专利名称：一种原电池式微量氧分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业气体中微量氧的分析检测仪器，特别是一种原电池式微量氧分析仪。
背景技术：
原电池检测气体中的微量氧，有着悠久的历史，其计量溯源的基础十分牢固，灵敏度很高，由于直接用电解发生的氧进行标校，检测结果很准确，这是其它方法难以相比的。所以长期来，一直是检测气体中微量氧的最主要的方法，而且作为定型仪器，从五十年代以来，在国内多个领域，一直沿用了数十年。但由于长期存在着重大的缺陷，例如原电池结构不合理，气流系统过于简单，使用中电解液和池内碱液中的水份流失很快，导致使用时间过短，因而必须频繁的更换碱液。而且，每换一次碱液需很长时间才能正常使用，这就极大的妨碍了原电池方法的使用效率。特别是检测中氧含量和输出信号间，存在着非线性关系，因而多·年来，含量显示一直采用电流表，从而直接影响到了检测结果的精确度。过于简单的检测气路和简陋的显示方法，制约了仪器功能的提升。十多年来，伴随着国内工业气体生产的快速发展，对氧量检测技术的要求，也越来越高，导致该类仪器无法胜任气体产品的检测需求，特别是最近十年，随着国外燃料电池的大量引进，原产仪器很快就被淡出市场，因而国内定点生产厂，也随之转产。虽然，原电池测氧，作为一种方法，仍有不少人在沿用，在研究，在改进。但至今却没有一种优良的工业产品问市。我们在对国内外，特别是国内气体工业发展动向进行分析后，认为原电池测氧技术潜在着良好的发展前景，它现有的缺陷是可以克服的。而原电池自身所具备的技术特点，经过发掘利用，就一定可以作为一种新型的微量氧检测和校准的多功能精密设备，闪亮入市。燃料电池，也是由原电池发展而来，由于它没有液体，灵敏度高，体积又小，使用简便，因而很快得到大面积推广，推动了氧分析技术的发展。但燃料电池并不能替代原电池，二者决非相互制约的关系，相反，却是相互补充，互相推动，配套发展的关系，因而原电池氧分析仪的新产品，一定能推动中国微量氧检测技术，迈向一个更高的台阶。传统的原电池式氧分析仪工业产品的检测气路流程(主机)如附件一图I所示，检测气路由流量调节阀I、流量计2、普通四通阀3、微型电解池4和原电池5构成。原电池阳极为银网6，阴极为铅棒7，分别置于相距甚远的碱液容器中，氧含量用普通电流表，按非线性分度表示。其主要缺陷如下一、在检测中电解池和原电池碱液中的水份流失较快，导致仪器工作周期短；二、仪器灵敏度低，响应较慢，检测时间较长；三、显示粗放，检测误差较大；四、四通阀气密性差，检测结果易受空气氧的影响；五、碱液更换较频繁，操作繁琐，不仅直接影响使用效率，而且碱液也容易损伤设备和操作者。
发明内容
本发明针对现有原电池式微量氧分析仪存在的问题，提供了一种能长期稳定工作，可用于多种工业气体中微量氧的快速检测，用于工业气体在线检测，用于校验其它微量氧分析仪，特别是可用于大量的瓶装氧标准气的校验核查的原电池式微量氧分析仪。
一种原电池式微量氧分析仪，其部件电解池和原电池串联，其检测气路进入通道并联一旁路压力调控器，气体在旁通气路中流过时，对气体管道进行清洗，并产生检测气路工作所需的稳定压力，旁路多余的气体经放空口排出。所述的原电池式微量氧分析仪，其电解池有配套的存水、补水装置，电解池内碱液的液面被控制在规定标线内，电解池能长期正常工作。其原电池气体出口串联一微动安全器，当原电池气体出口压力过大时，气体从此处排出，防止碱液意外反流，污染损坏电气元件和线路。防反流微动安全器,为一U形折型管，一端联接原电池气体出口，另一路与大气相通，折型管管道下部有少量密封液体。当超过一定压力，气体可以从此处排空，不会发生反流现象。其检测气路中的四通阀为抗强碱的锥面四通阀，可防止空气中氧进入系统，影响检测结果。·所述的原电池式微量氧分析仪，其检测气路系统和检测电路系统各为独立机箱，以防止碱液污染电路系统。检测系统机箱的顶部和两侧壁为透明材料，方便观察电解池和原电池工作状况。其检测气路进入通道串联的为质量流量计，用于对发生氧的含量进行智能运算。其检测气路上通过一四通阀连接有脱氧器，用于仪器校零和发生电解氧时，事先除去气样中的微量氧。所述的原电池式微量氧分析仪，其氧含量显示采用数字式智能触摸屏，以减少面板按键。触摸屏上显示各种检测项目，及相关数据。手指点触哪个项目，哪个项目的数据会跳转显示出来。该方法和装置的检测原理为
