CN105067081A - 一种用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法 - Google Patents

Abstract

一种用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，属测试领域。其设置第一和第二液面检测传感器，构成一个差分式双传感器组；利用光的折射原理对定容管中待测液面的位置进行检测；将第一和第二液面检测传感器的发射端及接收端分别安装在传感器支撑板上，传感器支撑板固接在升降机构上，用于驱动传感器支撑板作纵向上、下移动；通过第一和第二液面检测传感器的上、下移动，实现对定容管中的不同液位进行检测。该技术方案用差分式双传感器组对定容管中待测液面的位置进行检测，以解决透明液面检测传感器因出光光束大导致的检测精度不高的问题，实现小体积、高精度的定量体积的测定操作。适用于化学样品前处理中定量浓缩过程的高精度液位检测领域。

Description

一种用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法

技术领域

本发明属于化学分析或测试领域，尤其涉及一种用于定量浓缩的液位检测方法。

背景技术

分析化学是研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学。在分析样品时一般先要想法分离不同的成分。

化学前处理正是对分析样品不同成分的分离，或将干扰成分除去，或改变其状态方便测定等而做的预先处理过程，主要包括样品的提取、净化、富集、衍生化等。

在化学样品前处理过程中，经常会用到定量浓缩来提高样品浓度，但为方便后续分析，样品容积需要一个特定的值，这就需要用到体积定量检测手段来完成这个一个特定的值检测。

目前现有检测技术主要有两种方式，一种是人工方式，即通过人观察，使其凹液面与相应刻度相切，这种方式引入人为误差大，且刻度有限(不能任意定容到某一体积)，工作强度大，现在用的越来越少；另一种是采用自动识别技术，即通过一机械臂带动一对由发射端和接收端组成的液面检测传感器来检测液体体积，如授权公告日为2012年12月26日，授权公告号为CN202631345U的中国实用新型专利中所公开的“一种液体定量体积自动调控装置”；其运用光的折射原理来判断液面的位置；当发射端的光源发射的光线未过凹液面水平切线临界位置时，光线垂直穿过，直接照射在接收端上(接收光强最大)；当发射端的光源发射的光线超过凹液面水平切线临界位置时，光线将经过折射，接收端则接由不到光线，或接收到的光强明显下降，从而判断出此位置正是凹液面位置。

上述技术方案中的这种方式，能够判断出凹液面的位置，但由于这种液面检测传感器的发射出的光束直径都比较大(如一般出光直径达3mm，主要为了降低用户安装难度)，即使采用了小孔漏光罩(如直径0.5mm小孔，孔再小会增加加工难度，还会增加安装难度)来减小光束直径，也难以满足一些需要小体积高精度的定量体积的测定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，其采用两对由发射端和接收端组成的液面检测传感器，构成差分式双传感器，来解决透明液面检测传感器因出光光束大导致的检测精度不高的问题，实现了一种针对透明液体的差分式高精度液位测试方法；可减少人为误差及劳动强度，提高实验结果的准确度，从而提高了效率；且其临界面的判定采用逻辑上的互锁，提高了实验结果的准确度。

本发明的技术方案是：提供一种用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，包括在定容管的侧面，设置由发射端和接收端组成的液面检测传感器，所述发射端发出的光线穿过定容管和其中的待测溶液，被设置在定容管另一侧的接收端所接收，利用光的折射原理来判断定容管中待测液面的位置；其特征是：

设置分别由两对发射端和接收端组成的第一和第二液面检测传感器，构成一个差分式双传感器组；采用所述的差分式双传感器组，利用光的折射原理，对定容管中待测液面的位置进行检测；

将所述第一和第二液面检测传感器的发射端及接收端分别安装在传感器支撑板上，传感器支撑板固接在一个升降机构上，所述的升降机构用于驱动传感器支撑板作纵向上、下移动；通过所述第一和第二液面检测传感器的上、下移动，实现对定容管中的不同液位进行检测；

其中，第一和第二液面检测传感器的安装高度差为d，并且两组传感器出光轴的夹角为β，所述定容管的纵向轴线位于所述第一和第二液面检测传感器的两束出光的重叠区域；

所述的差分式高精度液位检测方法，用差分式双传感器组对定容管中待测液面的位置进行检测，以解决透明液面检测传感器因出光光束大导致的检测精度不高的问题，实现小体积、高精度的定量体积的测定操作。

进一步的，所述差分式双传感器组的发射端及接收端，分别对应安装在一个传感器组固定板上，所述的传感器组固定板固定在一个传感器支撑板上，传感器支撑板固接在一个升降机构上，所述的升降机构带动传感器支撑板上的差分式双传感器组同步作上、下移动；所述定容管的纵向轴线位置，位于所述差分式双传感器组两束出光的交叉重叠区域，以实现对定容管中液体的不同液位进行检测。

