CN105092308B - 一种定量取样装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种定量取样装置，包括：样品存储装置，用于存储待取样样品；样品抽取装置，用于将待取样样品抽取到样品存储装置中；光线准直装置，包括相对设置在样品存储装置两侧的第一准直面板和第二准直面板，第一准直面板上具有第一孔道，第二准直面板上具有第二孔道，第一孔道和第二孔道的连线经过样品存储装置的预设弦；光线发射装置，用于向第一孔道发射入射探测光线；光线检测装置，用于检测第二孔道射出的出射探测光线，并在检测到出射探测光线的强度小于预设值时，控制样品抽取装置停止抽样，以解决现有技术中光学定量系统存在抽样量不准的问题，避免抽取样品溢出样品存储装置的情况发生。

Description

一种定量取样装置

技术领域

本发明涉及光电探测领域，具体设计一种定量取样装置。

背景技术

目前采用的光学定量系统主要包括：取样装置、定量玻璃管，探测光发射器，探测光检测器，继电器。所述探测光发射器发射的探测光线通过所述定量玻璃管的直径，探测光检测器位于与探测光发射器相对的所述定量玻璃管的另一侧，与所述继电器连接，所述继电器与所述取样装置连接。当所述定量系统工作时，首先根据所需取样量在定量玻璃管上确定取样终点，并设置探测光发射器与探测光检测器，确保探测光发射器发射的探测光线通过所述取样终点与所述定量玻璃管的直径并能够被探测光检测器接收，设此时探测光检测器接收到的探测光线的光强值为I1；然后启动所述取样装置进行取样；最后，当所述探测光线经过待取样样品因表面张力的作用而形成的凹液面到凹液面持续上升高于探测光线的过程中，由于凹液面的弧面形状特性，所述探测光线经过凹液面的折射与反射后的出射探测光线的强度会先变弱后增强，当所述探测光线经过全部由待取样样品充满的定量玻璃管时，因为所述探测光线的光路经过定量玻璃管的直径，所以所述探测光线只会经过待取样样品的反射，此时所述探测光检测器检测到的出射探测光线的强度达到稳定，设整个过程中探测光检测器检测到的最小光强值为I2，并取一个光强值大于I2且小于I1的光强值I3设为判定取样终点的光强值，探测光检测器第二次探测到所述判定取样终点的光强值I3时，通过所述继电器切断所述取样装置的电源，实现定量取样。需要说明的是，所述判定取样终点的光强值I 3在所述定量取样装置工作前预先设置。

但是，上述光学定量系统存在抽样量不准的现象，严重时甚至会溢出所述样品存储装置。

发明内容

本发明提供了一种定量取样装置，能够实现各种待取样样品的精确取样，以解决现有技术中光学定量系统存在抽样量不准的问题，避免抽取样品溢出所述样品存储装置的情况发生。而且适用于待取样样品不存在凹液面的情况下的精确取样。

一种定量取样装置，包括：

样品存储装置，用于存储待取样样品；

样品抽取装置，所述样品抽取装置与所述样品存储装置以导气管连接，用于将待取样样品抽取到所述样品存储装置中；

光线准直装置，所述光线准直装置包括：相对设置在所述样品存储装置两侧的第一准直面板和第二准直面板，其中，所述第一准直面板上具有第一孔道，所述第二准直面板上具有第二孔道，所述第一孔道和第二孔道的连线经过所述样品存储装置的预设弦，所述预设弦非直径弦；

光线发射装置，位于所述第一准直面板背离所述样品存储装置的一侧，用于向所述第一孔道发射入射探测光线；

光线检测装置，位于所述第二准直面板背离所述样品存储装置的一侧，用于检测所述第二孔道射出的出射探测光线，并在检测到所述出射探测光线的强度小于预设值时，控制所述样品抽取装置停止抽样；

