CN106442087B - 检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水产养殖水质环境检测领域中检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合方法与装置，将蒸馏水瓶里的蒸馏水经过多通阀、微量注射泵、标定液两位两通电磁阀注入到比色皿内，光发射装置和接收装置采集到空白值电压值，外部水样注入到比色皿内，分别将4‑氨基苯磺酰胺和盐酸溶液和N‑（1‑萘基）‑乙二胺二盐酸盐溶液这两种药剂加入比色皿，控制振动底座内部的四个振动底座电磁铁及线圈通电，并给四个振动滑块电磁铁及线圈有序地通电，对比色皿里面的药剂和水样进行混合，光发射装置和接收装置采集到电压值，根据公式计算出混合液的吸光度值，自动取样、加药和检测，提高了水质中亚硝酸盐氮含量的检测效率。

Description

检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合方法与装置

技术领域

本发明涉及水产养殖水质环境检测领域，具体是亚硝酸盐氮含量的检测技术，尤其涉及检测亚硝酸盐氮时的自动加药混合技术。

背景技术

在水产养殖的过程中，超限量放养和集中投饵产生了大量的残饵、鱼、虾代谢的产物和死亡的动植物尸体，在异养菌的作用下腐败发酵，往往会导致氮的含量在养殖水体中大量积累，而且这种不同形式的氮，可以通过微生物的作用转化成亚硝酸盐氮；池塘里水质中的亚硝酸盐氮主要是通过鱼类呼吸作用从鳃部进入血液，与血红蛋白发生氧化还原反应生成无携带氧能力的高铁血红蛋白，造成血红蛋白活性下降或功能性贫血，失去携带氧气的功能，从而导致缺氧，活力差，摄食量降低，易感染病菌，甚至死亡。

目前，测定亚硝酸盐氮的方法主要有重偶氮联法、催化光度法、亚硝化法、离子色谱法、传感器法等，在这些检测方法中，应用最广泛的检测方法是重氮偶联法，其他的方法在成本、应用范围、检测的稳定性等方面有限制，而重氮偶联法需要在水样中加入药剂充分反应后才能完成水质中亚硝酸盐氮含量的检测。目前，亚硝酸盐氮检测仪器主要有手持式亚硝酸盐氮检测仪、在线亚硝酸盐氮检测仪、亚硝酸盐氮检测试纸等，这些仪器采用的都是重偶氮联法；手持式的亚硝酸盐氮检测仪和亚硝酸盐氮检测试纸的加药都是通过人工滴加的，而且加完药剂后，需要手动摇匀然后将比色皿放到比色槽里面，静置二十分钟后进行检测；而在线亚硝酸盐氮检测仪的加药和采样采用的都是流动注射法，通过蠕动泵和多路阀的配合来完成检测，且药剂与水样反应的比色皿是采用固定的结构进行设计的，也就是说在线亚硝酸盐氮检测仪器只能完成加药的过程并没有在加完药剂后对混合物的处理功能。因此，不管是手持或在线的亚硝酸盐氮检测仪，都需要在水样中加入药剂使其充分反应才能进行检测，而且水质中的亚硝酸盐氮的含量是微量，由于显色剂在水样中扩散很慢，反应时间长，从而导致检测周期变长，大致检测周期在二十分钟左右。综上所述，目前的亚硝酸盐氮检测存在需要手动摇匀、比色皿固定、检测周期长的缺点。

发明内容

本发明的目的是针对目前亚硝酸盐氮检测存在的上述问题，提出一种不仅能够模拟人工手动摇匀，而且利用反馈原理通过快速有规律的振动来加快化学反应速率的检测亚硝酸盐氮的自动加药混合方法与装置，通过有规律的摇匀和振动比色皿，能够使药剂在水样中分散均匀，防止局部浓度过高，增加反应物的接触面积，以提高水质中亚硝酸盐氮含量的检测效率。

