專(zhuān)利名稱：新型微量二氧化碳測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微量二氧化碳測(cè)定儀，又叫微呼吸儀，適用于人、動(dòng)、植物中的皮膚呼吸(氧代謝)測(cè)量及環(huán)境空氣中的二氧化碳量測(cè)定及醫(yī)學(xué)(皮膚學(xué)、中醫(yī)穴位失衡診斷)、農(nóng)業(yè)(食品儲(chǔ)藏、園藝、土壤微生物)、化裝品工業(yè)及環(huán)保監(jiān)測(cè)等的測(cè)量或測(cè)定。
現(xiàn)有的測(cè)量?jī)x器主要有三種一是采用二氧化碳敏感電極，其缺點(diǎn)是靈敏度較低，二是紅外線吸收法，由一個(gè)泵將氣體吸入測(cè)量室，其中的CO2吸收一定頻率的紅外線，使測(cè)量光強(qiáng)度減弱，雖然連續(xù)測(cè)量，但價(jià)格貴，三是匈牙利的FVehYO教授發(fā)明的微量二氧化碳測(cè)定儀，能對(duì)極小面積的極微量CO2進(jìn)行測(cè)定，特別適合測(cè)量人體和動(dòng)植物的皮膚釋放的微量CO2，但也存在如下缺陷(如

圖1所示)探頭的電極筒8與有機(jī)玻璃腔之間密封不好，探頭在朝下時(shí)液體易滲出，造成液膜厚度增大；探頭液膜做好后到壓至被測(cè)部位之間需經(jīng)過(guò)空氣，若空氣中CO2濃度大或時(shí)間長(zhǎng)，則大量CO2進(jìn)入液膜都將影響測(cè)量值；由于測(cè)孔周?chē)怯操|(zhì)的有機(jī)玻璃與被測(cè)物間密封不好，少量空氣中的CO2進(jìn)入探頭，影響測(cè)量結(jié)果；探頭中絕緣體7與電極筒8的光孔呈緊配合，清洗時(shí)用力過(guò)大，則易將絕緣體7推深，使表面呈凹陷狀，影響膜的形成；電路中元件采用的是分立元件、指針指示等。
為了克服上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種測(cè)量面積小，靈敏度和精度高、操作簡(jiǎn)便、測(cè)量迅速、成本低的新型微量二氧化碳測(cè)定儀。
本實(shí)用新型的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的由探頭部件及采樣、顯示、定時(shí)、換擋、輸出和電源電路組成。
探頭部件是在探頭、電極棒、絕緣套、電極筒、彈簧、圈蓋、密封圈、底座、手輪、引出導(dǎo)線基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，探頭上部中間有一探孔，其下端為錐孔，垂直于探孔軸線，沿徑向設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)活門(mén)，其上設(shè)置有相互垂直的大孔與小孔，在電極棒外圓及電極筒的臺(tái)階處設(shè)置絕緣套，三者上表面設(shè)置為錐形圓柱面與錐孔之間設(shè)置○形密封圈，電極筒的外圓柱面上套有拉伸彈簧，探頭的空腔內(nèi)裝有氫氧化鋇或氫氧化鈣的飽和溶液，在探頭的上端部連接一個(gè)蓋子，蓋子上端面粘接一個(gè)帶多圈紋路的橡膠墊；電子線路是在采樣、顯示、定時(shí)、換擋、輸出和電源電路基礎(chǔ)上作了改進(jìn)用集成電路代替分立元件，用數(shù)字表頭顯示代替指針顯示，使精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，本實(shí)用新型電路的特征部分在于探頭采樣電路由電源電路(6’)的晶振穩(wěn)頻振蕩器IC3的Q6端輸出512HZ方波經(jīng)R15、D3穩(wěn)壓為0.6Vp-p方波供探頭電路(1’)作交流信號(hào)源，方波信號(hào)經(jīng)C12、R14、R13與運(yùn)算放大器IC4正極連接，探頭來(lái)的RT信號(hào)經(jīng)C10、R12與運(yùn)算放大器的正極連接，IC4的負(fù)極經(jīng)R10接地，IC4的輸出接D2，IC4的負(fù)極經(jīng)R11接D2負(fù)極及C13的正極，輸出VT信號(hào)。
