专利名称：新型微量二氧化碳测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微量二氧化碳测定仪，又叫微呼吸仪，适用于人、动、植物中的皮肤呼吸(氧代谢)测量及环境空气中的二氧化碳量测定及医学(皮肤学、中医穴位失衡诊断)、农业(食品储藏、园艺、土壤微生物)、化装品工业及环保监测等的测量或测定。
现有的测量仪器主要有三种一是采用二氧化碳敏感电极，其缺点是灵敏度较低，二是红外线吸收法，由一个泵将气体吸入测量室，其中的CO2吸收一定频率的红外线，使测量光强度减弱，虽然连续测量，但价格贵，三是匈牙利的FVehYO教授发明的微量二氧化碳测定仪，能对极小面积的极微量CO2进行测定，特别适合测量人体和动植物的皮肤释放的微量CO2，但也存在如下缺陷(如
图1所示)探头的电极筒8与有机玻璃腔之间密封不好，探头在朝下时液体易渗出，造成液膜厚度增大；探头液膜做好后到压至被测部位之间需经过空气，若空气中CO2浓度大或时间长，则大量CO2进入液膜都将影响测量值；由于测孔周围是硬质的有机玻璃与被测物间密封不好，少量空气中的CO2进入探头，影响测量结果；探头中绝缘体7与电极筒8的光孔呈紧配合，清洗时用力过大，则易将绝缘体7推深，使表面呈凹陷状，影响膜的形成；电路中元件采用的是分立元件、指针指示等。
为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种测量面积小，灵敏度和精度高、操作简便、测量迅速、成本低的新型微量二氧化碳测定仪。
本实用新型的任务是这样实现的由探头部件及采样、显示、定时、换挡、输出和电源电路组成。
探头部件是在探头、电极棒、绝缘套、电极筒、弹簧、圈盖、密封圈、底座、手轮、引出导线基础上进行了改进，探头上部中间有一探孔，其下端为锥孔，垂直于探孔轴线，沿径向设置一个转动活门，其上设置有相互垂直的大孔与小孔，在电极棒外圆及电极筒的台阶处设置绝缘套，三者上表面设置为锥形圆柱面与锥孔之间设置○形密封圈，电极筒的外圆柱面上套有拉伸弹簧，探头的空腔内装有氢氧化钡或氢氧化钙的饱和溶液，在探头的上端部连接一个盖子，盖子上端面粘接一个带多圈纹路的橡胶垫；电子线路是在采样、显示、定时、换挡、输出和电源电路基础上作了改进用集成电路代替分立元件，用数字表头显示代替指针显示，使精度提高了一个数量级，本实用新型电路的特征部分在于探头采样电路由电源电路(6’)的晶振稳频振荡器IC3的Q6端输出512HZ方波经R15、D3稳压为0.6Vp-p方波供探头电路(1’)作交流信号源，方波信号经C12、R14、R13与运算放大器IC4正极连接，探头来的RT信号经C10、R12与运算放大器的正极连接，IC4的负极经R10接地，IC4的输出接D2，IC4的负极经R11接D2负极及C13的正极，输出VT信号。
图1是原微量二氧化碳测定仪的探头结构图，图2是本实用新型探头结构剖视图，图3是图2的A-A剖视图，图4是本实用新型电路方块图，图5是本实用新型电路原理图。
结合附图对本实用新型及其实施例说明如下见图2、图3，本实用新型由探头部件包括探头3、电极棒6、绝缘套7、电极筒8、弹簧9、圈盖10、密封圈11、底座12、手轮13、引出导线14及电路包括采样1’，显示2’，定时3’，换挡4’，输出5’和电源电路6’组成的基础上作如下改进，探头部件探头3的上部中间有一个探孔31，其下端为锥孔32，垂直于探孔31的轴线，沿径向设置一个转动活门4，其上设置有相互垂直的大孔与小孔，在探头下部空腔内设置电极棒6，其外圆及电极筒8的台阶处设置绝缘套7，三者的上表面设置为锥形圆柱面678其与锥孔32间设置○形密封圈5，电极筒8的外圆柱面上套有拉伸弹簧9，探头3的空腔内装有氢氧化钡或氢氧化钙的饱和溶液，在探头3的上端部螺纹连接一个盖子2，其上端面粘接一个带多圈纹路的橡胶垫4；见图4、图5，探头采样电路由电源电路(6’)的晶振稳频振荡器IC3的Q6端输出512HZ方波经R15、D3稳压为0.6Vp-p方波供探头电路(1’)作交流信号源，方波信号经C12、R14、R13与运算放大器IC4正极连接，探头来的RT信号经C10、R12与运算放大器的正极连接，IC4的负极经R10接地，IC4的输出接二极管D2，IC4的负极经R11接D2负极及C13的正极，从C13的正极输出VT电压信号。