專利名稱：水體測氧增氧裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水體溶氧濃度的檢測及增氧裝置，主要應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖及水族箱等需要對水體溶氧濃度進行檢測并增氧的領域。
背景技術：
目前公知的技術是對水體溶氧濃度的檢測主要采用溶解氧測定儀，它可以較準確地測定水體溶氧濃度的瞬時值，在實踐中還根據(jù)魚類等水生動物浮頭、不進食等現(xiàn)象間接判斷水體溶氧濃度偏低及水中缺氧，此時需要采取增氧措施；增氧主要采用各種增氧機，其氧源為含氧量21％的空氣。上述溶氧濃度測定及增氧機的開及關均是單一的、互不關聯(lián)的、間斷的人工操作。根據(jù)規(guī)律，水體溶氧濃度在下半夜最低，此時人工操作不僅不易觀察，而且勞動強度大。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型設計人分析了水產(chǎn)養(yǎng)殖及水族箱對水體溶解氧的測定及增氧的要求不一定必須知道水體溶氧濃度的絕對值，但須根據(jù)不同時段水體溶氧濃度的相對高低并在偏低時采取增氧措施以確保水生動物不缺氧；倘若能連續(xù)對水體溶氧濃度的相對高低進行檢測并根據(jù)檢測結果自動調(diào)節(jié)增氧速率，使水體溶氧濃度始終保持在相對較高的水平以滿足水生動物對水體溶氧濃度的要求則更為理想，且在這種情況下對水體溶氧濃度相對高低的了解亦顯得并不十分重要。根據(jù)這些特點，本實用新型的目的就是要從實用性的角度出發(fā)，采用簡單有效的裝置連續(xù)對水體溶氧濃度的相對高低進行檢測，同時根據(jù)檢測結果調(diào)節(jié)增氧速率，使水體溶氧濃度始終處于較高的水平，上述所有過程均自動進行，省卻人工操作。
本實用新型采用的技術方案是水體測氧增氧裝置由測氧增氧罩、相對固定件、氧氣補充系統(tǒng)三大部分組成；其中測氧增氧罩主要由測氧桿、罩體、連接件、配重等組成；罩體為倒置的盆形即罩形，其底部在上，罩口在下，罩內(nèi)有一定體積的空腔，底部中心的上端連接有與罩體同軸的細長形的測氧桿，下端通過連接件連接有與罩體同軸的適量配重；相對固定件為垂直方向有通孔的浮于水面的環(huán)形空心浮子或不受水體和測氧增氧罩變動影響的固定件；氧氣補充系統(tǒng)包括氧氣源、管道和閥門；測氧桿、罩體及配重垂直于軸線上的任一橫截面即水平截面均為中心對稱圖形，測氧桿、罩體、連接件及配重的重心均在同一軸線上；測氧桿的外徑略小于相對固定件通孔的內(nèi)徑并裝入相對固定件通孔內(nèi)，可通過上下活動分別控制閥門的關閉和開啟；閥門為機械式或機電式，機械式閥門或機電式閥門的電氣開關安裝于相對固定件上；
氧氣源中有一定壓力的純氧氣通過管道、閥門后再用管道輸送至能給罩體充氧的位置；沉入于水面以下的測氧增氧罩的罩體內(nèi)充入純氧氣后為初始狀態(tài)，罩體上連接的測氧桿的頂部穿過相對固定件上垂直通孔后可控制固定于相對固定件上的閥門，當罩體內(nèi)氧氣溶入水中，罩內(nèi)水面上升使測氧增氧罩所受的浮力減小而下沉后，測氧桿跟著下沉將閥門打開，氧氣源通過閥門和管道向罩體充氧，測氧增氧罩受浮力上升而使閥門關閉恢復初始狀態(tài)，此為一個周期，如此周而復始實現(xiàn)連續(xù)增氧，并以一個周期時間的長短來表示該周期內(nèi)水體溶氧濃度平均值的相對大小。
