CN103197620A

CN103197620A - 一种精密取样控制系统

Info

Publication number: CN103197620A
Application number: CN2013100641542A
Authority: CN
Inventors: 李隆昌; 唐帮备; 樊轩; 刘贺; 张世欣; 王洪; 杨联星; 方娟
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: CN103197620B

Abstract

本发明公开一种精密取样控制系统，包括储液瓶、定量瓶以及取液瓶，其特征在于：还包括气泵、阀门电机以及同位三路三通阀，在同位三路三通阀中还设置有阀位检测模块，在溢液口还设置有溢液检测模块，阀位检测模块与溢液检测模块均连接在控制器上，该控制器根据溢液检测模块与阀位检测模块所检测的信号控制所述气泵以及阀门电机。其显著效果是：结构简单，方便实用，通过选用气泵和同位三路三通阀，利用一个电机带动阀芯转动即可同时控制三路阀门，利用气体推动液体实现精确取样，采样红外检测阀位，采样电阻测量检测溢液，原理简单，控制方便，而且设备的防腐性能好，降低了设备安装和维护成本。

Description

一种精密取样控制系统

技术领域

本发明涉及液体取样控制技术，具体地说，是一种精密取样控制系统。

背景技术

在环境监测、石化、钢铁以及发电等行业中，常常涉及到定量供水或者定量采样，特别是污水处理监测系统的液体定量取样，液体取样精确度要求非常高。

现有的定量取样装置大多采用蠕动泵，通过两个转辊子之间的一段泵管形成“枕”形流体，“枕”的体积取决于泵管的内径和转子的几何特征，流量取决于泵头的转速与“枕”的尺寸，对于转子直径相同的泵而言，较大“枕”体积的泵，其转子每转一圈所输送的流体流量也较大，容易产生较大的脉动度。

现有技术的缺点是：（1）控制转子的步进电机容易失步，从而导致取样不准，因为步进电机温度过高会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降失步；（2）蠕动泵的泵管易变形使取样不准；（3）由于泵头必须压紧泵管，因而泵管的管壁容易粘在一起而无法取样。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种实用、防腐、精密的取样控制系统，避免使用蠕动泵带来的缺陷，达到精确取样的目的。

本发明采用的技术方案如下：

一种精密取样控制系统，包括储液瓶、定量瓶以及取液瓶，其关键在于：还包括气泵、阀门电机以及同位三路三通阀，所述同位三路三通阀设置有三路阀门以及两个阀位，每路阀门均设置有三个管口，其中：

所述气泵与第一阀门的第一管口连接，该第一阀门的第二管口与所述储液瓶的进气口连接，该第一阀门的第三管口连接在第二阀门的第三管口上，储液瓶的出液口与第二阀门的第二管口连接，第二阀门的第一管口与定量瓶的进液口连接，定量瓶的出液口连接在第三阀门的第一管口上，第三阀门的第二管口为溢液口，第三阀门的第三管口与所述取液瓶连接；

在所述同位三路三通阀中还设置有阀位检测模块，当阀门电机转到第一阀位时，每路阀门的第一管口与第二管口导通，当阀门电机转到第二阀位时，每路阀门的第一管口与第三管口导通；

在溢液口还设置有溢液检测模块，所述阀位检测模块与溢液检测模块均连接在控制器上，该控制器根据溢液检测模块与阀位检测模块所检测的信号控制所述气泵以及阀门电机。

作为优选，所述同位三路三通阀设置有阀体和阀芯，在所述阀体上开有阀芯孔,在阀芯孔内安装所述阀芯，在阀体上开有三层三通孔，在所述阀芯上与三层三通孔对应开有三层连接孔，阀芯在所述阀芯孔内转动使得每层三通孔中的任意两个通孔与相应一层的连接孔导通。

作为优选，所述阀芯孔为锥形孔，所述阀芯为锥形结构，该阀芯的侧壁与所述阀芯孔的孔壁贴合；所述阀芯一端设置有用于与电机输出轴连接的连接孔，另一端部外套有弹簧，该弹簧一端抵在所述阀芯周向设置的台阶上，另一端抵在支架上，从而防止每层三通孔与相应一层的连接孔错位。

