本申请涉及一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐，包括二氧化碳输入/输出口、电磁阀、发酵罐、搅拌器、物料添加口、测控观察口、保温层、冷却水出口、搅拌棒、排水口、啤酒输出口、冷却水入口、取样口；搅拌器在发酵罐的顶端中央；物料添加口在搅拌器上侧；测控观察口在发酵罐顶部一侧；二氧化碳输入/输出口在发酵罐顶部另一侧；取样口在发酵罐一侧中部；冷却水入口在发酵罐一侧下部与取样口同侧；冷却水出口在发酵罐另一侧中上部；啤酒输出口在发酵罐底端一侧；排水口在发酵罐底端中央；所述二氧化碳输入/输出口设有CO2气体传感器。
1.一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐，其特征在于，包括二氧化碳输入/输出口、电磁阀、发酵罐、搅拌器、物料添加口、测控观察口、保温层、冷却水出口、搅拌棒、排水口、啤酒输出口、冷却水入口、取样口；搅拌器在发酵罐的顶端中央；物料添加口在搅拌器上侧；测控观察口在发酵罐顶部一侧；二氧化碳输入/输出口在发酵罐顶部另一侧；取样口在发酵罐一侧中部；冷却水入口在发酵罐一侧下部与取样口同侧；冷却水出口在发酵罐另一侧中上部；
啤酒输出口在发酵罐底端一侧；排水口在发酵罐底端中央；所述二氧化碳输入/输出口设有CO2气体传感器；
所述CO2气体传感器为管式加热型固体电解质式CO2气体传感器；具体的，该CO2气体传感器以Al2O3陶瓷管为衬底，表面设有NASICON固体电解质层，在Al2O3陶瓷管的一端，NASICON固体电解质层之上设有Au膜、Pt电极，在Al2O3陶瓷管的另一端，NASICON固体电解质层之上设有Au膜、Pt电极和敏感电极，Al2O3陶瓷管中间有50Ω的加热线圈穿过作为加热器；
所述NASICON固体电解质采用高温固相法制备，高温烧结温度为1050℃，NASICON固体电解质的平均颗粒粒径为50nm；
所述敏感电极为复合碳酸盐，具体为摩尔比4:3:1的Li2CO3-BaCO3-NaHCO3复合碳酸盐，且，所述复合碳酸盐中添加有Ni纳米粉末、玻璃粉，含量分别为7.5％、10％；所述Ni纳米粉末的粒径为20nm；
选取Na3PO4·12H2O，ZrSiO4，SiO2按照化学计量比混合，充分研磨10h，得到混合物，然后将研磨好的混合物置于陶瓷方船中，放入高温电阻炉内，按照5℃/min的速率升温到800℃，保温2h，然后以14℃/min的升温速率快速升温到1050℃，保温20h，再以8℃/min匀速降温到
500℃，最后自然降温到室温；将以上经过高温烧结的混合物从炉中取出，研磨成超细粉体，即得NASICON固体电解质；
a)选取Al2O3陶瓷管，清洗后晾干，陶瓷管规格为管长10mm，管壁厚0.5mm，外径为1.5mm；
b)将步骤一中得到的NASICON固体电解质加入去离子水，研磨成浆糊状，然后使用旋涂法均匀的涂覆在Al2O3陶瓷管表面，c)将Al2O3陶瓷管放入电阻炉中，在600℃烧结1.5h；
d)重复步骤b) 、c) 两次，然后将Al2O3陶瓷管在900℃下高温烧结8h，形成厚度为0.5mm的NASICON固体电解质层；
e)然后在Al2O3陶瓷管的两端制备一层Au膜，厚度为500μm，在Au膜表面引出Pt电极，烧结温度为500℃；
f)在Al2O3陶瓷管的一端使用熔融淬冷法制作出敏感电极，另一端的Pt电极作为参比电极；
g)然后将约50Ω的加热线圈穿过Al2O3陶瓷管作为加热器；
h)最后将导线焊接在Pt电极和敏感电极上，得到CO2气体传感器。
2.根据权利要求1所述的一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐，其特征在于，搅拌器与发酵罐通过法兰连接，搅拌器通过电机带动。
3.根据权利要求2所述的一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐，其特征在于，搅拌器主体内部与搅拌棒连通；物料通过搅拌棒末端流出。
4.根据权利要求3所述的一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐，其特征在于，压力和温度传感器通过测控观察口与外部测控系统连接。
一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐
技术领域
[0001] 本申请涉及发酵罐领域，尤其涉及一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐。
背景技术
[0002] 啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品，即啤酒。由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵的方式也不相同。根据酵母发酵类型不同可把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。
