基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪及测试方法技术

本发明专利技术提供一种基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪及测试方法，属于测氧仪技术领域。该测氧仪包括气体测控与气路集成模块、气体体积校准与测量模块、液体测控与液路集成模块和反应液补充模块。气体测控与气路集成模块安装在气体体积校准与测量模块上方，液体测控与液路集成模块安装在气体体积校准与测量模块下方，反应液补充模块安装在液体测控与液体集成模块下方。该铜氨溶液测氧仪通过测量集成模块中气压、液位压强以控制气路、液路通断，对称放置结构相同的量气管和平衡管。该铜氨溶液测氧仪能自动完成待测气体的取气、吸收和量气，消除量气管表面张力，避免漏气漏液现象，实现高精度氧气体积百分比浓度的测量。实现高精度氧气体积百分比浓度的测量。实现高精度氧气体积百分比浓度的测量。

【技术实现步骤摘要】
基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪及测试方法


[0001]本专利技术涉及测氧仪
，特别是指一种基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪及测试方法。

技术介绍

[0002]铜氨溶液吸收法(以下简称铜氨法)是一种准确测量氧气体积百分比浓度的化学分析方法。GB 8982
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1998《医用氧》、GB 8983
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1998《航空呼吸用氧》和GB/T 3863
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1995《工业用氧》中均规定，用深冷法制取的气态氧和液态氧，用于呼吸、医疗、航空飞行、气体火焰加工和其他工业需求时，必须采用铜氨法测定其氧含量。
[0003]铜氨法测氧装置由量气管、水准瓶、吸收管、液封瓶、三通活塞、连接管、毛细管和橡皮管组成。量气管与水准瓶下端通过橡皮管连通，取气时，降低水准瓶中液位高度使量气管中液面位于零刻度线，获得100mL待测气体，抬高水准瓶使待测气全部进入吸收瓶，振荡吸收瓶，3分钟后，通过抬高液封瓶使吸收瓶中反应剩余气体回流至量气管，再次调整水准瓶使其液面与量气管中液面相平，此时量气管中液位刻度显示体积为待测气中被吸收的氧气体积。该方法操作繁琐效率低、人眼读数误差大、密封不严易漏气、表面张力影响大，具体表现如下：
[0004](1)操作繁琐
[0005]测量时，需要不断抬高和降低水准瓶进行取气和量气；待测气进入吸收瓶后，通过摇动吸收瓶使铜氨溶液与待测气充分接触进行反应；氧气吸收完毕后，又通过抬高液封瓶使未反应气体回流至量气管。上述操作均伴随不断地顺时针与逆时针转动三通阀，要求操作人员思路清晰，小心谨慎，稍有失误，整个测量过程即无效，甚至损坏毛细管、吸收瓶等玻璃配件。
[0006](2)漏气漏液
[0007]测量装置各配件通过橡皮管连接，气体受到挤压时易经接口处外漏；摇动吸收瓶时，动作过大易拉扯橡皮管，使接口处松动，导致漏气漏液；抬高或降低水准瓶时，因集中注意力观察量气管内液体刻度而忽视水准瓶内液位高度，常出现喷溅现象；转动三通活塞时，顺逆方向错误容易将待测气重新引入量气管中，造成未吸收气体与待测气发生掺混，测试失败。
[0008](3)人眼读数
[0009]取待测气与测量终了剩余气体时，需要将量气管内液面与水准瓶内液面调整至同一水平面，再读取量气管内的刻度，人眼对于两个液面水平的判断标准差别较大，产生主观随机误差。