具体的，所述的升降机构至少包括动力源、传动机构和导向机构；所述的动力源包括电机或液压驱动杆；所述的传动机构包括丝杆传动机构、带式传动机构或偏心轮传动机构；所述的导向机构为双导杆导向结构或直线导轨导向结构。

具体的，当所述的第一、第二液面检测传感器的接收端同时接收到对应发射端输出的光信号时，则判定为检测到液面。

进一步的，在所述升降机构的纵向升降移动过程中，当所述第一液面检测传感器的接收端接收到第一液面检测传感器发射端输出的光信号，且所述第二液面检测传感器的接收端也同时接收到第二液面检测传感器发射端输出的光信号时，则判定所述第一和第二液面检测传感器之间两束检测光线重叠部分的纵向坐标位置，为定容管中待测液面的实测位置。

本技术方案所述的差分式高精度液位检测方法，通过调节所述第一和第二液面检测传感器之间两束交叉检测光线的重叠部分的高度差；来实现对定容管中待测液面不同检测精度的调节。

具体的，所述的差分式高精度液位检测方法，设所述第一和第二传感器的液面检测精度范围为a，所述第一和第二液面检测传感器的安装高度差为d，则第一和第二传感器两束检测光线的重叠部分的高度，为第一和第二传感器的液面检测精度范围，减去第一和第二液面检测传感器之间的纵向安装高度差所得到的数值结果a-d；所述定容管中待测液面的判定规则为：只有两组传感器同时有输出信号时，判定为检测到液面；此时差分式双传感器组的液面检测精度为a-d。

进一步的，所述第一和第二液面检测传感器的安装高度差d值的大小，确定了对定量管中液面的检测精度。

本技术方案所述的差分式高精度液位检测方法，通过调节第一和第二传感器两束检测光线之间的上、下高度位置差，即调节第一和第二液面检测传感器安装高度差d值的大小，来实现对定容管中待测液面探测精度高低的任意调节或设定。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本技术方案采用两组传感器构成一个差分式双传感器组，提供了一种针对透明液体的液位测试方法；

2.采用差分式双传感器组进行液面位置检测，且临界面的判定采用逻辑上的互锁，有助于提高实验结果的准确度；

3.由于液面检测结果的准确度只与第一和第二传感器两束检测光线之间的上、下高度位置差相关，而与单个传感器的检测精度无关，从而实现了通过两组低精度的传感器达到高精度检测的目的，降低了检测设备的制造成本；

4.通过增加第一和第二传感器高度差值d的可调机构，即可实现检测精度的任意可调性；

5.本技术方案可大大减少检测过程中的人为误差及劳动强度，提高实验结果的准确度，从而提高了工作效率。

附图说明

图1为现有凹液面检测方法的原理示意图；

图2为本技术方案的差动式液位检测组件结构示意图；

图3为本技术方案差动式双传感器固定板的台阶结构示意图；

图4为本技术方案中升降机构的一种结构示意图；

图5为本技术方案中升降机构的另一种结构示意图；

图6为本技术方案中升降机构的又一种结构示意图；

图7为本技术方案中差动式双传感器的测量原理示意图；

图8为本技术方案中差动式双传感器固定板可调方案的结构示意图。

图中，a1为折射光线，a2为临界光线，a3为直射光线；1为差动式双传感器组，2为传感器组固定板，3为定容管，4为传感器组支撑板，5为升降机构；101为第一组传感器，102为第二组传感器，101a为第一组传感器的发射端，101b为第一组传感器的接收端，101s为第一组传感器的检测光线，102a为第二组传感器的发射端，101b为第二组传感器的接收端，102s为第二组传感器的检测光线，201为双传感器固定板的低平面，202为双传感器固定板的高平面；203为调节螺钉，204为第一固定板，205为第二固定板，206为复位弹簧，207为导向杆；501为电机，502为联轴器，503为导杆，504为丝杆，505为丝杆螺母，506为直线导轨，507为带轮，508为同步带。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，现有凹液面检测方法运用光的折射原理来判断液面的位置；当发射端的光源发射的光线未过凹液面水平切线临界位置时，光线垂直穿过，直接照射在接收端上(接收光强最大)，此时称之为直射光线a3；当发射端的光源发射的光线超过凹液面水平切线临界位置时，光线将经过折射，接收端则接由不到光线，此时称之为折射光线a1；或接收到的光强明显下降，从而判断出此位置正是凹液面位置，此时称之为临界光线a2。

