CN104483177A - 水质自动制样控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水质自动制样控制方法及系统，该方法包括：接收配制样品的目标浓度及其允许误差范围、标准溶液的原液浓度；判断目标浓度与原液浓度的浓度值大小；根据判断的结果生成用于对标准溶液进行稀释或者浓缩的制样处理的制样指令；发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置自动进行制样处理；接收经制样处理后的溶液的实际检测浓度；判断实际检测浓度与目标浓度的差值是否处于允许误差范围内，若是则制样合格，若否则重新发送制样指令。本发明完成了水质样品的自动在线制样，且该制样过程通过反测制样样品的实际浓度，完成了对水质制样装置的自动校准，以确保后续的制样的精度可靠，提高制样效率。

Description

水质自动制样控制方法及系统

技术领域

本发明涉及水质监测领域，特别地，涉及一种水质自动制样控制方法及系统。

背景技术

现有的水质监测实验室，水质在线监测站配制标准样品的过程一般都需要人工进行，例如，在分析化学的各类光度法和光谱法分析中均需要配制一系列浓度的标准溶液，标准溶液的配制一般有两种方法：直接配制法与标定法。直接配制法是指准确称量一定量基准物，溶解后配成一定体积的溶液，根据基准物的质量和溶液体积，计算该原液浓度；标定法是指用基准物标定标准溶液：准确称量一定基准物，溶解后用被标定的溶液滴定，根据基准物质量及被标定溶液的体积，计算被标定溶液的浓度。以上两种方法都会因人工配制时由于个人操作手法不同导致的系统误差，且人工配制某个浓度标准溶液出现操作失误，形成偶然误差。加之，有的标准样品对人体危害较大，人工操作费时费力，且容易对人身造成伤害。

发明内容

本发明提供了一种水质自动制样控制方法及系统，以解决现有的手工水质制样导致的配样精度无法保证及操作繁琐等技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种水质自动制样控制方法，包括：

接收配制样品的目标浓度及其允许误差范围、标准溶液的原液浓度；

判断目标浓度与原液浓度的浓度值大小；

根据判断的结果生成用于对标准溶液进行稀释或者浓缩的制样处理的制样指令；

发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置自动进行制样处理；

接收经制样处理后的溶液的实际检测浓度；

判断实际检测浓度与目标浓度的差值是否处于允许误差范围内，若是则制样合格，若否则重新发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置重新制样。

进一步地，根据判断的结果生成用于对标准溶液进行稀释或者浓缩的制样处理的制样指令包括：

在目标浓度小于原液浓度时，生成用于对标准溶液进行稀释的稀释指令，稀释指令包括：待添加的标准溶液的体积值和待添加的稀释溶液的体积值；

在目标浓度大于原液浓度时，生成用于对标准溶液进行浓缩的浓缩指令，浓缩指令包括：待添加的标准溶液的体积值和浓缩后标准溶液的体积值。

进一步地，本发明水质自动制样控制方法还包括：

发送用于水质制样装置在单次制样处理完成后自清洗的清洗指令给水质制样装置。

进一步地，重新发送的制样指令为根据实际检测浓度与目标浓度的差值调整体积值后重新生成的。

根据本发明的另一方面，还提供一种水质自动制样控制系统，包括：

参数接收模块，用于接收配制样品的目标浓度及其允许误差范围、标准溶液的原液浓度；

比较模块，用于判断目标浓度与原液浓度的浓度值大小；

制样指令生成模块，用于根据判断的结果生成用于对标准溶液进行稀释或者浓缩的制样处理的制样指令；

第一发送模块，用于发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置自动进行制样处理；

反测浓度接收模块，用于接收经制样处理后的溶液的实际检测浓度；

误差判断模块，用于判断实际检测浓度与目标浓度的差值是否处于允许误差范围内，若是则制样合格，若否则驱动第一发送模块重新发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置重新制样。

