基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪及方法技术

技术编号:15327174 阅读:125 留言:0更新日期:2017-05-16 11:13
本发明专利技术公开了一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪及方法,包括水准与补液瓶、反应瓶、量气管、双向泵、旋转叶轮和单片机。步进电机控制升降台的升降,测量光幕传感器实时检测水准与补液瓶液面同量气管液面是否保持在同一高度,和步进电机协同工作实现双液面的自动调平。双向泵实现对气液管路的自动化调节。旋转叶轮采用涡轮驱动实现化学反应的自动化操作。单片机基于单片机控制技术实现测量系统的自动化控制。本发明专利技术作为一种高精度、自动化、便携式的氧浓度检测装置,不仅提高了氧浓度检测效率和环境适应性,减少测量过程中的人为误差,而且进一步提高了铜氨法氧浓度检测的精确度,具有重要的实际意义和应用价值。

High precision and automatic oxygen concentration detector and method based on copper ammonia method

The invention discloses a high-precision and automatic oxygen concentration detector based on copper ammonia method and a method thereof, comprising a level and a fluid filling bottle, a reaction bottle, a measuring air pipe, a bidirectional pump, a rotating impeller and a singlechip. Lifting stepper motor control of the lifting platform, measurement sensor real-time detection level and infusion bottle level amounts tracheal level is maintained at the same height, and the automatic adjusting work of stepper motor coordination to achieve double level adjustment. Two way pump realizes automatic regulation of gas-liquid pipeline. The rotating impeller is driven by turbine to realize the automatic operation of chemical reaction. The automatic control of measurement system is realized by single-chip microcomputer based on MCU control technology. The present invention is an oxygen concentration detecting device of high precision, automation, portable, not only improves the efficiency and adaptability of detecting oxygen concentration, reduce the human error in the measurement process, and further improve the concentration of oxygen in copper ammonia detection accuracy, which has important practical significance and application value.

【技术实现步骤摘要】
基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪及方法
本专利技术涉及一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪及方法,属于气体浓度检测