本发明检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合装置采用的技术方案是：包括有多通阀、微量注射泵和MCU控制模块，微量注射泵位于多通阀的上方，多通阀有a、b、c、d、e、f、g、h八个阀口，阀口h通过连接微量注射泵，阀口a、b、c、d、e、f、g依序地与蒸馏水、清洗液瓶、N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶、4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶、取样管道、标定液管道、多用管道一一对应连接，多用管道连接多用两位两通电磁阀，标定液管道连接标定液两位两通电磁阀，标定液两位两通电磁阀下端连接比色皿顶部的第一个进液口，多用两位两通电磁阀下端连接比色皿顶部的第二个进液口，比色皿的底部开有出液口，出液口经废液管道连通到废液瓶，出液口处装有废液两位两通电磁阀；比色皿的外部包裹有一层方形结构的塑料包裹体，比色皿外部的左右两侧面对面地装有光发射装置与接收装置；塑料包裹体内部底端的四个角处各镶嵌有衔铁，塑料包裹体正下方是方形的振动滑块，振动滑块顶部四个角和塑料包裹体底部四个角处之间一一对应地连接四个复位弹簧，振动滑块顶部中间和塑料包裹体底部中间之间连接球连接部件，振动滑块内部上方四角的每个角处各镶嵌有一个振动滑块电磁铁及线圈，振动滑块内部下方四角的每个角处镶嵌有衔铁；振动滑块的正下方是固定不动的方形的振动底座，振动滑块和振动底座之间连接复位弹簧，振动底座内部上方四角的每个角处各镶嵌有一个振动底座电磁铁及线圈；MCU控制模块通过不同的端口分别连接微量注射泵、标定液两位两通电磁阀、多用两位两通电磁阀、废液两位两通电磁阀、光发射装置、接收装置、四个振动底座电磁铁及线圈以及四个振动滑块电磁铁及线圈。

本发明检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合方法采用的技术方案是包括以下步骤：

1）MCU控制模块控制蒸馏水瓶里的蒸馏水经过多通阀、微量注射泵、标定液两位两通电磁阀注入到比色皿内，光发射装置和接收装置采集到空白值电压值V₀，

2）外部水样经过取样管道、多通阀、微量注射泵、多用两位两通电磁阀注入到比色皿内；

3）分别将4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液和N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液这两种药剂加入比色皿；

4）MCU控制模块控制振动底座内部的四个振动底座电磁铁及线圈通电，并给四个振动滑块电磁铁及线圈有序地通电，对比色皿里面的药剂和水样进行混合；

5）光发射装置和接收装置采集到电压值V₁，MCU控制模块根据公式计算出混合液的吸光度值A。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合装置结构紧凑，使用内嵌式的比色皿，包裹比色皿的材料采用黑色不透明的材料加工而成，而且整个检测在黑箱内，不会出现其他光线对检测结果的干扰。提高了检测的准确性。

2、本发明由朗伯比尔定律可以知道当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比，若吸收层厚度一定时，溶液的浓度跟溶液的吸光度成正比，而且针对亚硝酸盐氮检测的时候反应物反应的越彻底颜色就越深，其吸光度也就越大越接近化学反应的平衡点，通过这一原理控制MCU输出的PWM波的频率。硅光电池是一种能够将光转换成电的元器件，利用朗伯比尔定律的特性结合硅光电池的特性，来完成对比色皿振动频率的动态的控制，这样避免人工设定的繁琐步骤，节约时间和能耗。

3、本发明通过对比色皿的模拟人工摇匀和快速有规律的振动，从微观角度上分析还可以增加反应物分子的有效碰撞次数。模拟人工摇晃的接头部分采用的是球接头，这种接头能够在一个空间上自由的摇晃，起到杠杆的作用，在几个自由度之间进行自由的切换，通过改变电磁铁线圈通电顺序能够最大限度地模拟出人工摇晃，以至于使药剂快速的在水样中扩散开来。

4、本发明利用电磁感应原理配合振动块两边的滑轨、低行程弹簧可以实现比色皿在行程内做快速的往复运动，这样能够使水样和药剂的接触面积增大，同时微观上能够加快反应物分子的运动，增加分子的碰撞次数，进而实现加快化学反应的目的。

5、本发明检测亚硝酸盐氮的自动加药混合装置核心部件采用的是一个独立的模块，跟整个在线检测系统是可以分开，这样有利于维护、清洗、更换有问题的零部件，这样对设备的维护起来更加的方便。

6、本发明自动取样、加药、检测和处理废液，都是在没有人工参与的情况下进行的，对于空白值的检测采用双流路互不干扰设计的原则，这样可以保证每次测量的空白值漂移更小，增加了检测的准确性，零点数据的重现性更好。