[0010](4)表面张力
[0011]液体具有表面张力，管径越小，表面张力越大。待测气中氧气含量越高，未吸收气体越少，氧气吸收完毕时，未吸收气体被压缩在管径较细的管段，当量气管内液面与水准瓶内液面相同时，因水准瓶与大气相通，此时未吸收气体受到大气压与铜氨溶液表面张力的
合力作用，未吸收气压大于大气压强，换算为标准大气压后，这部分气体的体积大于刻度读出的剩余体积，换言之，实际吸收的氧气体积小于刻度表征的体积，因此，氧气体积百分比浓度实际值小于测量值，由此产生该种测量方法的系统误差。
[0012]采用液位压强传感器与差压传感器实时监测量气管内液位压强和气压，通过开关电磁阀控制气路与液路的通断，开关供液泵与回液阀控制液位升降，减少人工操作；采用座装式电磁阀，与气体模块和液体模块进行集成，取消了橡皮管连接，减少了漏气点，避免了漏气漏液情况；量气管和平衡管下端通过液体模块连通，平衡管上端与大气连通，通过差压传感器比较量气管内气压与外界气压以判断量气管与平衡管两液面是否相平，防止产生主观随机误差；对称放置结构相同的量气管和平衡管，液面相平时两管内产生表面张力相同，抵消表面张力影响；校准时，手动开关校准阀，分区间段进行校准，测得对应刻度体积与液位压强，利用最小二乘法拟合得到刻度体积与液位压强对照曲线，测量时，差压传感器在一段时间内测量值都稳定在
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5～5Pa范围内可认为此时采集数据有效，记录此时液位压强值，根据刻度体积与液位压强对照曲线获得液位刻度体积，用量气管满量程(100mL)减去液位刻度体积得到未吸收气体体积，量取的样气体积减去未吸收气体体积得到已吸收氧气体积，已吸收氧气体积除以量取的样气体积即为氧气体积百分比浓度，因此，专门设计一种基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪及测试方法。

技术实现思路

[0013]本专利技术为解决铜氨法测定氧气体积百分比浓度过程中因管径过细导致的表面张力问题以及测量过程存在的操作繁琐、漏气漏液和人眼读数误差等问题，提供一种基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪及测试方法。
[0014]该测氧仪包括气体测控与气路集成模块、气体体积校准与测量模块、液体测控与液路集成模块和反应液补充模块，气体测控与气路集成模块、气体体积校准与测量模块、液体测控与液路集成模块、反应液补充模块自上而下依次连接安装；
[0015]其中，气体测控与气路集成模块包括气体模块、进气阀、排气阀、差压传感器及电路板，差压传感器安装在电路板上；
[0016]气体模块为L型，上表面低台阶表面开有电路板固定螺纹孔，用于固定安装电路板；上表面高台阶表面中部开有进气阀充气孔道出口、进气阀固定螺纹孔和待测气气腔充气孔道入口，进气阀通过进气阀固定螺纹孔固定在气体模块上，进气阀充气孔道出口垂直向下开有进气阀充气孔道；
[0017]气体模块左侧表面开有待测气快插螺纹孔，待测气快插螺纹孔向右水平开有待测气充气孔道，待测气充气孔道与进气阀充气孔道连通；
[0018]气体模块下表面开有量气管上端口中空螺钉固定螺纹孔，量气管上端口中空螺钉固定螺纹孔上方设有待测气气腔，待测气气腔与量气管上端口中空螺钉固定螺纹孔连接处设有量气管上端口中空螺钉O型圈放置平台；
[0019]待测气气腔充气孔道入口垂直向下开有待测气气腔充气孔道，待测气气腔充气孔道与待测气气腔贯通于待测气气腔入口；
[0020]气体模块高台阶正面向后水平开有差压传感器芯座，差压传感器芯座中设置差压传感器O型圈，差压传感器安装在差压传感器芯座中，差压传感器芯座与待测气气腔经差压