进一步地，制样指令生成模块包括：

第一指令生成单元，用于在目标浓度小于原液浓度时，生成用于对标准溶液进行稀释的稀释指令，稀释指令包括：待添加的标准溶液的体积值和待添加的稀释溶液的体积值；

第二指令生成单元，用于在目标浓度大于原液浓度时，生成用于对标准溶液进行浓缩的浓缩指令，浓缩指令包括：待添加的标准溶液的体积值和浓缩后标准溶液的体积值。

进一步地，本发明水质自动制样控制系统还包括：

第二发送模块，用于发送用于水质制样装置在单次制样处理完成后自清洗的清洗指令给水质制样装置。

进一步地，本发明水质自动制样控制系统还包括：

制样指令调整模块，用于调整第一发送模块重新发送的制样指令，重新发送的制样指令为根据实际检测浓度与目标浓度的差值调整体积值后重新生成的。

本发明具有以下有益效果：

本发明水质自动制样控制方法及系统，根据配制样品的目标浓度与标准溶液的原液浓度的大小生成相应的制样指令，并发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置自动进行制样处理，再接收反测制样处理后溶液的实际检测浓度，从而确保自动制样的样品的浓度在允许误差范围内，既完成了水质样品的自动在线制样，避免了手工制样导致的操作繁琐及偶然误差等干扰因素，减少了制样过程对操作人员的人体危害，同时，该制样过程通过反测制样样品的实际浓度，完成了对水质制样装置的自动校准，以确保后续的制样的精度可靠，提高制样效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例水质自动制样控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中水质制样装置的结构示意图；

图3是本发明另一优选实施例的水质自动制样控制方法的流程示意图；以及

图4是本发明优选实施例水质自动制样控制系统的原理方框示意图。

附图标记说明：

10、第一容器；11、第一进液管路；

20、第二容器；21、第二进液管路；

30、第三容器；31、溢流阀；32、电磁三通阀；

40、进样装置；

50、搅拌装置；

60、取样管路；

70、排液管道；71、排液阀；

100、参数接收模块；

200、比较模块；

300、制样指令生成模块；

310、第一指令生成单元；

320、第二指令生成单元；

400、第一发送模块；

500、反测浓度接收模块；

600、误差判断模块；

700、第二发送模块；

800、制样指令调整模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明的优选实施例提供了一种水质自动制样控制方法，该水质自动制样控制方法基于水质制样装置，通过程序控制，以对水质制样装置的自动制样过程进行控制。

参照图1，本实施例水质自动制样控制方法包括：

步骤S100，接收配制样品的目标浓度及允许误差范围、标准溶液的原液浓度；

用户通过输入界面或者经移动终端发送初始参数给控制器，具体包括：配置样品的目标浓度及允许误差范围、标准溶液的原液浓度，以使得控制器获得制样控制所需的初始参数。

步骤S200，判断目标浓度与原液浓度的浓度值大小；

控制器根据接收的目标浓度和原液浓度，并对二者进行比较。

步骤S300，根据判断的结果生成用于对标准溶液进行稀释或者浓缩的制样处理的制样指令；

控制器根据目标浓度与原液浓度的比较结果，生成相应的制样指令，具体而言，步骤S300包括：

在目标浓度小于原液浓度时，生成用于对标准溶液进行稀释的稀释指令，稀释指令包括：待添加的标准溶液的体积值和待添加的稀释溶液的体积值；

在目标浓度大于原液浓度时，生成用于对标准溶液进行浓缩的浓缩指令，浓缩指令包括：待添加的标准溶液的体积值和浓缩后标准溶液的体积值。

步骤S400，发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置自动进行制样处理；

控制器根据制样指令控制水质制样装置以进行自动制样处理过程，以达到标准溶液的稀释或者浓缩至目标浓度的目的。

步骤S500，接收经制样处理后的溶液的实际检测浓度；

控制器根据反测的制样溶液的实际检测浓度，此处的浓度值由水质制样装置在线检测获取后传递给控制器。

步骤S600，判断实际检测浓度与目标浓度的差值是否处于允许误差范围内，若是则制样合格，若否则重新发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置重新制样。

控制器根据接收的实际检测浓度与存储的目标浓度，进行计算分析，判断实际检测浓度与目标浓度的差值是否处于允许误差范围内，若是则表明制样合格，若否则重新发送制样指令以控制水质制样装置再次进行自动制样。

图2给出了本实施例水质制样装置的结构示意图。参照图2，本实施例水质制样装置包括：用于存储标准溶液的第一容器10、用于存储稀释液的第二容器20及用于混合制样的第三容器30；其中，第一容器10经第一进液管路11连通至第三容器30；第二容器20经第二进液管路21连通至第三容器30；第一进液管路11、第二进液管路21上分别设有用于进样的进样装置40；第三容器30处设有用于对第三容器30内的液体进行混合搅拌的搅拌装置50，为了同时兼容对标准溶液进行稀释和浓缩的两种配样方式，第三容器30处设有用于对第三容器30内的液体进行加热浓缩处理的加热装置(图中未示出)。本实施例中，优选地，加热装置为缠绕于第三容器30外壁的电阻加热丝，此处仅为示例，在其他实施例中，还可以采用设于第三容器30周边的辅助加热装置，如酒精炉等，以对其内的液体进行加热浓缩。本实施例中，第一进液管路11上设置蠕动泵M1作为进样装置40，第二进液管路21上设置蠕动泵M2作为进样装置40，标准溶液在蠕动泵M1的抽吸作用下导入第三容器30，稀释液在蠕动泵M2的抽吸作用下导入第三容器30，且第三容器30内的液体在搅拌装置50的作用下充分搅拌混合，实现了混合样品的自动制样。其中，进样装置40和搅拌装置50均接收控制器的指令，并受控制器控制。