附图说明

图1是本发明检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合装置的整体结构示意图；

图2是图1中混合模块8的结构放大示意图；

图3是图2中振动滑块4和其连接部件的结构放大示意图；

图4是图2中振动底座2的结构放大示意图；

图5是图1的控制电路框图；

附图中各部件的序号和名称：1.箱体；2.振动底座；3.MCU控制盒；4.振动滑块；5.复位弹簧；6.塑料包裹体；7.显示屏；8.混合模块；9.固定架；10.标定液管道出液口；11.标定液两位两通电磁阀；12.摇摆弹簧；13.多用两位两通电磁阀；14.多用管道出液口；15.管道连通孔；16.多用管道；17.标定液管道；18.微量注射泵；20.多通阀；21.废液管道；22.取样口；23.取样管道；24.试剂瓶连接管道；25.方形排孔；26.上下层隔板；27.4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶；28.N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶；29.右纵向隔板；30.清洗液瓶；31.蒸馏水瓶；32.左纵向隔板；33.废液瓶；34.管道孔；35.微量注射泵连接管；36.滑轨；37.滑块；38.衔铁；39.固定螺孔；40.导线引出孔；41.光发射装置；42.比色皿；43.接收装置；44.反馈用硅光电池；45.检测用硅光电池；46.废液两位两通电磁阀；48.振动滑块电磁线圈连接线；49.振动底座电磁铁线圈连接线；50.振动底座电磁铁及线圈；51.振动滑块电磁铁及线圈；52.球连接部件；55.底座固定孔。

具体实施方式

参见图1为本发明检测亚硝酸盐氮的自动加药混合装置最外部是一个箱体1，箱体1呈方形，用水平隔板26、左纵向隔板32、右纵向隔板29将箱体1内部分成六个小隔间，上下各三个。其中，水平隔板26将箱体1内部分成上下层，左纵向隔板32和右纵向隔板29与水平隔板26相垂直，将上、下层各分成三个小隔间，每个小隔间内分别放置不同的模块。在下层三个小隔间内从左到右依次放置废液瓶33、蒸馏水瓶31、清洗液瓶30、N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶28、4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶27；这五个瓶子上端都接有管道，管道口浸入到瓶子内的液体内部，而且除了废液瓶33以外，其他瓶子与管道的连接均采用密封连接，以防止药剂被氧化。

在上层三个小隔间内放置有多通阀20、微量注射泵18，混合模块8、MCU控制盒3和显示屏7。从左到右，左侧小隔间内放置MCU控制盒3和显示屏7，中间小隔间内放置混合模块8，右侧小隔间内放置多通阀20和微量注射泵18，微量注射泵18位于多通阀20的上方。这样，混合模块8和微量注射泵18整体位于五个瓶子的上方。多通阀20是常规的多通阀结构，在同一时间接通其中的两个阀口。多通阀20共有八个阀口，分别用阀口标号a、b、c、d、e、f、g、h来表示，其中，七个阀口a、b、c、d、e、f、g沿一个圆周方向均匀布置，七个阀口依序逆时针布置；阀口h在该圆周的正中间位置，在同一时间，正中间的阀口h只能与其余七个阀口中的任一阀口接通，而其余七个阀口之间不互通。多通阀20通过螺栓与螺母固定到箱体1背面上。微量注射泵18利用螺栓和螺母进行固定安装到箱体1背面，微量注射泵18通过微量注射泵连接管35连接多通阀20，微量注射泵18与正中间的阀口h相连相通，微量注射泵18通过阀口h完成液体的提取与计量。

在左纵向隔板32、右纵向隔板29上各开有管道孔34，在多通阀20下方的水平隔板26处开有方形排孔25，五个瓶子上端管道的接出通过管道孔34、方形排孔25连接多通阀20的阀口。

再参见图2，混合模块8通过固定架9固定在右纵向隔板29和左纵向隔板32的上方中部。混合模块8主要完成药剂与水样快速混合，混合模块8整体通过固定架9固定在箱体1上，固定架9的侧面均匀的开有固定螺孔39和导线引出孔40。固定架9的顶面中间位置安装有标定液两位两通电磁阀11和多用两位两通电磁阀13，标定液两位两通电磁阀11和多用两位两通电磁阀13固定连接在固定架9上，这两个电磁阀之间留有一定的间隙，这两个电磁阀的正下方是比色皿42，比色皿42的顶部开有两个进液口。标定液两位两通电磁阀11的下端通过标定液管道出液口10连接下方的比色皿42的第一个进液口，多用两位两通电磁阀13的下端通过多用管道出液口14连接下方的比色皿42的第二个进液口。标定液管道出液口10和多用管道出液口14均垂直布置，且两个管道直径要比比色皿42的两个进液口直径要小1cm，这样可以保证液体更容易注入进比色皿42里面。