图2中，本技术方案将差分式双传感器组1的发射端101a、102a及接收端101b、102b，分别对应安装在传感器组固定板2上，并将传感器组固定板固定在传感器支撑板4上，传感器支撑板4又安装在升降机构5上，即升降机构5可以带着传感器支撑板4上差分式双传感器组1上下移动，通过升降机构4可实现对不同液位进行检测。

其中，定容管3固定放置于差分式双传感器组1第一和第二传感器两股出光的双光轴的交叉位置处，即第一和第二传感器的两束出光的光轴均穿过定容管3的纵向轴线。

图3中，本技术方案中的传感器组固定板2具有台阶结构，为双传感器的安装提供高度差；其中双传感器固定板的低平面201及双传感器固定板的高平面202分别安装对应该的两组传感器。

本技术方案中所指的升降机构5，是指本专业常见的机械升降机构，其主要包括动力源，传动机构，导向机构三部分，动力源有电机、气杆等；传动机构主要有丝杆传动、带传动、偏心轮传动等；导向机构有双导杆导向、直线导轨导向等；通过三部分各种结构的组合，可得到多种升降机构方案。

如图4中所示，本技术方案中的升降机构可以采用CN202631345U专利所提到的电机+丝杆螺母+双导杆结构，其中电机501通过联轴器502带动丝杆504转动，安装在丝杆504上的丝杆螺母505将电机501的旋转运动转化成升降运动，丝杆螺母505通过结构件安装在与丝杆平行安装有两组导向用的导杆503上，以保证升降运动的精度。

如图5中所示，本技术方案中的升降机构也采用电机+丝杆螺母+导轨结构，其中电机501通过联轴器502带动丝杆504转动，安装在丝杆504上的丝杆螺母505将电机501的旋转运动转化成升降运动；丝杆螺母505安装在与丝杆平行安装的直线导轨506上，以保证升降运动的精度。

如图6中所示，本技术方案中的升降机构亦可采用电机+带传动+导轨结构，其中电机501的输出轴直接装有带轮507，通过同步带508将电机501的旋转运动转化成升降运动；同步带508通过结构件固定在直线导轨506上，通过直线导轨506来保证升降运动的精度。

本技术方案的工作原理，见图2、图7中所示，即采用两对由发射端和接收端组成的液面检测传感器，两组传感器安装高度差为d，并且两组传感器出光轴夹角为β，并保证定容管3的纵向轴心落于两组传感器两束光的重叠区域。

设单一传感器液面检测精度范围为a，即液面在a范围内的任一位置时，传感器可输出信号(即判定为检测到液面)，则为了保证本技术方案的可行，需保证d<a；从图7中可看出，两束检测光线的重叠部分的高度为a-d；此时我们在将液面的判定规则改为：只有两组传感器同时有输出信号时(即将两组传感器信号进行“与”运算，实现逻辑上的互锁判断)，则判定为检测到液面；此时差分式双传感器组1的液面检测精度为a-d。由此：d值的大小直接决定了液面检测精度，例如当d＝0.9a时，则a-d＝0.1a，即精度提高了10倍。

如果传感器组固定板2不做成固定落差式的板，而是将d值通过自动的升降机构来动态调节的话，即可实现液面探测精度的高低任意可调；见图8中所示。

其为一种通过螺旋机构来实现d值可调的升降机构，第一组传感器101安装在第一固定板205上，第二组传感器102安装在第二固定板204上；第一和第二固定板通过两个导向杆207实现上下位置的定向移动；调节螺钉203穿过第二固定板上的螺纹孔顶在第一固定板206的下表面上，两复位弹簧206安装在导向杆207上并压紧在第一固定板的上表面上，通过调节螺钉203与复位弹簧206，来实现上下位置的任意调节，从而调节d值大小，实现液面探测精度的高低任意设定。

经过实验测试，当a＝0.5mm，通过改变d值大小，而测出的结果如下：

上述测试结果，印证了改变d值大小，可以改变检测精度，且d值越接近a值，其精度值越高。

综上，本技术方案中涉及的差分式双液面探测器组中，其两组液面探测器的水平位置之间存在高度差d，其d值的大小决定了差分式双液面探测器组的检测精度。

本技术方案中涉及的差分式双液面探测器组中，其两组液面探测器的纵向位置之间存在高度差d<a，其d值越接近a值，其检测精度越高。

本技术方案中涉及的差分式双液面探测器可安装在高度d可调的升降机构上，即可实现液位探测精度的可调。

本技术方案中涉及的差分式双液面探测器组中，其位置存在夹角差β。

本技术方案中涉及的差分式双液面探测器通过安装在升降机构4上实现不同液位的检测。

由于本发明的技术方案采用两组液面检测传感器构成差分式双传感器，可解决透明液面检测传感器因出光光束大导致的检测精度不高的问题，实现了一种针对透明液体的差分式高精度液位测试方法；且采用该技术方案，可实现通过两组低精度的传感器达到高精度检测的目的，降低了检测设备的制造成本；可减少人为误差及劳动强度，提高实验结果的准确度，从而提高工作效率；且其临界面的判定采用逻辑上的互锁，提高了实验结果的准确度。