为了对用作制样的第三容器30进行清洗，第三容器30连通有排液管道70，此处的排液管道70兼做第三容器30用于导出配制后的标准溶液的排液口。当需配置另一标准溶液前，通过第二进液管路21导入稀释液以对第三容器30进行清洗，并经排液管道70排出清洗后的废液，从而避免了残留标准溶液对下次配样的精度影响。排液管道70上设置排液阀71，通过经控制器控制排液阀71的通断来控制排液管道70的导通/关闭。优选地，第三容器30的侧壁上设有溢流口，溢流口连通有溢流管道，该溢流管道上设置溢流阀31，通过控制溢流阀31以对第三容器30进行溢流定容控制。本实施例中，溢流管道与排液管道70经三通共用出液管道。

第一容器10和/或第二容器20内设有用于定容的定容装置，以对第一容器10存储的标准溶液和/或第二容器20存储的稀释液进行定容控制。本实施例中，定容装置为溢流口或者浮球液位阀或者其他类似的定容控制机构。通过在第一容器10及第二容器20内进行定容控制，可以省去对进样装置40的控制或者降低对进样装置40的控制精度，就可实现标准样品预定浓度的配制要求。

为了检测本实施例水样自动制样装置的配制精度，第三容器30设有用于反测第三容器30内的混合后的溶液浓度的取样检测装置。本实施例中，取样检测装置包括：与第三容器30连通的取样管路60及与取样管路60连通用以检测溶液浓度的浓度检测单元(图中未示出)。通过浓度检测单元对配制后的溶液的浓度进行在线检测，即可得到配制后的标准样品的浓度与预设浓度间的偏差，若偏差在运行范围内，则表明制样过程可靠，否则，需对制样的参数进行调整，以重新制样。优选地，取样管路60与设有吹气搅拌器的管路经电磁三通阀32共同连通至第三容器30，以减少连接部件，节省成本。更优选地，该电磁三通阀32连通至排液管道70上且较排液阀71更靠近第三容器30的出液口，从而最佳的简化本实施例水样自动制样装置的结构。

本实施例中，控制器与进样装置40通信连接以生成指令控制进样装置40的动作；控制器与浓度检测单元通信连接，以接收浓度检测单元反测的溶液浓度。控制器根据输入的参数控制进样装置40的进样动作，并根据接收的反测的溶液浓度并将反测的浓度值与预设的浓度值进行自动比较，以判断水样制样是否达到要求，从而进一步提升了水样制样的智能化程度。其中，控制器与进样装置40、浓度检测单元的通讯方式为RS485、RS232、TCP/IP、USB、WIFI等有线、无线通信方式。

本实施例水质自动制样控制方法，基于水质制样装置，根据配制样品的目标浓度与标准溶液的原液浓度的大小生成相应的制样指令，并发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置自动进行制样处理，再接收反测制样处理后溶液的实际检测浓度，从而确保自动制样的样品的浓度在允许误差范围内，既完成了水质样品的自动在线制样，避免了手工制样导致的操作繁琐及偶然误差等干扰因素，减少了制样过程对操作人员的人体危害，同时，该制样过程通过反测制样样品的实际浓度，完成了对水质制样装置的自动校准，以确保后续的制样的精度可靠，提高制样效率。

可选地，本实施例水质自动制样控制方法还包括：

发送用于水质制样装置在单次制样处理完成后自清洗的清洗指令给水质制样装置。

当需配置另一标准溶液前，通过第二进液管路21导入稀释液以对第三容器30进行清洗，并经排液管道70排出清洗后的废液，从而避免了残留标准溶液对下次配样的精度影响。

可选地，本实施例方法中，为了提高配样的精度及效率，当反测的实际浓度超出允许的误差范围时，重新发送的制样指令为根据实际检测浓度与目标浓度的差值调整体积值后重新生成的。此处，控制器根据实际检测浓度与目标浓度的差值，重新调整稀释指令中的待添加的标准溶液的体积值和待添加的稀释溶液的体积值或者重新调整浓缩指令中的待添加的标准溶液的体积值和浓缩后标准溶液的体积值，通过更改配置体积比例，使得制样过程达到平衡，满足目标浓度的要求，从而提高了制样效率及精度。