比色皿42采用1cm光程的长度，比色皿42的外部包裹一层塑料包裹体6，塑料包裹体 6为方形结构，比色皿42嵌在塑料包裹体6的正中心位置。在比色皿42外部的左右两侧面对面地安装光发射装置41与接收装置43，光发射装置41采用LED，接收装置43采用硅光电池。光发射装置41与接收装置43分别固定且密封连接在塑料包裹体6上，并且通过导线从引出孔出引出。接收装置43采用两个硅光电池，分别为反馈用硅光电池44和检测用硅光电池45，检测比色皿42内药剂与水样混合物的吸光度值。

在固定架9的顶部中间和塑料包裹体6的顶部中间之间固定连接摇摆弹簧12，摇摆弹簧12上端固接于固定架9的顶部中间，摇摆弹簧12下端固接于塑料包裹体6的顶部中间。在比色皿42摇摆或震动的时候，摇摆弹簧12可限制塑料包裹体6不碰到固定架9的两侧，对塑料包裹体6起到缓冲和支撑作用。

比色皿42的底部开有一个出液口，在出液口处安装有废液两位两通电磁阀46。出液口连接废液管道21，废液管道21伸出塑料包裹体6外，并且穿过固定架9侧面后经方形排孔25、管道孔34后连通到废液瓶33。

在塑料包裹体 6内部底端的四个角处各镶嵌一个衔铁38，共四个衔铁38。塑料包裹体 6的正下方是方形的振动滑块4，振动滑块4的顶部四个角和塑料包裹体 6的底部四个角处之间一一对应地连接四个复位弹簧5，四个复位弹簧5行程在2cm以内。再参见图3，振动滑块4顶部中间和塑料包裹体 6的底部中间之间连接球连接部件52。振动滑块4内部的上方四角的每个角处各镶嵌有一个振动滑块电磁铁及线圈51，共四个振动滑块电磁铁及线圈51，从逆时针方向依序是振动滑块电磁铁及线圈51A、51B、51C、51D。四个振动滑块电磁铁及线圈51的接线以振动滑块电磁线圈连接线48从振动滑块4内部引出。振动滑块4内部的下方四角的每个角处各镶嵌有一个衔铁38，与塑料包裹体 6内部镶嵌的衔铁38结构一样。

振动滑块4的正下方是方形的振动底座2，再参见图4，振动底座2通过底座固定孔55与水平隔板26固定连接，使振动底座2相对箱体1固定不动。在振动滑块4和振动底座2之间连接复位弹簧5，在振动底座2顶部四个角和振动滑块4的底部四个角处之间一一对应地连接四个复位弹簧5。在振动底座2内部上方四角的每个角处各镶嵌有一个振动底座电磁铁及线圈50，振动底座电磁铁及线圈50的接线通过振动底座电磁铁线圈连接线49从振动底座2内部引出。衔铁38和振动底座电磁铁及线圈50的安装都是通过先对装载体先开槽，再将衔铁38和电磁铁及线圈50镶嵌进去，最后用胶水封实完成。

振动滑块4的两侧和固定架9的两侧之间通过滑轨36和滑块37连接，在振动滑块4的两侧各安装一个水平的滑块37，在固定架9的两侧各开一个方形的滑轨36，振动滑块4通过滑块37能沿滑轨36上下移动。由于复位弹簧5的行程为2cm，所以滑轨36的上下长度设计为4cm。

参见图1和图2，多通阀20的阀口a、b、c、d、e、f、g、h依序地与蒸馏水31、清洗液瓶30、N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶28、4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶27、取样管道23、标定液管道17、多用管道16、微量注射泵连接管35一一对应连接。其中，取样管道23一端与多通阀20的阀口e连接，另一端穿过箱体1侧面上开的取样口22后连接外部水样容器，用以对外部水样进行取样。多通阀20的阀口c、d分别通过各自的试剂瓶连接管道24连接N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶28、4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶27。

在右纵向隔板29上方的两个管道孔15分别供多用管道16和标定液管道17穿过，多通阀20的阀口g通过多用管道16连接到混合模块8的上方的多用两位两通电磁阀13，多通阀20的阀口f通过标定液管道17连接到混合模块8的上方的标定液两位两通电磁阀11。

MCU控制盒3用螺栓、螺母将其固定在水平隔板26上面，内部安装有MCU控制模块和电源模块，电源模块为装置提供电源。显示屏7用于对检测的结果进行显示，固定MCU控制盒3上方。

