一种溶解氧智能化实验装置的制作方法

1.本发明涉及实验装置技术领域，更具体地说它涉及一种溶解氧智能化实验装置。


背景技术：

2.溶解氧(dissolved oxygen)是指溶解于水中分子状态的氧，即水中的o2，用do表示。溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。溶解氧的一个来源是水中溶解氧未饱和时，大气中的氧气向水体渗入；另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧。溶解氧随着温度、气压、盐分的变化而变化，一般说来，温度越高，溶解的盐分越大，水中的溶解氧越低；气压越高，水中的溶解氧越高。
3.天然水中溶解氧近于饱和值(9ppm)，藻类繁殖旺盛时，溶解氧含量下降。水体受有机物及还原性物质污染可使溶解氧降低，对于水产养殖业来说，水体溶解氧对水中生物如鱼类的生存有着至关重要的影响，当溶解氧低于4mg/l时，就会引起鱼类窒息死亡，对于人类来说，健康的饮用水中溶解氧含量不得小于6mg/l。当溶解氧(do)消耗速率大于氧气向水体中溶入的速率时，溶解氧的含量可趋近于0，此时厌氧菌得以繁殖，使水体恶化，所以溶解氧大小能够反映出水体受到的污染，特别是有机物污染的程度，它是水体污染程度的重要指标，也是衡量水质的综合指标。因此，水体溶解氧含量的测量，对于环境监测以及水产养殖业的发展都具有重要意义。
4.现有技术中，溶解氧实验装置存在溶解氧浓度不稳定和不均匀的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明在于提供一种溶解氧智能化实验装置，具有溶解氧浓度稳定均匀的优点，并通过plc对溶解氧浓度进行自动调节，使得实验人员的操作更加简单。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种溶解氧智能化实验装置，包括实验水池和若干实验箱，其特征在于：所述实验水池为下底面小，上顶面大的圆台结构；若干所述实验箱环绕实验水池上顶面的边缘固定安装，并在实验箱底部设置连通孔与实验水池连通；所述实验水池的下底面中心位置还设有曝气装置，所述曝气装置包括同心设置的一号环形曝气管和二号环形曝气管，所述实验水池中部设置有分隔板，所述分隔板中心设置有大通孔，所述分隔板边缘设置有若干小通孔，所述分隔板上还设置有与大通孔连通的导流筒，所述导流筒为上小下大的锥形结构，所述导流筒的顶部侧壁上设置有倾斜向下的出液通道；所述分隔板将实验水池分为下部混合区和上部导流区，所述导流筒的侧壁、实验水池的内壁和分隔板三者组成环形流动区，所述下部混合区内还设置有阻挡结构。
7.通过采用上述技术方案，可以实现气体与水充分混合，并通过下部混合区、上部导流区和环形流动区让通过曝气装置进入实验水池的气体在下部混合区进行充分溶解，并在上部导流区对液体进行集中的导流让其定向的从中间向两侧扩散，再通过环形流动区让与目标浓度相符的液体进行循环流动，使得每个实验箱内的溶解氧浓度都保持均匀和稳定。
8.本发明进一步设置为：所述曝气装置通过管路分别连接有氧气气泵和氮气气泵，所述氧气气泵与氮气气泵的出气口处还分别设置有氧气流量控制阀和氮气流量控制阀。
9.本发明进一步设置为：所述一号环形曝气管和二号环形曝气管上均设置有若干均匀分布的纳米曝气头，所述一号环形曝气管设置在二号环形曝气管的内侧，所述阻挡结构包括中部阻挡片和侧边阻挡片，所述中部阻挡片为伞形设置，所述侧边阻挡片为环形设置，所述中部阻挡片的直径大于二号环形曝气管的直径。
10.通过采用上述技术方案，用阻挡片延长气体与液体的接触时间，使得气体充分溶解进水中。
11.本发明进一步设置为：所述中部阻挡片设置有两片，其设置在大通孔与曝气装置之间，所述侧边阻挡片环形设置在实验水池的侧壁上，所述中部阻挡片和侧边阻挡片均向下倾斜。
12.通过采用上述技术方案，用阻挡结构对曝气装置发出的气泡进行阻挡，使得气泡不会直接向上逃逸，可以在水中留存更长的时间，增加气液混合的程度。
13.本发明进一步设置为：所述实验箱内设置有溶解氧监测探头，所述溶解氧监测探头与外部控制台电连接，用于实时监测实验箱内溶解氧的浓度并将浓度数据发送给控制台，所述控制台包括开始按钮、停止按钮、内部的plc和触摸屏。
14.通过采用上述技术方案，实时监测水池中的溶解氧的浓度，并反馈给plc，通过plc实时进行调控。
15.本发明进一步设置为：所述氧气流量控制阀和氮气流量控制阀与控制台电连接，用于监测进入实验水池中的气体流量将流量数据发送给控制台内的plc并受plc的控制。
