器5上。从而构成环境污染在线 监测系统。设备地址设置为1-14个ASCII字符，由中心站统一分配。这种方式实现了远距 离传输和实时在线的功能，做到了实时准确真实的反应现场的情况。以上是对本实用新型电化学式氧气分析仪进行了阐述，用于帮助理解本实用新 型，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本实用新型原理下所 作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种电化学式氧气分析仪，其特征在于包括人机界面、电路主板、氧传感器室、样气入口、校检气入口、气体出口，样气入口管接有取样泵，取样泵的出口管接有过滤器，过滤器的出口管接有流量控制阀，过滤器的出口和流量控制阀的入口之间还与校检气入口管接，流量控制阀和气体出口分别管接在氧传感器室的两端上；所述氧传感器室内密封有电化学氧传感器，所述电路主板包括控制芯片、电连接在控制芯片上的贮存器、电连接在控制芯片上的A/D转换模块，电路主板分别与人机界面、流量控制阀和取样泵电连接，电路主板上的A/D转换模块通过放大补偿模块与电化学氧传感器电连接。
2.根据权利要求1所述的电化学式氧气分析仪，其特征在于所述人机界面包括显示 屏和按键。
3.根据权利要求1所述的电化学式氧气分析仪，其特征在于所述电化学氧传感器包 括浸没在KOH的溶液中高活性的氧电极和铅电极，KOH溶液与外界有一层高分子薄膜隔开。
4.根据权利要求1所述的电化学式氧气分析仪，其特征在于所述控制芯片为嵌入式 ATMEGA64L 处理器。
5.根据权利要求1所述的电化学式氧气分析仪，其特征在于所述控制芯片电连接有 RS232模块、RS485模块、ADSL宽带模块、GPRS模块中的任意一种或任意几种。
6.根据权利要求5所述的电化学式氧气分析仪，其特征在于所述控制芯片电连接有 至少一路外部数字开关量信号接入口，该外部数字开关量信号接入口能将与其电连接的外 围设备的开关状态传送给控制芯片。
7.根据权利要求1所述的电化学式氧气分析仪，其特征在于所述A/D转换模块与放 大补偿模块之间电连接有一电流/电压转换模块，该电流/电压转换模块上至少电连接有 一路采集接口，该采集接口能采集与其电连接的外围设备的电流或电压信号。
专利摘要本实用新型公开了一种电化学式氧气分析仪，包括人机界面、电路主板、氧传感器室、样气入口、校检气入口、气体出口，样气入口管接有取样泵，取样泵的出口管接有过滤器，过滤器的出口管接有流量控制阀，过滤器的出口和流量控制阀的入口之间还与校检气入口管接，流量控制阀、气体出口分别管接在氧传感器室的两端；本实用新型具有不受被测气体中还原性气体的影响，不需样气处理并能快速、免维护地分析氧气含量的优点。
文档编号G01N27/413GK201689072SQ20102015907
公开日2010年12月29日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者何胜辉, 王胜利, 赵希朋 申请人:宇星科技发展(深圳)有限公司