CN103353513B - 一种基于单元计量的液路系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种基于单元计量的液路系统及其使用方法，该液路系统同时具有取液、混合、搅拌、排液的功能，确保计量精确，使用方便。为了达到所述效果，本发明一种基于单元计量的液路系统，采用上电磁阀、反应容器、下电磁阀、液位传感器、多位阀、三通阀以及蠕动泵组成。通过这样的结构，本发明具有以下有益效果：通过连接在多位阀公用口与液位传感器之间的一段硬质导管实现了提取单元体积的计量方式；整个液路系统仅使用一个液位传感器，试剂经计量后直接进入反应容器完成混合、反应、测试等过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保设备，尤其是一种基于单元计量的液路系统及其使用方法。
背景技术
水是生命之源，是实现经济、社会可持续发展战略的重要物质基础。水质监测是水资源管理与保护的重要基础，是环境保护不断深入和监督力度不断加大的迫切需要。水质监测的核心是利用水质分析仪进行水质在线监测。
在流体分析中，液路系统的设计极其重要，它直接影响着方法的灵敏度以及分析结果的准确性。针对水质分析仪，液路系统必须具备精确抽取试剂、耐强酸强氧化剂、能够长期稳定可靠运转的功能。
目前，大多数市售水质分析仪的液路系统采用蠕动泵直接计量。该法是通过调节蠕动泵的转速和流量来实现的，因此对蠕动泵的精度要求较高。一方面蠕动泵的转轮需要交替释放产生输送脉冲使流量不稳，并且其开启和停止存在延时，导致计量不准确；另一方面蠕动泵的软管易受试剂腐蚀，更换相对频繁。
此外，一些市售水质分析仪的液路系统也采用注射泵计量。该法具有取样精度高，结构简单，节省试剂的优点。但是，注射泵价格昂贵、功耗高、体积相对较大，并且注射单元磨损较快。
为提高计量精度，中国专利CN102607889A提供了一种精确取液计量方法。该法利用截止阀切断液体的流通，避免了蠕动泵开启和停止存在的延时误差。但是，该法仍然基于泵液匀速的前提，受泵流速及流量不稳的影响较大。该法的计量由两部分管道体积构成，需要严格控制两者的比例来保证计量的精度。同时，该法使用了多个液体传感器并且需要设计特殊结构的储液单元。液体经计量后，从储液单元的同一侧被推出，再进入测试通道进行后续的混合、反应、测试等过程。可见，整个液路系统设备多，结构复杂。
中国专利CN201368852Y提供了一体结构的计量混合杯装置，实现了计量和混合在同一装置中进行，但是液体的充分混合是依靠内置的气泵搅拌装置来实现的，且混合后的液体需要再通过管道流入其他装置进行测试，液路系统仍然相对复杂。
可见，现有的用于水质分析仪的液路系统要满足计量精确则存在成本高、设备多、结构复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单元计量的液路系统及其使用方法，该液路系统同时具有取液、混合、搅拌、排液的功能，并且减少取量时或者计量时的外界影响，确保计量精确，使用方便。
为了达到所述效果，本发明采用如下技术方案：一种基于单元计量的液路系统，包括上电磁阀，所述上电磁阀两端分别接有反应容器以及蠕动泵，所述反应容器通过下电磁阀、液位传感器连接到多位阀，蠕动泵通过三通阀也连接到多位阀，所述多位阀设有一个公用口、一个排液口、一个空气口和多个取液口，所述空气口与三通阀的端口A相连接，所述三通阀的端口B连接到外界空气所述公用口与液位传感器的一端相连接，所述液位传感器的另一端连接于下电磁阀，所述多个取液口分别连接不同的试剂或水样，所述排液口与废液储存装置相连接。
优选的，所述下电磁阀接通或切断的瞬间动作中管路介质为普通的空气。通过这样的方式避免下电磁阀在接通或切断的瞬间动作中接触到液体，从而避免了阀挤压液体造成计量不准。
优选的，所述多位阀的公用口和液位传感器之间设有一段作为计量标准单位体积的硬质导管。
优选的，所述硬质导管为可拆接结构，通过连接件安装在液路系统中，所述硬质导管的容积为0.5ml-5ml。这样针对不同单位体积的要求，可以更换不同的硬质导管。0.5ml-5ml是现阶段实验得出的保证计量精度的优选范围。
