CN102621065B - 一种cod自动检测比色皿光程自适应调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种COD自动检测比色皿光程自适应调整方法与装置，装置外部是暗室，暗室内部设有盛放水样的比色皿以及比色皿传动部件，暗室内底部固定比色皿的底板，暗室内的前、后分别固定比色皿的前、后固定板，前固定板和后固定板之间的左端固定连接比色皿固定端、右端滑动连接比色皿滑动端；比色皿滑动端右侧下端设置传动部件，传动部件具有蜗轮蜗杆，与蜗轮啮合的蜗杆连接比色皿滑动端，蜗轮连接步进电机的输出轴，步进电机连接单片机系统；由步进电机的转动带动蜗轮蜗杆运动，光程发生相应的变化，步进电机的转动周数和距离可以进行精确的控制，在调节范围内可以精确地调整到要求的光程值，实现对比色皿光程的自动调节。

Description

一种COD自动检测比色皿光程自适应调整方法

技术领域

本发明涉及一种COD（化学需氧当量）检测仪器，具体是COD检测仪器中的比色皿光程调整装置，对COD自动检测的比色皿光程进行调整，属于水样检测领域。 

背景技术

目前，COD检测方法主要分为物理法和化学法，化学法是用强氧化剂将水样中的还原性物质氧化，再计算氧化剂的消耗量，最后折算成消耗氧的量。物理法主要是基于Lambert-Beer定律的紫外吸光度法，即UV（Ultraviolet）法。紫外吸光度法通过检测光源通过比色皿前后的光强，计算得出待测水质的吸光度，根据朗伯-比尔定律可计算出水质的COD值，朗伯—比尔定律公式为: 

A= =kcL

其中，I是经过比色皿的入射光强，I₀是出射光强，k为吸收系数，c为待测水样的浓度，L为比色皿光程。通常，吸光度值A在0.2-0.7之间时，COD检测比较灵敏，精度较高。由朗伯-比尔定律公式可以看出，当被测水样COD值较小时（即浓度较低），如30ppm，要维持吸光度值A在0.2-0.7之间，则光程L值应大一些，当被测水样COD值较大时，如2000ppm，则L值应较小。由于液体对紫外光的吸收一般比较强，所以比色皿的长度L即光程一般都设置的比较短。

目前的UV法COD检测仪，其主要结构可分为3部分，单色光结构、比色皿、检测结构。单色光部分包括光源、入射狭缝、凹面镜、光栅、出射狭缝。比色皿部分用来盛放待测水样，比色皿上方为进水口，带有可密封的盖子。检测部分主要包括光电二极管、放大电路、单片机等。其中，比色皿光程长度最常用的为10mm、20mm、30mm和50mm，每一种比色皿长度都是固定的，即光程无法调节，这在测量COD值必然存在下述问题：采用光程10mm时，由于光程长度较小，在测量COD值较小的水样时，吸光度值超出0.2-0.7的范围，测量结果必然存在很大误差，同理，光程采用50mm时，测量COD值较大的水样也存在很大误差。所以，为了适应不同水样的测量需求，需使用不同测量光程的比色皿。如果在测量不同水样时，通过频繁的更换光程不一的比色皿来满足测量精度的要求，会给测量带来很多不便之处，同时也降低了使用效率。 

目前有些减小光路路程的装置，这些装置不能改变比色皿的光程，只是减少了光线的传播距离，减小了光源的损耗。 

发明内容

针对目前COD检测仪器中比色皿光程无法调节的问题，本发明提供一种COD自动检测比色皿光程自适应调整装置，并提供该比色皿光程自适应调整装置的调整方法。 

本发明的COD自动检测比色皿光程自适应调整装置采用的技术方案是：该调整装置的外部是暗室，暗室左右两侧分别连接光纤左侧光纤和右侧光纤，暗室内部设有盛放水样的比色皿以及比色皿传动部件，暗室内底部固定比色皿的底板，暗室内的前、后分别固定比色皿的前、后固定板，前固定板和后固定板之间的左端固定连接比色皿固定端、右端滑动连接比色皿滑动端；比色皿滑动端右侧下端设置传动部件，传动部件具有蜗轮蜗杆，与蜗轮啮合的蜗杆连接比色皿滑动端，蜗轮连接步进电机的输出轴，步进电机连接单片机系统。 