[0003] 然而，啤酒发酵过程中的产物由于具有CO2气体，然后通过检测CO2气体浓度可以判断发酵过程。
发明内容
[0004] 本发明旨在提供一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐，以解决上述提出问题。
[0005] 本发明的实施例中提供了一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐，包括二氧化碳输入/输出口、电磁阀、发酵罐、搅拌器、物料添加口、测控观察口、保温层、冷却水出口、搅拌棒、排水口、啤酒输出口、冷却水入口、取样口；搅拌器在发酵罐的顶端中央；物料添加口在搅拌器上侧；测控观察口在发酵罐顶部一侧；二氧化碳输入/输出口在发酵罐顶部另一侧；取样口在发酵罐一侧中部；冷却水入口在发酵罐一侧下部与取样口同侧；冷却水出口在发酵罐另一侧中上部；啤酒输出口在发酵罐底端一侧；排水口在发酵罐底端中央；所述二氧化碳输入/输出口设有CO2气体传感器。
[0006] 本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0007] 本发明通过在发酵罐的二氧化碳输入/输出口设有CO2气体传感器，其对CO2气体的检测灵敏度高，当环境中含有过量的CO2，该CO2气体传感器能够及时、准确的检测，并且耐水性好，使用寿命长，从而解决了上述提出问题。
[0008] 本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0009] 利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0010] 图1是本发明啤酒发酵罐的结构示意图。
[0011] 图2为本发明所述CO2气体传感器的结构示意图。
具体实施方式
[0012] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0013] 现代电子信息技术的三大支柱是传感器技术、通讯技术和计算机技术，其中，传感器是信息获取与交换的核心。气体传感器是传感器领域的一个重要分支，其可以感受外界气氛信息并按一定的规律转换为可测信号；现代社会人们接触不同气体的机会越来越多，因此有必要对其气体成分进行分析、检测及报警等，因此，气体传感器在工农业生产、家庭安全、环境监测、能源、医疗等领域具有非常重要的作用。
[0014] 二氧化碳是一种常见的无机化合物，常温下无色无味，可溶于水，密度比空气大。
[0015] 在自然界中，二氧化碳含量丰富，为大气组成的一部分，二氧化碳可以通过多种途径产生，比如，有机物在分解、发酵、腐烂等过程中，会伴随产生二氧化碳；在石油、石蜡、煤炭、天然气等燃料的燃烧过程中，会产生大量二氧化碳；所有动物在呼吸过程中，都要吸氧产生二氧化碳；所有绿色植物都吸收二氧化碳释放氧气；另外，工业的生产，城市运转，交通等都离不开排放二氧化碳。由于二氧化碳是一种窒息性气体，其浓度超过一定范围，会引起人们的中毒，此外，在农业中，二氧化碳浓度对于作物的生长起到重要的作用，二氧化碳气体同时是温室气体的主要成分。因此，对于二氧化碳的监测与报警显得异常重要。
[0016] NASICON（Na+Superionic Conductor）材料的化学式为Na3Zr2Si2PO12，是NaZr2P3O12-Na4Zr2Si3O12固溶系统中的一种，NASICON化合物的结构是由ZrO6八面体与PO4或SiO4四面体共同形成的骨架结构，八面体与四面体构成骨架后，形成三维的骨架间隙，这些间隙构成通道，Na+离子位于骨架间隙之间，因而能沿这些间隙所构成的三维通道各向同性的传导，具有较高的离子传导效率，属于高温阳离子固体电解质，一般被称为钠离子快速导体；目前，NASICON材料在染料电池、化学离子敏感电极、电化学传感器等领域具有广泛的应用，尤其在传感器领域，以其为固体电解质制备的SO2、CO2、NOX等固体电化学式传感器是一种具有很好应用前景的器件形式。
[0017] 本申请的实施例涉及一种具有检测报警功能的啤酒发酵罐，如图1所示，包括二氧化碳输入/输出口14、电磁阀1、发酵罐6、搅拌器3、物料添加口2、测控观察口4、保温层7、冷却水出口5、搅拌棒8、排水口9、啤酒输出口11、冷却水入口12、取样口13；搅拌器3在发酵罐6的顶端中央；物料添加口2在搅拌器3上侧；测控观察口4在发酵罐6顶部一侧；二氧化碳输入/输出口14在发酵罐6顶部另一侧；取样口13在发酵罐6一侧中部；冷却水入口5在发酵罐6一侧下部与取样口13同侧；冷却水出口12在发酵罐6另一侧中上部；啤酒输出口11在发酵罐6底端一侧；排水口9在发酵罐6底端中央；所述二氧化碳输入/输出口14设有CO2气体传感器，搅拌器3与发酵罐6通过法兰连接，搅拌器3通过电机带动，搅拌器3主体内部与搅拌棒8连通；物料通过搅拌棒8末端流出，压力和温度传感器通过测控观察口4与外部测控系统连接。