作为优选，阀阀位检测模块采样红外检测，在所述阀体上端的内壁设置有支撑架，该支撑架内安装有一对红外管，在阀芯的外壁上设置有遮光片，该遮光片随着阀芯在所述支撑架内转动，当阀芯转到第一阀位时，所述遮光片与红外管在竖直方向上重合，当阀芯转到第二阀位时，所述遮光片与红外管在竖直方向上错开。

作为优选，每层三通孔中的三个通孔按“Y”字形结构分布，三个通孔的中心线相交且交点位于所述阀芯孔的孔心线上。

作为优选，所述溢液检测模块为电阻检测模块，包括电阻R1、R2、R3、采样电阻R以及电压比较器U，其中，电阻R1与采样电阻R组成一路分压电路，输出的分压信号送入电压比较器U的反相输入端，电阻R2与电阻R3组成另一路分压电路，输出的分压信号送入电压比较器U的正相输入端，采样电阻R为连接在溢液口上的金属探头，通过溢液口流出的液体改变采样电阻R的阻值。

为了便于控制、显示与报警，在控制器的输入端连接有键盘模块，在控制器的输出端还连接有显示、报警电路。

为了提高设备的抗腐蚀性能，所述第二阀门的第一管口与定量瓶的进液口之间以及第三阀门的第一管口与定量瓶的出液口之间均通过聚四氟乙烯管连接。

本发明的显著效果是：结构简单，方便实用，通过选用气泵和同位三路三通阀，利用一个电机带动阀芯转动即可同时控制三路阀门，利用气体推动液体实现精确取样，采样红外检测阀位，采样电阻测量检测溢液，原理简单，控制方便，而且设备的防腐性能好，降低了设备安装和维护成本。

附图说明

图1是本发明的管路连接关系图；

图2是本发明的控制电路原理图；

图3是图1中同位三路三通阀的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是图1中溢液检测模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图1，图2所示，一种精密取样控制系统，包括储液瓶2、定量瓶6、取液瓶7、气泵1、阀门电机3以及同位三路三通阀4，所述同位三路三通阀4设置有三路阀门41、42、43以及两个阀位，每路阀门均设置有三个管口，其中：

所述气泵1与第一阀门41的第一管口41-1连接，该第一阀门41的第二管口41-2与所述储液瓶2的进气口连接，该第一阀门41的第三管口41-3连接在第二阀门42的第三管口42-3上，储液瓶2的出液口与第二阀门42的第二管口42-2连接，第二阀门42的第一管口42-1与定量瓶6的进液口连接，定量瓶6的出液口连接在第三阀门43的第一管口43-1上，第三阀门43的第二管口43-2为溢液口，第三阀门43的第三管口43-3与所述取液瓶7连接；

在所述同位三路三通阀4中还设置有阀位检测模块9，当阀门电机3转到第一阀位时，每路阀门的第一管口与第二管口导通，当阀门电机3转到第二阀位时，每路阀门的第一管口与第三管口导通；

在溢液口还设置有溢液检测模块5，所述阀位检测模块9与溢液检测模块5均连接在控制器8上，该控制器8根据溢液检测模块5与阀位检测模块9所检测的信号控制所述气泵1以及阀门电机3。

如果需要进行液体取样，利用控制器8进行控制，首先驱动阀门电机3，使同位三路三通阀4转到第一阀位，每路阀门的第一管口与第二管口导通，控制器8驱动气泵1工作，使其排出气体到储液瓶2中，该气体将储液瓶2中的液体推向定量瓶6，当定量瓶6装满后，液体会从第三阀门43的第二管口43-2溢出，此时溢液检测模块5即可检测到溢液信号，控制器8立即改变工作状态，先关闭气泵1，然后驱动阀门电机3，使同位三路三通阀4转到第二阀位，让每路阀门的第一管口与第三管口导通，再次驱动气泵1，此时气泵1排除的气体经过第一阀门41和第二阀门42直接进入定量瓶6，并且将定量瓶6内的液体推送至取液瓶7中，从而完成整个取液操作。

通过分析可以发现，每次取样所抽取的液体体积即为定量瓶6的容积加上第二阀门42和第三阀门43与定量瓶6之间管路的容积，只要固定第二阀门42和第三阀门43与定量瓶6之间连接管的长度和大小，即可根据定量瓶6实现精确取样，取样的多少也可以通过更换定量瓶6来调节，使用非常方便。

