用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置及其方法。本发明专利技术包括供气装置、混合器、储水器和控制盒，通过设置储水器，结合细喷淋头，可让全部水体都以水雾的形式与气体进行充分接触，可最大程度提升水气混合效率。另外，本发明专利技术的混合器可同时作为校准器使用，水气混合完成后直接进行校准试验。该装置在试验中全程无需开仓，通过控气三通阀、控水三通阀、控水阀等阀门切换即可实现放水、进水、鼓气、循环等全部操作，可最大限度减小外界环境的干扰，而且得益于高混合效率，本装置具有较大的水体容积，能够实现大型传感器校准或者多个小型传感器同时校准。

High efficiency water gas mixing device and method for calibration of dissolved gas sensor

【技术实现步骤摘要】
用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置及其方法
本专利技术属于传感器校准领域，具体涉及一种用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置及其方法。
技术介绍
海水中溶解着多种气体，其中溶解氧、二氧化碳、甲烷等气体对于生态环境有着极为重要的影响，因此受到了广泛关注，快速准确测定水体中上述溶解性气体的含量具有重要意义。近年来随着科技进步，溶解氧传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器等原位传感器测定技术获得了快速发展。因其能够轻易获取大量原位数据，相关传感器已经在海洋水产、环境、科研等领域得到了广泛应用。然而，上述传感器在野外长期使用过程中由于受生物沾污以及自身元器件损耗等影响，不可避免地会发生数据漂移，因此需要定期进行传感器校准。通过特定设备和方法，针对某一待校准参数(如溶解氧、二氧化碳、甲烷等)，能够快速更改并稳定维持水体测试环境中该参数的浓度，是开展高效率和高精度传感器校准工作的基础。要想改变水体中的某种溶解性气体浓度，通常可采用两种方法：(1)往水体中添加化学试剂进行反应，消耗或者生成该气体；(2)通入不同含量的混合气体改变水体中该气体的溶解量。采用添加化学试剂进行反应的方式，一方面难以精准控制反应后溶解性气体浓度值，另一方面所添加的化学试剂往往会对基准值测定造成干扰，因此并不适合用于传感器校准试验。往水体中通入气体的方式，不可避免需要经历水气混合平衡的过程，其速度直接决定了整个传感器校准试验的效率高低。当前普遍采用的水气混合措施包括：(1)将气体鼓入水体，并使用沙嘴增加气泡；(2)在水体中放置微珠等材料增加水气接触面积；(3)采用喷淋头等方式，将水体喷洒在气体中。使用一种或者多种上述措施，虽然能够在一定程度上加快水气混合交换，但对于大体积水体来说，其效率仍然较为低下，无法满足传感器高效校准的要求。因此，建立一种高效的水气平衡装置，有助于大幅加快水体中溶解性气体浓度的调节速度，将其用于溶解性气体传感器的校准工作，有望大幅提高传感器校准效率和校准精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有水气混合装置和措施效率低下的缺点，提供一种可用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置，其包括供气装置、混合器、储水器和控制盒；所述供气装置由供待校准气体装置、供氮装置组成，通过带有控气三通阀的管路向混合器内提供气体，所述控气三通阀为二进一出三通阀；所述混合器为一个用于放置传感器的密封容器，顶部开设通气阀、进水口、气体入口和气体出口，气体入口外部通过供气管路连接控气三通阀的出口，且供气管路末端出气口伸入混合器的液面以下；所述控制盒内放置一个控水三通阀、一个高压水泵和一个气泵，所述控水三通阀为二进一出三通阀；所述气体出口由带有气泵的出气管路连接至控气三通阀的第一进口；所述储水器放置于混合器下方，与混合器之间由一个控水阀连通；所述供待校准气体装置包括由待校准气体管路依次连接的储待校准气体设备和第一减压阀，所述供氮装置包括由氮气管路依次连接的储氮设备和第二减压阀；所述待校准气体管路和氮气管路末端汇合成供气管路后连接至控气三通阀的第二进口；所述控水三通阀的第一进口连接混合器取水口，第二进口连接储水器取水口，其出口通过带有高压水泵的水管通至混合器进水口，并连接一个用于对混合器进行喷淋的喷淋头。