所述待取样样品为液体。

优选的，所述光线检测装置包括光电检测器和继电器；其中，

所述光电检测器用于检测所述出射探测光线强度；

所述继电器与所述光电检测器、所述样品抽取装置连接，用于当所述光电检测器检测的所述出射探测光线的强度小于预设值时，控制所述样品抽取装置停止抽样。

优选的，所述光电检测器为硅光电池或光电传感器。

优选的，所述样品抽取装置包括：控制器、步进电机和蠕动泵；其中，

所述控制器控制步进电机的开关；

所述步进电机带动所述蠕动泵通过所述导气管对所述样品存储装置进行抽真空，使得所述待取样样品进入所述样品存储装置。

优选的，所述光线发射装置为LED灯珠或氦氖激光器。

优选的，所述导气管为聚四氟乙烯管。

优选的，所述样品存储装置为定量玻璃管。

优选的，在所述样品存储装置中包括所述第一孔道和第二孔道连线的横截面内，所述第一孔道和第二孔道的连线经过的弦所对应的圆心角范围为0°-180°，不包括端点值。

优选的，在所述样品存储装置中包括所述第一孔道和第二孔道连线的所述样品存储装置的横截面内，所述第一孔道和第二孔道的连线经过的弦所对应的圆心角150°。

优选的，所述定量玻璃管管壁厚度范围为0.5mm-0.8mm，包括端点值。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明所提供的定量取样装置开始工作后，所述样品抽取装置将待取样样品抽取到所述样品存储装置中；当所述样品存储装置内的待取样样品高度达到入射探测光入射高度时，不论待取样样品存在凹液面与否，入射探测光线都会在经过空气与所述定量取样装置内待取样样品的临界面时发生反射与折射，使得所述出射探测光线无法全部通过所述光线准直装置，造成所述光线检测装置检测到的出射探测光线强度将大大降低，甚至无法接收到出射探测光线，并在其检测到的所述出射探测光线的强度小于预设值时，切断所述样品抽取装置的电源，达到精确取样的目的。

综上所述，本发明提供的定量取样装置能够适用于在定量取样过程中待取样样品不存在凹液面的情况，大大提升了所述定量取样装置的实用性和适用范围，避免了待取样样品因各种原因不存在凹液面时，传统定量取样装置无法确定取样终点，造成的无法定量取样的问题，解决了现有技术中光学定量系统存在抽样量不准的问题，避免了抽取样品溢出所述样品存储装置的情况发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种定量取样装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种定量取样装置的工作流程示意图；

图3为现有技术中的光学定量系统的探测光线的光路示意图；

图4为本发明实施例提供的一种定量取样装置的探测光新的光路示意图；

图5为本发明的一个具体实施例提供的一种定量取样装置的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术中的光学定量系统存在抽样量不准的现象，严重时甚至会溢出所述样品存储装置。

发明人研究发现，这是由于不同种类的待取样样品的表面张力系数相差很大，一些表面张力系数小的待取样样品不会在所述定量玻璃管内形成明显的凹液面，而且当所述定量玻璃管内的洁净程度不同时，凹液面的形状也会改变甚至消失。在凹液面不存在或不明显的情况下，所述探测光线通过所述定量玻璃管截面圆心射入均一的空气或待取样样品介质内不会发生明显折射，导致探测光检测器检测到的出射探测光线的强度不会经过先变弱再变强并稳定的过程，所述探测光检测器不会两次探测到预设的所述判定取样终点的光强值I3，因此不会切断所述取样装置的电源，所述取样装置会一直工作，使得所取待取样样品的量超出所需取样量甚至导致待取样样品溢出所述定量玻璃管。

有鉴于此，本发明提供了一种定量取样装置，包括：

样品存储装置，用于存储待取样样品；

样品抽取装置，所述样品抽取装置与所述样品存储装置以导气管连接，用于将待取样样品抽取到所述样品存储装置中；

光线准直装置，所述光线准直装置包括：相对设置在所述样品存储装置两侧的第一准直面板和第二准直面板，其中，所述第一准直面板上具有第一孔道，所述第二准直面板上具有第二孔道，所述第一孔道和第二孔道的连线经过所述样品存储装置的预设弦，所述预设弦非直径弦；

光线发射装置，位于所述第一准直面板背离所述样品存储装置的一侧，用于向所述第一孔道发射入射探测光线；

光线检测装置，位于所述第二准直面板背离所述样品存储装置的一侧，用于检测所述第二孔道射出的出射探测光线，并在检测到所述出射探测光线的强度小于预设值时，控制所述样品抽取装置停止抽样；

所述待取样样品为液体。

本发明所提供的定量取样装置开始工作后，所述样品抽取装置将待取样样品抽取到所述样品存储装置中；当所述样品存储装置内的待取样样品高度达到入射探测光入射高度时，不论待取样样品存在凹液面与否，入射探测光线都会在经过空气与所述定量取样装置内待取样样品的临界面时发生反射与折射，使得所述出射探测光线无法全部通过所述光线准直装置，造成所述光线检测装置检测到的出射探测光线强度将大大降低，甚至无法接收到出射探测光线，并在其检测到的所述出射探测光线的强度小于预设值时，切断所述样品抽取装置的电源，达到精确取样的目的。