技术介绍
铜氨法是目前国际公认的气体氧浓度测量金标准,现行相关国家标准中,均采用铜氨法对气体中氧浓度进行标定。该方法采用纯化学方法,测量结果与环境温度、压力无关,测量性能稳定可靠,适于高原低压等特殊环境下的氧浓度检测。然而,现有铜氨法测量装置是全玻璃器皿,测量过程均为人工操作,程序繁琐,主观因素影响大,测量自动化程度低,便携性差。针对大型制氧设备和特殊用途医疗设备原位、快速、精确的氧浓度测量的实际需求,特别是提升测量装置在特殊环境下的适应性,需要在现有铜氨法测量原理的基础上,进一步加强铜氨法氧浓度测量装置的自动化、智能化和便携性。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测装置及方法,通过优化设计铜氨法测量装置,并综合采用电子技术、自动化控制技术、传感器技术,提升铜氨法氧浓度测量装置的测量精度、测量效率、便携性和自动化程度。为达到上述目的,本专利技术采用了以下技术方案:一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪,包括水准与补液瓶、量气管、反应瓶和自动化控制系统;所述的水准与补液瓶内部装铜氨溶液,底部设置两个接口,两个接口上分别设置有第一阀门、第二阀门;第二阀门通过第一连接管连接反应瓶底部接口;第一阀门通过第二连接管连接三通活塞的B2端口,水准与补液瓶顶部设置第三连接管,第三连接管的一端伸入水准与补液瓶的液面以下,另一端连接三通活塞的B1端口,第三连接管上设置有双向泵;三通活塞上端与量气管连接,量气管上端与四通活塞连接,四通活塞的A1、A2、A3端口上分别连接排气管、第四连接管和测量管,第四连接管连接反应瓶顶部,反应瓶中装有铜氨溶液和铜丝,反应瓶底部设置有旋转叶轮;所述的自动化控制系统包括控制器、升降装置和液位采集装置;所述的升降装置驱动水准与补液瓶在竖直方向上运动,所述的液位采集装置采集水准与补液瓶和量气管内部液位高度,所述的控制器控制连接双向泵、旋转叶轮、液位采集装置和升降装置。所述的升降装置为步进电机,步进电机安装在底座上,水准与补液瓶设置在第一工作台上,步进电机驱动第一工作台在竖直方向运动。所述的液位采集装置为测量光幕传感器,第一测量光幕传感器包括一组投光器和一组接收器,分别设置在量气管两侧外壁上;第二测量光幕传感器包括一组投光器和一组接收器,分别设置在水准与补液瓶两侧外壁上。测量光幕传感器液面检测精度不低于3mm。所述的控制器为单片机,第一测量光幕传感器、第二测量光幕传感器的输出信号经过外部信号调理电路后,输入单片机;单片机配有键盘,键盘用于测量过程中控制信号的输入和第二工作台初始高度的输入。所述的量气管由上端管、中部管和下端管组成,中部管的直径大于上端管和下端管的直径;上端管、中部管和下端管均设置有刻度。所述的测量管的测量端水平放置,用于测量氧浓度高于99%的气体,测量管的管径为量气管上端管径的1/10~1/5。所述的旋转叶轮为涡轮结构。一种采用基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪的试验方法,包括以下步骤:1)管路充液排气:打开四通活塞的A2端口、三通活塞的B1端口、第一阀门、第二阀门,启动双向泵正转,排空量气管、第二连接管和反应瓶中的全部气体,直至液体充满整个管路;同样排空四通活塞的A1端口上端排气管和四通活塞的A3端口上端测量管中的气体;2)量气管灌充被测气体:打开四通活塞的A1端口、三通活塞的B2端口、第一阀门,关闭第二阀门,被测气体经由四通活塞的A1端口冲压入量气管,致使量气管中的液面下移;启动升降装置,调整水准与补液瓶的液面高度同量气管中的液面平齐后,关闭第一阀门、四通活塞和三通活塞,停止步进电机;3)被测气体灌充反应瓶:打开四通活塞的A2端口、三通活塞的B1端口、第二阀门,关闭第一阀门,启动双向泵正转,将测量管内样品全部推至反应瓶中,启动反应瓶底部的旋转叶轮;4)残余气体灌充量气管:启动双向泵反转,抽回全部残余气体至量气管上端;5)测量氧气浓度:打开三通活塞的B2口、第一阀门,关闭四通活塞、第二阀门,打开步进电机,调整水准与补液瓶的液面高度同量气管液面平齐,然后读数,测出氧浓度。进一步,还包括氧浓度大于99%的测量方法:如果氧浓度大于99%,启动双向泵正转,使量气管中的极少量残余气体进入四通活塞的A3端口上方的测量管,当残余气体全部进入测量管后,关闭四通活塞,通过测量管的刻度测出氧的浓度。进一步,还包括水准与补液瓶同量气管间双水平液面的自动调平步骤:以固定第二工作台为基准,测量第一工作台与第二工作台之间的高度,记为第一工作台的初始高度H20,当步进电机上下移动时,利用第二测量光幕传感器和第一测量光幕传感器分别实时检测水准与补液瓶液面和量气管液面与第二工作台之间的高度,当两者高度一样时,则水准与补液瓶的液面和量气管的液面保持平齐;量气管液面高度为H1=H11+H12,其中,H11是第一测量光幕传感器底端与第二工作台之间的高度,H12是实时测量的量气管液面与第一测量光幕传感器底端的高度;水准与补液瓶中的液面的高度为H2=H20+H21+H22+H23,其中,H20是第一工作台的初始高度,H21是第一工作台在步进电机的作用下移动的高度,可由步进电机的步距和步数计算获得,H22是第二测量光幕传感器底端与第一工作台之间的高度,H23是实时测量的水准与补液瓶液面与第二测量光幕传感器底端的高度。与现有技术相比,本专利技术至少具有以下技术效果:本专利技术的氧浓度检测仪,包括水准与补液瓶、反应瓶、量气管和控制系统。通过管路优化设计将水准瓶和补液瓶合并为一个瓶,简化系统结构。升降装置用于控制升降台的升降,测量光幕传感器实时检测水准与补液瓶液面同量气管液面是否保持在同一高度,和所述步进电机协同工作实现双液面的自动调平。采用双向泵作为驱动装置,取代人工调节瓶子高度利用大气压驱动被测气体流动的方式,实现了测量过程的自动化控制。双向泵实现对气液管路的自动化调节。旋转叶轮采用涡轮驱动方式,实现化学反应的自动化操作,取代人工手动摇瓶促进化学反应方式。控制器基于单片机控制技术实现测量系统的自动化控制。本专利技术作为一种高精度、自动化、便携式的氧浓度检测装置,通过优化设计铜氨法测量装置,并综合采用电子技术、自动化控制技术、传感器技术,提升铜氨法氧浓度测量装置的测量精度、测量效率、便携性和自动化程度。不仅提高了氧浓度检测效率和环境适应性,减少测量过程中的人为误差,而且进一步提高了铜氨法氧浓度检测的精确度,具有重要的实际意义和应用价值。进一步,采用高纯氧测量管结构设计,对高纯氧的测量精度可达0.01%,有效提升了对高纯氧的氧浓度测量精度。本专利技术的试验方法依次为:管路充液排气、量气管灌充被测气体、被测气体灌充反应瓶、残余气体灌充量气管、测量氧气浓度和排除管路残气。采用双向泵作为驱动装置,取代人工调节瓶子高度利用大气压驱动被测气体流动的方式,实现了测量过程的自动化控制。综合采用电子技术、自动化控制技术、传感器技术,提升铜氨法氧浓度测量装置的测量精度、测量效率、便携性和自动化程度。不仅提高了氧浓度检测效率和环境适应性,减少测量过程中的人为误差,而且进一步提本文档来自技高网...
基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪及方法