使用時將本水體測氧增氧裝置配適量的配重并按設計要求裝配好后再將測氧增氧罩放入水中，排盡罩內(nèi)空氣，測氧增氧罩雖然放入水中受到浮力，但因有配重，重力大于浮力，測氧增氧罩下沉帶動測氧桿下降以求重力與浮力的平衡，此時在水面上的相對固定件上的閥門被打開，氧氣源通過閥門及管道向罩體內(nèi)充入純氧氣，測氧增氧罩受到浮力逐漸上升，當上升到一定程度，閥門被關閉而停止充氧，此為初始狀態(tài)。隨著時間的推移，罩體內(nèi)的氧氣因有一定壓力且其濃度遠大于水體溶氧濃度，所以可通過罩體內(nèi)水面逐漸擴散溶入水中，使測氧增氧罩的浮力逐漸減小而下降，直至閥門再度被打開、罩體再次被充氧至測氧增氧罩上升到控制閥門關閉不再充氧恢復初始狀態(tài)。如此循環(huán)實現(xiàn)了連續(xù)工作。
由上面敘述可見，本裝置的增氧原理是通過有一定壓力的氧氣在罩體內(nèi)的水面溶入水體而得以實現(xiàn)。而溶氧的速率與當時的氣壓、氣溫、罩體內(nèi)水面的面積、罩體在水體內(nèi)的平面位置及沉入水體的深度、水體的溶氧濃度等有關。一般情況下，在測氧這一有限時間內(nèi)，氣壓、氣溫的變化是緩慢且有限的，而罩體內(nèi)的水面面積、罩體在水體內(nèi)的平面位置及沉入水體的深度是基本不變的，這些因素對溶氧速率的影響較小，在對檢測精度要求不高的水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)現(xiàn)場或水族箱，這些影響是次要的，而水體溶氧濃度是影響溶氧速率的主要因素。很顯然，當水體溶氧濃度為零時，罩體內(nèi)氧氣濃度與水體內(nèi)氧氣的濃度差最大，氧的溶解速率最大，測氧桿上升下降周期亦最短；當水體溶氧濃度達到飽和時，雖然罩體內(nèi)氧氣與水體內(nèi)氧氣有一定的濃度差，但罩體內(nèi)的氧氣不會溶入水體，氧的溶解速率為零，測氧桿不會下降，其上升下降周期無限長。這是兩種極端的情況，實際上大多數(shù)情況是介于兩種極端情況之間，也就是說測氧桿上升下降周期介于零與無限長之間，濃度差越大(對應于水體溶氧濃度越低)，溶氧速度越快，這種水體溶氧濃度的不同導致溶氧速度相應變化的規(guī)律即是本裝置自動調(diào)節(jié)增氧速率的原理。同時可用測氧桿上升下降一個周期所需的時間或一定時間內(nèi)測氧桿上升下降周期的次數(shù)作為代用指標，這個代用指標既表明了在該段時間內(nèi)平均溶氧速度，相應地也表明了該段時間內(nèi)水體溶氧濃度平均值的相對大小，這就是本裝置測氧的原理。在一定意義上講，用本裝置連續(xù)測氧比測水體溶氧濃度的瞬時值更有實際意義。
由上述技術方案可知由于本測氧增氧罩的罩體內(nèi)充入的是純氧氣，且能在氧氣溶入水體后得到補充，可以使本裝置能連續(xù)自動測氧、增氧，確保水體有較高的溶氧濃度，有利于水生動物的安全和合理密養(yǎng)從而提高經(jīng)濟效益，這些不僅達到了本實用新型的目的，而且本裝置具具有結構簡單、操作極其方便、成本低廉、氧氣的利用率高等優(yōu)點，充分顯示了它的優(yōu)越性。


圖1是本實用新型的結構原理圖；圖2是本實用新型的第一個實施例(采用機械式閥門)的結構示意圖；圖3是本實用新型的第二個實施例(采用機電式閥門)的結構示意圖；圖4是機電式閥門的另一種設計的結構示意圖；圖5是機械式閥門的另一種設計的結構示意圖圖中A-A水體水面；B-B、C-C罩體內(nèi)水面；G電源；GH干簧管；J繼電器；a-a、b-b、c-c繼電器各組接觸點的接線端；V閥門；V1三通旋塞閥；YV電磁閥；S開關；O2氧氣源；圖1中2相對固定件；3測氧桿；4罩體；5連接件；6配重；圖2中111上閥芯；112閥蓋；113螺釘；114密封墊；115伸縮管；116下閥芯；21浮子蓋；22浮子體；31空心測氧桿；32空心接頭；41罩體；51連接件；61配重；圖3中121螺栓；122墊圈；23固定件；33實心測氧桿；42罩體；52連接件；62配重籃蓋；63配重籃；圖4中131螺栓；132墊圈；133永久磁鐵；24浮子蓋；25浮子體；34測氧桿；圖5中141閥蓋；142密封墊；143螺釘；144閥芯；145彈性密封薄片；26固定件；35空心接頭；36空心測氧桿；具體實施方式