16.通过采用上述技术方案，配合曝气装置，调节进入曝气装置内的气体，以满足对溶解氧浓度的控制。
17.本发明进一步设置为：所述触摸屏与plc电连接，所述触摸屏上设置有实时浓度显示区域、目标浓度显示区域、气流量显示区域和误差区域，所述实时浓度显示区域用于显示实验箱内当前的溶解氧浓度，所述目标浓度显示区域用于显示和输入人工指定的目标浓度，所述气流量显示区域用于显示氮气和氧气进入实验水池的气体流量，所述误差区域用于人工输入实时浓度和目标浓度可允许存在的误差百分比。
18.通过采用上述技术方案，实验人员可以从触摸屏上的信息对实验水池中的溶解氧浓度进行观测和控制。
19.本发明进一步设置为：所述plc将触摸屏上目标浓度显示区域的数值读取，并通过数值比较单元对目标浓度和溶解氧监测探头返回的实时浓度进行比较计算，并用plc控制氧气流量控制阀和氮气流量控制阀进行气体流量的调节。
20.通过采用上述技术方案，plc对触摸屏上的数据进行读取并与溶解氧监测探头的返回值进行比较计算，从而控制阀门流量，达到自动控制实验水池中溶解氧浓度的效果。
21.综上所述，本发明具有以下有益效果：
22.本发明与现有技术相比，设置了阻挡结构、导流筒、分隔板、曝气装置和控制台，其中曝气装置中设置有一号环形曝气管和二号环形曝气管，并在其上设置有若干纳米曝气头，通过纳米曝气头释放气体，产生细小的气泡，增加了气体与水的接触面积，再通过分隔板和阻挡结构限制气体的上浮的路线，使得气体在下部混合区停留更长的时间，让气体充
分溶解到水中，保证溶入水体中的溶解氧浓度与设定的目标值基本保持一致，再通过分隔板上的大通孔让气液混合体进入上部导流区域，其中上小下大呈锥形设置的导流筒对水进行导流，气流推动水体流向导流筒顶部，起到向顶部聚集的效果，并从顶部的出液通道向两侧扩散，倾斜设置的出液通道使得水获得一个倾斜向下的初速度，液体从出液通道流出向实验水池的内壁运动，在碰到倾斜的内壁后沿内壁的表面向下运动，再遇到分隔板，一小部分从小通孔回流进下部混合区，大部分液体继续沿着分隔板表面向内侧移动，再遇到倾斜的导流筒侧壁，沿着侧壁向上运动，让水体在由导流筒侧壁、实验水池内壁和分隔板所组成的截面呈上大下小梯形结构的环形流动区的竖直方向上进行环形的流动，通过环形的流动带动环形流动区内的全部水体进行循环的流动，不会让符合浓度要求的液体聚集在出液处，导致其余地方浓度不够的问题出现，从而实现各实验箱内的溶解氧浓度均匀且符合目标浓度，解决了现有技术中溶解氧实验装置存在溶解氧浓度不稳定和不均匀的问题；控制台上设置的plc和触摸屏则是对溶解氧浓度进行反馈调节，自动维持溶解氧浓度的均衡，触摸屏可以提供的人机交互功能。
附图说明
23.图1是本实施例实验水池结构示意图；
24.图2是本实施例模块连接关系示意框图；
25.图3是本实施例功能流程示意框图。
26.附图标记：1、实验水池；101、下部混合区；102、上部导流区；103、环形流动区；2、实验箱；201、连通孔3、控制台；301、触摸屏；302、停止按钮；303、开始按钮；4、曝气装置；401、一号环形曝气管；402、二号环形曝气管；403、氧气气泵；404、氮气气泵；4031、氧气流量控制阀；4041、氮气流量控制阀；5、分隔板；6、大通孔；7、小通孔；8、导流筒；9、阻挡片；901、中部阻挡片；902、侧边阻挡片；10、溶解氧监测探头。
具体实施方式
27.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
28.本实施例公开了一种溶解氧智能化实验装置，如图1-3所示，包括实验水池1和若干实验箱2，其特征在于：所述实验水池1为下底面小，上顶面大的圆台结构；若干所述实验箱2环绕实验水池1上顶面的边缘固定安装，并在实验箱2底部设置连通孔201与实验水池1连通；所述实验水池1的下底面中心位置还设有曝气装置4，所述曝气装置4包括同心设置的一号环形曝气管401和二号环形曝气管402，环绕实验水池1设置可以让若干个实验箱2相对实验水池1中心位置的曝气装置距离相等，减少由于距离原因所带来的浓度误差的影响，环形设置的曝气管比直线设置的曝气管的出气区更加集中，可以让局部水域产生较大的波动，从而方便对液体流向的控制；所述实验水池1中部设置有分隔板5，所述分隔板5中心设置有大通孔6，所述分隔板5边缘设置有若干小通孔7，所述分隔板5上还设置有与大通孔6连通的导流筒8，所述导流筒8为上小下大的锥形结构，所述导流筒8的顶部侧壁上设置有倾斜向下的出液通道801，出液通道801的倾斜设置让液体流出时可以获得一个斜向下的初速度；所述分隔板5和其上的导流筒8将实验水池1分为下部混合区101和上部导流区102，所述导流筒8的侧壁、实验水池1的内壁和分隔板5三者组成环形流动区103，环形流动区103的截