经IC7C、IC6，W3到显示电路2’表头的输入端(IN)端，探头采样电路中电容、电阻的典型参数是，R10为1KΩ，R11为10KΩ，C13为6.8μF，C12为2.2μF，R14为100KΩ，R13为220KΩ，R12为3.3兆，C11为0.001μF，C10为0.15μF。
增加○性密封圈5的作用是使电极密封性好，以保持液膜厚度的一致性；转动活门的作用是防止在放置过程中空气中的CO2进入探头影响测量结果；探头上端加入一个孔径大小、形状不同的盖子，根据被测物的不同选用不同的盖子，以扩大测量的应用范围；密封橡胶垫1的作用是增加探头的密封性，以防止空气中的CO2进入；电极筒孔中设置的台阶以托住绝缘套，使之不下陷。
本实用新型的工作原理及工作过程当弹簧顶上时，电极与锥孔32被密封，当通过手轮13将电极拉入溶液中再弹回，由于表面张力作用，在电极上可形成一层氢氧化钡的液膜，将探头小孔对准被测物体轻轻压住，CO2通过小孔进入到液膜上，形成化学反应，碳酸钡沉淀使液膜中的离子减少，因此电阻增加，CO2的浓度越大，电阻增加就越多，进行R-V变换后变成电压信号进入仪器工作，当电阻值小时与CO2为非线性关系，当电阻达到一定数值，进入线性区，仪器开始测量，经一段时间后，该数值被保持线路保持并鸣响，测量结束。
探头电路(1’)的说明及工作过程如下探头电路(1’)C12输入从振荡器来的512Hz/0.6Vp-p方波经R14、R13、C10；流过探头的波形是隔去直流成分的对称方波，以避免探头电解质极化。探头电阻的增减反映在R12上的电压也成比例，线性的增减。R12上的电压再经IC4同相交流放大，同时经过D2半波整流，在C13上得到一直流电压，此电压即对应某一点探头电阻的大小。经过后面相应功能的电路完成起始判定、定时读数，最后由数字表头显示其读数。
各电阻电容的参数值是在输入频率为512Hz±10％下的数值，误差不超过±10％。对仪器精度的影响主要是满度值的不同，由于有较宽的线性范围，总可经过调W3来调整其满度值。
RT的线性范围在90K(开始读数)至250K(满度值)之间，对应C13上输出VT电压0.6V-1.153V。
工作过程(1)电源电路6’按下K1，T2导通，使T1也导通，Vcc(+V)有电压，同时C1充电至Vcc，IC1A反相器输出“O”，使T1继续导通。Vcc得电时IC2同时工作经D1、C4输出一Vcc负电压，K1断开后，T1仍能导通，这时C1开始放电，其电压低到IC1A阈值以下时，IC1A输出“1”，T1截止，Vcc断电，完成自动关闭电源。如果开始后有测量动作，则C1继续充电至Vcc维持到测量结束才开始下降，即开始延时至自动关闭。延时时间约几分钟。
(2)测量过程锥体电极浸入电解质后再伸出开始测量时，此时探头RT小于90K，继续增大到刚超过90K时，IC5比较器动作，输出“1”，经IC1B反相成“0”，再经过C15微分出负脉冲触发IC12开始定时，其“Q”端为“1”，打开IC7C模拟开关，C13上的VT电压进入IC6同相端进行跟随，其输出经W3调整后送至表头输入(IN)端进行读数，此时的IC12“Q”端另经过IC8C(或门)与IC1C组合后的HOLD信号为“0”，使表头跟随读数。定时结束后，IC12“Q”端复“0”，经C14触发IC13定时一短时间，约2-3秒，鸣响蜂鸣器，同时D16READY灯闪光指示测量完毕，IC13定时结束后，表头的HOLD(固持、锁定)由“0”至“1’锁定读数。