综上所述，本发明提供的定量取样装置能够适用于在定量取样过程中待取样样品不存在凹液面的情况，大大提升了所述定量取样装置的实用性和适用范围，避免了待取样样品因各种原因不存在凹液面时，传统定量取样装置无法确定取样终点，造成的无法定量取样的问题，解决了现有技术中光学定量系统存在抽样量不准的问题，避免了抽取样品溢出所述样品存储装置的情况发生。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种定量取样装置，包括：

样品存储装置01，用于存储待取样样品；

样品抽取装置02，所述样品抽取装置02与所述样品存储装置01以导气管03连接，用于将待取样样品抽取到所述样品存储装置01中；

光线准直装置04，所述光线准直装置04包括：相对设置在所述样品存储装置01两侧的第一准直面板和第二准直面板，其中，所述第一准直面板上具有第一孔道，所述第二准直面板上具有第二孔道，所述第一孔道和第二孔道的连线经过所述样品存储装置01的预设弦，所述预设弦非直径弦；

光线发射装置05，位于所述第一准直面板背离所述样品存储装置01的一侧，用于向所述第一孔道发射入射探测光线；

光线检测装置06，位于所述第二准直面板背离所述样品存储装置01的一侧，用于检测所述第二孔道射出的出射探测光线，并在检测到所述出射探测光线的强度小于预设值时，控制所述样品抽取装置02停止抽样；

所述待取样样品为液体。

为了使本发明实施例所提供的所述定量取样装置的工作流程更为明了，下面结合图2对所述定量取样装置的工作流程进行简要说明。

如图2所示，所述定量取样装置工作时首先在所述样品存储装置01上确定取样终点，并设置所述光线发射装置05发出的探测光线的光路经过所述取样终点并且经过所述样品存储装置01的出射探测光线能够被所述光线检测装置06接收到；然后启动所述样品抽取装置02，通过抽取所述样品存储装置01中的空气使得所述样品存储装置01中的压强变小，待取样样品进入所述样品存储装置01；所述光线检测装置06实时监控接收到的出射探测光线的强度，当所述出射探测光线的强度小于预设值时切断所述样品抽取装置02的电源；所述样品抽取装置02停止工作，完成定量取样。

为了更清晰的解释本发明实施例所提供的所述定量取样装置的工作原理，在此首先介绍传统的光学定量系统的工作原理。传统的光学定量系统的探测光线光路图如图3所示，图中的长方形代表定量玻璃管的垂直截面，带箭头的实线代表探测光线的光路。当入射探测光线经过凹液面时会发生如图3中所示的折射和反射，由于凹液面的弧面特性，传统的探测光检测器检测到的出射探测光线的强度会逐渐变弱达到最小值I2后变强，随着凹液面的上升，入射探测光线不再经过如图3所示的凹液面，而是通过全部由待取样样品充满的区域时，所述入射探测光线不再由于凹液面的弧面特性发生不确定的反射与折射，此时出射探测光线的光强不再随着待取样样品液面的上升而发生变化。设探测光线经过所述充满空气的定量玻璃管后被探测到的光强值为I1，则取一个光强值大于I2且小于I1的光强值I3设为判定取样终点的光强值。传统的光学定量系统第二次探测到所述判定取样终点的光强值I3时判定取样结束，切断所述取样装置的电源，完成取样。但是正如背景技术部分所述，当待取样样品不存在凹液面时，传统的光学定量系统因为无法第二次探测到所述取样终点的光强值，因此无法完成定量取样的目的。

