CN103439453B

CN103439453B - 带权滴定式自动微计量方法与装置

Info

Publication number: CN103439453B
Application number: CN201310368479.XA
Authority: CN
Inventors: 张荣标; 孙晓军; 滕锦辉; 唐文进
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: CN103439453A

Abstract

本发明公开一种带权滴定式自动微计量方法与装置，储液池和支架之间设置呈三角形布置的A、B、C类滴定管组合件，A类滴定管组合件由量程权值分别是、、的滴定管组成，B类滴定管组合件由量程权值分别是、、的滴定管组成，C类滴定管组合件由量程权值分别是、、的滴定管组成；每个滴定管上均设置一个连接控制系统的电控阀，控制系统将滴定值按量程权值的大小按照调用最少的电磁阀，以最少的滴定次数完成计量的准则分解，依次将滴定管按量程权值由大到小执行对应的电控阀的滴定次数，采用线性组合方式按不同权值分配滴定管的不同量程，将滴定计量分解由不同权值的滴定管完成，以此来提高补液的精确度，完成高精度微计量。

Description

带权滴定式自动微计量方法与装置

技术领域

本发明涉及微计量领域，具体是一种高精度滴定分析用的微计量装置及微计量方法。

背景技术

微计量方法在液体、气体等流体计量中发挥着重要作用，尤其是如何实现流量的精确测量是流体量化技术中的关键。目前应用于液体微计量的方法有：（1）热式流量计，即利用流动流体传递热量改变测量管的管壁温度分布的热传导分布效应的原理；（2）管式差压流量计，根据流量计两端的差压值与流量之间的某一对应关系来解决微流量的测量问题；（3）毛细管液体微流量计，通过准确测量毛细管两端的压差来准确计量液体流量；（4）医用微量注射泵，由单片机系统控制脉冲使步进电机旋转，带动丝杆将旋转运动变成直线运动，通过设定螺杆的旋转速度来调整针栓的推进速度。以上这些微计量计存在一些不足：液体的计量速度与计量精度是矛盾的，如果增加液体导管的管径，虽然可以提高计量速度，但是会降低计量的精度；如果为考虑液体计量的精度，保证其精度高的话，就需要减少液体导管的管径，此时就会造成计量速度的降低。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足而提出一种高精度的带权滴定式自动微计量方法与装置，将滴定计量分解由不同权值的滴定管完成，以此来提高补液的精确度，同时滴定操作由单片机系统控制，实现滴定装置的自动化。

本发明所述带权滴定式自动微计量装置采用的技术方案是：该装置的顶部是储液池，底部是支架，储液池和支架之间设置呈三角形布置的A、B、C类滴定管组合件，A类滴定管组合件由量程权值分别是、、的滴定管、、组成，B类滴定管组合件由量程权值分别是、、的滴定管、、组成，C类滴定管组合件由量程权值分别是、、的滴定管、、组成；每个滴定管顶端均与储液池紧密接合、底端均伸在集液池中；每个滴定管上均设置一个电控阀，每个电控阀均连接控制系统。

本发明所述带权滴定式自动微计量装置的自动微计量方法采用的技术方案是依次按如下步骤：

（1）控制系统将滴定值按量程权值的大小按照调用最少的电磁阀，以最少的滴定次数完成计量的准则分解，判断是否需要调动滴定管、、，如果需要，依次将滴定管、、按量程权值由大到小执行对应的电控阀的滴定次数，否则，跳到步骤（2）。

（2）判断是否需要滴定管、、，如果需要，依次将滴定管、、按量程权值由大到小执行对应的电控阀的滴定次数，否则，跳到步骤（3）。

（3）判断是否需要滴定管、、，如果需要，依次将滴定管、、按量程权值由大到小执行对应的电控阀的滴定次数，自动微计量结束。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明可实现滴定计量的快速性与高精度。对于补充或者计量某一给定量的滴定液，将滴定计量值分解，采用线性组合的方式按不同权值分配滴定管的不同量程，将滴定计量分解由不同权值的滴定管完成，以此来提高补液的精确度，完成高精度微计量。

2、本发明可实现微计量装置和方法的自动化。滴定操作由单片机系统控制，根据每个滴定管执行一次滴定操作，自动控制补充的固定剂量。

3、本发明按量程精度范围采用3大类9种不同精度值的滴定导管，实现从微量到常量的不同计量范围的滴定要求，扩大滴定液的计量范围。

4、本发明在计量过程中，通过电控阀的通断动作，执行每个滴定导管的打开或关闭，由电磁阀通电状态的占空比来产生相应流量的滴定液，组合动作完成一定计量的滴定过程。滴定方法按量程精度从大到小的顺序，依次操作电控阀执行分配的次数，精确完成滴定计量操作。