本发明的COD自动检测比色皿光程自适应调整装置的调整方法采用的技术方案包括如下步骤：1）当测得水样的吸光度值B小于设定的吸光度范围A~C中的A时，单片机系统控制步进电机带动蜗轮转动，推动蜗杆和比色皿滑动端向左移动，减小比色皿固定端与比色皿滑动端之间的光程，蜗轮每转动一次，单片机系统重新测量一次水样的吸光度值B，直至B大于A时，单片机系统比较B与C的大小，若B小于C，则固定光程开始测量水样的COD值；2）当测得水样的吸光度值B大于设定的吸光度范围A~C中的C时，单片机系统控制步进控制电机带动蜗轮转动，推动蜗杆和比色皿滑动端向右移动，增大光程，蜗轮每转动一次，单片机系统重新测量一次水样的吸光度值B，直至B小于C时，单片机系统比较B和A的大小，若B大于A，则固定光程开始测量水样的COD值。 

本发明采用上述方法和装置后的有益效果如下： 

1、本发明装置为光程可调的比色皿，由步进电机的转动带动蜗轮蜗杆运动，从而光程发生相应的变化，步进电机的转动周数和距离可以进行精确的控制，从而在调节范围内，可以精确地调整到要求的光程值，实现对比色皿光程的自动调节。

2、本发明装置可根据水样的吸光度对光程进行自动调整，无论对于浓度较大或者较小的水样，测量误差都比较小，检测精度更高。 

3、本发明装置的比色皿光程可根据水质吸光度进行调整，适合测量多种水质，适用范围更广。 

4、本发明装置的比色皿配置有暗室，暗室的入射光和出射光由光纤引入，既可以同COD检测仪配套使用，又可以单独同单色仪或者光谱仪进行检测分析，使用范围更广，功能更强。 

5、本发明装置可以通过对已知浓度的水样进行测试，通过调节光程得到误差最小的吸光度值，并将该吸光度值作为标准，作为COD测量的光程调节参考值，使测量误差尽可能达到最小。 

附图说明

图1是本发明COD自动检测比色皿光程自适应调整装置的外观图； 

图2是图1拿掉暗室16后的内部结构俯视图；

图3是图1中A-A剖视图；

图4是本发明调整装置的调整方法的流程图；

图中：1.胶水；2.比色皿固定端；3.后固定板；4.橡胶；5.比色皿滑动端；6.步进电机；7蜗杆；8前固定板；9溢出口；10钢板；11、12齿牙；13蜗轮；14底板；15.排水孔；16.暗室；17.前挡板；18.左侧光纤；19.右侧光纤。

具体实施方法

参见图1所示，本发明装置分为内外两部分结构，外部结构即暗室16，暗室16左右两侧分别连接光纤左侧光纤18和右侧光纤19，COD检测时，光从左侧光纤18进入暗室16，从右侧光纤19射出，暗室16前侧的前挡板17可以打开，便于装置内部结构的拆卸、清洗等维护工作。

内部结构俯视图如图2、图3所示，内部结构由盛放水样的比色皿及比色皿传动部件组成。暗室16内底部固定比色皿的底板14，暗室16内的前、后分别固定比色皿的前固定板8、后固定板3，在前固定板8和后固定板3之间的左端连接比色皿固定端2，右端连接比色皿滑动端5，比色皿固定端2通过胶水1固定粘结在前固定板8和后固定板3上，比色皿滑动端5通过橡胶4夹在前固定板8和后固定板3之间，比色皿滑动端5与前固定板8、后固定板3均为滑动连接。这样比色皿上方是一开口（图3所示上方即为比色皿上方），为被测水样的进水口。比色皿滑动端5右侧下端设置传动部件，传动部件具有蜗轮蜗杆结构，比色皿滑动端5通过钢板10与蜗杆7连接，钢板10固定连接在比色皿滑动端5右侧面上，钢板10下端与蜗杆7连接。蜗杆7与蜗轮13啮合，蜗轮13连接步进电机6的输出轴，由步进电机6带动蜗轮13旋转，从而带动蜗杆7左右移动，蜗杆7推动比色皿滑动端5左右滑动。 

蜗杆7上的齿牙12和步进电机6转动齿轮13的齿牙11相啮合，如图3所示，当步进电机6逆时针旋转时，蜗杆7带动比色皿滑动端5向右移动，步进电机6顺时针旋转时，蜗杆7则向左移动，步进电机6每次转动的角度正好控制比色皿滑动端5移动3mm。比色皿固定端2与比色皿滑动端5之间的垂直距离为比色皿光程L，光程L的调节范围10~50mm，当比色皿滑动端5移至最左端与比色皿固定端2接触时，光程L达最小值10 mm，当比色皿滑动端5移至最右端时，光程L达到最大值50mm。在光路侧面上方设置有溢出口9，测量时，上方的进水口不密封，比色皿内的水样保持动态的满溢状态，即水面始终在溢出口9下边缘。当光程L减小时，比色皿容量减小，多余的水可通过溢出口9流出，当光程L增大时，比色皿容量增大，则向比色皿内加入被测水样，直到溢出。在底板14上开排水孔15，测量结束后比色皿内的水样通过该排水孔15排出。 

