[实用新型]一种分析氧气浓度和流速的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及氧气分析技术，具体地说是一种利用超声波分析氧气浓度和流速的装置。

背景技术

制氧机的主要用途是将空气中的氮气和二氧化碳分离出去，再根据需要输出不同浓度的氧气用于医疗、航天、焊接等领域；例如，分子筛制氧机可以输出浓度高达95.7％的氧气，但仍有4.3％的氩气不能过滤。因此，制氧机在实际应用中需要监测输出氧气的浓度和流速，特别对于医疗领域的应用，供给病人高浓度、流速恒定的氧气是至关重要的。目前，现有的监测输出氧气浓度和流速的装置，采用传感器的方式，该类传感器主要以氧化锆为主要原料，采用电化学方法监测氧气浓度，但却不能同时测量氧气的流速；这种方法存在的最大问题是随着使用时间的增加，化学物质的化学性能会发生变化，进而导致测量准确度的下降，就需要对用户的氧气传感器重新进行浓度标定或直接更换传感器，增加了机器的售后维护费用，而且影响用户的使用。

随着科技的发展，逐渐出现了利用超声波来监测氧气。超声波是指频率高于20KHz的机械波，它的好处是可以避免信号采集过程外周声音对信号的影响。为了以超声波作为检测手段，采用了超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。现有利用超声波监测氧气的装置，其腔体内设置的传感器之间距离太短，而声波传导时间又很快，所以容易产生较大的误差。同时，其腔体结构的目的是为了保持腔内气体恒定，是作为一个气道旁路来监测氧气浓度的，采样的气体量比较少，也会产生与实际相差较大的误差。再有，现有利用超声波也只能监测氧气的浓度，而不能同时测量氧气的流速。

实用新型内容

为了解决利用超声波不能同时监测氧气浓度和流速、监测误差大的问题，本实用新型的目的在于提供一种可连续分析氧气浓度和流速的装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括传感器单元及信号处理控制电路，所述传感器单元包括两端分别安装有电路板的容器，容器内开有容器内腔，在容器内、容器内腔外部分别设有入、出口外腔，两者通过容器内腔相连通，容器上分别开有入气口及出气口，分别与入、出口外腔相连通；两块电路板上分别安装有超声波换能器，两个超声波换能器对称设置在容器内腔的两端口；其中任意一个超声波换能器上通过长管腿引线设有温度传感器，温度传感器插设于容器内腔内；两个超声波换能器分别与信号处理控制电路电连接。

其中：所述容器内腔为圆柱形，其两端口的轴向截面为梯形，超声波换能器插设于其内，在超声波换能器与容器内腔的端口内壁之间留有供气体通过的缝隙；所述容器为圆柱形，入口外腔及出口外腔沿容器内腔外部的圆周方向分别设置，入、出口外腔的彼此相邻端均为封闭端，另一端通过容器内腔相连通；所述超声波换能器为圆柱形，固接于电路板的内表面；带有温度传感器的电路板设有四个引腿，另一个设有两个引腿；电路板上开有定位槽，容器端面上的凸块容置于其内；容器的长度为11厘米；容器两端的电路板与容器密封连接。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型的分析装置结构紧凑，无需例行维护更换元件，而且标定简单。

2.装置安装方便，电路板与容器定位准确；对浓度变化响应速度快，节省能源。

3.本实用新型流入容器内的气体，经过入口外腔的缓冲作用，消除了被测氧气的层流，气体介质流入稳定。

附图说明

图1为本实用新型传感器单元整体结构示意图；

图2为图1中带有温度传感器的超声波换器电路板的结构示意图；

图3为本实用新型待测气体流向示意图；

图4为本实用新型传感器单元装配图；

图5为本实用新型电路框图；

图6为本实用新型的程序流程图；

其中，1为传感器单元，2为容器，3为出口外腔，4为第一电路板，5为第二电路板，6为第一超声波换能器，7为第二超声波换能器，8为温度传感器，9为入气口，10为出气口，11为入口外腔，12为容器内腔，13为长管腿引线，14为定位槽，15为引腿，16为凸块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。