本发明可广泛用于化学样品前处理中定量浓缩过程的高精度液位检测领域。

Claims (9)

1.一种用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，包括在定容管的侧面，设置由发射端和接收端组成的液面检测传感器，所述发射端发出的光线穿过定容管和其中的待测溶液，被设置在定容管另一侧的接收端所接收，利用光的折射原理来判断定容管中待测液面的位置；其特征是：

设置分别由两对发射端和接收端组成的第一和第二液面检测传感器，构成一个差分式双传感器组；采用所述的差分式双传感器组，利用光的折射原理，对定容管中待测液面的位置进行检测；

将所述第一和第二液面检测传感器的发射端及接收端分别安装在传感器支撑板上，传感器支撑板固接在一个升降机构上，所述的升降机构用于驱动传感器支撑板作纵向上、下移动；通过所述第一和第二液面检测传感器的上、下移动，实现对定容管中的不同液位进行检测；

其中，第一和第二液面检测传感器的安装高度差为d，并且两组传感器出光轴的夹角为β，所述定容管的纵向轴线位于所述第一和第二液面检测传感器的两束出光的重叠区域；

所述的差分式高精度液位检测方法，用差分式双传感器组对定容管中待测液面的位置进行检测，以解决透明液面检测传感器因出光光束大导致的检测精度不高的问题，实现小体积、高精度的定量体积的测定操作。

2.按照权利要求1所述的用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，其特征是所述差分式双传感器组的发射端及接收端，分别对应安装在一个传感器组固定板上，所述的传感器组固定板固定在一个传感器支撑板上，传感器支撑板固接在一个升降机构上，所述的升降机构带动传感器支撑板上的差分式双传感器组同步作上、下移动；所述定容管的纵向轴线位置，位于所述差分式双传感器组两束出光的交叉重叠区域，以实现对定容管中液体的不同液位进行检测。

3.按照权利要求1所述的用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，其特征是所述的升降机构至少包括动力源、传动机构和导向机构；所述的动力源包括电机或液压驱动杆；所述的传动机构包括丝杆传动机构、带式传动机构或偏心轮传动机构；所述的导向机构为双导杆导向结构或直线导轨导向结构。

4.按照权利要求1所述的用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，其特征是当所述的第一、第二液面检测传感器的接收端同时接收到对应发射端输出的光信号时，则判定为检测到液面。

5.按照权利要求1所述的用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，其特征是在所述升降机构的纵向升降移动过程中，当所述第一液面检测传感器的接收端接收到第一液面检测传感器发射端输出的光信号，且所述第二液面检测传感器的接收端也同时接收到第二液面检测传感器发射端输出的光信号时，则判定所述第一和第二液面检测传感器之间两束检测光线重叠部分的纵向坐标位置，为定容管中待测液面的实测位置。

6.按照权利要求1所述的用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，其特征是所述的差分式高精度液位检测方法，通过调节所述第一和第二液面检测传感器之间两束交叉检测光线的重叠部分的高度差；来实现对定容管中待测液面不同检测精度的调节。

7.按照权利要求1所述的用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，其特征是所述的差分式高精度液位检测方法，设所述第一和第二传感器的液面检测精度范围为a，所述第一和第二液面检测传感器的安装高度差为d，则第一和第二传感器两束检测光线的重叠部分的高度，为第一和第二传感器的液面检测精度范围，减去第一和第二液面检测传感器之间的纵向安装高度差所得到的数值结果a-d；所述定容管中待测液面的判定规则为：只有两组传感器同时有输出信号时，判定为检测到液面；此时差分式双传感器组的液面检测精度为a-d。

8.按照权利要求7所述的用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，其特征是所述第一和第二液面检测传感器的安装高度差d值的大小，确定了对定量管中液面的检测精度。

9.按照权利要求7所述的用于定量浓缩的差分式高精度液位检测方法，其特征是所述的差分式高精度液位检测方法，通过调节第一和第二传感器两束检测光线之间的上、下高度位置差，即调节第一和第二液面检测传感器安装高度差d值的大小，来实现对定容管中待测液面探测精度高低的任意调节或设定。