CN107152394B - 一种定量泵精度评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种定量泵精度评价方法及系统，该方法通过利用计算机对被评价的定量泵重复吸水或者排水进行控制，对水量进行称量，在计算机中对数据进行处理，该系统包括用于被评价定量泵的固定的定量泵安装固定平台、被评价定量泵吸液排液时所采用的液体、连接在被评价定量泵两端的管路系统、对被评价定量泵排出的液体进行称量的量具；还包括被评价定量泵的驱动单元、控制单元、数据采集单元和数据处理单元；所述的驱动单元在控制单元控制下，驱动被评价定量泵按照设定的刻度吸液和排液，所述的数据采集单元在所述的控制单元控制下，采集所述的量具的称量结果与被评价定量泵设定的刻度输入到数据处理单元。本发明专利的特点是从简单的原理入手，逐个解决工程实现中的影响因素，制作容易实现，自动化程度高，剔除了人为因素干扰。

Description

一种定量泵精度评价方法及系统

技术领域

本发明涉及定量泵精度评价方法及系统。

背景技术

近几年医疗设备快速发展，其中IVD设备中用到的定量泵种类越来越多，定量泵的精度要求也越来越高，从几十微升到几微升，甚至百分微升；这些要求对定量泵制造厂家提出了更高的挑战；即如何保证设计出、制造出高精密的泵，同时又能精确地检测出各项指标水平，从而让客户信任。但是目前还没有对定量泵的精度进行评价的可行的方法和装置。

定量泵吸液、排液精度测试方法，一般来讲主要由这几个部分构成：(1)定量泵驱动精度，保证实际排液量；(2)定量泵安装装置不能对吸排液带来影响；(3)排液管路影响要小；(4)精密称液仪器；(5)记录多次测试数据；(6)统计分析数据，给出精密度水平。

对于这个方法，实际应用会存在以下几个问题需要解决：

(1)驱动软件稳定性及精度；

(2)安装装置要平稳、不能有震动、更不能与柱塞运动有谐振；

(3)排液管路弹性、液流震荡、毛细现象等影响排液精度；

(4)精密称水仪器在达微升级后受周围环境的影响较大；比如噪声、空气扰动、温度、空气流动等；

(5)测试过程需要手工参与更换，带入测量系统影响因素；

(6)测试结果记录、统计分析多用手工记录，繁琐、效率低；

当前，针对微量液体检测系统，已有很多技术人员做了做了很多探索和发明。比如：中国专利申请号CN200910224031公开了-一种用于计量微量液体的测试装置：主要构成为微管路、游标卡尺以及相关附件，通过精确测量液柱长度，再乘以管内径即可得到液量。

该测试装置解决了液体蒸发对测试结果带来的影响，但人工读数、微管路毛细现象、人工统计分析等问题还存在，其主要解决了测试装置便携性的问题；同时测试范围太小。另外，中国专利CN201010031354公开了微量液体体积测量的方法及装置：在微管路内设置两对微电极，利用液体的导电性，电极作为液流观测的起点和终点，同时通过电极电压的变化获取时间；根据起点、终点距离以及时间就可以获取流速，有了流速、时间就可以获取所测量的液量。

该专利解决了自动读数，以及结构简单、容易制作等的问题，但微管路毛细现象没有妥善解决；同时该测试需要导电粒子，增加使用条件限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是准确评价定量泵精度的测试检验方法。提供一种定量泵精度评价方法及系统。

本发明的技术方案：一种定量泵精度评价方法，该方法采用直接使用被评价的定量泵吸液、排液的方式进行评价，包括以下步骤：

步骤1、取得测量数据的步骤，该步骤中，控制被评价的定量泵按照设定的刻度吸液、排液，并对排出的液体进行称量，记录该设定的刻度和称量结果数据，直到事先设定的所有刻度都完成，设定的刻度中至少有一个设定的刻度需要重复规定的次数；