优选的，液位传感器为光电传感器、电磁传感器、电容传感器等任意隔离式液位检测器。
优选的，所述蠕动泵为具有双向转速可控能力的气液驱动泵。
优选的，所述反应容器为为石英或玻璃材质的透光容器。所述反应容器用于液体混合、储存、反应和检测。
本发明还包括所述的液路系统的使用方法，包括：取液过程：控制信号驱动多位阀工作，使多位阀的另一个取液口和三通阀相连接，该取液口另一端连接水样或者试剂；此时打开上电磁阀和下电磁阀，开启蠕动泵抽取反应容器中的空气，反应容器和外界大气间形成压力差，吸入水样或者试剂，在水样或者试剂被吸上的过程中，液位传感器进行定位，液位传感器检测到液体达到硬质导管的容积时，立即关闭下电磁阀，下电磁阀通过切断管路介质即空气停止吸入水样或者试剂，然后蠕动泵停止运转，此时控制信号驱动多位阀工作使其与多位阀相连接；然后打开下电磁阀，再开启蠕动泵，抽取反应容器中的空气，反应容器与多位阀之间形成压力差，驱动水样或者试剂全部进入反应容器，当液位传感器检测到无液体通过时，确认液位传感器内部无残留，此时关闭上电磁阀和下电磁阀，最后控制蠕动泵停止运转，完成水样或者试剂的添加；根据不同检测流程，该步骤重复实施；当取试剂时，必须更换不同的取液口；
搅拌过程：水样和试剂进入反应容器后，控制信号驱动多位阀工作，多位阀的空气口连接三通阀，打开上电磁阀和下电磁阀，启动蠕动泵高速运转，驱动空气经过多位阀进入反应容器，在反应容器内液体中形成气泡并上浮，利用气泡的涌动作用对液体进行搅拌，经过足够长的延时，反应容器中液体达到充分搅拌，关闭上电磁阀和下电磁阀，最后控制蠕动泵停止工作；
排液过程：混合液经比色后，控制信号驱动多位阀工作，三通阀与多位阀排液口连接，同时打开上电磁阀和下电磁阀，并开启蠕动泵反向运转，向反应容器中注入空气，形成正压，将管路内的所有液体经多位阀的排液口排入废液储存装置，液体完全排尽后，关闭上电磁阀和下电磁阀，最后控制蠕动泵停止工作。
优选的，在上述取液和搅拌过程中，在下电磁阀完全关闭后才能停止蠕动泵。这样避免液路中有余液残留，也防止液体过冲或回流。
优选的，所述每次取液是以吸取一个单元体积的试剂进行的，所述一个单元体积就是硬质导管的容积。
本发明具有以下有益效果：
1、通过连接在多位阀公用口与液位传感器之间的一段硬质导管实现了提取单元体积的计量方式，计量简单精确、重复性好。
2、下电磁阀接通或切断的管路介质为空气而不是液体，从而避免了阀挤压液体造成计量不准。同时，在这一过程中，阀膜不接触液体，提高了阀的使用寿命，也避免了液体残留。
3、蠕动泵和上电磁阀连接，驱动介质即空气经过上电磁阀后作用于后端的液路单元，实现了液体的驱动过程，精简了液路模块，提高了模块的利用率。
4、整个液路系统仅使用一个液位传感器，试剂经计量后直接进入反应容器完成混合、反应、测试等过程。
附图说明：
图1为本发明一种基于单元计量的液路系统的结构示意图。
具体实施方式:
如图1所示，本发明一种基于单元计量的液路系统，包括上电磁阀1，所述上电磁阀1两端分别接有反应容器2以及蠕动泵7，所述反应容器2通过下电磁阀3、液位传感器4连接到多位阀5，蠕动泵7通过三通阀6也连接到多位阀5，所述多位阀5为多通道选择阀或联排阀。所述多位阀5中间设有公用口，有多个取液口、一个排液口和一个空气口，所述空气口与三通阀6的端口A相连接，所述三通阀6的端口B连接到外界空气，所述公用口与液位传感器4的一端相连接，所述液位传感器4的另一端连接于下电磁阀3，所述多个取液口分别连接不同的试剂或水样，所述排液口与废液储存装置相连接。所述下电磁阀3中接通或切断的瞬间动作中管路介质为普通的空气。所述多位阀5的公用口和液位传感器4之间设有一段作为计量标准单位体积的硬质导管8。所述硬质导管8为可拆接结构，通过连接件安装在液路系统中，所述硬质导管8的容积为0.5ml-5ml。所述反应容器2为石英或玻璃材质的透光容器。液位传感器4为隔离式液位传感器4。所述蠕动泵7为具有双向转速可控能力的气液驱动泵。
本发明还包括该液路系统的使用方法，包括：