仪器检测流程的末端为原电池，该池为塔式结构上小下大，池内的阴极和阳极为同轴式，内壁阴极采用多孔铅箔，外壁阳极为银网，阴极垫底和阴阳两极间，均为优质滤纸，滤纸下端浸入碱液中，而阴阳两极则置于上升气流通道中，含氧样气进入时，原电池内即发生下述反应。阳极02+2H20+4e — 4OH- 阴极2Pb+40『—2Pb (OH) 2+4e
当两极外接负载后，在负载上即可获得与气样中氧含量相应的信号，信号经过数字化处理后，即可直接显示被检测气样中氧含量值C。此原电池最大的特点是，响应快捷，显示稳定，寿命长。在原电池之前所设置的电解池为柱状池,池下方为储液槽,槽中盛有40mL的KOH水溶液，溶液上方的气流通道上，设置有外绕式电解池芯。气样检测时，气体以IOOmL/min
恒定的流量，从碱液中流出，再经气流通道流出电解池进入原电池进行氧含量检测。当仪器需要进行标校时，只需开通施加在电解芯两极上的直流电源，在吸有水份的电解池芯上，即会发生电解反应，其反应式为
H2OH2 丨 +O2 f所发生的氧均勻的分布在100mL/min无氧的气样中(零点气)，并进入原电池反应产生相应的电信号。永久性气体在100mL/min流量的设定条件下,按照法拉第定律，每产生IPPMv的氧，其相应的电解电流为26. 8 iiA。因此，测定电流即可知氧含量。电解法是一种绝对方法，在规定条件下，自身就是一种标准。通过调节外负载大小可方便的调节电解电流，使电解池产生与被测气中氧含量相同或相近的电解氧，以此作为检测标校，才能最大限度地消除测量中非线性关系的影响，精确地校验测量数据，获得准确的被测气中微量氧含量。该方法的思路和应用效果超过了传统的检测仪器，解决了现有仪器检测不准确的问题。但用于< 15 PPMV氧含量的常规检测时，只需要将标氧含量调到IOPPMv即可。本发明由于其准确、快速，因此可以用作校准仪器，借助同一气样，可同时校验多台其它微量氧分析仪。更重要的是，其检测的精确度，足以使它能够对微量氧标准气进行校验、比对，因此极大地提升了该检测仪器的使用功能，使之步入高精密微量氧检测仪器的领域。精密检测时，应先进行气样例行检测，测得氧含量值为Cl。然后将四通阀(14)转到“校零”位，接通脱氧管，按下“校零”键，校零。然后按下“标氧”键，并旋动“氧量调节”，使显示值等于Cl，此为电解氧含量。之后再按下“标校”键，此时仪器若显示的不是Cl，则调节“校验”键，使显示值为Cl，此为原电池的显示值，是标校后的示值。标校后，即为仪器自校后值。然后按起“标氧”键和“标校”键，恢复正常检测，此时，仪器的再显示值Cl*，即是校正后的气样含氧量。在仪器自校中已包含了仪器校零，因此不需再另行调零。—、该原电池式微量氧分析仪，可
(1)用于多种工业气体中微量氧的快速检测；
(2)用于工业气体在线检测；
(3)用作校准仪器，可同时校验多台其它微量氧分析仪；
(4)用于对2-50PPMV内的氧标准气进行核查、比对，使用简便、快速，比对结果准确可
O二、其旁路调控器，能够
(1)加速气样污染的消除；
(2)精密控制检测器的工作压力；
(3)使检测流量在规定值下恒定不变(100mL/min)，以确保检测的精确度。(4)具有过压保护功能，可防止操作失误所产生的高压大气流损坏气路系统。三、防反流微动安全器，能够
(I)防止原电池气体出口压力过大，造成碱液意外反流，污损检测系统、管道和零部件，导致停机；
(2 )防止空气中氧从安全器排放口渗入原电池，影响检测结果。四、其抗强碱的锥面四通阀，能确保系统不受空气氧的影响。五、其检测系统和检测电路系统分别设置在主机机箱和电控箱内，以防止碱液污染电气系统。
六、主机顶部和两侧面三方采用透明材料，方便观察电解池和原电池工作状况。七、其检测流量计量采用质量流量计，便于氧含量自动、精确运算。下面结合附图，通过实施例的具体实施方式
再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的保护范围内。
图I为传统的原电池式微量氧分析仪的检测流程图。图2为本发明原电池式微量氧分析仪的检测流程图。·具体实施方式