步骤2、对取得的测量数据进行处理的步骤，该步骤中对记录的设定的刻度和称量结果数据进行处理，获得该被评价的定量泵的重复性、准确性，线性精度；

步骤3、判断该被评价的定量泵是否符合标准的步骤，该步骤中，将步骤2中获得的该被评价的定量泵的重复性、准确性，线性精度指标与已有的标准相比较。

本发明专利的特点是从简单的原理入手，逐个解决工程实现中的影响因素，制作容易实现，自动化程度高，剔除了人为因素干扰。

进一步的，上述的定量泵精度评价方法中：所述的步骤1具体包括：

步骤11、控制定量泵按照设定的刻度吸液、排液，并保存排出的液体；

步骤12、对排出的液体进行称量，记录该设定的刻度和称量结果；

步骤13、检查记录结果，如果该设定的刻度吸液、排液次数达到设定的次数，则转向步骤14，否则转向步骤11；

步骤14、改变设定的刻度转向步骤11，直到所有事先选定做的设定的刻度全部测量完毕。

进一步的，上述的定量泵精度评价方法中：被评价的定量泵吸液、排液的液体为纯水，对排出的液体进行称量所采用的量具是精密天平。

进一步的，上述的定量泵精度评价方法中：在被评价的定量泵进行吸液之前，还需要排空其中的残存空气。

本发明还提供一种定量泵精度评价系统，包括用于被评价定量泵的固定的定量泵安装固定平台、被评价定量泵吸液排液时所采用的液体、连接在被评价定量泵两端的管路系统、对被评价定量泵排出的液体进行称量的量具；还包括被评价定量泵的驱动单元、控制单元、数据采集单元和数据处理单元；所述的驱动单元在控制单元控制下，驱动被评价定量泵按照设定的刻度吸液和排液，所述的数据采集单元在所述的控制单元控制下，采集所述的量具的称量结果与被评价定量泵设定的刻度输入到数据处理单元。

该系统是一种从简单的原理入手，逐个解决工程实现中的影响因素，制作容易实现，自动化程度高，剔除了人为因素干扰的定量泵评价系统。

进一步的，上述的定量泵精度评价系统中：还包括排空所述的被评价定量泵中残存气体的清洗泵。

进一步的，上述的定量泵精度评价系统中：所述的管路系统由刚性的管道连成。

进一步的，上述的定量泵精度评价系统中：所述的液体为纯水，所述的量具为精密称重仪器，具有与所述的数据处理单元通信的接口。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本发明定量泵评价流程图。

图2为本发明定量泵的评价系统结构框图。

图3为本发明定量泵的评价系统零位传感器结构图。

具体实施方式

实施例1，本发明的目的在于评价定量泵的精度，包括重复性、准确性，线性精度等指标，评价过程如图1所示，包括以下步骤：

1、准备工作：包括定量泵安装、电机驱动联接、零位传感器联接、管路系统灌注、除气泡、天平稳定性确认。

2、PC启动上位机：测量泵型号、驱动精度、排液量、天平稳定时间、系统误差补偿等设置。

3、上位机软件开始启动。

4、驱动单元驱动定量泵按预定工作时序开始吸排液；该步骤中包括以下步骤：

41、控制定量泵按照设定的刻度吸液、排液，并保存排出的液体。

42、对排出的液体进行称量，记录该设定的刻度和称量结果，如设定的刻度为X时，第一次称量结果是X1、第二次称量结果是X2、这样下去X3、X4直到设定的次数n时，称量结果是Xn。

43、检查记录结果，如果该设定的刻度吸液、排液次数达到设定的次数，则转向步骤44，否则转向步骤41。

44、改变设定的刻度转向步骤41，直到所有事先选定做的设定的刻度全部测量完毕。该设定的刻度为X＝X+D,如设定的刻度X为5％，D为10％，则可选择的定刻度百分之5、15、25、35、45、55、65、75、85、95共十组，这样循环十次就可以获得整个测量数据。

5、数据采集：上位机实时读取吸液完成时刻、排液完成时刻称水平台的值。

6、数据保存，按预定模板保存并进行性能水平计算，根据接受标准判定PASS orFAIL。该步骤中包括：

61、PC上位机对取得的测量数据进行处理，该步骤中对记录的设定的刻度和称量结果数据进行处理，获得该被评价的定量泵的重复性、准确性，线性精度。

对每个刻度进行数据处理，可以计算出重复性CV和准确度ACC；下面以刻度X为例计算该刻度的重复性CV和准确度ACC。

计算标准差S：

计算平均值X0：

计算重复性CV：

计算准确度ACC：

这样可以计算出十个刻度标准差S、平均值X0、重复性CV、准确度ACC。线性精度可以根据多组检测数据进行评价：如用上面步骤44中获得的十组数据，计算出每个刻度的平均值X10、X20、……X100按照下式计算出线性精度D：

上式中K是设定刻度之间的差值，如上面步骤44中的差是10％一样。

62、PC上位机判断该被评价的定量泵是否符合标准；该步骤中，将步骤61中获得的该被评价的定量泵的重复性、准确性，线性精度指标与已有的标准相比较。

7、第一次测试结束，继续进行第二次测试循环；直至预先设定的测试次数完成即结束。

上面评价过程采用如图2所示的系统：包括计算机、驱动单元、定量泵安装固定架、管路、精密称水仪器稳定平台结构以及数据采集系统等所构成的系统结构。利用计算机PC作为控制装置和数据处理装置。

因此，被评价定量泵的固定的定量泵安装固定平台、水源、连接在被评价定量泵两端的管路系统、对被评价定量泵排出的液体进行称量的精密称水仪器；还包括被评价定量泵的驱动单元、控制单元、数据采集单元和数据处理单元；驱动单元在控制单元控制下，驱动被评价定量泵按照设定的刻度吸液和排液，数据采集单元在控制单元控制下，采集所述的精密称水仪器的称量结果与被评价定量泵设定的刻度输入到数据处理单元。