如图4所示是本发明实施例提供的所述定量取样装置的探测光线的光路示意图。如图4所示，图中同心圆为所述样品存储装置01的水平截面示意，内圆内充满待取样样品，图中带箭头的实直线为探测光线的光路示意。当所述样品存储装置01中为空气时，因为所述样品存储装置01的壁很薄，经由所述光线准直装置04的第一孔道射出的所述入射探测光线通过所述样品存储装置01的壁时不会发生明显的折射现象，可以通过所述光线准直装置04的第二孔道被所述光线检测装置检测到。当待取样样品不存在凹液面时，所述光线发射装置05发出的探测光线所经过的光路如图4所示，经过空气和待取样样品界面的两次折射与反射，所述出射探测光线不会经过所述光线准直装置04的第二孔道被所述光线检测装置检测到，此时所述光线检测装置06探测到的所述出射探测光线的光强小于预设值，切断所述样品抽取装置的电源，停止抽取样品，完成定量取样；当待取样样品有凹液面时，所述光线发射装置05发出的探测光线不仅要经过空气和待取样样品界面的折射与反射还要经过凹液面的折射与反射，同样可以确保当所述探测光线经过待取样样品时，所述光线检测装置06探测到的所述出射探测光线的光强小于预设值，此时切断所述样品抽取装置02的电源，停止抽取样品，完成定量取样。

需要说明的是，所述光线检测装置06探测到的所述出射探测光线的光强的预设值在所述定量取样装置工作前通过在实际环境中简单测试得到，本发明对其数值不做限定，具体视情况而定。

综上所述，本发明实施例提供的定量取样装置在待取样样品存在或不存在凹液面的情况下都可以做到精确取样，大大提升了所述定量取样装置的实用性和适用范围，克服了传统定量取样装置在待取样样品因各种原因不存在凹液面时无法定量取样的问题。

在上述实施例的基础上，在本发明的再一个实施例中，所述光线检测装置06包括光电检测器和继电器，所述继电器与所述光电检测器、所述样品抽取装置连接。所述光电检测器用于探测所述出射探测光线的强度，当所述出射探测光线的强度小于预设值时，启动所述继电器切断所述样品抽取装置02的电源，停止抽取样品，实现定量取样功能。

需要说明的是，实现控制所述样品抽取装置02的电源的器件不局限于继电器，所有具有逻辑开关功能的器件均适用于本发明，本发明对其具体实现形式不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个优选实施例中，所述光电检测器为硅光电池或光电传感器，若所述光电检测器为硅光电池，则当所述硅光电池探测到的所述出射探测光线的强度小于预设值时，硅光电池转化的电流小于预设电流值，此时与所述硅光电池相连的继电器中通过的电流小于预设电流值，继电器断开与之连接的所述样品抽取装置02的开关，断开所述样品抽取装置02的电源。本发明对所述光电检测器的具体实现形式不做限定，能够实现本发明的功能即可，具体实现形式视情况而定。

在上述实施例的基础上，本发明的一个具体实施例提供了一种定量取样装置的具体结构，如图5所示。其中，所述样品抽取装置02包括：控制器021、步进电机022和蠕动泵023。所述控制器021控制步进电机022的开关；所述步进电机022带动所述蠕动泵023通过所述导气管03抽取所述待取样样品进入所述样品存储装置01。

所述光线发射装置05为LED灯珠051或氦氖激光器，所述光线发射装置05只要满足光源波长单一即可，光源波长非单一时增加滤光片也可满足本发明对于光线发射装置05的要求，本发明对于光线发射装置05的具体光源种类不做限定，具体视情况而定。

所述导气管03为聚四氟乙烯管031，需要说明的是，所述导气管03也可使用聚乙烯管或其它材料管，本发明对此不做限定，具体视情况而定；

所述样品存储装置01为定量玻璃管011，需要说明的是，所述样品存储装置01也可采用容量瓶或其它符合本发明要求的无色透明容器，本发明对具体容器种类不做限定，具体视情况而定。

下面将结合具体的装置结构说明所述定量取样装置的工作流程。在所述定量取样装置工作前首先需要在所述定量玻璃管011上确定取样终点，并设置所述LED灯珠051发出的探测光线的光路经过所述取样终点并且经过所述定量玻璃管011的出射探测光线能够被所述硅光电池061接收到；然后通过所述控制器021启动所述步进电机022，所述蠕动泵023在步进电机022的控制下，通过所述聚四氟乙烯管031对所述样品存储装置01进行抽真空，使得所述待取样样品流入所述定量玻璃管011内；所述硅光电池061实时监控接收到的所述出射探测光线的强度，当所述出射探测光线的强度小于预设值时，所述硅光电池061转化的光电流小于预设电流值，此时与所述硅光电池061相连的继电器062中通过的电流小于预设电流值，继电器062断开与之连接的所述样品抽取装置02的开关，切断所述控制器021的电源；所述步进电机022失去控制器021的驱动停止工作，完成定量取样。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个优选实施例中，在所述样品存储装置01中包括所述第一孔道和第二孔道连线的横截面内，所述第一孔道和第二孔道的连线所经过的弦所对应的圆心角范围为0°-180°，不包括端点值。但是考虑到在实际应用中的所述定量取样装置定量取样功能的可靠性以及所述定量取样装置的实用性，在本发明的另一个优选实施例中，所述圆心角优选为150°。

