一种溶解氧电极、其制备方法、溶解氧探头及溶解氧仪

摘要

本发明提供了一种溶解氧电极、其制备方法、溶解氧探头及溶解氧仪。本发明提供的溶解氧电极包括：密封胶底座；固定在所述密封胶底座内的电极；固定在所述密封胶底座内的温度传感器；和套设于所述底座外围的银管；所述电极的工作电极导线穿过密封胶底座和银管；所述温度传感器的探头导线穿过密封胶底座和银管；所述银管的内壁上设置有对电极/参比电极导线。本发明提供的溶解氧电极能够大大减少测量误差，无需搅拌，可准确测量不同深度水体的溶解氧，更为便捷，大大节省了能耗；同时该设备密封连接、不易渗漏，且方便使用。

说明书

技术领域

本发明涉及测氧设备技术领域，特别涉及一种溶解氧电极、其制备方法、溶解氧探头及溶解氧仪。

背景技术

溶解氧(dissolved oxygen，DO)是指溶解于水中或液相中的分子态的氧，是水生生物和水生植物生存不可缺少的条件。近年来，随着科学技术的不断发展，越来越多的人开始意识到监测水中溶解氧的必要性和重要性，它是表示水自净能力大小的一项重要指标参数。目前对水源环境的溶解氧监测数据大部分是通过电化学法Clark电极溶解氧传感器提供的，其设计原理是基于阴极上发生的不可逆的氧还原反应(4e^-+O₂+2H₂O＝4OH-)。

现有常规溶解氧仪探头(即YSI5000型溶解氧仪探头)如图1所示，包括棒体4，连接于棒体4端部的搅拌棒1，机械式塞入棒体4内的常规大电极金棒2，以及设置于棒体4侧面的温度传感器。然而，这种溶解氧仪探头测量时需要一直搅拌。同时，该溶解氧仪的制备过程复杂，需要在棒体机械钻孔并通过机械方式将电极塞入棒体，操作难度大，难以嵌合匹配，易渗漏，造成测量误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种溶解氧电极、其制备方法、溶解氧探头及溶解氧仪。本发明提供的溶解氧电极无需伴随搅拌，可准确测量不同深度水体的溶解氧，节省能耗，且该设备不易渗漏。本发明提供的制备方法简单易行，便于规模化生产。

本发明提供了一种溶解氧电极，包括：

密封胶底座(1)；

固定在所述密封胶底座(1)内的电极(3)；

固定在所述密封胶底座(1)内的温度传感器(4)；

和套设于所述底座(1)外围的银管(6)；

所述电极(3)的工作电极导线(3-4)穿过密封胶底座(1)和银管(6)；

所述温度传感器(4)的探头导线(4-5)穿过密封胶底座(1)和银管(6)；

所述银管(6)的内壁上设置有对电极/参比电极导线(6-1)。

在一个实施例中，所述温度传感器(4)包括：

导热丝(4-1)；

套在所述导热丝(4-1)一端的热缩管(4-2)；

填充于所述热缩管(4-2)内的导热脂(4-3)；

插入所述导热脂(4-3)内的温度传感器探头(4-4)；

和与所述温度传感器探头(4-4)连接的探头导线(4-5)。

在一个实施例中，所述电极(3)为微阵列电极。

在一个实施例中，所述微阵列电极包括：

微阵列电极单元(3-1)；

所述微阵列电极单元(3-1)一端的金属丝(3-2)通过导电胶(3-3)与工作电极导线(3-4)连接。

在一个实施例中，所述工作电极导线(3-4)选自铜丝导线、铝丝导线、银丝导线或钼丝导线；

所述金属丝(3-2)选自金丝、铂丝、钛丝或铜丝。

在一个实施例中，所述导热丝(4-1)选自银丝、铜丝、金丝或铝丝。

在一个实施例中，所述密封胶底座(1)包括第一底座(1-1)和第二底座(1-2)；

所述第一底座(1-1)的截面积大于第二底座(1-2)的截面积；

所述银管(6)套设在所述第二底座(1-2)的外围。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的溶解氧电极的制备方法，包括：