如图3所示，在实施过程中，所述同位三路三通阀4设置有阀体a和阀芯b，在所述阀体a上开有阀芯孔a1,在阀芯孔a1内安装所述阀芯b，在阀体a上开有三层三通孔，在所述阀芯b上与三层三通孔对应开有三层连接孔，阀芯b在所述阀芯孔a1内转动使得每层三通孔中的任意两个通孔与相应一层的连接孔导通，图中设置有三层三通孔，每次一层三通孔与对应一层的连接孔共同组成一路阀门，从而构成三路三通阀。

通过采用同轴分层设计，使得一个阀门电机3即可同时控制三路三通阀的阀位，而且可以保证阀位同步，即简化了系统结构，又降低了控制成本，同时也提高了系统的可靠性，避免采用多个电机而不同步造成的负面影响。

为了实现路每路阀门精确定位，所述阀芯孔a1为锥形孔，所述阀芯b为锥形结构，该阀芯b的侧壁与所述阀芯孔a1的孔壁贴合；所述阀芯b一端设置有用于与电机输出轴连接的连接孔b1，另一端部外套有弹簧b3，该弹簧b3一端抵在所述阀芯b周向设置的台阶上，另一端抵在支架b4上，从而防止每层三通孔与相应一层的连接孔错位。

为了便于控制器8精确掌握阀位位置，所述阀位检测模块9采用红外检测，在所述阀体a上端的内壁设置有支撑架a2，该支撑架a2内安装有一对红外管a3，在阀芯b的外壁上设置有遮光片b2，该遮光片b2随着阀芯b在所述支撑架a2内转动，当阀芯b转到第一阀位时，所述遮光片b2与红外管a3在竖直方向上重合，当阀芯b转到第二阀位时，所述遮光片b2与红外管a3在竖直方向上错开。

通过配置相应的红外检测电路，当红外管a3被遮光片b2挡住时，控制器8检测到低电平，当遮光片b2与红外管a3错开时，控制器8检测到高电平，根据电平高低即可判断阀阀芯b的位置，从而确定阀门的阀位状态。

如图4所示，作为优选，每层三通孔中的三个通孔按“Y”字形结构分布，三个通孔的中心线相交且交点位于所述阀芯孔a1的孔心线上，图中以第一阀门41为例，该层设置有三个通孔，依次对应为第一阀门41的第一管口41-1、第二管口41-2以及第三管口41-3，阀芯b对应设置有一层“V”字型的连接孔b1，通常情况，三个通孔孔心线的夹角设置为120°。

如图5所示，为了实现溢液检测，所述溢液检测模块5为电阻检测模块，包括电阻R1、R2、R3、采样电阻R以及电压比较器U，其中，电阻R1与采样电阻R组成一路分压电路，输出的分压信号送入电压比较器U的反相输入端，电阻R2与电阻R3组成另一路分压电路，输出的分压信号送入电压比较器U的正相输入端，采样电阻R为连接在溢液口上的金属探头，通过溢液口流出的液体改变采样电阻R的阻值。

当溢液口有液体流出时，金属探头因为内壁含有液体导致阻值下降，使其与电阻R1分压所得的分压信号电压较小，经过比较器U后输出信号S为高电平，如果金属探头内没有液体，采样电阻阻值较大，分压所得的分压信号电压较大，经过比较器U后输出信号S为低电平，控制器8通过读取比较器U输出的电平信号即可自动掌控管路的运行状况，达到自动控制的目的。

为了便于控制、显示与报警，在控制器8的输入端连接有键盘模块10，在控制器8的输出端还连接有显示、报警电路11。键盘模块10主要用于设置控制参数以及输入控制指令，显示模块可以实时显示系统的运行状况，在控制器8内可以设置定时程序，当长时间运行都没有检测到溢液信号，说明储液瓶2内的液体不足或者管路出现破损，从而利用报警电路发出报警信息，提示工作人员及时检修，提高了设备的可靠性。

为了提高设备的抗腐蚀性能，所述第二阀门42的第一管口42-1与定量瓶6的进液口之间以及第三阀门43的第一管口43-1与定量瓶6的出液口之间均通过聚四氟乙烯管连接。

Claims

1.一种精密取样控制系统，包括储液瓶（2）、定量瓶（6）以及取液瓶（7），其特征在于：还包括气泵（1）、阀门电机（3）以及同位三路三通阀（4），所述同位三路三通阀（4）设置有三路阀门（41、42、43）以及两个阀位，每路阀门均设置有三个管口，其中：