作为优选，穿过所述气体入口的供气管路伸入混合器的内腔底部，穿出所述气体出口的出气管路入口位于混合器的内腔顶部。作为优选，所述混合器取水口位于混合器底部，储水器取水口位于储水器底部。作为优选，所述混合器为圆柱形壳体，采用有机玻璃材质。作为优选，所述储水器容积不大于混合器的容积。作为优选，所述喷淋头采用水气混合型细雾化喷头。作为优选，所述供气管路的末端出气口安装有鼓气沙嘴。作为优选，所述储待校准气体设备为待校准气体气瓶；所述储氮设备为氮气瓶。作为优选，所述气管与接口之间的连接均具有密封。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述高效水气混合装置的水体中溶解性气体浓度的调节方法，其步骤如下：S1：将待校准的溶解性气体传感器放置在混合器的内腔中并固定，开启溶解性气体传感器；S2：打开通气阀和控水阀，待混合器中的水体在重力作用下全部排到储水器后，关闭控水阀；S3：将控气三通阀的进气端调整到连通所述供气管路；S4：调节第一减压阀和第二减压阀，使供气管路中待校准气体与氮气之间按照设定的流量比例混合，并通入混合器内；S5：使用溶解性气体传感器持续测定混合器内的溶解性气体浓度，待其测量值达到设定目标值时，关闭第一减压阀、第二减压阀和通气阀；S6：将控水三通阀的进水端调整到连通储水器取水口，打开高压水泵将储水器中的水以喷淋方式从混合器顶部喷下，将控气三通阀的进气端调整到连通所述的出气管路并打开气泵，使混合器内的气体不断循环鼓入内底部的水体中；待混合器中水体液面淹没溶解性气体传感器并达到目标位置后，将控水三通阀的进水端调整到连通混合器取水口，使混合器内部的水体不断循环喷淋；在混合器内的水体和气体循环过程中，使用溶解性气体传感器持续测定混合器内的水体溶解性气体浓度，待其读数稳定后表明水气混合达到平衡，记录检测值，此时混合器内的水体即可用于溶解性气体传感器的校准；S7：针对校准所需的溶解性气体浓度的每个设定目标值，不断重复S2～S6步，以获取溶解性气体传感器的不同校准点。本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：本专利技术所设计的用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置，能够大幅提高校准效率，具体表现在：(1)通过设置储水器，结合细雾化喷头，可让全部水体都以水雾的形式与气体进行充分接触，可最大程度提升水气混合效率；(2)混合器可同时作为校准器使用，水气混合完成后直接进行校准试验；(3)试验全程无需开仓，通过控气三通阀、控水三通阀、控水阀等阀门切换即可实现放水、进水、鼓气、循环等全部操作，可最大限度减小外界环境的干扰；(4)得益于高混合效率，本装置具有较大的水体容积，能够实现大型传感器校准或者多个小型传感器同时校准。附图说明图1是本专利技术的高效水气混合装置结构示意图；图2是本装置用于水体溶解氧浓度控制时的示意图；图中：混合器1、储水器2、控制盒3、控水三通阀4、高压水泵5、气泵6、通气阀7、进水口8、气体入口9和气体出口10、控气三通阀11、控水阀12、储待校准气体设备13、储氮设备14、第一减压阀15、第二减压阀16、混合器取水口17、储水器取水口18、喷淋头19、鼓气沙嘴20、传感器21。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。