以上是在测量时无超量限情况下的一个测量过程。如果有超量情况，IC15即动作输出“0”，经C15使IC12提前复位，同时发出鸣音及闪烁指示，表头显示溢出符号“1”。
K2(SET)是复位开关，不论测量与否，按下K2即把C19上的电压放掉，同时复位IC12、IC13，表头复“0”读数。
C19是采样保持电容，使其电压保持一短时间。
IC7A、IC7B是模拟双向开关，在单位0.1/0.01档时，IC7A通，IC7B断，W1上的基准电压送至表头，使读数为“100.0”，在0.03/0.003挡时，IC7A断，IC7B通，W2上的基准电压送至表头使其读数为“30.0”。
IC11A、B、C、D也是四个单独双向开关，同时只有一个导通，以控制IC12的定时电阻(大小)而控制定时时间，IC11由框4’的IC10来控制的。
(3)换档情况IC10的Q0、Q1、Q2、Q3端同时只有一个为“1”其余为“0”，每按动一次K3(CH)，即出现一次从Q0→Q1→Q2→Q3→Q0方向的“1”跳跃，即改变档位，IC10的Q0、Q1、Q2、Q3端控制IC11的A、B、C、D，同时通过D10→D13指示档位。在测量进行时，IC10是被封锁住的，K3暂时不起作用。以保证定时正确。
(4)其它电路输出部分5’中，IC9是跟随器，经过W4调整到J2口输出，READY为外部选通信号，作为测量结果信号。
电源部分框6’中，IC2是做用于产生负电压之用，供表头双电压之用。
IC3是晶振稳频振荡器，Q6端输出512HZ方波经过R15、D3稳压为0.6Vp-p方波供探头电路交流信号源之用。
本实用新型的优点是灵敏度高，精度高，测量面积小，不受环境中CO2的干扰，操作简便，操作误差小，测量迅速，成本低(约为同类仪器的五分之一)。
权利要求1.一种新型微量二氧化碳测定仪由探头部件包括探头、电极棒、绝缘套、电极筒、弹簧、圈盖、密封圈、底座、手轮、引出导线及电路包括采样、显示、定时、换挡、输出和电源电路组成，其特征是，探头(3)的上部中间有一个探孔(31)，其下端为锥孔(32)，垂直于探孔(31)的轴线，沿径向设置一个转动活门(4)，其上设置有相互垂直的大孔与小孔，在探头下部空腔内设置的电极棒(6)的外圆及电极筒(8)的台阶处设置绝缘套(7)，三者上表面设置的锥形圆柱面(678)与锥孔(32)间设置有○形密封圈(5)，电极筒(8)的外圆柱面上套有拉伸弹簧(9)，探头(3)的空腔内装有氢氧化钡或氢氧化钙的饱和溶液，在探头(3)的上端部螺纹连接一个盖子(2)，在其上端面粘有带多圈纹路的橡胶垫(1)；探头采样电路由电源电路(6’)的晶振稳频振荡器(IC3)的Q6端输出512H2方波经R15、D3稳压为0.6Vp-p方波供探头电路(1’)作交流信号源，方波信号经C12、R14、R13与运算放大器(IC4)正极连接，探头来的RT信号经C10、R12与运算放大器的正极连接，IC4的负极经R10接地，IC4的输出接D2，IC4的负极经R11接D2负极及C13的正极，输出VT信号。
2.按权利要求1所述的二氧化碳测定仪，其特征是，盖子(2)的孔径及孔形状可根据被测物的不同而不同。
3.按权利要求1所述的二氧化碳测定仪，其特征是，探头电路中各电阻、电容的典型参数值为R10为1KΩ，R11为10KΩ，C13为6.8μF，C12为2.2μF，R14为100KΩ，R13为220KΩ，R12为3.3兆，C11为0.001μF，C10为0.15μF。
专利摘要本实用新型适用于人、动植物体呼吸的二氧化碳量的测定。由探头部件包括:探头孔下端为锥孔,探孔中间设置活门,在电极棒外圆及电极筒的台阶处有绝缘套,三者上端为锥形圆柱面,其与锥孔间设置O形密封圈,电极筒上套有弹簧,探头空腔内装Ba(OH)
文档编号G01N27/00GK2274772SQ9620164
公开日1998年2月18日 申请日期1996年1月31日 优先权日1996年1月31日
发明者张维波, 何锋, 福安纽 申请人:张维波