参见图1-4，混合模块8通过塑料包裹体6、振动滑块4、球连接部件52、复位弹簧5的配合完成对比色皿42模拟人工摇匀的动作，模拟人工摇匀的目的是让比色皿42里面的液体产生顺时针和逆时针的涡流，通过控制振动滑块4内部的振动滑块电磁铁及线圈51的通电顺序，使嵌有比色皿42的塑料包裹体6四个角实现高低变化，也就是说，当给振动滑块4内部一个角处的振动滑块电磁铁及线圈51通电时，由于塑料包裹体6中心部位的球连接部件52的支点存在，所以塑料包裹体6底部的一个角处的复位弹簧5会被压缩，而另三个角处的复位弹簧5会被拉伸，如此使整个塑料包裹体6会向一个角倾斜，带动比色皿42以及比色皿42里面的液体跟着倾斜。当按顺时针或者逆时针顺序给振动滑块4内部的振动滑块电磁铁及线圈51通电，比色皿42里面的液体就会形成顺时针与逆时针的涡流。另外，当同时给振动滑块4内部的两个振动滑块电磁铁及线圈51通电，塑料包裹体6会以跷跷板形式在对角线、前后、左右的方向上上下动作。对比色皿42内部的药剂和水样反应后颜色的深浅代表反应物的反应程度，同时也代表溶液吸光度的大小，因此，根据药剂和水样反应后颜色深浅的程度来控制比色皿42的振荡频率，从而通过对比色皿42进行快速有规律的振动以加快化学反应的速率。

溶液的吸光度根据朗伯比尔定律来计算，其中为吸光度，为入射光强，为透射光强。或者吸光度根据公式来计算，其中为透射比，为摩尔吸收系数，它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关，为吸光物质的浓度，为吸收层厚度。根据硅光电池本身的特性，将改写成，其中为空白溶液即参比溶液的电压，为透射溶液的电压，根据此公式可以计算出相应的吸光度值。吸光度的值越大，溶液的颜色越深，化学反应越接近平衡点，所以利用这种趋势来动态地控制MCU控制模块输出的PWM波的频率，进而动态地调节化学反应的速率，无需人工的参与。MCU控制模块输出的PWM波的频率分为七个等级，分别是10Hz,20Hz, 30Hz,40Hz,50Hz,60Hz,70Hz。将反馈用硅光电池44输出的信号进行变换、放大滤波、信号调理成0V~5V电压信号,经过吸光度值公式计算得到吸光度值。

参见图1和图5，MCU控制模块通过不同的端口分别连接显示屏7、微量注射泵18、标定液两位两通电磁阀11、多用两位两通电磁阀13、废液两位两通电磁阀46、光发射装置41、接收装置43中的反馈用硅光电池44和检测用硅光电池45、四个振动底座电磁铁及线圈50以及四个振动滑块电磁铁及线圈51，即振动滑块电磁铁及线圈51A、51B、51C、51D。MCU控制模块控制标定液两位两通电磁阀11、多用两位两通电磁阀13、废液两位两通电磁阀46的打开与关闭，再配合微量注射泵18的吸取与注射来完成标定、检测、清洗步骤。光发射装置41中的LED的驱动采用输出为10mA的恒流源电路进行供电，以保证光源的稳定性和准确性。反馈用硅光电池44和检测用硅光电池45，是一种光电转换器件，能够将光照转换成电流信号，其作用分别为反馈和检测。

参见图1-5，本发明检测亚硝酸盐氮的自动加药混合装置工作时，自动加药混合的具体步骤如下：

（1）首先，采集空白值电压，为后面的溶液吸光度的计算做准备。通过MCU控制模块的控制，将蒸馏水瓶31里面的蒸馏水经过多通阀20、微量注射泵18、标定液两位两通电磁阀11注入到比色皿42里面。具体步骤为：由MCU控制模块发出控制信号打开标定液两位两通电磁阀11，关闭多用两位两通电磁阀13、废液两位两通电磁阀46；同时，MCU控制模块发出控制信号顺时针调整多通阀20，使阀口f和阀口h的管道接通，使标定液两位两通电磁阀11和微量注射泵18接通，MCU控制模块发出信号控制微量注射泵18工作，吸取30mL体积的空气，以至于能够将管道内的残余液体全部推入比色皿42中。然后，MCU控制模块控制顺时针调整多通阀20，使多通阀20的阀口a和h的管道接通，此时蒸馏水瓶31和微量注射泵18接通，MCU控制模块控制微量注射泵18工作，从蒸馏水瓶31内吸取10mL蒸馏水到微量注射泵18，此时，微量注射泵18的泵内下部是10mL的蒸馏水，上部是30mL的空气。再次调整多通阀21使连接阀口f和阀口h的管道接通，连通微量注射泵18和标定液两位两通电磁阀11，微量注射泵18工作，先将10mL蒸馏水注射到比色皿42内，这时管道内会残留一部分液体，继续推进微量注射泵18，将空气推入，这时管道内的液体就会被空气推出，并通过标定液管道17、标定液两位两通电磁阀11、标定液管道出液口10将10mL蒸馏水全部注入到比色皿42内。MCU控制模块发出控制信号打开光发射装置41和接收装置43，采集检测用硅光电池45此时的电压值，即空白值电压值V₀，并将空白值电压值V₀保存在MCU控制模块中。最后，MCU控制模块打开废液两位两通电磁阀46，比色皿42内的蒸馏水在重力作用下通过废液管道21排到废液瓶33中，同时关闭标定液两位两通电磁阀11和废液两位两通电磁阀46。

