[實用新型]氧氣濃度測量系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN207096028U
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 葉繼倫;劉春生;宋學東
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01N7/00
• 分類號: G01N7/00
• 代理公司: 深圳市睿智專利事務所44209
• 代理人: 陳鴻蔭

技術領域

本實用新型涉及氧氣濃度測量方法和系統(tǒng)，特別涉及利用氧分子順磁特性的氧氣濃度測量系統(tǒng)。

背景技術

氧氣濃度監(jiān)測是現(xiàn)代臨床手術及相關治療、食品加工、化工、汽車等領域中不可少的關鍵監(jiān)測指標之一，通常氧氣濃度分析儀根據(jù)工作原理及應用范圍的不同而分為不同的大類，包括順磁式氧分析儀、電化學式氧氣分析儀和激光式氧分析儀等。

現(xiàn)有技術中，采用氧化鋯的電化學式氧氣分析儀，是利用氧化鋯遇到氧氣后發(fā)生電化學反應，產(chǎn)生與濃度成比例的電流，從而實現(xiàn)氧氣濃度的測量；但是電化學式氧氣分析儀采用的氧化鋯是電池式的，當材料逐漸消耗完之后不能再進行測量，需要定期更換，價格昂貴也不方便。

現(xiàn)有技術中，采用順磁法的順磁式氧分析儀是利用了氧分子有一種很特殊的特性，就是有強烈的順磁性，即氧分子在磁場作用下可帶磁性，并可被磁性吸引，可以利用氧氣的這一特性來分析氣體中的氧氣濃度。通常在現(xiàn)有技術的順磁式氧分析儀中，設置一個特定梯度的磁場，在該磁場中放置一個特制的啞鈴狀力矩感應線圈，由于氧氣的順磁排列產(chǎn)生推力，導致這個線圈的轉動，再通過反饋電流使得上述線圈又回到原位置，這時線圈內電流與氧氣濃度成正比，從而實現(xiàn)氧氣濃度的測量，這個感應線圈其實就是具有一定扭矩的機械轉動感應裝置，通過將感應線圈的電流信號轉換獲得電壓信號，以實現(xiàn)氧氣信號數(shù)字化，最后完成氧氣濃度的實時監(jiān)測。

順磁法測量氧氣濃度，具有無環(huán)境影響、長壽命的特點，在醫(yī)學和工業(yè)中得到廣泛的應用，目前順磁氧氣測量基于磁場中扭矩轉動所產(chǎn)生的電流反饋，而這個扭矩是需要設計精密的機械結構才能產(chǎn)生精確的扭矩變化，因此會存在以下幾個問題：順磁式氧分析儀為了保持氧氣的順磁特性，需要維持特定強度的電磁場，通常使得設備整體的功耗偏大；由于檢測的精度直接取決于電磁場強度和機械轉動感應裝置的靈敏度，對需要連續(xù)檢測氧氣濃度微量變化的場合，需要更高的電磁場強度或機械轉動感應裝置的靈敏度；精密機械裝置的實現(xiàn)成本高，測量會受到振動產(chǎn)生的機械位移影響，嚴重時設備會無法進行氧氣濃度測量；并且振動會產(chǎn)生機械位移偏差積累到一定程度后需要重新校準操作，確保后續(xù)測量的準確性；機械扭矩有中的材料特性是隨時間的持續(xù)是有衰減的，長期使用后會逐步變差，影響長期使用的測量性能，也需要進行校零和校準操作。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題在于避免現(xiàn)有技術順磁氧氣測量系統(tǒng)不抗震、功耗大，存在零點漂移的問題而提出一種氧氣測量方法和系統(tǒng)。

本實用新型解決上述問題的技術方案是一種氧氣測量方法包括以下步驟：步驟①：設置用于被測氣體流過的測量氣路和用于參考氣體流過的參考氣路，所述測量氣路和所述參考氣路在測量氣室處匯合形成混合氣路；將壓差傳感器跨接在測量氣路和參考氣路之間，使壓差傳感器的兩個壓力感應端分別與測量氣路和參考氣路聯(lián)通，用于測量所述測量氣路和參考氣路之間的氣路壓力差；步驟②：在混合氣路的測量氣室處設置用于提供變化磁場的電磁元件，所述電磁元件接受的勵磁電流信號為方波信號；所述電磁元件產(chǎn)生和激勵電流同頻的磁場作用于混合氣路的測量氣室處；步驟③：當測量氣路中流過的待測氧氣濃度的氣體，參考氣路中流過已知濃度的參考氣體時，由于氧氣的順磁特性，壓差傳感器在測量氣路上的壓差采樣點與測量氣室之間會產(chǎn)生測量氣路壓力差；壓差傳感器在參考氣路上的壓差采樣點與測量氣室之間會產(chǎn)生參考氣路壓力差；由于測量氣室處的氣體混合，使得壓差傳感器輸出的壓差信號中包含測量氣路中被測氣體的氧氣濃度信息，且該包含被測氣體的氧氣濃度信息的壓差信號被調制在所述電磁元件勵磁電流信號頻率的載波頻率上。

用于所述電磁元件勵磁的電流方波信號的頻率范圍為50~150赫茲；用于所述電磁元件勵磁電流的方波信號在一個變化周期內的占空比為50%至70%。

所述參考氣路流過參考氣體中的氧氣體積百分比濃度范圍為0~21％。