在圖1中，相對固定件2是以浮子表示的，浮子浮于水面上會因水位的變化而改變位置，故稱其為相對固定件。測氧增氧罩的測氧桿3、罩體4、連接件5、配重6等的水平截面雖然可以采用(2×n)邊形或其它各種中心對稱圖形，但以圓形為首選。測氧增氧罩及相對固定件可選用金屬材料或塑料制作。氧氣源O2用工業(yè)氧氣即可，壓力應稍大于沉入水中罩體4內(nèi)氧氣的壓力，氧氣源O2內(nèi)的純氧氣通過畫有箭頭所示方向的管道向罩體4充氧。閥門V兩端粗黑線表示機械式閥門或機電式閥門的電氣控制開關安裝在相對固定件2上，而閥門V中間的直線與測氧桿3相連表示閥門V關閉或開啟受測氧桿3升降的控制。
在圖2的實施例中，相對固定件為由浮子蓋21與浮子體22裝配組成的浮子，罩體41為單一罩內(nèi)截面積的簡單直筒形，空心測氧桿31、連接件51均為空心管狀，通過中間有孔的空心接頭32將空心測氧桿31、罩體41、連接件51依次密封連接，它們組裝在一起而形成的空心管道，該空心管道的一端與下閥芯116連接并相通，另一端通過連接件51水平方向的小孔與罩體41內(nèi)的空腔相通，這些相當于圖1中閥門V后的管道。連接件51下端裝配有固定重量的配重61。機械式閥門由浮子蓋21作為閥座，還包括上閥芯111、閥蓋112、螺釘113、密封墊114、伸縮管115及下閥芯116，閥蓋112與浮子蓋21通過螺釘113相連接，下閥芯116與通過相對固定件垂直孔的空心測氧桿31頂端密封連接，閥蓋112中心有螺紋孔可安裝上閥芯111，上閥芯111中心有通孔，其直徑較小的一端通過外螺紋裝配于閥蓋112的閥外側，而直徑較大的一端在閥內(nèi)可密封套接由橡膠等彈性材料制成的呈波紋狀的伸縮管115，氧氣可從上閥芯112的通孔進入伸縮管115的空腔內(nèi)，下閥芯116露出空心測氧桿31部分有一直徑較大的凸臺與伸縮管115密封套接，而其上端部分直徑較小且在頂部裝有與上閥芯112通孔相匹配的用彈性材料制成的密封墊114，下閥芯116在與空心測氧桿31相連接端有盲孔，盲孔頂端的水平方向有一小孔，由于伸縮管115兩端均為密封套接，則伸縮管115中的空腔在閥門關閉即空心測氧桿31上升密封墊114將上閥芯112封閉時，僅通過下閥芯116的水平方向小孔及盲孔等與罩體41相通，而閥門開啟即測氧桿31下降密封墊114與上閥芯112上的孔分離時，氧氣通過上閥芯112的通孔進入伸縮管115的空腔進而進入罩體41充氧，圖2所示即為閥門處于開啟狀態(tài)的情況。下閥芯116上的大凸臺由于其直徑大于相對固定件的通孔直徑，下閥芯116只可在上閥芯112與浮子蓋21之間有限范圍內(nèi)活動而不會分離。圖2的設計還設置了三通旋塞閥V1，圖中所示為罩體排氣時的位置，將三通旋塞閥V1向順時針方向旋轉90°即為充氧的位置，轉換使用甚為方便。
測氧增氧罩罩內(nèi)氧氣溶入水中會引起罩內(nèi)水面上升，設溶入水體的氧氣的體積為V，罩內(nèi)水面面積為A，則罩內(nèi)水面上升高度H＝V/A。氧氣溶入水體后會使整個測氧增氧罩浮力減小，而測氧增氧罩所受的重力不變，為達到浮力與重力的平衡，測氧增氧罩會下沉使部分水面上的測氧桿沉入水中排除水的體積獲得浮力以補償因罩體內(nèi)氧氣溶入水中而減小的浮力，忽略測氧桿及氧氣的重力等影響，則測氧桿排除水的體積＝溶入水體中氧氣的體積，設測氧桿外側面所包圍的截面積為a，其下降的高度為h，則有A·H＝a·h，A/a越大，h/H亦越大，因為A遠大于a，罩內(nèi)水面的微小變化就會使測氧桿升降幅度產(chǎn)生較大的變化，A/a實際上就是本測氧增氧罩的靈敏度，改變?nèi)我唤孛娣e即可改變靈敏度，圖3就是設計為罩內(nèi)水面面積可調(diào)的階梯狀的罩體42，它含有兩個不同罩體內(nèi)水面截面積B-B、C-C以供調(diào)節(jié)不同靈敏度之用。