取水样过程：控制信号驱动多位阀5工作，使多位阀5的其中一个取液口和三通阀6相连接，该取液口的另一端连接待测试的水样，此时打开上电磁阀1和下电磁阀3，开启蠕动泵7抽取反应容器2中的空气，反应容器2和外界大气间形成压力差，吸入水样，在水样被吸上的过程中，液位传感器4进行定位，液位传感器4检测到液体达到硬质导管8的容积时，立即关闭下电磁阀3，下电磁阀3通过切断管路介质即空气停止吸入水样，然后蠕动泵7停止运转，此时控制信号驱动多位阀5工作使其与多位阀5相连接；然后打开下电磁阀3，再开启蠕动泵7，抽取反应容器2中的空气，反应容器2与多位阀5之间形成压力差，驱动水样全部进入反应容器2，当液位传感器4检测到无液体通过时，确认硬质导管8液位传感器4内部无残留，此时关闭上电磁阀1和下电磁阀3，最后控制蠕动泵7停止运转，完成取液；
取试剂过程：控制信号驱动多位阀5工作，使多位阀5的另一个取液口和三通阀6相连接，该取液口另一端连接用于检测的试剂，根据检测需要更换硬质导管8；此时打开上电磁阀1和下电磁阀3，开启蠕动泵7抽取反应容器2中的空气，反应容器2和外界大气间形成压力差，吸入试剂，在试剂被吸上的过程中，液位传感器4进行定位，液位传感器4检测到液体达到硬质导管8的容积时，立即关闭下电磁阀3，下电磁阀3通过切断管路介质即空气停止吸入试剂，然后蠕动泵7停止运转，此时控制信号驱动多位阀5工作使其与多位阀5相连接；然后打开下电磁阀3，再开启蠕动泵7，抽取反应容器2中的空气，反应容器2与多位阀5之间形成压力差，驱动试剂全部进入反应容器2，当液位传感器4检测到无液体通过时，确认硬质导管8内部无残留，此时关闭上电磁阀1和下电磁阀3，最后控制蠕动泵7停止运转，完成试剂添加；根据不同检测流程，该步骤可以重复实施，也可以更换成下一种试剂后再次多次实施。一旦更换试剂则需要更换不同的取液口进行取液；
搅拌过程：水样和试剂进入反应容器2后，控制信号驱动多位阀5工作，多位阀5的空气口连接三通阀6，打开上电磁阀1和下电磁阀3，启动蠕动泵7高速运转，驱动空气经过多位阀5进入反应容器2，在反应容器2内液体中形成气泡并上浮，利用气泡的涌动作用对液体进行搅拌，经过足够长的延时，反应容器2中液体达到充分搅拌，此时关闭上电磁阀1和下电磁阀3，最后控制蠕动泵7停止工作；
排液过程：混合液经比色后，控制信号驱动多位阀5工作，三通阀6与多位阀5排液口连接，同时打开上电磁阀1和下电磁阀3，并开启蠕动泵7反向运转，向反应容器2中注入空气，形成正压，将管路内的所有液体经多位阀5的排液口排入废液储存装置，液体完全排尽后，关闭上电磁阀1和下电磁阀3，最后控制蠕动泵7停止工作，防止液体过冲或回流。
在上述取液和搅拌过程中，在下电磁阀3完全关闭后才能停止蠕动泵7。所述每次取液是以吸取一个单元体积的试剂进行的，所述一个单元体积就是硬质导管8的容积。
具体实施中反应容器2可以采用比色皿。
取水样和各种不同试剂的过程均相同。可以多次重复上述的取液过程，实现抽取多个单元体积的水样或者各种不同试剂；在满足工作条件的情况下，需要采用多种试剂进行测试时，可以预先计算出各个试剂之间的比例关系，然后通过计算改变各个试剂之间的浓度配比，这样就能实现每种试剂分别抽取一个单元体积或者尽可能少的单元体积。
所述下电磁阀3通过接通或切断气体控制液体的流通或截止。阀膜在整个过程中不接触液体，既提高了阀的使用寿命，也避免了液体残留，同时还避免了阀挤压液体造成计量不准。
所述蠕动泵7通过调变其转动方向，驱动空气在比色皿中形成正压或负压带动液体流动。蠕动泵7在整个工作过程中不接触液体，避免了受液体腐蚀，延长了使用寿命。
按上述液路操作顺序，对本发明的液路系统进行取液精度的测量，在单元体积设定为2mL的条件下，取一个单元体积液体的相对误差仅为1‰。该测量数据完全满足水质分析仪对计量的要求，体现了本发明设计的液路系统具有取样体积相对误差小，重复性好的优点。
综上，本发明的液路系统简单实用、计量精确、扩展方便，可应用于水质分析仪中COD、氨氮、总磷、总氮、六价铬及其他重金属的测定。所述水质分析仪可以为水质在线监测仪也可以为实验室水质分析仪。
以上所述实施例仅表达了对本发明的解释说明，并不是对本发明的限制。本发明的保护范围涵盖所有根据本发明所做的等效变换、改良和扩展。