如图1所示，为本专利技术的一个实施例中提供的一种用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置，其主要部件包括供气装置、混合器1、储水器2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置，其特征在于，包括供气装置、混合器(1)、储水器(2)和控制盒(3)；所述供气装置由供待校准气体装置、供氮装置组成，通过带有控气三通阀(11)的管路向混合器(1)内提供气体，所述控气三通阀(11)为二进一出三通阀；所述混合器(1)为一个用于放置传感器的密封容器，顶部开设通气阀(7)、进水口(8)、气体入口(9)和气体出口(10)，气体入口(9)外部通过供气管路连接控气三通阀(11)的出口，且供气管路末端出气口伸入混合器(1)的液面以下；所述控制盒(3)内放置一个控水三通阀(4)、一个高压水泵(5)和一个气泵(6)，所述控水三通阀(4)为二进一出三通阀；所述气体出口(10)由带有气泵(6)的出气管路连接至控气三通阀(11)的第一进口；所述储水器(2)放置于混合器(1)下方，与混合器(1)之间由一个控水阀(12)连通；所述供待校准气体装置包括由待校准气体管路依次连接的储待校准气体设备(13)和第一减压阀(15)，所述供氮装置包括由氮气管路依次连接的储氮设备(14)和第二减压阀(16)；所述待校准气体管路和氮气管路末端汇合成供气管路后连接至控气三通阀(11)的第二进口；所述控水三通阀(4)的第一进口连接混合器取水口(17)，第二进口连接储水器取水口(18)，其出口通过带有高压水泵(5)的水管通至混合器进水口(8)，并连接一个用于对混合器(1)进行喷淋的喷淋头(19)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置，其特征在于，包括供气装置、混合器(1)、储水器(2)和控制盒(3)；所述供气装置由供待校准气体装置、供氮装置组成，通过带有控气三通阀(11)的管路向混合器(1)内提供气体，所述控气三通阀(11)为二进一出三通阀；所述混合器(1)为一个用于放置传感器的密封容器，顶部开设通气阀(7)、进水口(8)、气体入口(9)和气体出口(10)，气体入口(9)外部通过供气管路连接控气三通阀(11)的出口，且供气管路末端出气口伸入混合器(1)的液面以下；所述控制盒(3)内放置一个控水三通阀(4)、一个高压水泵(5)和一个气泵(6)，所述控水三通阀(4)为二进一出三通阀；所述气体出口(10)由带有气泵(6)的出气管路连接至控气三通阀(11)的第一进口；所述储水器(2)放置于混合器(1)下方，与混合器(1)之间由一个控水阀(12)连通；所述供待校准气体装置包括由待校准气体管路依次连接的储待校准气体设备(13)和第一减压阀(15)，所述供氮装置包括由氮气管路依次连接的储氮设备(14)和第二减压阀(16)；所述待校准气体管路和氮气管路末端汇合成供气管路后连接至控气三通阀(11)的第二进口；所述控水三通阀(4)的第一进口连接混合器取水口(17)，第二进口连接储水器取水口(18)，其出口通过带有高压水泵(5)的水管通至混合器进水口(8)，并连接一个用于对混合器(1)进行喷淋的喷淋头(19)。


2.根据权利要求1所述的用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置，其特征在于，穿过所述气体入口(9)的供气管路伸入混合器(1)的内腔底部，穿出所述气体出口(10)的出气管路入口位于混合器(1)的内腔顶部。


3.根据权利要求1所述的用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置，其特征在于，所述混合器取水口(17)位于混合器(1)底部，储水器取水口(18)位于储水器(2)底部。


4.根据权利要求1所述的用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置，其特征在于，所述混合器(1)为圆柱形壳体，采用有机玻璃材质。


5.根据权利要求1所述的用于溶解性气体传感器校准的高效水气混合装置，其特征在于，所述储水器(2)容积不大于混合器(1)的容积。


6.根据权利要求1所述的用于溶解性气体传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑旻辉，杨俊毅，潘建明，林燈科，廖丹宁，倪玮，
申请(专利权)人：自然资源部第二海洋研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33