传感器连通孔道连通，差压传感器连通孔道开口于待测气气腔处为差压传感器连通孔道入口，差压传感器连通孔道开口于差压传感器芯座处为差压传感器连通孔道出口；
[0021]气体模块右侧表面开有排气阀进气孔道出口、排气阀固定螺纹孔和排气阀放气孔道入口，排气阀通过排气阀固定螺纹孔固定在气体模块上，排气阀进气孔道出口向左水平开有排气阀进气孔道，排气阀进气孔道与待测气气腔贯通于待测气气腔出口，排气阀放气孔道入口向左水平开有排气阀放气孔道；
[0022]气体模块后侧表面开有气体模块放气孔道出口，气体模块放气孔道出口向前水平开有气体模块放气孔道，气体模块放气孔道与排气阀放气孔道连通；
[0023]气体体积校准与测量模块包括量气管和平衡管；
[0024]量气管上端开口为量气管上端口，量气管上端口通过量气管上端口中空螺钉和量气管上端口中空螺钉O型圈接至量气管上端口中空螺钉固定螺纹孔；量气管下端开口为量气管下端口，量气管下端口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪，其特征在于，包括气体测控与气路集成模块、气体体积校准与测量模块、液体测控与液路集成模块和反应液补充模块，气体测控与气路集成模块、气体体积校准与测量模块、液体测控与液路集成模块、反应液补充模块自上而下依次连接安装；其中，气体测控与气路集成模块包括气体模块、进气阀、排气阀、差压传感器及电路板，差压传感器安装在电路板上；气体模块为L型，上表面低台阶表面开有电路板固定螺纹孔，用于固定安装电路板；上表面高台阶表面中部开有进气阀充气孔道出口、进气阀固定螺纹孔和待测气气腔充气孔道入口，进气阀通过进气阀固定螺纹孔固定在气体模块上，进气阀充气孔道出口垂直向下开有进气阀充气孔道；气体模块左侧表面开有待测气快插螺纹孔，待测气快插螺纹孔向右水平开有待测气充气孔道，待测气充气孔道与进气阀充气孔道连通；气体模块下表面开有量气管上端口中空螺钉固定螺纹孔，量气管上端口中空螺钉固定螺纹孔上方设有待测气气腔，待测气气腔与量气管上端口中空螺钉固定螺纹孔连接处设有量气管上端口中空螺钉O型圈放置平台；待测气气腔充气孔道入口垂直向下开有待测气气腔充气孔道，待测气气腔充气孔道与待测气气腔贯通于待测气气腔入口；气体模块高台阶正面向后水平开有差压传感器芯座，差压传感器芯座中设置差压传感器O型圈，差压传感器安装在差压传感器芯座中，差压传感器芯座与待测气气腔经差压传感器连通孔道连通，差压传感器连通孔道开口于待测气气腔处为差压传感器连通孔道入口，差压传感器连通孔道开口于差压传感器芯座处为差压传感器连通孔道出口；气体模块右侧表面开有排气阀进气孔道出口、排气阀固定螺纹孔和排气阀放气孔道入口，排气阀通过排气阀固定螺纹孔固定在气体模块上，排气阀进气孔道出口向左水平开有排气阀进气孔道，排气阀进气孔道与待测气气腔贯通于待测气气腔出口，排气阀放气孔道入口向左水平开有排气阀放气孔道；气体模块后侧表面开有气体模块放气孔道出口，气体模块放气孔道出口向前水平开有气体模块放气孔道，气体模块放气孔道与排气阀放气孔道连通；气体体积校准与测量模块包括量气管和平衡管；量气管上端开口为量气管上端口，量气管上端口通过量气管上端口中空螺钉和量气管上端口中空螺钉O型圈接至量气管上端口中空螺钉固定螺纹孔；量气管下端开口为量气管下端口，量气管下端口通过量气管下端口中空螺钉和量气管下端口中空螺钉O型圈固定至液体模块的量气管下端口中空螺钉固定螺纹孔；平衡管上端开口为平衡管上端口，平衡管上端口连接外界大气；平衡管下端开口为平衡管下端口，平衡管下端口通过平衡管下端口中空螺钉和平衡管下端口中空螺钉O型圈固定至液体模块的平衡管下端口中空螺钉固定螺纹孔；液体测控与液路集成模块包括液体模块、供液泵、进液阀、平液阀、回液阀、液位压强传感器及液位压强传感器紧固端板；液体模块上表面左侧开有量气管下端口中空螺钉固定螺纹孔，量气管下端口中空螺钉固定螺纹孔下部开有量气管铜氨溶液腔，量气管铜氨溶液腔与量气管下端口中空螺钉固定