圖1是原微量二氧化碳測(cè)定儀的探頭結(jié)構(gòu)圖，圖2是本實(shí)用新型探頭結(jié)構(gòu)剖視圖，圖3是圖2的A-A剖視圖，圖4是本實(shí)用新型電路方塊圖，圖5是本實(shí)用新型電路原理圖。
結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型及其實(shí)施例說(shuō)明如下見(jiàn)圖2、圖3，本實(shí)用新型由探頭部件包括探頭3、電極棒6、絕緣套7、電極筒8、彈簧9、圈蓋10、密封圈11、底座12、手輪13、引出導(dǎo)線14及電路包括采樣1’，顯示2’，定時(shí)3’，換擋4’，輸出5’和電源電路6’組成的基礎(chǔ)上作如下改進(jìn)，探頭部件探頭3的上部中間有一個(gè)探孔31，其下端為錐孔32，垂直于探孔31的軸線，沿徑向設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)活門(mén)4，其上設(shè)置有相互垂直的大孔與小孔，在探頭下部空腔內(nèi)設(shè)置電極棒6，其外圓及電極筒8的臺(tái)階處設(shè)置絕緣套7，三者的上表面設(shè)置為錐形圓柱面678其與錐孔32間設(shè)置○形密封圈5，電極筒8的外圓柱面上套有拉伸彈簧9，探頭3的空腔內(nèi)裝有氫氧化鋇或氫氧化鈣的飽和溶液，在探頭3的上端部螺紋連接一個(gè)蓋子2，其上端面粘接一個(gè)帶多圈紋路的橡膠墊4；見(jiàn)圖4、圖5，探頭采樣電路由電源電路(6’)的晶振穩(wěn)頻振蕩器IC3的Q6端輸出512HZ方波經(jīng)R15、D3穩(wěn)壓為0.6Vp-p方波供探頭電路(1’)作交流信號(hào)源，方波信號(hào)經(jīng)C12、R14、R13與運(yùn)算放大器IC4正極連接，探頭來(lái)的RT信號(hào)經(jīng)C10、R12與運(yùn)算放大器的正極連接，IC4的負(fù)極經(jīng)R10接地，IC4的輸出接二極管D2，IC4的負(fù)極經(jīng)R11接D2負(fù)極及C13的正極，從C13的正極輸出VT電壓信號(hào)。經(jīng)IC7C、IC6，W3到顯示電路2’表頭的輸入端(IN)端，探頭采樣電路中電容、電阻的典型參數(shù)是，R10為1KΩ，R11為10KΩ，C13為6.8μF，C12為2.2μF，R14為100KΩ，R13為220KΩ，R12為3.3兆，C11為0.001μF，C10為0.15μF。
增加○性密封圈5的作用是使電極密封性好，以保持液膜厚度的一致性；轉(zhuǎn)動(dòng)活門(mén)的作用是防止在放置過(guò)程中空氣中的CO2進(jìn)入探頭影響測(cè)量結(jié)果；探頭上端加入一個(gè)孔徑大小、形狀不同的蓋子，根據(jù)被測(cè)物的不同選用不同的蓋子，以擴(kuò)大測(cè)量的應(yīng)用范圍；密封橡膠墊1的作用是增加探頭的密封性，以防止空氣中的CO2進(jìn)入；電極筒孔中設(shè)置的臺(tái)階以托住絕緣套，使之不下陷。
本實(shí)用新型的工作原理及工作過(guò)程當(dāng)彈簧頂上時(shí)，電極與錐孔32被密封，當(dāng)通過(guò)手輪13將電極拉入溶液中再?gòu)椈?，由于表面張力作用，在電極上可形成一層氫氧化鋇的液膜，將探頭小孔對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體輕輕壓住，CO2通過(guò)小孔進(jìn)入到液膜上，形成化學(xué)反應(yīng)，碳酸鋇沉淀使液膜中的離子減少，因此電阻增加，CO2的濃度越大，電阻增加就越多，進(jìn)行R-V變換后變成電壓信號(hào)進(jìn)入儀器工作，當(dāng)電阻值小時(shí)與CO2為非線性關(guān)系，當(dāng)電阻達(dá)到一定數(shù)值，進(jìn)入線性區(qū)，儀器開(kāi)始測(cè)量，經(jīng)一段時(shí)間后，該數(shù)值被保持線路保持并鳴響，測(cè)量結(jié)束。