[0018] 本发明通过在发酵罐的二氧化碳输入/输出口设有CO2气体传感器，其对CO2气体的检测灵敏度高，当环境中含有过量的CO2，该CO2气体传感器能够及时、准确的检测，并且耐水性好，使用寿命长。
[0019] 优选地，如图2，所述CO2气体传感器为管式加热型固体电解质式CO2气体传感器；具体的，该CO2气体传感器以Al2O3陶瓷管10为衬底，表面设有NASICON固体电解质层60，在Al2O3陶瓷管10的一端，NASICON固体电解质层60之上设有Au膜30、Pt电极40，在Al2O3陶瓷管10的另一端，NASICON固体电解质层60之上设有Au膜30、Pt电极40和敏感电极50，Al2O3陶瓷管10中间有50Ω的加热线圈20穿过作为加热器。
[0020] 本申请中，所述CO2气体传感器采用固体电解质形式，由于固体电解质中离子导电性在高温下较佳，因此，在Al2O3陶瓷管的中间设有加热线圈，此外，在Al2O3陶瓷管表面，依次设有Au膜、Pt电极及敏感电极，利用在CO2环境中Pt电极与敏感电极的电势差测定CO2的含量，Au膜具有较高的导电性，能够提高对CO2的灵敏度，进而，使得本申请的发酵罐对CO2的灵敏性较高。
[0021] 优选地，所述NASICON固体电解质采用高温固相法制备，高温烧结温度为1050℃，NASICON固体电解质的平均颗粒粒径为50nm。
[0022] 本申请中，采用高温固相法制备的NASICON材料做传感器的固体电解质，所制备的该NASICON材料粉末疏松，易于压制成型，制作过程简单实用，有利于在发酵罐上的安装。
[0023] 优选地，所述敏感电极50为复合碳酸盐，具体为摩尔比4:3:1的Li2CO3-BaCO3-NaHCO3复合碳酸盐，且，所述复合碳酸盐中添加有Ni纳米粉末、玻璃粉，含量分别为7.5％、10％；所述Ni纳米粉末的粒径为20nm。
[0024] 本申请中，敏感电极为复合碳酸盐，其中，Li2CO3表现良好的吸湿性，提高了传感器的耐水性，NaHCO3在高温烧结过程中一部分会分解释放出气体，该气体冲破敏感电极材料，产生造孔效果，有利于敏感电极表面积的提高，增加了器件的灵敏度。
[0025] 进一步的优选地，所述CO2气体传感的制备步骤如下：
[0026] 步骤一，制备NASICON固体电解质
[0027] 选取Na3PO4·12H2O，ZrSiO4，SiO2按照化学计量比混合，充分研磨10h，得到混合物，然后将研磨好的混合物置于陶瓷方船中，放入高温电阻炉内，按照5℃/min的速率升温到800℃，保温2h，然后快速（14℃/min）升温到1050℃，保温20h，再匀速降温（8℃/min）到500℃，最后自然降温到室温；将以上经过高温烧结的混合物从炉中取出，研磨成超细粉体，即得NASICON固体电解质。
[0028] 步骤二，制备CO2气体传感器
[0029] a）选取Al2O3陶瓷管10，清洗后晾干，陶瓷管规格为管长10mm，管壁厚0.5mm，外径为1.5mm；
[0030] b）将步骤一中得到的NASICON固体电解质加入去离子水，研磨成浆糊状，然后使用旋涂法均匀的涂覆在Al2O3陶瓷管10表面，
[0031] c）将Al2O3陶瓷管10放入电阻炉中，在600℃烧结1.5h；
[0032] d）重复步骤b、c两次，然后将Al2O3陶瓷管在900℃下高温烧结8h，形成厚度为0.5mm的NASICON固体电解质层60；
[0033] e）然后在Al2O3陶瓷管10的两端制备一层Au膜30，厚度为500μm，在Au膜30表面引出Pt电极40，烧结温度为500℃；
[0034] f）在Al2O3陶瓷管10的一端使用熔融淬冷法制作出敏感电极50，另一端的Pt电极40作为参比电极；
[0035] g）然后将约50Ω的加热线圈20穿过Al2O3陶瓷管10作为加热器；
[0036] h）最后将导线焊接在Pt电极40和敏感电极50上，得到CO2气体传感器6。
[0037] 优选地，对本申请的发酵罐中CO2气体传感器进行测试：取加热线圈中电流为150mA，用纯的CO2气体和空气混合以配备不同浓度的样气，其中CO2浓度的变化范围为500—
8000×10-6体积分数，然后在测试电路中电阻不变的情况下，测试敏感电极和参比电极的电位差，并将该电位差（mV）随CO2气体浓度的曲线斜率定义为灵敏度，测试得到该CO2气体传感器的灵敏度为69，进而，本申请的发酵罐能够实现对CO2气体的准确检测。
[0038] 对本申请的发酵罐中CO2气体传感器进行耐水性测试：将本申请的两个相同CO2气体传感器分别在相同浓度CO2的干燥样气和相对湿度为60％的样气中测试灵敏度，结果显示，灵敏度变化率为9％，表明该CO2气体传感器具有较好的耐水性，进而，当发酵罐内产生的气体环境中湿度较大时，该发酵罐仍能实现对CO2气体的准确检测，耐水性较好。
[0039] 以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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。