步进电机6连接单片机系统，可由单片机系统进行自动控制，当吸光度不满足要求时，则控制步进电机6转动，调节比色皿光程L的长短，当吸光度达到要求值时，步进电机6则停止转动，光程L固定，然后开始测量水样的COD值。 

实际测量某一水样的COD值时，左侧光纤18连接至单色紫外光源，右侧光纤19连接至光强检测系统。参见图4，比色皿光程调整方法是：设定满足检测灵敏度最高的吸光度范围为A~C，本装置的光程初始位置为L=30mm。首先通过进水口将待测水样充满比色皿，然后开始测量该水样的吸光度，紫外光源从暗室16左侧垂直射入，右侧垂直射出，测得此时水样的吸光度值为B，单片机系统分别比较B和A、C的大小，比较结果有以下三种：第一种结果：B位于A~C之间，则不需要调整光程L，直接开始对水样的COD值进行测量。 

第二种结果：B小于A，单片机系统则控制步进电机6顺时针转动，参见图3，蜗轮13随着步进电机6顺时针转动推动蜗杆7向左移动，比色皿滑动端5随着蜗杆7向左移动，此时光程L开始减小，步进电机6和蜗轮13每次转动的角度正好控制比色皿滑动端5移动3mm，蜗轮13每转动一次后，系统重新测量此时水样的吸光度值B，如果B仍小于A，则继续控制步进电机6顺时针转动，减小光程，直至当B大于A时，单片机系统则比较B与C的大小，如果B小于C，即此时B位于A、C之间，则固定光程L，根据移动的次数可以算出此时光程L的值，开始测量水样的COD值。 

第三种结果：如果B大于C，则单片机系统控制步进控制电机6逆时针转动，参见图3，蜗轮13随着步进电机6逆时针转动推动蜗杆7向右移动，比色皿滑动端5随着蜗杆7向右移动，光程L变大，步进电机6和蜗轮13每次转动控制光程移动3mm，蜗轮13每转动一次，则单片机系统重新测量水样吸光度值，如果B大于C，则继续控制步进控制电机6增大比色皿光程L，直至当B小于C时，再比较B和A的大小，如果B大于A，则固定光程L，根据移动的次数可以算出此时光程L的值，然后开始测量水样的COD值。 

Claims (1)

1.一种COD自动检测比色皿光程自适应调整方法，采用COD自动检测比色皿光程自适应调整装置：该调整装置的外部是暗室（16），暗室（16）左右两侧分别连接左侧光纤（18）和右侧光纤（19），暗室（16）内部设有盛放水样的比色皿以及比色皿传动部件，暗室（16）内底部固定比色皿的底板（14），暗室（16）内的前、后分别固定比色皿的前、后固定板（8、3），前固定板（8）和后固定板（3）之间的左端固定连接比色皿固定端（2）、右端滑动连接比色皿滑动端（5）；比色皿滑动端（5）右侧下端设置传动部件，传动部件具有蜗轮蜗杆，与蜗轮（13）啮合的蜗杆（7）连接比色皿滑动端（5），蜗轮（13）连接步进电机（6）的输出轴，步进电机（6）连接单片机系统，其特征是包括如下步骤：

1）当测得水样的吸光度值B小于设定的吸光度范围A~C中的A时，单片机系统控制步进电机（6）带动蜗轮（13）转动，推动蜗杆（7）和比色皿滑动端（5）向左移动，减小比色皿固定端（2）与比色皿滑动端（5）之间的光程，蜗轮（13）每转动一次单片机系统重新测量一次水样的吸光度值B，直至B大于A时，单片机系统比较B与C的大小，若B小于C，则固定光程开始测量水样的COD值；

2）当测得水样的吸光度值B大于设定的吸光度范围A~C中的C时，单片机系统控制步进控制电机带动蜗轮（13）转动，推动蜗杆（7）和比色皿滑动端（5）向右移动，增大光程，蜗轮（13）每转动一次单片机系统重新测量一次水样的吸光度值B，直至B小于C时，单片机系统比较B和A的大小，若B大于A，则固定光程开始测量水样的COD值。

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