探頭電路(1’)的說(shuō)明及工作過(guò)程如下探頭電路(1’)C12輸入從振蕩器來(lái)的512Hz/0.6Vp-p方波經(jīng)R14、R13、C10；流過(guò)探頭的波形是隔去直流成分的對(duì)稱方波，以避免探頭電解質(zhì)極化。探頭電阻的增減反映在R12上的電壓也成比例，線性的增減。R12上的電壓再經(jīng)IC4同相交流放大，同時(shí)經(jīng)過(guò)D2半波整流，在C13上得到一直流電壓，此電壓即對(duì)應(yīng)某一點(diǎn)探頭電阻的大小。經(jīng)過(guò)后面相應(yīng)功能的電路完成起始判定、定時(shí)讀數(shù)，最后由數(shù)字表頭顯示其讀數(shù)。
各電阻電容的參數(shù)值是在輸入頻率為512Hz±10％下的數(shù)值，誤差不超過(guò)±10％。對(duì)儀器精度的影響主要是滿度值的不同，由于有較寬的線性范圍，總可經(jīng)過(guò)調(diào)W3來(lái)調(diào)整其滿度值。
RT的線性范圍在90K(開(kāi)始讀數(shù))至250K(滿度值)之間，對(duì)應(yīng)C13上輸出VT電壓0.6V-1.153V。
工作過(guò)程(1)電源電路6’按下K1，T2導(dǎo)通，使T1也導(dǎo)通，Vcc(+V)有電壓，同時(shí)C1充電至Vcc，IC1A反相器輸出“O”，使T1繼續(xù)導(dǎo)通。Vcc得電時(shí)IC2同時(shí)工作經(jīng)D1、C4輸出一Vcc負(fù)電壓，K1斷開(kāi)后，T1仍能導(dǎo)通，這時(shí)C1開(kāi)始放電，其電壓低到IC1A閾值以下時(shí)，IC1A輸出“1”，T1截止，Vcc斷電，完成自動(dòng)關(guān)閉電源。如果開(kāi)始后有測(cè)量動(dòng)作，則C1繼續(xù)充電至Vcc維持到測(cè)量結(jié)束才開(kāi)始下降，即開(kāi)始延時(shí)至自動(dòng)關(guān)閉。延時(shí)時(shí)間約幾分鐘。
(2)測(cè)量過(guò)程錐體電極浸入電解質(zhì)后再伸出開(kāi)始測(cè)量時(shí)，此時(shí)探頭RT小于90K，繼續(xù)增大到剛超過(guò)90K時(shí)，IC5比較器動(dòng)作，輸出“1”，經(jīng)IC1B反相成“0”，再經(jīng)過(guò)C15微分出負(fù)脈沖觸發(fā)IC12開(kāi)始定時(shí)，其“Q”端為“1”，打開(kāi)IC7C模擬開(kāi)關(guān)，C13上的VT電壓進(jìn)入IC6同相端進(jìn)行跟隨，其輸出經(jīng)W3調(diào)整后送至表頭輸入(IN)端進(jìn)行讀數(shù)，此時(shí)的IC12“Q”端另經(jīng)過(guò)IC8C(或門(mén))與IC1C組合后的HOLD信號(hào)為“0”，使表頭跟隨讀數(shù)。定時(shí)結(jié)束后，IC12“Q”端復(fù)“0”，經(jīng)C14觸發(fā)IC13定時(shí)一短時(shí)間，約2-3秒，鳴響蜂鳴器，同時(shí)D16READY燈閃光指示測(cè)量完畢，IC13定時(shí)結(jié)束后，表頭的HOLD(固持、鎖定)由“0”至“1’鎖定讀數(shù)。
以上是在測(cè)量時(shí)無(wú)超量限情況下的一個(gè)測(cè)量過(guò)程。如果有超量情況，IC15即動(dòng)作輸出“0”，經(jīng)C15使IC12提前復(fù)位，同時(shí)發(fā)出鳴音及閃爍指示，表頭顯示溢出符號(hào)“1”。
K2(SET)是復(fù)位開(kāi)關(guān)，不論測(cè)量與否，按下K2即把C19上的電壓放掉，同時(shí)復(fù)位IC12、IC13，表頭復(fù)“0”讀數(shù)。
C19是采樣保持電容，使其電壓保持一短時(shí)間。
IC7A、IC7B是模擬雙向開(kāi)關(guān)，在單位0.1/0.01檔時(shí)，IC7A通，IC7B斷，W1上的基準(zhǔn)電壓送至表頭，使讀數(shù)為“100.0”，在0.03/0.003擋時(shí)，IC7A斷，IC7B通，W2上的基準(zhǔn)電壓送至表頭使其讀數(shù)為“30.0”。
IC11A、B、C、D也是四個(gè)單獨(dú)雙向開(kāi)關(guān)，同時(shí)只有一個(gè)導(dǎo)通，以控制IC12的定時(shí)電阻(大小)而控制定時(shí)時(shí)間，IC11由框4’的IC10來(lái)控制的。