参照图3，结合本实施例的水质制样装置对自动制样过程进行说明，具体步骤如下：

经控制器设定好初始参数，包括：配制样品的目标浓度及允许误差范围、标准溶液的原液浓度；

控制器比较目标浓度和原液浓度的大小，当目标浓度大时控制水质制样装置执行浓缩处理，当目标浓度小时控制水质制样装置执行稀释处理；

水质制样装置执行稀释处理的过程包括：接收控制器生成稀释指令，其中，稀释指令包括：待添加的标准溶液的体积值和待添加的稀释溶液的体积值。控制器通过控制蠕动泵M2抽取要求体积的稀释液至第三容器30，再经蠕动泵M1抽取要求体积的标准溶液至第三容器30，并通过搅拌装置50的充分搅拌混合，实现了混合样品的自动制样。

水质制样装置执行浓缩处理的过程包括：接收控制器生成浓缩指令，其中，浓缩指令包括：待添加的标准溶液的体积值和浓缩后标准溶液的体积值。控制器通过控制蠕动泵M1抽取要求体积的标准溶液至第三容器30，开始加热蒸馏，当蒸馏到预定体积(多种液位判断方式)之后停止蒸馏，实现标准样品的浓缩处理。

上述两种方法制备出样品之后，在通过与第三容器30连通的取样检测装置对制备的样品进行反测，并将反测的实际浓度反馈给控制器，控制器比较实测的样品浓度与目标浓度之差是否在允许误差范围之内，如果测试结果在设定允许的误差范围之内，则这批所制备的样品是合格的，可以直接拿去使用，如果测试出的结果不在设定允许的误差范围之内，则处理器重新生成制样指令，自动调整制备条件(如温度，调整定量的比例等)重新制样。

当制样过程完成之后需要对第三容器30进行清洗，具体步骤是：通过蠕动泵M2抽取稀释液(例如，蒸馏水)对第三容器30进行清洗，减小交叉污染。

根据本发明的另一方面，还提供一种水质自动制样控制系统实施例，该系统实施例与上述方法实施例对应，具体实施过程可参考方法实施例。本实施例系统包括：

参数接收模块100，用于接收配制样品的目标浓度及允许误差范围、标准溶液的原液浓度；

比较模块200，用于判断目标浓度与原液浓度的浓度值大小；

制样指令生成模块300，用于根据判断的结果生成用于对标准溶液进行稀释或者浓缩的制样处理的制样指令；

第一发送模块400，用于发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置自动进行制样处理；

反测浓度接收模块500，用于接收经制样处理后的溶液的实际检测浓度；

误差判断模块600，用于判断实际检测浓度与目标浓度的差值是否处于允许误差范围内，若是则制样合格，若否则驱动第一发送模块重新发送制样指令。

进一步地，制样指令生成模块300包括：

第一指令生成单元310，用于在目标浓度小于原液浓度时，生成用于对标准溶液进行稀释的稀释指令，稀释指令包括：待添加的标准溶液的体积值和待添加的稀释溶液的体积值；

第二指令生成单元320，用于在目标浓度大于原液浓度时，生成用于对标准溶液进行浓缩的浓缩指令，浓缩指令包括：待添加的标准溶液的体积值和浓缩后标准溶液的体积值。

本实施例系统，根据配制样品的目标浓度与标准溶液的原液浓度的大小生成相应的制样指令，并发送制样指令给水质制样装置，以控制水质制样装置自动进行制样处理，再接收反测制样处理后溶液的实际检测浓度，从而确保自动制样的样品的浓度在允许误差范围内，既完成了水质样品的自动在线制样，避免了手工制样导致的操作繁琐及偶然误差等干扰因素，减少了制样过程对操作人员的人体危害，同时，该制样过程通过反测制样样品的实际浓度，完成了对水质制样装置的自动校准，以确保后续的制样的精度可靠，提高制样效率。