提供两个尺寸相同的半套模具，所述半套模具的中间位置处开有贯通槽，将电极和温度传感器放置于一个半套模具的贯通槽内，再扣上另一个半套模具并固定；

将两个半套模具对接所形成的底座模具的一端开口堵住，从另一端开口灌入密封胶，固化成型后拆模，形成固定有电极和温度传感器的密封胶底座；

将内壁设置有对电极/参比电极导线的银管套在所述密封胶底座外围，得到溶解氧电极。

本发明还提供了一种溶解氧探头，包括：

溶解氧电极(10)；所述溶解氧电极(10)为上述技术方案中所述的溶解氧电极或按照上述技术方案所述的制备方法制得的溶解氧电极；

套设在所述溶解氧电极(10)外围的外壳(7)；

固定连接于所述外壳(7)顶部的航空插头母头(11)；

封设于所述外壳(7)底部的透氧膜组件(9)；

和填充于所述外壳(7)空腔内的电解质溶液(12)；

所述溶解氧电极(10)的电极导线端与所述航空插头母头(11)连接，另一端固定于外壳(7)的底部。

本发明还提供了一种溶解氧仪，包括：

溶解氧探头，所述溶解氧探头为上述技术方案所述的溶解氧探头；

与所述溶解氧探头的航空插头母头连接的二次表头。

相比于现有溶解氧电极，本发明提供的溶解氧电极将电极和温度传感器嵌合于密封胶底座内，还连接有银管，特殊的温度传感器结构设计、电极设计，以及温度传感器与电极及底座之间的结构设计，能够大大减少测量误差，而且无需搅拌，可准确测量不同深度水体的溶解氧，更为便捷，大大节省了能耗；同时该设备密封连接、不易渗漏，且方便使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中溶解氧仪探头的结构示意图；

图2为本发明提供的溶解氧电极的结构示意图；

图3为底座模具的示意图；

图4为半套模具的示意图；

图5为本发明提供的溶解氧探头的结构示意图；

图6为实施例1中搅拌条件下的溶解氧测试图；

图7为实施例1中不搅拌条件下的溶解氧测试图。

具体实施方式

本发明提供了一种溶解氧电极，包括：包括：密封胶底座(1)；

密封胶底座(1)；

固定在所述密封胶底座(1)内的电极(3)；

固定在所述密封胶底座(1)内的温度传感器(4)；

和套设于所述底座(1)外围的银管(6)；

所述电极(3)的工作电极导线(3-4)穿过密封胶底座(1)和银管(6)；

所述温度传感器(4)的探头导线(4-5)穿过密封胶底座(1)和银管(6)；

所述银管(6)的内壁上设置有对电极/参比电极导线(6-1)。

参见图2，图2为本发明提供的溶解氧电极的结构示意图；其中，1为密封胶底座，3为电极，3-4为电极的工作电极导线，4为温度传感器，4-5为温度传感器的探头导线，6为银管，6-1为对电极/参比电极导线。

密封胶底座1用于安置电极和温度传感器等组件，利用底座模具成型获得。参见图3，图3为底座模具的示意图，其中，1为模具板块，2为贯通孔。底座模具由两个半套模具对接形成，参见图4，图4为半套模具的示意图，其中，1为模具板块，2为贯通槽。将微阵列电极和温度传感器置于半套模具的贯通槽内，盖上另外半套模具，用螺丝将两个半套模具固定，将半套模具对接所形成的模具的贯通孔的一端堵上，另一端灌入密封胶，固化成型后拆模，即得到嵌有电极和温度传感器等组件的密封胶底座。在一个实施例中，所述密封胶底座1为聚氨酯密封胶底座；在另一个实施例中，所述密封胶底座1为环氧密封胶底座。本发明优选采用环氧密封胶，使底座固化后有更高的强度，且收缩率更低。

参见图2，在一些实施例中，密封胶底座1包括第一底座1-1和第二底座1-2，所述第一底座1-1的截面积大于第二底座1-2的截面积。在一个实施例中，所述第一底座1-1的直径为10mm，第二底座1-2的截面积为5mm。