5、本发明中的滴定导管采用硅橡胶材料，具有较好的弹性回复力，能够较好地配合电控阀的动作。

6、本发明的自动微计量装置制造结构简单，制造成本低，测量精度高，操作方便，还可与终端设备无线或者有线通信，非常适合大批量生产。

附图说明

图1是本发明所述带权滴定式自动微计量装置的安装结构展开侧视图；图1中隐掉了控制系统。

图2是本发明所述带权滴定式自动微计量装置的三类滴定管组合件的安装结构俯视图；

图3是图1中单个滴定管及其对应的电控阀的安装结构示意图；

图4是图3中电控阀中弹簧的压缩安装结构示意图。

图5是本发明所述带权滴定式自动微计量装置的控制系统框图。

图6是本发明所述带权滴定式自动微计量装置的自动微计量方法的流程图。

附图中各部件的序号和名称：1.支架；2.A类滴定管组合件；3.支撑架；4.B类滴定管组合件；5.C类滴定管组合件；6.储液池；7.集液池；8.导液管；9.毛细滴定导管；10.前导压板；11.滴定管挡板；12.弹簧滑动下支撑板；13.弹簧滑动竖支撑板；14.电控线圈；15.衔铁；16.弹簧；17.连杆。

具体实施方式

参照图1~2，本发明所述带权滴定式自动微计量装置的顶部是储液池6，底部是支架1，在储液池6和支架1之间设置三类滴定管组合件，分别是A类滴定管组合件2、B类滴定管组合件4和C类滴定管组合件5。这三类滴定管组合件安装结构相同，都是由3支不同权值代表不同量程规格的滴定管组成，每类滴定管组合件中的3支滴定管呈一字布置且3支滴定管的中心线在一个平面内。每个滴定管均支撑在支架1上。其中，A类滴定管组合件2由权值是的滴定管、权值是的滴定管、权值是的滴定管这3支不同量程权值规格的滴定管组成。B类滴定管组合件4由权值是的滴定管、权值是的滴定管、权值是的滴定管这3支不同量程权值规格的滴定管组成。C类滴定管组合件5由权值是的滴定管、权值是的滴定管、权值是的滴定管这3支不同量程权值规格的滴定管组成。每个滴定管、、、、、、、、上设置与其对应的一个电控阀、、、、、、、、，每个电控阀均连接控制系统，电控阀在控制系统的指令下执行操作，控制每个滴定管的工作状态。

参见图2，A、B、C三类滴定管组合件呈三角形安装，在三角顶点处用支撑架3竖直支撑，使得装置整体结构紧凑稳固。参见图1，每个滴定管的顶端均与储液池6紧密接合，待滴定液从储液池6导入不同量程规格的滴定管中。每个滴定管的底端都伸在集液池7中，将滴定液统一汇集到集液池7中。集液池7的底部采用截面是锥形的结构设计。集液池7的底部连接与外部连通的导液管8，计量的滴定液由导液管8转移到外部实验用的容器中。

参见图3，所有的滴定管是均采用弹性较好的硅橡胶材料制成的毛细滴定导管9，毛细滴定导管9在对应的电控阀的作用下沿导管的径向可以自由压缩或者回弹。毛细滴定导管9穿过支架1的小孔，并且毛细滴定导管9紧贴在滴定管挡板11的侧壁上，滴定管挡板11固定在支架1上。

参见图3-4，电控阀由前导压板10、弹簧滑动下支撑板12、弹簧滑动竖支撑板13、电控线圈14、衔铁15、弹簧16、连杆17组成。弹簧滑动下支撑板12与弹簧滑动竖支撑板13竖直固定安装在支架1上，弹簧滑动下支撑板12与簧滑动竖支撑板13相互垂直地固定连接，构成一个“T”字形支架。弹簧滑动下支撑板12的上方放置弹簧16，弹簧16同时套在连杆17的中间，连杆17前端通过螺纹旋紧或者焊接等方式与前导压板10固定连接，连杆17后端有间隙地穿过弹簧滑动竖支撑板13中间的孔，在连杆17后端通过螺纹旋紧或者焊接等方式固定连接衔铁15，使衔铁15安装在弹簧滑动竖支撑板13的后侧。前导压板10与毛细滴定导管9的外壁通过强力胶等粘在一起，同时弹簧16在前导压板10和弹簧滑动竖支撑板13之间有一定程度的压缩形变，弹簧16一直处于压缩状态。前导压板10在弹簧16的弹力作用下将毛细滴定导管9沿径向压挤在滴定管挡板11的侧壁上，使得液体不能自由流下去。弹簧滑动下支撑板12托着弹簧16、连杆17等连接结构，保证其在运动过程中自由滑动。