【技术保护点】
一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪,其特征在于,包括水准与补液瓶(7)、量气管(10)、反应瓶(13)和自动化控制系统;所述的水准与补液瓶(7)内部装铜氨溶液,底部设置两个接口,两个接口上分别设置有第一阀门(6)、第二阀门(5);第二阀门(5)通过第一连接管(4)连接反应瓶(13)底部接口;第一阀门(6)通过第二连接管(20)连接三通活塞(9)的B2端口,水准与补液瓶(7)顶部设置第三连接管(19),第三连接管(19)的一端伸入水准与补液瓶(7)的液面以下,另一端连接三通活塞(9)的B1端口,第三连接管(19)上设置有双向泵(8);三通活塞(9)上端与量气管(10)连接,量气管(10)上端与四通活塞(11)连接,四通活塞(11)的A1、A2、A3端口上分别连接排气管、第四连接管(12)和测量管(18),第四连接管(12)连接反应瓶(13)顶部,反应瓶(13)中装有铜氨溶液和铜丝,反应瓶(13)底部设置有旋转叶轮(14);所述的自动化控制系统包括控制器、升降装置和液位采集装置;所述的升降装置驱动水准与补液瓶(7)在竖直方向上运动,所述的液位采集装置采集水准与补液瓶(7)和量气管(10)内部液位高度,所述的控制器控制双向泵(8)、旋转叶轮(14)、液位采集装置和升降装置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪,其特征在于,包括水准与补液瓶(7)、量气管(10)、反应瓶(13)和自动化控制系统;所述的水准与补液瓶(7)内部装铜氨溶液,底部设置两个接口,两个接口上分别设置有第一阀门(6)、第二阀门(5);第二阀门(5)通过第一连接管(4)连接反应瓶(13)底部接口;第一阀门(6)通过第二连接管(20)连接三通活塞(9)的B2端口,水准与补液瓶(7)顶部设置第三连接管(19),第三连接管(19)的一端伸入水准与补液瓶(7)的液面以下,另一端连接三通活塞(9)的B1端口,第三连接管(19)上设置有双向泵(8);三通活塞(9)上端与量气管(10)连接,量气管(10)上端与四通活塞(11)连接,四通活塞(11)的A1、A2、A3端口上分别连接排气管、第四连接管(12)和测量管(18),第四连接管(12)连接反应瓶(13)顶部,反应瓶(13)中装有铜氨溶液和铜丝,反应瓶(13)底部设置有旋转叶轮(14);所述的自动化控制系统包括控制器、升降装置和液位采集装置;所述的升降装置驱动水准与补液瓶(7)在竖直方向上运动,所述的液位采集装置采集水准与补液瓶(7)和量气管(10)内部液位高度,所述的控制器控制双向泵(8)、旋转叶轮(14)、液位采集装置和升降装置。2.根据权利要求1所述的一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪,其特征在于,所述的升降装置为步进电机(2),步进电机(2)安装在底座(1)上,水准与补液瓶(7)设置在第一工作台(3)上,步进电机(2)驱动第一工作台(3)在竖直方向运动。3.根据权利要求1所述的一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪,其特征在于,所述的液位采集装置为测量光幕传感器,第一测量光幕传感器(16)设置在量气管(10)外壁上;第二测量光幕传感器(17)设置在水准与补液瓶(7)外壁上。4.根据权利要求3所述的一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪,其特征在于,所述的控制器为单片机,第一测量光幕传感器(16)、第二测量光幕传感器(17)的输出信号经过外部信号调理电路后,输入单片机;单片机配有键盘,键盘用于测量过程中控制信号的输入和第二工作台(15)初始高度的输入。5.根据权利要求1所述的一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪,其特征在于,所述的量气管(10)由上端管、中部管和下端管组成,中部管的直径大于上端管和下端管的直径;上端管、中部管和下端管均设置有刻度。6.根据权利要求1所述的一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪,其特征在于,所述的测量管(18)的测量端水平放置,用于测量氧浓度高于99%的气体,测量管(18)的管径为量气管(10)上端管径的1/10~1/5。7.根据权利要求1所述的一种基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪,其特征在于,所述的旋转叶轮(14)为涡轮结构。8.一种采用权利要求1所述的基于铜氨法的高精度、自动化氧浓度检测仪的试验方法,其特征在于,包括以下步骤:1)管路充液排气:打开四通活塞(11)的A2端口、三通活塞(9)的B1端...

【专利技术属性】
技术研发人员:汤池郭伟丁攀吴小明闫一力常鹏雷涛
申请(专利权)人:中国人民解放军第四军医大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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