在上述实施例的基础上，在本发明的又一个优选实施例中，所述定量玻璃管011管壁厚度范围为0.5mm-0.8mm，包括端点值。所述定量玻璃管011的管壁厚度既不能过厚，过厚会对探测光线的光路产生较大影响；同时所述定量玻璃管011的管壁厚度也不能过薄，因为在所述样品抽取装置02工作过程中，所述定量玻璃管011中的气压是小于大气压的，管壁过薄的定量玻璃管011可能会因为受到的大气压力而碎裂，因此在综合考虑安全性和不影响所述定量取样装置工作的前提下，确定所述定量玻璃管011的管壁厚度在0.5mm-0.8mm之间，包括端点值。

综合上述所有实施例可以发现，本发明实施例所提供的定量取样装置能够适用于由于不同表面张力系数的待取样样品或不同洁净度的定量取样装置而使得待取样样品不存在凹液面的情况，大大提升了所述定量取样装置的实用性和适用范围，避免了待取样样品因各种原因不存在凹液面时，传统定量取样装置无法确定取样终点，造成的无法定量取样的问题。在实现定量取样功能的基础上还在装置的安全性和实用性上做了相应的改进。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种定量取样装置，其特征在于，包括：

样品存储装置，用于存储待取样样品；

样品抽取装置，所述样品抽取装置与所述样品存储装置以导气管连接，用于将待取样样品抽取到所述样品存储装置中；

光线准直装置，所述光线准直装置包括：相对设置在所述样品存储装置两侧的第一准直面板和第二准直面板，其中，所述第一准直面板上具有第一孔道，所述第二准直面板上具有第二孔道，所述第一孔道和第二孔道的连线经过所述样品存储装置的预设弦，所述预设弦非直径弦；

光线发射装置，位于所述第一准直面板背离所述样品存储装置的一侧，用于向所述第一孔道发射入射探测光线；

光线检测装置，位于所述第二准直面板背离所述样品存储装置的一侧，用于检测所述第二孔道射出的出射探测光线，并在检测到所述出射探测光线的强度小于预设值时，控制所述样品抽取装置停止抽样；

所述待取样样品为液体。

2.根据权利要求1所述的定量取样装置，其特征在于，所述光线检测装置包括光电检测器和继电器；其中，

所述光电检测器用于检测所述出射探测光线强度；

所述继电器与所述光电检测器、所述样品抽取装置连接，用于当所述光电检测器检测的所述出射探测光线的强度小于预设值时，控制所述样品抽取装置停止抽样。

3.根据权利要求2所述的定量取样装置，其特征在于，所述光电检测器为硅光电池或光电传感器。

4.根据权利要求1所述的定量取样装置，其特征在于，所述样品抽取装置包括：控制器、步进电机和蠕动泵；其中，

所述控制器控制步进电机的开关；

所述步进电机带动所述蠕动泵通过所述导气管对所述样品存储装置进行抽真空，使得所述待取样样品进入所述样品存储装置。

5.根据权利要求1所述的定量取样装置，其特征在于，所述光线发射装置为LED灯珠或氦氖激光器。

6.根据权利要求1所述的定量取样装置，其特征在于，所述导气管为聚四氟乙烯管。

7.根据权利要求1所述的定量取样装置，其特征在于，所述样品存储装置为定量玻璃管。

8.根据权利要求7所述的定量取样装置，其特征在于，在所述样品存储装置中包括所述第一孔道和第二孔道连线的横截面内，所述第一孔道和第二孔道的连线经过的弦所对应的圆心角范围为0°-180°，不包括端点值。

9.根据权利要求8所述的定量取样装置，其特征在于，在所述样品存储装置中包括所述第一孔道和第二孔道连线的所述样品存储装置的横截面内，所述第一孔道和第二孔道的连线经过的弦所对应的圆心角150°。

10.根据权利要求9所述的定量取样装置，其特征在于，所述定量玻璃管管壁厚度范围为0.5mm-0.8mm，包括端点值。