电极3固定于密封胶底座1内，在一个实施例中，所述电极3为微阵列电极。

参见图2，在一个实施例中，所述微阵列电极包括：

微阵列电极单元(3-1)；

所述微阵列电极单元(3-1)一端的金属丝(3-2)通过导电胶(3-3)与工作电极导线(3-4)连接。

本发明中，所述微阵列电极单元3-1其是由多个微电极集成在一起所组成的电极单元，其电流是各个单一电极电流的代数和。3-2为裸露于为阵列电极一端的金属丝；在一些实施例中，所述金属丝3-2选自金丝、铂丝、钛丝或铜丝。3-3为导电胶，用于粘结金属丝3-2与工作电极导线3-4。本发明对所述导电胶的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的导电性胶体即可。在一个实施例中，所述导电胶为银导电胶。3-4为微阵列电极3的工作电极导线，在一些实施例中，所述工作电极导线3-4为铜丝导线、铝丝导线、银丝导线或钼丝导线。在一些实施例中，所述工作电极导线3-4的长度为100～300mm，直径为0.5～3mm。

本发明中，微阵列电极3的电极单元3-1、金属丝3-2、导电胶3-3均固定于密封胶底座1内，工作电极导线3-4沿密封胶底座1穿出。采用上述特殊结构的微阵列电极，并与温度传感器及底座配合，能够实现免搅拌测试，简化了测量设备，无需搅拌，可准确测量不同深度水体的溶解氧。

温度传感器4固定于密封胶底座1内，参见图2，在一个实施例中，所述温度传感器4包括：

导热丝(4-1)；

套在所述导热丝(4-1)一端的热缩管(4-2)；

填充于所述热缩管(4-2)内的导热脂(4-3)；

插入所述导热脂(4-3)内的温度传感器探头(4-4)；

和与所述温度传感器探头(4-4)连接的探头导线(4-5)。

本发明中，所述导热丝4-1用于向传感器探头传递温度，本发明对所述导热丝4-1的种类没有特殊限制，能够产生优异的导热性即可，在一个实施例中，所述导热丝4-1为银丝。在一些实施例中，所述导热丝4-1的长度为5～20mm，直径为1～3mm。

热缩管4-2套在所述导热丝4-1的一端，在一些实施例中，所述热缩管4-2的长度为10～25mm，直径为2～4mm。在一个实施例中，所述热缩管4-2接近导热丝4-1的一端热缩于导热丝4-1表面，另一端用封口膜封口。

所述热缩管4-2内填充有导热脂4-3；本发明对所述导热脂的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的导热脂即可；在一个实施例中，所述导热脂4-3为导热硅脂。

温度传感器探头4-4插入导热脂4-3内，所述温度传感器探头4-4连接有探头导线4-5，所述探头导线4-5穿过密封胶底座1。在一个实施例中，所述探头导线4-5为两根，包括第一探头导线4-5a和第二探头导线4-5b。本发明对探头导线4-5的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的探头导线即可，在一个实施例中，所述探头导线4-5为铜丝导线。

本发明中，所述温度传感器4的导热丝4-1、热缩管4-2、导热脂4-3及温度传感器探头4-4均固定于密封胶底座1内，探头导线4-5沿密封胶底座1穿出。温度传感器探头、导热丝及导热脂的配合，能够从电极端面准确测试样品温度，有利于减小测量误差。

银管6套设于密封胶底座1的外围。

参见图2，在一个实施例中，密封胶底座1包括第一底座1-1和第二底座1-2，所述第一底座1-1的截面积大于第二底座1-2的截面积，所述银管6套设在所述第二底座1-2的外围。在一个实施例中，银管6的长度长于第二底座1-2的长度，使第二底座1-2完全包围在银管6内部，电极3的工作电极导线3-4及温度传感器4的探头导线4-5依次穿出密封胶底座1和银管6。

参见图2，在一个实施例中，银管6的内壁上设置有对电极/参比电极导线6-1，所述对电极/参比电极导线6-1穿出银管6。在一个实施例中，对电极/参比电极导线6-1设置在银管6中高出密封胶底座1的管部内壁上。在一个实施例中，对电极/参比电极导线6-1通过焊锡6-3焊接在银管6的内壁上。

参见图2，在一个实施例中，银管6与密封胶底座1之间存在空隙，二者之间的空隙内填充有管密封胶6-2，使所述工作电极导线3-4及温度传感器的探头导线4-5稳固直立于银管6内，并使银管6密封连接于所述密封胶底座1上。在一些实施例中，所述管密封胶6-2为聚氨酯密封胶或环氧密封胶。在优选实施例中，所述管密封胶6-2与密封胶底座1的密封胶相同，采用相同的密封胶更有利于银管6与密封胶底座1的紧密粘结。