當然配重相應采用由配重籃63與配重籃蓋62組成的形式，配重籃內(nèi)可裝入不同重量的配重物以適應不同靈敏度之需。罩體42與配重間的連接是在該兩部分的圓周上均勻設置三個以上有孔的連接耳并通過柔性或剛性的連接件52相連接的(圖中所示為柔性連接)。相對固定件采用固定于水岸邊固定件23的形式(其同定于水岸結構僅是示意的)。閥門采用機電式，在實心測氧桿33上裝有螺栓121與墊圈122，墊圈122下部的固定件23上裝有密閉不透水的開關S，該開關S可選用微動開關或限位開關等。圖3中實心測氧桿33上升使開關S斷離，電磁閥YV處于常閉的狀態(tài)，當實心測氧桿33下降觸動開關S閉合，電源G通過開關S及電磁閥YV的線圈形成通路，電磁閥YV開啟，氧氣源O2通過管道向罩體42充氧，為安全起見，電源G應小于36V，電磁閥YV電壓與電源G相適應。
機電式閥門除了如圖3的設計外，還可以有多種設計，如圖4的設計即是一種磁控開關，螺栓131將墊圈132、環(huán)形的永久磁鐵133安裝在實心測氧桿34上，由浮子蓋24、浮子體25組成的浮子內(nèi)靠實心測氧桿34的一側固定有干簧管GH，其兩端引線被密封引出，實心測氧桿34在上下變動位置時干簧管GH受永久磁鐵133的控制也被釋放和吸合，從而控制多觸點繼電器J的釋放與吸合，繼電器J的三組觸點a-a、b-b、c-c可分別用于控制電磁閥、計時或計次裝置及增氧機等(圖中未畫)，從而達到最佳使用效果。采用這種磁控開關的設計時，相對固定件宜采用塑料制作。當將相對固定件設計為浮子時，浮子的浮力宜大于測氧增氧罩的重力，繼電器J的電壓亦應與電源G相適應。
機械式閥門除了如圖2的設計外，同樣還可以有多種不同的設計，例如可以設計成圖5的結構，空心測氧桿36的頂端通過空心接頭35依次將彈性密封薄片145、閥芯144密封連接在一起，閥芯144結構與圖2的閥芯115相似，其頂端有密封墊142，閥蓋141中心的通孔正對著密封墊142，通過螺釘143將閥蓋141與彈性密封薄片145密封安裝于固定件26上，當空心測氧桿36帶動閥芯144上升時，閥蓋141中心的通孔被封閉而處于停止充氧狀態(tài)，當空心測氧桿36下降時即是如圖5所示的狀態(tài)，氧氣通過閥蓋141中心的通孔、閥蓋141與密封墊142的問隙、閥芯144側面的小孔等向罩體充氧。由于彈性密封薄片145內(nèi)外圈均為密封安裝，空心測氧桿36活動范圍很小，故在閥門開啟或關閉的情況下彈性密封薄片145不會損壞，氧氣不會泄漏。
由于本實用新型適用于水族箱和水產(chǎn)養(yǎng)殖等的各種不同水體，使用目的又有測氧、增氧或既測氧又增氧等不同情況，故在具體實施時，各零件可有各種不同的設計，例如用于水族箱時罩體可較小些，用于水產(chǎn)養(yǎng)殖增氧時罩體可較大且相對固定件宜為同定件，氧氣補充系統(tǒng)宜配置三通旋塞閥；為適用不同水深使用的需要，測氧桿可制成多節(jié)連接的形式以調(diào)節(jié)測氧桿的長短；水族箱因為水體容積較小，不僅測氧桿、罩體、連接件等可制得較小且可制成一體；對純用于測氧的則要求A/a較大或用不同靈敏度的罩體等。同時，上述設計或利用本實用新型原理的其他類似設計中的各種部件可以互換搭配組合出多種不同的設計滿足使用的需要。