（2）接着对水质进行取样，吸取10mL要检测的外部水样，外部水样经过取样管道23、多通阀20、微量注射泵18、多用两位两通电磁阀13注入到比色皿42里面。具体步骤为：MCU控制模块发出控制信号，顺时针调整多通阀20，使阀口g和阀口h的管道接通，微量注射泵18和多用两位两通电磁阀13通过管道连通起来。打开多用两位两通电磁阀13，控制微量注射泵18工作，吸取30mL的空气，然后顺时针调整多通阀20，使阀口e和阀口h的管道接通，此时微量注射泵18和取样管道23通过管道就连通，微量注射泵18工作，吸取外部的10mL的待测的水样。MCU控制模块发出控制信号，顺时针转动多通阀20，使阀口f和阀口h的管道接通，微量注射泵18和多用两位两通电磁阀13通过管道连通。同时，控制微量注射泵18工作，将10mL的外部水样注射进比色皿42内，此时活塞继续前进将30mL空气压缩出去，将管道内的残余液体排除干净，10mL水样通过多用管道16、多用两位两通电磁阀13、多用管道出液口14全部注入到比色皿42内, 然后，MCU控制模块发出控制信号关闭多用两位两通电磁阀13。

（3）对水质取样完成之后进行加药处理，分别将4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液和N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液这两种药剂加入比色皿42。将4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶27、N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶28里面的药剂经过试剂瓶连接管道24、多通阀20、微量注射泵18、多用两位两通电磁阀13注入到比色皿42里面。具体步骤为：MCU控制模块发出控制信号顺时针调整多通阀20，使阀口g和阀口h的两个管道接通，此时多用两位两通电磁阀13通过管道与微量注射泵18连通，打开多用两位两通电磁阀13，控制微量注射泵18工作，吸取30mL空气，然后顺时针调整多通阀20，使阀口c和阀口h的管道接通，此时N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶28通过管道与微量注射泵18连通，再次控制微量注射泵18工作，吸取0.1mL N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶28内的药剂。MCU控制模块发出控制信号，顺时针转动多通阀20，使阀口g和阀口h的管道接通，此时N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶28通过管道与微量注射泵18连通，控制微量注射泵18工作，先注射0.1mL的N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液，这时一部分0.1mL的N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液残留在管道内，另一部分已经被注射进比色皿42内，接着活塞继续推进将30mL空气通过多用管道16注射出去，此时多用管道16里面残留的N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液就会通过多用管道16、多用两位两通电磁阀13、多用管道出液口14全部排入比色皿42内。按同样方法，和对N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶28的药剂的取样加药方法一样，将0.1mL4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶27里面的4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液排入比色皿42内，两种药剂加完后，MCU控制模块发出控制信号关闭多用两位两通电磁阀13。

（4）对水样加完药剂之后，对比色皿42里面的药剂和水样进行混合，用以加快其化学反应。具体步骤为：MCU控制模块发出控制信号，使振动底座2内部的四个振动底座电磁铁及线圈50通电，振动滑块4上下振动。然后，给振动滑块4内部四角处的四个振动滑块电磁铁及线圈51A、51B、51C、51D有顺序地通电，让比色皿42里面的药剂与水样的混合物能够形成顺时针和逆时针的涡流以及能够在对角线、前后、左右方向上动作。