相比于现有溶解氧电极，本发明提供的溶解氧电极将微阵列电极和温度传感器嵌合于密封胶底座内，还连接有银管，特殊的温度传感器结构设计、电极设计，以及温度传感器与电极及底座之间的结构设计，能够大大减少测量误差；而且无需搅拌，可准确测量不同深度水体的溶解氧，更为便捷，大大节省了能耗；同时该设备密封连接、不易渗漏，也有利于减小测量误差，且方便使用。

本发明还提供了上述技术方案所述的溶解氧电极的制备方法，包括：

提供两个尺寸相同的半套模具，所述半套模具的中间位置处开有贯通槽，将电极和温度传感器放置于一个半套模具的贯通槽内，再扣上另一个半套模具并固定；

将两个半套模具对接所形成的底座模具的一端开口堵住，从另一端开口灌入密封胶，固化成型后拆模，形成固定有电极和温度传感器的密封胶底座；

将内壁设置有对电极/参比电极导线的银管套在所述密封胶底座外围，得到溶解氧电极。

其中，所述半套模具的结构参见图4，与前文所述一致，在此不再赘述。所述电极、温度传感器及银管的结构及连接关系均与上述技术方案中所述一致，在此不再一一赘述。

所述电极优选为微阵列电极，所述微阵列电极可通过以下方式获得：用导电胶将微阵列电极单元一端裸露的金属丝与工作电极导线粘结、固化成型，得到微阵列电极。其中，所述导电胶、微阵列电极单元、金属丝、工作电极导线的种类、长度、直径等参数均与上述技术方案中所述一致，在此不再赘述。

所述温度传感器可通过以下方式获得：在导热丝的一端套上热缩管，对所述热缩管接近导热丝的一端加热使之热缩于导热丝表面，向所述热缩管的另一端开口灌入导热脂，将温度传感器探头插入所述导热脂中，再用封口膜封闭热缩管的开口，得到温度传感器。本发明中，所述温度传感器探头连接有探头导线，从封口膜伸出。其中，所述导热丝、热缩管、导热脂、温度传感器探头及探头导线的种类、长度、直径等参数均与上述技术方案中所述一致，在此不再赘述。

本发明中，所述固化成型优选为常温固化成型；所述固化成型的时间优选为1～3天。本发明中，在所述拆模后，优选还进行抛光等后处理。

在一个实施例中，将银管套在所述密封胶底座外围，向银管内浇注管密封胶、固化成型，得到溶解氧电极。其中，固化成型优选为常温固化成型。所述固化成型的时间优选为1～3天。

本发明中，套上银管后、浇注管密封胶前，优选将对电极/参比电极导线焊接在银管内壁上。本发明中，优选通过焊锡进行所述焊接。

本发明的提供的制备方法中，将电极、温度传感器、银管及密封胶底座嵌合，能够大大减少测量误差；而且无需搅拌，可准确测量不同深度水体的溶解氧，更为便捷，大大节省了能耗；同时该制备方法为一体化成型，使设备密封连接、不易渗漏，也有利于减小测量误差，且方便使用。同时，该制备方法无需机械钻孔、机械套嵌配合等操作，更为简单易行，便于规模化生产。

本发明还提供了一种溶解氧探头，包括：

溶解氧电极(10)；所述溶解氧电极(10)为权利要求1～7中任一项所述的溶解氧电极或按照权利要求8所述的制备方法制得的溶解氧电极；

套设在所述溶解氧电极(10)外围的外壳(7)；

固定连接于所述外壳(7)顶部的航空插头母头(11)；

封设于所述外壳(7)底部的透氧膜组件(9)；

和填充于所述外壳(7)空腔内的电解质溶液(12)；

所述溶解氧电极(10)的电极导线端与所述航空插头母头(11)连接，另一端固定于外壳(7)的底部。

参见图5，图5为本发明提供的溶解氧探头的结构示意图，其中，7为外壳，9为透氧膜组件，10为溶解氧电极，11为航空插头母头，12为电解质溶液，3-4为工作电极导线，4-5a、4-5b为温度传感器的探头导线，6-1为对电极/参比电极导线。

外壳7设置在溶解氧电极10的外围。

外壳7的顶部固定连接有航空插头母头11；在一个实施例中，所述航空插头母头11为四接线航空插头母头。参见图5，在一个实施例中，通过螺母8将航空插头母头11固定连接于外壳7的顶部。