可选地，本实施例水质自动制样控制系统还包括：

第二发送模块700，用于发送用于水质制样装置在单次制样处理完成后自清洗的清洗指令给水质制样装置。

当需配置另一标准溶液前，通过第二进液管路21导入稀释液以对第三容器30进行清洗，并经排液管道70排出清洗后的废液，从而避免了残留标准溶液对下次配样的精度影响。

可选地，本实施例水质自动制样控制系统还还包括：

制样指令调整模块800，用于调整第一发送模块重新发送的制样指令，重新发送的制样指令为根据实际检测浓度与目标浓度的差值调整体积值后重新生成的。

本实施例中，控制器根据实际检测浓度与目标浓度的差值，重新调整稀释指令中的待添加的标准溶液的体积值和待添加的稀释溶液的体积值或者重新调整浓缩指令中的待添加的标准溶液的体积值和浓缩后标准溶液的体积值，通过更改配置体积比例，使得制样过程达到平衡，满足目标浓度的要求，从而提高了制样效率及精度。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便理解描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (8)

1.一种水质自动制样控制方法，其特征在于，包括：

接收配制样品的目标浓度及其允许误差范围、标准溶液的原液浓度；

判断所述目标浓度与所述原液浓度的浓度值大小；

根据所述判断的结果生成用于对所述标准溶液进行稀释或者浓缩的制样处理的制样指令；

发送所述制样指令给水质制样装置，以控制所述水质制样装置自动进行所述制样处理；

接收经所述制样处理后的溶液的实际检测浓度；

判断所述实际检测浓度与所述目标浓度的差值是否处于所述允许误差范围内，若是则制样合格，若否则重新发送制样指令给所述水质制样装置，以控制所述水质制样装置重新制样。

2.根据权利要求1所述的水质自动制样控制方法，其特征在于，根据所述判断的结果生成用于对所述标准溶液进行稀释或者浓缩的制样处理的制样指令包括：

在所述目标浓度小于所述原液浓度时，生成用于对所述标准溶液进行稀释的稀释指令，所述稀释指令包括：待添加的所述标准溶液的体积值和待添加的稀释溶液的体积值；

在所述目标浓度大于所述原液浓度时，生成用于对所述标准溶液进行浓缩的浓缩指令，所述浓缩指令包括：待添加的所述标准溶液的体积值和浓缩后所述标准溶液的体积值。

3.根据权利要求1所述的水质自动制样控制方法，其特征在于，还包括：

发送用于所述水质制样装置在单次制样处理完成后自清洗的清洗指令给所述水质制样装置。

4.根据权利要求1至3任一所述的水质自动制样控制方法，其特征在于，

重新发送的所述制样指令为根据所述实际检测浓度与所述目标浓度的差值调整体积值后重新生成的。

5.一种水质自动制样控制系统，其特征在于，包括：

参数接收模块(100)，用于接收配制样品的目标浓度及其允许误差范围、标准溶液的原液浓度；

比较模块(200)，用于判断所述目标浓度与所述原液浓度的浓度值大小；

制样指令生成模块(300)，用于根据所述判断的结果生成用于对所述标准溶液进行稀释或者浓缩的制样处理的制样指令；

第一发送模块(400)，用于发送所述制样指令给水质制样装置，以控制所述水质制样装置自动进行所述制样处理；

反测浓度接收模块(500)，用于接收经所述制样处理后的溶液的实际检测浓度；

误差判断模块(600)，用于判断所述实际检测浓度与所述目标浓度的差值是否处于所述允许误差范围内，若是则制样合格，若否则驱动所述第一发送模块(400)重新发送制样指令给所述水质制样装置，以控制所述水质制样装置重新制样。

6.根据权利要求5所述的水质自动制样控制系统，其特征在于，所述制样指令生成模块(300)包括：

第一指令生成单元(310)，用于在所述目标浓度小于所述原液浓度时，生成用于对所述标准溶液进行稀释的稀释指令，所述稀释指令包括：待添加的所述标准溶液的体积值和待添加的稀释溶液的体积值；

第二指令生成单元(320)，用于在所述目标浓度大于所述原液浓度时，生成用于对所述标准溶液进行浓缩的浓缩指令，所述浓缩指令包括：待添加的所述标准溶液的体积值和浓缩后所述标准溶液的体积值。

7.根据权利要求5所述的水质自动制样控制系统，其特征在于，还包括：

第二发送模块(700)，用于发送用于所述水质制样装置在单次制样处理完成后自清洗的清洗指令给所述水质制样装置。

8.根据权利要求5至7任一所述的水质自动制样控制系统，其特征在于，还包括：

制样指令调整模块(800)，用于调整所述第一发送模块(400)重新发送的所述制样指令，所述重新发送的所述制样指令为根据所述实际检测浓度与所述目标浓度的差值调整体积值后重新生成的。