MCU控制模块控制振动滑块电磁铁及线圈51A通电，由于塑料包裹体6底部中心有球连接部件52的存在，此时在振动滑块电磁铁及线圈51A上方的复位弹簧5会被压缩，其他四个角处的复位弹簧5被拉伸，整个塑料包裹体6会向弹簧压缩的方向倾斜。然后停止给振动滑块电磁铁及线圈51A通电，给振动滑块电磁铁及线圈51B通电，整个塑料包裹体6将会向振动滑块电磁铁及线圈51B上方的复位弹簧5压缩的方向倾斜。依次再给振动滑块电磁铁及线圈51C、51D通电，这样比色皿42里面的液体就会形成逆时针的涡流。同理，MCU控制模块发出控制信号将液体形成逆时针涡流的振动滑块电磁铁及线圈通电顺序取反，即让比色皿42内部的液体形成顺时针的涡流。当给振动滑块电磁铁及线圈51A通电，然后振动滑块电磁铁及线圈51A断电，接着给振动滑块电磁铁及线圈51C通电，这样塑料包裹体6就会像跷跷板在振动滑块电磁铁及线圈51A、51C对角线方向上上下动作。同理，依次给振动滑块电磁铁及线圈51B、51D通电，则塑料包裹体6就会像跷跷板在振动滑块电磁铁及线圈51B、51D对角线方向上上下动作。当先给振动滑块电磁铁及线圈51A、51B通电，然后再给振动滑块电磁铁及线圈51A、51B同时断电，此时同时给振动滑块电磁铁及线圈51C、51D通电，塑料包裹体6就会像跷跷板在振动滑块电磁铁及线圈51A、51B和振动滑块电磁铁及线圈51C、51D前后方向上上下动作。如此，经过对塑料包裹体6内部比色皿42的在逆时针、顺时针、对角线、前后、左右方向上的动作，完成了整个模拟人工摇匀的动作。模拟人工摇匀遍历整个通电过程需要30秒，若30秒定时时间达到，就停止对振动滑块4内的四个电磁铁线圈通电，同时停止对振动底座2四个角处的振动底座电磁铁及线圈50通电。

（5）在完成摇匀后，MCU控制模块发出控制信号打开光发射装置41，利用反馈用硅光电池44采集电压，得到电压值V1，并将电压值V₁保存在MCU控制模块中。MCU控制模块根据公式计算出溶液的吸光度值A。通过常规的吸光度与溶液浓度关系函数得出对应的水样中亚硝酸盐氮含量，亚硝酸盐氮含量通过显示屏7显示，完成对水样中亚硝酸盐氮含量的检测。

（6）在亚硝酸盐氮含量检测完之后，MCU控制模块发出控制信号打开废液两位两通电磁阀46，将比色皿42内检测完的废液在重力的作用下通过废液管道21排到废液瓶33里面。最后，采用清洗液瓶30中的清洗液对比色皿42进行清洗，清洗完之后，将废液排到废液瓶33中，关闭废液两位两通电磁阀46。

Claims (8)

1.一种检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合装置，包括有多通阀（20）、微量注射泵（18）和MCU控制模块，微量注射泵（18）位于多通阀（20）的上方，多通阀（20）有a、b、c、d、e、f、g、h八个阀口，阀口h连接微量注射泵（18），其特征是：多通阀（20）的阀口a、b、c、d、e、f、g依序地与蒸馏水（31）、清洗液瓶（30）、N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶（28）、4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶（27）、取样管道（23）、标定液管道(17)、多用管道(16)一一对应连接，多用管道(16)连接多用两位两通电磁阀(13)，标定液管道(17)连接标定液两位两通电磁阀（11），标定液两位两通电磁阀（11）下端连接比色皿（42）顶部的第一个进液口，多用两位两通电磁阀（13）下端连接比色皿（42）顶部的第二个进液口，比色皿（42）的底部开有出液口，出液口经废液管道（21）连通到废液瓶（33），出液口处装有废液两位两通电磁阀（46）；比色皿（42）的外部包裹有一层方形结构的塑料包裹体（6），比色皿（42）外部的左右两侧面对面地装有光发射装置（41）与接收装置（43）；塑料包裹体（6）内部底端的四个角处各镶嵌有衔铁，塑料包裹体（6）正下方是方形的振动滑块（4），振动滑块（4）顶部四个角和塑料包裹体（6）底部四个角处之间一一对应地连接四个复位弹簧，振动滑块（4）顶部中间和塑料包裹体（6）底部中间之间连接有球连接部件（52），振动滑块（4）内部上方四角的每个角处各镶嵌有一个振动滑块电磁铁及线圈（51），振动滑块（4）内部下方四角的每个角处镶嵌有衔铁；振动滑块（4）的正下方是固定不动的方形的振动底座（2），振动滑块（4）和振动底座（2）之间连接复位弹簧，振动底座（2）内部上方四角的每个角处各镶嵌有一个振动底座电磁铁及线圈（50）；MCU控制模块通过不同的端口分别连接微量注射泵（18）、标定液两位两通电磁阀（11）、多用两位两通电磁阀（13）、废液两位两通电磁阀（46）、光发射装置（41）、接收装置（43）、四个振动底座电磁铁及线圈（50）以及四个振动滑块电磁铁及线圈（51）。