螺纹孔连接处设有量气管下端口中空螺钉O型圈放置平台，量气管铜氨溶液腔向后水平至液体模块后侧表面贯穿开有进液阀出液通道，进液阀出液通道在液体模块后侧表面形成进液阀出液通道入口；液体模块上表面右侧开有平衡管下端口中空螺钉固定螺纹孔，平衡管下端口中空螺钉固定螺纹孔下部设有平衡管铜氨溶液腔，平衡管铜氨溶液腔与平衡管下端口中空螺钉固定螺纹孔连接处设有平衡管下端口中空螺钉O型圈放置平台，平衡管铜氨溶液腔向右水平至液体模块右侧表面贯穿开有液位平衡通道，液位平衡通道与平衡管铜氨溶液腔交于平衡管铜氨溶液腔进液口，液位平衡通道在液体模块右侧面形成液位平衡通道入口；液体模块前侧表面开有液位压强传感器紧固端板固定螺纹孔、液位压强传感器芯座、回液阀进液通道出口、回液阀固定螺纹孔及回液阀出液通道入口，回液阀固定螺纹孔固定回液阀，液位压强传感器安装在液位压强传感器芯座中，液位压强传感器芯座与量气管铜氨溶液腔经液位压强传感器连通通道连通，液位压强传感器连通通道与量气管铜氨溶液腔交于液位压强传感器连通通道入口，液位压强传感器连通通道与液位压强传感器芯座交于液位压强传感器连通通道出口，量气管铜氨溶液腔向右水平至液体模块右侧表面贯穿开有液体连通通道，液体连通通道在液体模块右侧表面形成液体连通通道出口，液体连通通道与量气管铜氨溶液腔连通与液体连通通道入口，回液阀进液通道出口向后水平开有回液阀进液通道，回液阀进液通道与液体连通通道连通于回液阀进液通道入口，回液阀出液通道入口向后水平开有回液阀出液通道；液体模块左侧表面设有供液泵进液口固定槽及供液泵出液口固定槽，供液泵进液口固定槽向右水平开有供液泵进液通道，供液泵出液口固定槽向右水平开有供液泵出液通道，供液泵进液口固定槽连接供液泵进液口，供液泵出液口固定槽连接供液泵出液口，供液泵进液口及供液泵出液口设置在供液泵前侧表面，供液泵后侧表面对称开有供液泵通孔，供液泵进液口及供液泵出液口分别设置供液泵进液口密封O型圈和供液泵出液口密封O型圈；液体模块后侧表面开有进液阀进液通道出口、进液阀固定螺纹孔及进液阀出液通道入口，进液阀进液通道出口向前水平开有进液阀进液通道，进液阀进液通道与供液泵出液通道连通，进液阀出液通道入口向前水平开有进液阀出液通道，进液阀出液通道末端为量气管铜氨溶液腔进液口，量气管铜氨溶液腔进液口连通量气管铜氨溶液腔；液体模块下表面左侧开有供液管上端口快插螺纹孔，供液管上端口快插螺纹孔向上竖直开有供液管出液通道，供液管出液通道与供液泵进液通道连通，液体模块下表面右侧开有校准阀上端口中空螺钉固定螺纹孔，校准阀上端口中空螺钉固定螺纹孔向上竖直开有校准阀出液通道，校准阀上端口中空螺钉固定螺纹孔与校准阀出液通道连接处设有校准阀上端口中空螺钉O型圈放置平台，校准阀出液通道与回液阀出液通道连通；液体模块右侧开有液体连通通道出口、平液阀固定螺纹孔及液位平衡通道入口，平液阀固定螺纹孔连接平液阀；反应液补充模块包括反应液生成箱、供液管和校准阀；供液管上端开口为供液管上端口，供液管下端开口为供液管下端口，校准阀上端开口为校准阀上端口，校准阀下端开口为校准阀下端口，