在衔铁15的后侧旁边设置电控线圈14，电控线圈14通过控制线连接控制系统，在控制系统的指令操作下，对电控线圈14进行通电或者断电。通常情况下，电控线圈14断电时，前导压板10在压紧滴定管挡板11的位置。当电控线圈14通电时，产生电磁力，吸收磁铁15向后移动，带动连杆17、前导压板10以及毛细滴定导管9的外壁向后移动，使毛细滴定导管9呈通路状态，待滴定液流下；控制系统控制电控线圈14断电，电磁力消失，连杆17、前导压板10以及衔铁15在弹簧16的弹力作用下复位，迫使前导压板10向前压紧毛细滴定导管9的外壁，使毛细滴定导管9呈关闭状态，待滴定液截止。

参照图5的本发明的滴定控制系统。滴定控制系统采用MCU主控单元，负责系统内各部分结构的动作。MCU主控单元以不同端口分别连接电源转换模块、液晶显示模块、故障诊断模块、通信传输模块、键盘输入模块和A、B、C类电控阀执行模块。A类电控阀执行模块控制电控阀、、，B类电控阀执行模块控制电控阀、、，C类电控阀执行模块、、。电源转换模块用来将供电电源转换为可供MCU主控单元、电控阀执行模块等其他模块直接使用的电源。液晶显示模块提供一个较好的人机交互界面，为用户使用系统提供便利。故障诊断模块用于实时监测系统中各部件的工作状态，当出现异常时，会自动报警，并将故障位置显示在液晶屏上供操作人员参考。键盘输入模块用于输入各类工作参数，调整系统内模块的动作。通信传输模块主要负责实现数据传输，通过无线或者无线的方式传递给控制终端。A、B、C类电控阀根据算法产生的控制指令，指示各组不同权值的电控阀动作，共同完成滴定液的精确计量。

参照图6，说明本发明的自动微计量方法。开启系统后，系统执行一段系统自检程序，检测控制内的各部件是否正常工作，一旦检测到系统故障，自动触发系统报警程序，将故障显示在液晶屏上，引导操作人员前去处理。自检后，给所有电磁阀通电，保证所有滴定管路能够正常流动滴定液，对毛细滴定导管9进行前期的润洗操作，定时时间到，停止供电所有电磁阀。待系统正常后，会提示操作人员键盘输入滴定液的量值。控制系统的MCU主控单元将滴定值按量程权值的大小分解，按照调用最少的电磁阀，以最少的滴定次数完成计量的准则分解。以最少的滴定次数完成计量的具体方法是：

（1）先判断是否需要调动C类滴定管、、，如果需要，依次将C类滴定管、、按量程权值由大到小判断，先执行对应的电控阀的滴定动作次数，再执行对应的电控阀的动作次数，接着电控阀执行的滴定动作次数，这里的电控阀、、的执行次数都是由分解方案的控制系数决定。如果不需要调动、、，直接跳到第（2）步。

（2）判断是否需要B类滴定管、、。如果需要，依次将B类滴定管、、从量程权值由大到小判断，先执行对应的电控阀的滴定动作次数，再执行对应的电控阀的动作次数，接着执行电控阀滴定动作次数，这里的电控阀、、的执行次数都是分解方案的控制系数决定。如果不需要调动、、，直接跳到第（3）步。

（3）判断是否需要A类滴定管、、，如果需要，依次将A类滴定管、、从量程权值由大到小判断，先执行对应的电控阀的动作次数，再执行对应的电控阀的动作次数，接着执行电控阀执行的动作次数，这里的电控阀、、的执行次数都是分解方案的控制系数决定。如果不需要调动、、，直接跳过。滴定计量操作结束后，系统会发出提示音，并将相关的滴定参数通过无线或者有线通信的方式传递给监控终端。

为进一步说明本发明的自动微计量方法，提供一实施例，本实施例需要自动计量的滴定液。控制系统的MCU主控单元进行算法分解，按照调用最少的电磁阀，以最少的滴定次数完成计量的准则进行分解，解析公式为：