具体的上系统中：

计算机，PC(上位机)用于对定量泵的驱动单元和实验过程进行控制和对实验数据进行处理，在计算机上包括了人机交互界面、参数设置、数据自动读取、数据保存路径。

驱动单元：包括定量泵电机驱动、零位传感器信号控制、运动精度控制。本实施例中，电机由驱动单元中的两相双极式步进电机驱动芯片实现驱动，其输出由DMOS的双H桥完成，输入由驱动单元主控芯片的脉冲信号和方向信号进行电机运动控制。

零位传感器由光敏三极管组成，当零位传感器侦测到定量泵运行至零位时，将通过三极管的开关信号反馈至驱动单元主控芯片。如图3所示。

零位传感器在未侦测到零位时，三极管导通，驱动单元端口4接地为低电平；零位传感器侦测到零位时，三极管截止，驱动单元端口4由于受到上拉作用为高电平，以此为信号作为零位判断依据。

定量泵内部线性运动机构上具有遮光挡片，当定量泵运行排液指令且完全排空时，此遮光挡片将立即触发零位传感器的零位信号，代表定量泵处于完全排空状态，此时驱动单元将停止发送排液指令，并发送吸液指令，反之遮光挡片未触发零位传感器的零位信号，则代表定量泵处于非完全排空状态，此时驱动单元可继续发送排液指令，亦可发送吸液指令。

由于定量泵线性传动的机械特征，使其存在无法消除的反向间隙，系统运行时，驱动单元将在定量泵吸入或排除的反向时序运行前自动插入补偿时序，以实现间隙补偿，确保其运动精度。

定量泵及固定架：稳定可靠的固定定量泵，具有减震等功能；同时驱动单元、电源及管路灌注等附件。

管路系统，包括特定内径、弹性很小的管路，排液端为特制的不锈钢针，可以消除液流毛细现象、液流泵吸效应。

精密称水仪器及支撑平台，包括精密称量电子仪器、全封闭式安放平台、高稳定度。

数据采集系统：实时读取称量仪器读数，精确选取有效数据，并完成数据记录、分析等工作。

Claims (8)

1.一种定量泵精度评价方法，其特征在于：该方法采用直接使用被评价的定量泵吸液、排液的方式进行评价，包括以下步骤：

步骤1、取得测量数据的步骤，该步骤中，控制被评价的定量泵按照设定的刻度吸液、排液，并对排出的液体进行称量，记录该设定的刻度和称量结果数据，直到事先设定的所有刻度都完成，设定的刻度中至少有一个设定的刻度需要重复规定的次数；

步骤2、对取得的测量数据进行处理的步骤，该步骤中对记录的设定的刻度和称量结果数据进行处理，获得该被评价的定量泵的重复性、准确性，线性精度；

步骤3、判断该被评价的定量泵是否符合标准的步骤，该步骤中，将步骤2中获得的该被评价的定量泵的重复性、准确性，线性精度指标与已有的标准相比较。

2.根据权利要求1所述的定量泵精度评价方法，其特征在于：所述的步骤1具体包括：

步骤11、控制定量泵按照设定的刻度吸液、排液，并保存排出的液体；

步骤12、对排出的液体进行称量，记录该设定的刻度和称量结果；

步骤13、检查记录结果，如果该设定的刻度吸液、排液次数达到设定的次数，则转向步骤14，否则转向步骤11；

步骤14、改变设定的刻度转向步骤11，直到所有事先选定做的设定的刻度全部测量完毕。

3.根据权利要求1或2所述的定量泵精度评价方法，其特征在于：被评价的定量泵吸液、排液的液体为水，对排出的液体进行称量所采用的量具是精密天平。

4.根据权利要求3所述的定量泵精度评价方法，其特征在于：在被评价的定量泵进行吸液之前，还需要排空其中的残存空气。

5.一种定量泵精度评价系统，包括用于被评价定量泵的固定的定量泵安装固定平台、被评价定量泵吸液排液时所采用的液体、连接在被评价定量泵两端的管路系统、对被评价定量泵排出的液体进行称量的量具；其特征在于：还包括被评价定量泵的驱动单元、控制单元、数据采集单元和数据处理单元；所述的驱动单元在控制单元控制下，驱动被评价定量泵按照设定的刻度吸液和排液，所述的数据采集单元在所述的控制单元控制下，采集所述的量具的称量结果与被评价定量泵设定的刻度输入到数据处理单元。

6.根据权利要求5所述的定量泵精度评价系统，其特征在于：还包括排空所述的被评价定量泵中残存气体的清洗泵。

7.根据权利要求5所述的定量泵精度评价系统，其特征在于：所述的管路系统由刚性的管道连成。

8.根据权利要求5所述的定量泵精度评价系统，其特征在于：所述的液体为密度已知不易挥发的液体，所述的量具为精密称重仪器，具有与所述的数据处理单元通信的接口。