所述气泵（1）与第一阀门（41）的第一管口（41-1）连接，该第一阀门（41）的第二管口（41-2）与所述储液瓶（2）的进气口连接，该第一阀门（41）的第三管口（41-3）连接在第二阀门（42）的第三管口（42-3）上，储液瓶（2）的出液口与第二阀门（42）的第二管口（42-2）连接，第二阀门（42）的第一管口（42-1）与定量瓶（6）的进液口连接，定量瓶（6）的出液口连接在第三阀门（43）的第一管口（43-1）上，第三阀门（43）的第二管口（43-2）为溢液口，第三阀门（43）的第三管口（43-3）与所述取液瓶（7）连接；

在所述同位三路三通阀（4）中还设置有阀位检测模块（9），当阀门电机（3）转到第一阀位时，每路阀门的第一管口与第二管口导通，当阀门电机（3）转到第二阀位时，每路阀门的第一管口与第三管口导通；

在溢液口还设置有溢液检测模块（5），所述阀位检测模块（9）与溢液检测模块（5）均连接在控制器（8）上，该控制器（8）根据溢液检测模块（5）与阀位检测模块（9）所检测的信号控制所述气泵（1）以及阀门电机（3）。

2.根据权利要求1所述的一种精密取样控制系统，其特征在于：所述同位三路三通阀（4）设置有阀体（a）和阀芯（b），在所述阀体（a）上开有阀芯孔（a1）,在阀芯孔（a1）内安装所述阀芯（b），在阀体（a）上开有三层三通孔，在所述阀芯（b）上与三层三通孔对应开有三层连接孔，阀芯（b）在所述阀芯孔（a1）内转动使得每层三通孔中的任意两个通孔与相应一层的连接孔导通。

3.根据权利要求2所述的一种精密取样控制系统，其特征在于：所述阀芯孔（a1）为锥形孔，所述阀芯（b）为锥形结构，该阀芯（b）的侧壁与所述阀芯孔（a1）的孔壁贴合；所述阀芯（b）一端设置有用于与电机输出轴连接的连接孔（b1），另一端部外套有弹簧（b3），该弹簧（b3）一端抵在所述阀芯（b）周向设置的台阶上，另一端抵在支架（b4）上，从而防止每层三通孔与相应一层的连接孔错位。

4.根据权利要求2所述的一种精密取样控制系统，其特征在于：阀位检测模块（9）采样红外检测，在所述阀体（a）上端的内壁设置有支撑架（a2），该支撑架（a2）内安装有一对红外管（a3），在阀芯（b）的外壁上设置有遮光片（b2），该遮光片（b2）随着阀芯（b）在所述支撑架（a2）内转动，当阀芯（b）转到第一阀位时，所述遮光片（b2）与红外管（a3）在竖直方向上重合，当阀芯（b）转到第二阀位时，所述遮光片（b2）与红外管（a3）在竖直方向上错开。

5.根据权利要求2所述的一种精密取样控制系统，其特征在于：每层三通孔中的三个通孔按“Y”字形结构分布，三个通孔的中心线相交且交点位于所述阀芯孔（a1）的孔心线上。

6.根据权利要求1所述的一种精密取样控制系统，其特征在于：所述溢液检测模块（5）为电阻检测模块，包括电阻R1、R2、R3、采样电阻R以及电压比较器U，其中，电阻R1与采样电阻R组成一路分压电路，输出的分压信号送入电压比较器U的反相输入端，电阻R2与电阻R3组成另一路分压电路，输出的分压信号送入电压比较器U的正相输入端，采样电阻R为连接在溢液口上的金属探头，通过溢液口流出的液体改变采样电阻R的阻值。

7.根据权利要求1所述的一种精密取样控制系统，其特征在于：在控制器（8）的输入端连接有键盘模块（10），在控制器（8）的输出端还连接有显示、报警电路（11）。

8.根据权利要求1所述的一种精密取样控制系统，其特征在于：所述第二阀门（42）的第一管口（42-1）与定量瓶（6）的进液口之间以及第三阀门（43）的第一管口（43-1）与定量瓶（6）的出液口之间均通过聚四氟乙烯管连接。