实施例气样进入检测气路后，分为两路，一路经安全阀8，压力表9、旁路调控器10，提供辅助气的工作压力，然后经流量计11计量后，从旁通出口放空。另一路经测量流量调节阀12，质量流量计13、四通阀16、电解池17，进入原电池18，并由原电池出口进入四通阀16，尾气经测量出口放空。原电池出口通道上连接一微动安全器21。电解池17有配套的存水、补水装置贮水槽20和开关阀19。仪器检测气样中氧含量值为Cl (原电池检测的氧含量)。校准时，将四通阀14转到“校零”位，连通脱氧器15，按下“校零”键，使显示为零。然后按下“标氧”键，轻轻旋动“氧量调节”，使显示数值为Cl，此值为电解池的电解氧含量。然后按下“标校”键，此时若显示的不是Cl，则调动校验器，使显示值为Cl (此为原电池的显示值，是仪器自校后值)。按起“标氧”键，按起“标校”键，恢复正常气路检测，再测量待测气中氧含量。此时显示的测量值即为精确的气样中的氧含量Cl*。这种方法能够最大限度地消除仪器各种误差，精确地校验测量数据，获得工业气体准确的微量氧含量检测结果。本装置的优点
I、仪器可实现的新技术指标和应用功能
主要技术指标
I. I检出下限0. 02PPMv
I.2重复性氧量彡IOPPMv时，(±0. 5%
I.3氧发生范围，2-50PPMV内任一恒定值。2、特制原电池式微量氧检测仪，快速，灵敏，寿命长；
3、特制电解池，能发生标定的氧，并自动补充溶液；
4、分体式机箱，透明主机，能随时观察掌控电解池和原电池工作状况；
5、仪器使用安全、可靠，检测快速(f2分钟)、准确。仪器主要应用于在线或间断检测高纯气体氮、氩、氢和工业乙烯及其他不与碱液发生反应的气体中的微量氧。·
权利要求
1.一种原电池式微量氧分析仪，其部件电解池和原电池串联，其特征是检测气路进入通道并联一旁路压力调控器，气体在旁通气路中流过时，对气体气体管道进行清洗，并产生检测气路工作所需的稳定压力，旁路多余的气体经放空口排出。
2.如权利要求I所述的微量氧分析仪，其特征是原电池气体出口并接一微动安全器，当原电池气体出口压力过大时，气体从此处排出，防止碱液意外反流，污损检测系统。
3.如权利要求I所述的微量氧分析仪，其特征是产生标量氧的电解池有配套的存水、补水装置，电解池内碱液的液面被控制在规定标线内，电解池能长期正常工作。
4.如权利要求I所述的微量氧分析仪，其特征是其电解池中碱液浓度与原电池中碱液浓度相同，样气经过电解池被增湿后，再经过原电池时，既不会带走原电池碱液中的水份，也不会有湿气凝析下来，原电池碱液液位长期保持不变。
5.如权利要求I所述的微量氧分析仪，其特征是检测气路中的四通阀为抗强碱的高气密性锥面四通阀，可防止空气中氧进入系统，影响检测结果。
6.如权利要求I所述的微量氧分析仪，其特征是检测电路和检测气路分别置于不同的机箱内，以防止碱液污染损坏电气元件和线路。
7.如权利要求5所述的微量氧分析仪，其特征是检测气路系统机箱的顶板和两侧板为透明材料，方便观察电解池和原电池工作状况。
8.如权利要求I所述的微量氧分析仪，其特征是测量流量的计算，采用质量流量计。
9.如权利要求I所述的微量氧分析仪，其特征是检测气路上串联有带脱氧器的四通阀，用于仪器校零。
10.如权利要求I一 5之一或7或8所述的微量氧分析仪，其特征是其氧含量显示屏为数字式智能触摸屏。
全文摘要
一种原电池式微量氧分析仪，其部件电解池和原电池串联，其检测气路进入通道并联一旁路压力调控器，气体在旁通气路中流过时，对气体管道进行清洗，并产生检测气路工作所需的稳定压力，旁路多余的气体经放空口排出。电解池有配套的存水、补水装置，电解池内碱液的液面被控制在规定标线内。原电池和电解池均能长期正常工作。其原电池气体出口串联一微动安全器，当原电池气体出口压力过大时，气体从此处排出，防止碱液意外反流，污损检测气路系统。其可用于多种工业气体中微量氧的快速检测；工业气体在线检测；用作校准仪器，同时校验多台其它微量氧分析仪；对2-50PPMv内的氧标准气进行核查、比对，使用简便、快速，比对结果准确可靠。
文档编号G01N27/26GK102788826SQ20121030613
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者袁万德 申请人:袁万德