(3)換檔情況IC10的Q0、Q1、Q2、Q3端同時(shí)只有一個(gè)為“1”其余為“0”，每按動(dòng)一次K3(CH)，即出現(xiàn)一次從Q0→Q1→Q2→Q3→Q0方向的“1”跳躍，即改變檔位，IC10的Q0、Q1、Q2、Q3端控制IC11的A、B、C、D，同時(shí)通過(guò)D10→D13指示檔位。在測(cè)量進(jìn)行時(shí)，IC10是被封鎖住的，K3暫時(shí)不起作用。以保證定時(shí)正確。
(4)其它電路輸出部分5’中，IC9是跟隨器，經(jīng)過(guò)W4調(diào)整到J2口輸出，READY為外部選通信號(hào)，作為測(cè)量結(jié)果信號(hào)。
電源部分框6’中，IC2是做用于產(chǎn)生負(fù)電壓之用，供表頭雙電壓之用。
IC3是晶振穩(wěn)頻振蕩器，Q6端輸出512HZ方波經(jīng)過(guò)R15、D3穩(wěn)壓為0.6Vp-p方波供探頭電路交流信號(hào)源之用。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，精度高，測(cè)量面積小，不受環(huán)境中CO2的干擾，操作簡(jiǎn)便，操作誤差小，測(cè)量迅速，成本低(約為同類(lèi)儀器的五分之一)。
權(quán)利要求1.一種新型微量二氧化碳測(cè)定儀由探頭部件包括探頭、電極棒、絕緣套、電極筒、彈簧、圈蓋、密封圈、底座、手輪、引出導(dǎo)線及電路包括采樣、顯示、定時(shí)、換擋、輸出和電源電路組成，其特征是，探頭(3)的上部中間有一個(gè)探孔(31)，其下端為錐孔(32)，垂直于探孔(31)的軸線，沿徑向設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)活門(mén)(4)，其上設(shè)置有相互垂直的大孔與小孔，在探頭下部空腔內(nèi)設(shè)置的電極棒(6)的外圓及電極筒(8)的臺(tái)階處設(shè)置絕緣套(7)，三者上表面設(shè)置的錐形圓柱面(678)與錐孔(32)間設(shè)置有○形密封圈(5)，電極筒(8)的外圓柱面上套有拉伸彈簧(9)，探頭(3)的空腔內(nèi)裝有氫氧化鋇或氫氧化鈣的飽和溶液，在探頭(3)的上端部螺紋連接一個(gè)蓋子(2)，在其上端面粘有帶多圈紋路的橡膠墊(1)；探頭采樣電路由電源電路(6’)的晶振穩(wěn)頻振蕩器(IC3)的Q6端輸出512H2方波經(jīng)R15、D3穩(wěn)壓為0.6Vp-p方波供探頭電路(1’)作交流信號(hào)源，方波信號(hào)經(jīng)C12、R14、R13與運(yùn)算放大器(IC4)正極連接，探頭來(lái)的RT信號(hào)經(jīng)C10、R12與運(yùn)算放大器的正極連接，IC4的負(fù)極經(jīng)R10接地，IC4的輸出接D2，IC4的負(fù)極經(jīng)R11接D2負(fù)極及C13的正極，輸出VT信號(hào)。
2.按權(quán)利要求1所述的二氧化碳測(cè)定儀，其特征是，蓋子(2)的孔徑及孔形狀可根據(jù)被測(cè)物的不同而不同。
3.按權(quán)利要求1所述的二氧化碳測(cè)定儀，其特征是，探頭電路中各電阻、電容的典型參數(shù)值為R10為1KΩ，R11為10KΩ，C13為6.8μF，C12為2.2μF，R14為100KΩ，R13為220KΩ，R12為3.3兆，C11為0.001μF，C10為0.15μF。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型適用于人、動(dòng)植物體呼吸的二氧化碳量的測(cè)定。由探頭部件包括:探頭孔下端為錐孔,探孔中間設(shè)置活門(mén),在電極棒外圓及電極筒的臺(tái)階處有絕緣套,三者上端為錐形圓柱面,其與錐孔間設(shè)置O形密封圈,電極筒上套有彈簧,探頭空腔內(nèi)裝Ba(OH)
文檔編號(hào)G01N27/00GK2274772SQ9620164
公開(kāi)日1998年2月18日 申請(qǐng)日期1996年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月31日
發(fā)明者張維波, 何鋒, 福安紐 申請(qǐng)人:張維波