Claims (8)
1.一种基于单元计量的液路系统，包括上电磁阀(1)，所述上电磁阀(1)两端分别接有反应容器(2)以及蠕动泵(7)，所述反应容器(2)通过下电磁阀(3)、液位传感器(4)连接到多位阀(5)，蠕动泵(7)通过三通阀(6)也连接到多位阀(5)，其特征在于：所述反应容器(2)为透光容器，所述多位阀(5)设有一个公用口、一个排液口、一个空气口和多个取液口，所述空气口与三通阀(6)的端口A相连接，所述三通阀(6)的端口B连接到外界空气，所述公用口与液位传感器(4)的一端相连接，所述液位传感器(4)的另一端连接于下电磁阀(3)，所述多个取液口分别连接不同的试剂或水样，所述排液口与废液储存装置相连接；所述多位阀(5)的公用口和液位传感器(4)之间设有一段作为计量标准单位体积的硬质导管(8)；所述蠕动泵为具有双向转速可控能力的气液驱动泵。
2.根据权利要求1所述的一种基于单元计量的液路系统，其特征在于：所述下电磁阀(3)中接通或切断的瞬间动作中管路介质为普通的空气。
3.根据权利要求1所述的一种基于单元计量的液路系统，其特征在于：所述硬质导管(8)为可拆接结构，通过连接件安装在液路系统中，所述硬质导管(8)的容积为0.5ml-5ml。
4.根据权利要求1所述的一种基于单元计量的液路系统，其特征在于：液位传感器(4)为光电传感器、电磁传感器、电容传感器中的任意一种隔离式液位传感器(4)。
5.根据权利要求1所述的一种基于单元计量的液路系统，其特征在于：所述反应容器(2)为石英或玻璃材质的透光容器。
6.一种如权利要求1所述的一种基于单元计量的液路系统的使用方法，其特征在于：
包括：取液过程：控制信号驱动多位阀(5)工作，使多位阀(5)的其中一个取液口和三通阀(6)相连接，该取液口另一端连接水样或者试剂，此时打开上电磁阀(1)和下电磁阀(3)，开启蠕动泵(7)抽取反应容器(2)中的空气，反应容器(2)和外界大气间形成压力差，吸入水样或者试剂，在水样或者试剂被吸上的过程中，液位传感器(4)进行定位，液位传感器(4)检测到液体达到硬质导管(8)的容积时，立即关闭下电磁阀(3)，下电磁阀(3)通过切断管路介质即空气停止吸入水样或者试剂，然后蠕动泵(7)停止运转，此时控制信号驱动多位阀(5)工作使其与多位阀(5)相连接；然后打开下电磁阀(3)，再开启蠕动泵(7)，抽取反应容器(2)中的空气，反应容器(2)与多位阀(5)之间形成压力差，驱动水样或者试剂全部进入反应容器(2)，当液位传感器(4)检测到无液体通过时，确认硬质导管(8)内部无残留，此时关闭上电磁阀(1)和下电磁阀(3)，最后控制蠕动泵(7)停止运转，完成取液；根据不同检测流程，该步骤重复实施；当取不同的水样或试剂时，必须更换不同的取液口；
搅拌过程：水样和试剂进入反应容器(2)后，控制信号驱动多位阀(5)工作，多位阀(5)的空气口连接三通阀(6)，打开上电磁阀(1)和下电磁阀(3)，启动蠕动泵(7)高速运转，驱动空气经多位阀(5)进入反应容器(2)，在反应容器(2)内液体中形成气泡并上浮，利用气泡的涌动作用对液体进行搅拌，经过足够长的延时，反应容器(2)中液体达到充分搅拌，此时关闭上电磁阀(1)和下电磁阀(3)，最后控制蠕动泵(7)停止工作；
排液过程：混合液经比色后，控制信号驱动多位阀(5)工作，三通阀(6)与多位阀(5)排液口连接，同时打开上电磁阀(1)和下电磁阀(3)，并开启蠕动泵(7)反向运转，向反应容器(2)中注入空气，形成正压，将管路内的所有液体经多位阀(5)的排液口排入废液储存装置，液体完全排尽后，关闭上电磁阀(1)和下电磁阀(3)，最后控制蠕动泵(7)停止工作。
7.如权利要求6所述的一种基于单元计量的液路系统的使用方法，其特征在于：在上述取液和搅拌过程中，在下电磁阀(3)完全关闭后才能停止蠕动泵(7)。
8.如权利要求6所述的一种基于单元计量的液路系统的使用方法，其特征在于：所述每次取液是以吸取一个单元体积的试剂进行的，所述一个单元体积就是硬质导管(8)的容积。
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