面呈上大下小梯形结构，液体会在环形流动区内进行循环流动；所述下部混合区内还设置有阻挡结构9，阻挡结构9可以保证气体不会直接上浮逃逸，而是在下部混合区101与水充分混合，让溶解氧浓度与目标设定值相符。
29.进一步的，所述曝气装置4通过管路分别连接有氧气气泵403和氮气气泵404，所述氧气气泵403与氮气气泵404的出气口处还分别设置有氧气流量控制阀4031和氮气流量控制阀4041。
30.进一步的，所述一号环形曝气管401和二号环形曝气管402上均设置有若干均匀分布的纳米曝气头，所述一号环形曝气管401设置在二号环形曝气管402的内侧，所述阻挡片9包括中部阻挡片901和侧边阻挡片902，所述中部阻挡片901为伞形设置，所述侧边阻挡片902为环形设置，所述中部阻挡片901的直径大于二号环形曝气管402的直径，中部阻挡片901的直径较大，则可以将曝气管产生的上升气流完全挡住，实现改变气液混合体流向的功能。
31.进一步的，所述中部阻挡片901设置有两片，其设置在大通孔6与曝气装置4之间，所述侧边阻挡片902环形设置在实验水池1的侧壁上，所述中部阻挡片901和侧边阻挡片902均向下倾斜。
32.进一步的，所述实验箱2内设置有溶解氧监测探头10，所述溶解氧监测探头10与plc电连接，用于实时监测实验箱内溶解氧的浓度并将浓度数据发送给plc。
33.进一步的，所述氧气流量控制阀4031和氮气流量控制阀4041与plc电连接，用于监测进入实验水池1中的气体流量将流量数据发送给plc并受plc的控制。
34.进一步的，所述触摸屏301与plc电连接，所述触摸屏301上设置有实时浓度显示区域、目标浓度显示区域、气流量显示区域和误差区域，所述实时浓度显示区域用于显示实验箱内当前的溶解氧浓度，所述目标浓度显示区域用于显示和输入人工指定的目标浓度，所述气流量显示区域用于显示氮气和氧气进入实验水池的气体流量，所述误差区域用于人工输入实时浓度和目标浓度可允许存在的误差百分比。
35.进一步的，所述plc将触摸屏301上目标浓度显示区域的数值读取，并通过数值比较单元对目标浓度和溶解氧监测探头返回的实时浓度进行比较计算，当实时浓度与目标浓度存在的误差百分比大于或小于误差区域所设定的数值时，plc就控制氧气流量控制阀4031和氮气流量控制阀4041进行气体流量的调节。
36.工作原理：准备实验前，先在触摸屏301上的目标浓度区域输入需要的溶解氧浓度，再按下开始按钮303，如图3所示的流程，plc读取触摸屏301上的数据后，再通过溶解氧监测探头10所返回实时浓度，计算出当前的实时浓度与目标浓度的误差，并与触摸屏301的误差区域所设定的数值进行比较，进行自动调节氧气和氮气的比例，当实时浓度超出目标浓度和误差的计算值时，说明目前实验水池中的溶氧量过高，plc就控制氧气流量控制阀4031和氮气流量控制阀4041，减少氧气的输入，增加氮气的输入，以此将实验水池1中的溶解氧实时浓度变低，以达到目标浓度；而当实时浓度低于目标浓度和误差的计算值时，说明目前实验水池1中溶氧量过低，就增加氧气的输入，减少氮气的输入，以达到目标浓度。
37.气体通过流量阀控制气流量后，经由曝气装置4进入实验水池1中，通过纳米曝气头产生细小的气体分子，使得气泡与水充分接触，如图1中箭头所示的流动方向，气体在上浮的过程中，被中部阻挡片901挡住上浮的路线，会沿着中部阻挡片901的表面向两侧运动，
运动到侧边后，再继续上浮，又会遇到侧边阻挡片902被再次阻挡，再沿侧边阻挡片902表面运动，经过多次的阻挡片9的阻挡，气体在水中的接触时间较长，溶解更加充分，在下部混合区101中充分溶解后，气液混合体继续向上运动通过大通孔6进入导流筒8中，再从导流筒8顶部的出液通道801中流出，其中出液通道801的朝向倾斜向下，使得气液混合体的初速度斜向下，未溶解的气体从上方逃逸，剩余的与目标浓度相符的液体斜向下流动，在实验水池1、导流筒8的侧壁和分隔板5的影响下在环形流动区103内形成竖直方向上的环形流动，其中部分液体通过小通孔7回到分隔板5下方的水域再次进行气液混合，环形流动使得各个实验箱2中的溶氧量的浓度较为均匀；停止实验只需按下停止按钮302，控制台3就停止气泵的运行，使得装置不再进气。
38.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。