權利要求1.一種水體測氧裝置，其特征是該裝置由測氧增氧罩、相對固定件、氧氣補充系統(tǒng)三大部分組成；測氧增氧罩主要由測氧桿(3)、罩體(4)、連接件(5)、配重(6)等組成；罩體(4)為倒置的盆形即罩形，其底部在上，罩口在下，罩內(nèi)有一定體積的空腔，底部中心的上端連接有與罩體(4)同軸的細長形的測氧桿(3)，下端通過連接件(5)連接有與罩體(4)同軸的適量配重(6)；相對固定件(2)為垂直方向有通孔的浮于水面的環(huán)形空心浮子或不受水體和測氧增氧罩變動影響的固定件；氧氣補充系統(tǒng)包括氧氣源(O2)、管道和閥門(V)；測氧桿(3)、罩體(4)及配重(6)垂直于軸線上的任一橫截面即水平截面均為中心對稱圖形，測氧桿(3)、罩體(4)、連接件(5)及配重(6)的重心均在同一軸線上；測氧桿(3)的外徑略小于相對固定件(2)通孔的內(nèi)徑并裝入相對固定件(2)通孔內(nèi)，可通過上下活動分別控制閥門(V)的關閉和開啟；閥門(V)為機械式或機電式，機械式閥門或機電式閥門的電氣開關安裝于相對固定件(2)上；氧氣源(O2)中有一定壓力的純氧氣通過管道、閥門(V)后再用管道輸送至能給罩體(4)充氧的位置；沉入于水面(A-A)以下的測氧增氧罩的罩體(4)內(nèi)充入純氧氣后為初始狀態(tài)，罩體(4)上連接的測氧桿(3)的頂部穿過相對固定件(2)上垂直通孔后可控制固定于相對固定件(2)上的閥門(V)，當罩體(4)內(nèi)氧氣溶入水中，罩內(nèi)水面(A-A)上升使測氧增氧罩所受的浮力減小而下沉后，測氧桿(3)跟著下沉將閥門(V)打開，氧氣源(O2)通過閥門(V)和管道向罩體(4)充氧，測氧增氧罩受浮力上升而使閥門(V)關閉恢復初始狀態(tài)，此為一個周期，如此周而復始實現(xiàn)連續(xù)增氧，并以一個周期時間的長短來表示該周期內(nèi)水體溶氧濃度平均值的相對大小。
2.根據(jù)權利要求1所述的水體測氧增氧裝置，其特征是測氧桿(3)、罩體(4)、配重(6)的橫截面為圓形。
3.根據(jù)權利要求1所述的水體測氧增氧裝置，其特征是罩體(4)為單一罩內(nèi)截面積的直筒形罩體(41)、配重(6)為固定重量的配重(61)。
4.根據(jù)權利要求1所述的水體測氧增氧裝置，其特征是罩體(4)為罩體內(nèi)的水面面積可調(diào)的階梯狀的罩體(42)，并由配重籃蓋(63)與配重籃(64)組成配重(6)。
5.根據(jù)權利要求1所述的水體測氧增氧裝置，其特征是機電式閥門的電磁閥(YV)通過開關(S)或由永久磁鐵(133)與干簧管(GH)組成的磁控開關直接控制。
6.根據(jù)權利要求5所述的水體測氧增氧裝置，其特征是開關(S)或磁控開關，還可通過控制多觸點繼電器(J)并通過繼電器(J)的一組觸點間接控制電磁閥(YV)，繼電器(J)的其余各組觸點可用于控制計時或記次裝置及增氧機等。
7.根據(jù)權利要求1或5或6所述的水體測氧增氧裝置，其特征是電源(G)選用36V以下的電壓，電磁閥(YV)、繼電器(J)等電壓與電源(G)的電壓相配合。
8.根據(jù)權利要求1所述的水體測氧增氧裝置，其特征是在氧氣補充系統(tǒng)的管道上增設一個三通旋塞閥(V1)。
專利摘要本實用新型公開了一種水體測氧增氧裝置，它可對水產(chǎn)養(yǎng)殖及水族箱的水體的溶氧濃度進行連續(xù)檢測并增氧。該裝置包括測氧增氧罩、相對固定件及氧氣補充系統(tǒng)三大部分。沉入于水中的測氧增氧罩的罩體內(nèi)充入純氧氣后為初始狀態(tài)，罩體上連接的細長測氧桿的頂部通過相對固定件上垂直通孔后可控制固定于相對固定件上的閥門。當罩內(nèi)氧氣溶入水中，測氧增氧罩所受的浮力減小而下沉后，測氧桿跟著下沉將閥門打開，氧氣源通過閥門和管道向罩體充氧，測氧增氧罩受浮力上升使閥門關閉恢復初始狀態(tài)，如此周而復始實現(xiàn)連續(xù)增氧，罩體內(nèi)氧氣的溶氧速度主要與水體的溶氧濃度有關，并以一個周期時間的長短來表明該周期內(nèi)水體溶氧濃度平均值的相對大小。
文檔編號A01K63/04GK2772227SQ20052003940
公開日2006年4月19日 申請日期2005年2月1日 優(yōu)先權日2005年2月1日
發(fā)明者陳星祥 申請人:陳星祥