反应液生成箱上表面开有供液管下端口快插螺纹孔及校准阀快插螺纹孔，供液管插入供液管下端口快插螺纹孔，校准阀插入校准阀快插螺纹孔；供液管上端口连接液体模块的供液管上端口快插螺纹孔，校准阀上端口通过校准阀中空螺钉和校准阀中空螺钉O型圈连接校准阀上端口中空螺钉固定螺纹孔。2.根据权利要求1所述的基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪，其特征在于，所述进气阀、排气阀、进液阀、平液阀和回液阀均为座装式电磁阀，通过密封垫与光洁平面密封；所述进气阀底部开有进气阀入口、进气阀出口和进气阀通孔，进气阀入口和进气阀出口上均设有进气阀密封垫；所述排气阀底部开有排气阀入口、排气阀出口和排气阀通孔，排气阀入口和排气阀出口上均设有排气阀密封垫；所述进液阀下表面四个角开有进液阀通孔，进液阀下表面中部开有进液阀出口和进液阀入口，进液阀入口外圈设有进液阀入口O型圈密封沟槽，进液阀出口和进液阀入口O型圈密封沟槽外圈设有进液阀出口O型圈密封沟槽，进液阀入口O型圈和进液阀出口O型圈分别置于进液阀入口O型圈密封沟槽和进液阀出口O型圈密封沟槽中；所述平液阀下表面四个角开有平液阀通孔，平液阀下表面中部开有平液阀出口和平液阀入口，平液阀入口外圈设有平液阀入口O型圈密封沟槽，平液阀出口和平液阀入口O型圈密封沟槽外圈设有平液阀出口O型圈密封沟槽，平液阀入口O型圈和平液阀出口O型圈分别置于平液阀入口O型圈密封沟槽和平液阀出口O型圈密封沟槽中；所述回液阀下表面四个角开有回液阀通孔，回液阀下表面中部开有回液阀出口和回液阀入口，回液阀入口外圈设有回液阀入口O型圈密封沟槽，回液阀出口和回液阀入口O型圈密封沟槽外圈设有回液阀出口O型圈密封沟槽，回液阀入口O型圈和回液阀出口O型圈分别置于回液阀入口O型圈密封沟槽和回液阀出口O型圈密封沟槽中。3.根据权利要求1所述的基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪，其特征在于，所述差压传感器前后两端分别设有差压传感器高压口和差压传感器低压口，差压传感器侧表面设有差压传感器针脚；差压传感器高压口穿过差压传感器O型圈并压紧在差压传感器芯座中形成密封，差压传感器低压口与外界大气相通，差压传感器针脚焊接在电路板上，紧固螺钉通过电路板两侧对称开有的电路板通孔拧入电路板固定螺纹孔中，对电路板进行紧固。4.根据权利要求1所述的基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪，其特征在于，所述量气管上端口中空螺钉、量气管下端口中空螺钉和平衡管下端口中空螺钉的中心均开有中心孔；量气管上端口依次穿过量气管上端口中空螺钉和量气管上端口中空螺钉O型圈，将量气管上端口置于量气管上端口中空螺钉O型圈放置平台上方5～10mm处，将量气管上端口中空螺钉拧入量气管上端口中空螺钉固定螺纹孔中，压紧量气管上端口中空螺钉O型圈在量气管上端口中空螺钉O型圈放置平台上形成密封，并对量气管上端口进行紧固；量气管下端口依次穿过量气管下端口中空螺钉和量气管下端口中空螺钉O型圈，将量气管下端口置于量气管下端口中空螺钉O型圈放置平台下方5～10mm处，将量气管下端口中空螺钉拧入量气管下端口中空螺钉固定螺纹孔中，压紧量气管下端口中空螺钉O型圈在量
气管下端口中空螺钉O型圈放置平台上形成密封，并对量气管下端口进行紧固；平衡管下端口依次穿过平衡管下端口中空螺钉和平衡管下端口中空螺钉O型圈，将平衡管下端口置于平衡管下端口中空螺钉O型圈放置平台下方5～10mm处，将平衡管下端口中空螺钉拧入平衡管下端口中空螺钉固定螺纹孔中，压紧平衡管下端口中空螺钉O型圈在平衡管下端口中空螺钉O型圈放置平台上形成密封，并对平衡管下端口进行紧固。5.根据权利要求1所述的基于集成气液流道模块的自动铜氨溶液测氧仪，其特征在于，所述液位压强传感器通过液位压强传感器紧固端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，晏娟婷，回朝妍，汪一帆，刘凯迪，刘倚宏，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：