2.根据权利要求1所述检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合装置，其特征是：标定液两位两通电磁阀（11）和多用两位两通电磁阀（13）固定连接固定架（9），固定架（9）固定连接在箱体（1）内，固定架（9）的两侧各开一个方形的滑轨（36），振动滑块（4）的两侧和固定架（9）的两侧之间通过滑轨（36）和滑块（37）连接，振动滑块(4)通过滑块(37)能沿滑轨(36)上下移动。

3.根据权利要求2所述检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合装置，其特征是：摇摆弹簧(12)上端固接于固定架（9）的顶部中间，摇摆弹簧（12）下端固接于塑料包裹体（6）的顶部中间。

4.根据权利要求2所述检测亚硝酸盐氮含量的自动加药混合装置，其特征是：多通阀（20）和微量注射泵（18）均固定连接箱体（1），箱体（1）内部用水平隔板（26）将箱体（1）内部分成上下层，下层内放置废液瓶（33）、蒸馏水瓶（31）、清洗液瓶（30）、N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶（28）、4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶（27）；上层内放置有多通阀（20）、微量注射泵（18），塑料包裹体(6)、振动滑块（4）、振动底座（2）、MCU控制盒（3）和显示屏（7）；振动底座（2）与水平隔板（26）固定连接。

5.一种如权利要求1所述自动加药混合装置的自动加药混合方法，其特征是包括以下步骤：

1）MCU控制模块控制蒸馏水瓶（31）里的蒸馏水经过多通阀（20）、微量注射泵（18）、标定液两位两通电磁阀（11）注入到比色皿（42）内，光发射装置（41）和接收装置（43）采集到空白值电压值V₀，

2）外部水样经过取样管道（23）、多通阀（20）、微量注射泵（18）、多用两位两通电磁阀（13）注入到比色皿（42）内；

3）分别将4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液和N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液这两种药剂加入比色皿（42）；

4）MCU控制模块控制振动底座（2）内部的四个振动底座电磁铁及线圈（50）通电，并给四个振动滑块电磁铁及线圈（51）有序地通电，对比色皿（42）里面的药剂和水样进行混合；

5）光发射装置（41）和接收装置（43）采集到电压值V₁，MCU控制模块根据公式计算出混合液的吸光度值A。

6.根据权利要求5所述自动加药混合方法，其特征是：步骤1）中，MCU控制模块控制标定液两位两通电磁阀（11）打开，关闭多用两位两通电磁阀（13）和废液两位两通电磁阀（46），调整多通阀（20）使阀口f和阀口h的管道接通，控制微量注射泵（18）吸取能够将管道内残余液体全部推入比色皿（42）中的空气，控制阀口a和阀口h接通，微量注射泵（18）从蒸馏水瓶（31）内吸取蒸馏水，再次调整多通阀(21)使连接阀口f和阀口h接通，微量注射泵(18)将蒸馏水和空气注射到比色皿(42)内。

7.根据权利要求5所述自动加药混合方法，其特征是：步骤2）中，调整多通阀（20）的阀口g和阀口h接通，打开多用两位两通电磁阀（13），微量注射泵（18）吸取空气，使阀口e和阀口h接通，微量注射泵（18）吸取外部待测水样，控制阀口f和阀口h的管道接通，微量注射泵（18）将水样注射进比色皿（42）内，关闭多用两位两通电磁阀（13）。

8.根据权利要求5所述自动加药混合方法，其特征是：步骤3）中，使阀口g和阀口h接通，打开多用两位两通电磁阀（13），微量注射泵（18）吸取空气；使阀口c和阀口h接通，微量注射泵（18）吸取N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液瓶（28）内的药剂；使阀口g和阀口h接通，微量注射泵（18）工作，将N-（1-萘基）-乙二胺二盐酸盐溶液排入比色皿（42）内；按同时的方法将4-氨基苯磺酰胺和盐酸溶液瓶（27）内的药剂排入比色皿（42）内，然后关闭多用两位两通电磁阀（13）。