，

由此可见，需要控制的滴定管有：C类滴定管组合件5中的滴定管、、B类滴定管组合件4中的滴定管、A类滴定管组合件2中的滴定管。相应地，需要执行动作的电控阀是电控阀、、、。按照权值的优先级，依次执行电控阀（1次）、（1次）、（1次）、（2次）。

本发明根据数字组合的基本原理，任意自然数都可以被分解为权值1、2、5的线性组合，配置的系数分别是1、1、2。利用这种分解方法，在滴定操作之前，要先对待滴定量值进行因子分解，获取一个最优的控制方案，即以最少的动作次数达到更高的滴定精度。所有滴定管的组合使用可以扩大计量范围，满足不同计量范围的滴定要求。通过电控阀的通断动作，来执行每个滴定导管的打开或者关闭。在执行电控阀的每一次动作过程中，滴定导管便会产生相应流量的滴定液，如或者量，滴定液量的多少都是通过主控单元的定时器给每个不同测量精度的电控阀设定一个指定的占空比，按量程精度从大到小的顺序，依次操作电控阀执行分配的次数，精确完成滴定计量操作，滴定精度可达到。

Claims

1.一种带权滴定式自动微计量装置，顶部是储液池，底部是支架，其特征是：储液池和支架之间设置呈三角形布置的A、B、C类滴定管组合件，A类滴定管组合件由量程权值分别是、、的滴定管、、组成，B类滴定管组合件由量程权值分别是、、的滴定管、、组成，C类滴定管组合件由量程权值分别是、、的滴定管、、组成；每个滴定管顶端均与储液池紧密接合、底端均伸在集液池中；每个滴定管上均设置一个电控阀，每个电控阀均连接控制系统。

2. 根据权利要求1所述带权滴定式自动微计量装置，其特征是：所述电控阀由前导压板（10）、弹簧滑动下支撑板（12）、弹簧滑动竖支撑板（13）、电控线圈（14）、衔铁（15）、弹簧（16）、连杆（17）组成，弹簧滑动下支撑板（12）与弹簧滑动竖支撑板（13）竖直固定安装在支架（1）上，弹簧滑动下支撑板（12）与弹簧滑动竖支撑板（13）相互垂直地固定连接，弹簧滑动下支撑板（12）上方放置有套在连杆（17）中间的压缩形变的弹簧（16），连杆（17）前端固定连接前导压板（10）、后端有间隙地穿过弹簧滑动竖支撑板（13）后固定连接衔铁（15）；衔铁（15）后侧旁边设置电控线圈（14），电控线圈（14）连接所述控制系统。

3.根据权利要求1所述带权滴定式自动微计量装置，其特征是：所述滴定管是采用硅橡胶材料制成的毛细滴定导管（9），紧贴在滴定管挡板（11）侧壁上，滴定管挡板（11）固定连接支架（1）。

4.根据权利要求1所述带权滴定式自动微计量装置，其特征是：每类滴定管组合件中的3支滴定管呈一字布置且中心线在一个平面内。

5.根据权利要求1所述带权滴定式自动微计量装置，其特征是：控制系统具有MCU主控单元，MCU主控单元以不同端口分别连接电源转换模块、液晶显示模块、故障诊断模块、通信传输模块、键盘输入模块和A、B、C类电控阀执行模块。

6.一种如权利要求1所述带权滴定式自动微计量装置的自动微计量方法，其特征是依次按如下步骤：

（1）控制系统将滴定值按量程权值的大小按照调用最少的电磁阀，以最少的滴定次数完成计量的准则分解，判断是否需要调动滴定管、、，如果需要，依次将滴定管、、按量程权值由大到小执行对应的电控阀的滴定次数，否则，跳到步骤（2）；

（2）判断是否需要滴定管、、，如果需要，依次将滴定管、、按量程权值由大到小执行对应的电控阀的滴定次数，否则，跳到步骤（3）；

7.根据权利要求6所述的自动微计量方法，其特征是：控制系统控制电控线圈（14）断电时，前导压板（10）在压紧滴定管挡板（11）的位置，电控线圈（14）通电时产生电磁力使磁铁（15）向后移动，带动连杆（17）、前导压板（10）和毛细滴定导管（9）的外壁向后移动，使毛细滴定导管（9）呈通路状态，待滴定液流下，控制系统控制电控线圈（14）断电，电磁力消失，连杆（17）、前导压板（10）以及衔铁（15）在弹簧（16）的弹力作用下复位，前导压板（10）向前压紧毛细滴定导管（9）的外壁使毛细滴定导管（9）呈关闭状态。