外壳7的底部封设有透氧膜组件9。所述透氧膜组件9的种类没有特殊限制，为一般市售透氧膜产品即可。本发明的一个实施例中，所述透氧膜组件9通过螺丝13固定在外壳7的底部。

溶解氧电极10安置在外壳7的内部，且所述溶解氧电极10的电极导线端(即工作电极导线、探头导线及对电极/参比电极导线端)与所述航空插头母头11连接，即溶解氧电极10的工作电极导线、探头导线及对比电极/参比电极导线分别与航空插头母头11连接；所述连接方式没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的插头线缆接线方式连接即可。溶解氧电极10的另一端(即底座端)固定于外壳7的底部；所述固定的方式没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的外壳、电极及底部组件密封固定的方式连接即可。在一个实施例中，溶解氧电极10的另一端固定连接于透氧膜组件9的表面；在另一个实施例中，溶解氧电极10的另一端固定于透氧膜组件9的内部。

溶解氧电极10封闭于外壳7内部后，外壳7与溶解氧电极10之间形成封闭空腔，外壳7的空腔内填充有电解质溶液12。本发明对所述电解质溶液的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的电解质溶液即可。

参见图5，在一个实施例中，所述外壳7的侧壁设置有进液口，供电解质溶液注入，所述进液口处设置有堵头14。

采用本发明提供的溶解氧探头能够大大减少测量误差；而且无需搅拌，可准确测量不同深度水体的溶解氧，更为便捷，大大节省了能耗；同时该设备密封连接、不易渗漏，也有利于减小测量误差，且方便使用。

上述溶解氧探头可通过以下制备方式获得：

将溶解氧电极10装入外壳7中，拧紧螺帽8，使溶解氧电极10的电极导线端固定，再在溶解氧电极10的底座端套上透氧膜组件9，通过螺丝13将透氧膜组件9与外壳7固定，再通过外壳7的进液口注入电解质溶液12，用堵头14密封，即制得溶解氧探头。

本发明还提供了一种溶解氧仪，包括：

溶解氧探头，所述溶解氧探头为上述技术方案所述的溶解氧探头；

与所述溶解氧探头的航空插头母头连接的二次表头。

所述溶解氧仪的制备方式没有特殊限制，将现有溶解氧仪中的溶解氧探头替换为上述技术方案所述的溶解氧探头即可，即通过数据线将溶解氧探头与二次表头连接。所述二次表头为本领域技术人员熟知的常规二次表头即可。

相比于现有溶解氧仪，采用本发明提供的溶解氧仪能够大大减少测量误差；而且无需搅拌，可准确测量不同深度水体的溶解氧，更为便捷，大大节省了能耗；同时该设备密封连接、不易渗漏，也有利于减小测量误差，且方便使用。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

1.1溶解氧仪的制备

采用图2所示的溶解氧电极，其中，密封胶底座1为环氧密封胶，管密封胶6-2为环氧密封胶。将上述溶解氧电极按照图3结构制备溶解氧探头，并将溶解氧探头与二次表头连接，得到溶解氧仪(记为溶解氧仪A)。

1.2效果测试

免搅拌功能测试

将溶解氧仪A和现有技术的溶解氧仪YSI5000分别进行空气校正和零点校正后，放置于同一烧杯中，加入自来水，在搅拌条件下进行溶解氧测试，测试结果参见图6，图6为搅拌条件下的溶解氧测试图，其中，曲线a为溶解氧仪YSI5000的测试数据，曲线b为溶解氧仪A的测试数据；可以看出，两个仪器在搅拌状态下测试数据平稳。

将溶解氧仪A和现有技术的溶解氧仪YSI5000分别进行空气校正和零点校正后，放置于同一烧杯中，加入自来水，在不搅拌的条件下进行溶解氧测试，测试结果参见图7，图7为不搅拌条件下的溶解氧测试图，其中，曲线a为溶解氧仪YSI5000的测试数据，曲线b为溶解氧仪A的测试数据；可以看出，在不搅拌的状态下，本发明提供的溶解氧仪的测试数据平稳，而溶解氧仪YSI5000的测试数据快速下降，不能准确测试水体的溶解氧，不具备免搅拌测试功能。

由以上测试效果可知，采用本发明提供的溶解氧电极能够大大减少测量误差，无需搅拌，可准确测量不同深度水体的溶解氧，更为便捷，大大节省了能耗。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。