CN107560690A - 一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，包括定量管、超声波传感器和电路设备单元，与现有技术相比，超声波传感器采用高频超声波传感器，发射波束角12°，使液量测量误差控制在±0.015ml内，定量管采用高透明石英玻璃，定量过程中可通过防护罩上的长方形通孔实时观察管内液位情况，石英玻璃管耐强酸腐蚀耐高温，可满足不同试剂的使用条件；定量管内壁光滑，可有效避免挂液、积液等现象；定量管直径可根据试剂需求量进行定制，灵活调整；设置温度测量单元可以补偿温度对测量距离的影响以提高液位测量精度；此外，高频超声波传感器采用耐强酸强碱腐蚀的材质，可解决传感器在长期使用过程中被腐蚀的问题，保证传感器工作的稳定性。

Description

一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置

技术领域

本发明涉及高频超声波测距领域，具体来说是一种基于高频超声波的用于水质在线监测设备的试剂定量装置。

背景技术

工业上常常需要对液体高度进行定量，例如各种化学试剂的定量等，这些试剂的定量需要更加精确的测量工具，由于定量系统采用的定量管高度、宽度都在很小的范围内，存在近距离盲区问题，由此需要研发一款盲区小、发射角度小的液量定量装置，并能够准确的定量管内溶液高度，减小测量误差。

由于超声波传感器随着长时间的工作运行，超声波信号会相应衰减，而传统技术对此的处理方法，一般是对超声波信号进行固定增益放大，当超声波信号衰减时，达不到相应的采集效果，以至于更换新的传感器，增加项目成本，因此，我们需要研发一种具有自动增益调节功能的信号采集方法来代替这种传统的采集方案。基于此，我们设计一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，高精度液位定量技术是本系统的核心技术之一，该控制系统的实现通过高频超声波定量，精度高达几十ul，从而实现整个测量反应过程中试剂定量的准确性。同时无接触式定量方式实现精确进样和多种可配置进液流程，为不同试剂的定量提供保障。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，包括定量管、超声波传感器和电路设备单元，其特征在于：所述超声波传感器与电路设备单元固连，所述的定量管外设有防护罩，所述的电路设备单元与防护罩的顶端固连，所述的超声波传感器设置于定量管的上方，所述的超声波传感器用于向空气中发射超声波信号，并接收超声波信号，所述的超声波传感器与定量管之间设有四氟件a，所述的超声波传感器、定量管均与四氟件a固定连接，所述的定量管的下方设置有四氟件b，所述的定量管与四氟件b固定连接。

作为优选，所述的电路设备单元包括包括主控电路单元、超声波驱动电路单元、信号处理电路单元、温度测量单元、液位控制电路单元和通信单元，所述的温度测量单元、液位控制电路单元、通信单元均与主控电路单元相连，所述的主控电路单元与超声波驱动电路单元的输入端相连，所述的超声波驱动电路单元的输出端与超声波传感器的输入端相连，所述的超声波传感器的输出端与信号处理电路单元的输入端相连，所述的信号处理电路单元输出端的与主控电路单元相连。

作为优选，所述的防护罩的侧板上还设有长方形通孔。

作为优选，所述的防护罩的底端设有盖板，所述的四氟件b与盖板固连，所述的计量管穿过盖板与硬管接头相连，所述的硬管接头的四周设有紧固接头。

作为优选，所述的定量管采用透明石英玻璃管材质制备而成的。

作为优选，所述的超声波传感器采用高频超声波传感器，发射波束角12°。

本发明的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，与现有技术相比，超声波传感器采用高频超声波传感器，发射波束角12°，使液量测量误差控制在±0.015ml内，定量管采用高透明石英玻璃，定量过程中可通过防护罩上的长方形通孔实时观察管内液位情况，同时石英玻璃管耐强酸腐蚀耐高温，可满足不同试剂的使用条件；定量管内壁光滑，可有效避免挂液、积液等现象；定量管直径可根据试剂需求量进行定制，灵活调整；设置温度测量单元可以补偿温度对测量距离的影响以提高液位测量精度；此外，高频超声波传感器采用耐强酸强碱腐蚀的材质，可解决传感器在长期使用过程中被腐蚀的问题，保证传感器工作的稳定性。

附图说明

图1为本发明的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置的结构示意图；

图2为本发明的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置的透视图；

图3为本发明的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置电路设备单元部分的组成框图。

其中，1-定量管、2-超声波传感器、3-电路设备单元、4-防护罩、5-四氟件a、6-四氟件b、7-主控电路单元、8-超声波驱动电路单元、9-信号处理电路单元、10-温度测量单元、11-液位控制电路单元、12-通信单元、13-通孔、14-盖板、15-硬管接头、16-紧固接头

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

参照附图1和图2所示，一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，包括定量管1、超声波传感器2和电路设备单元3，所述超声波传感器2与电路设备单元3固连，所述的定量管1外设有防护罩4，所述的电路设备单元3与防护罩4的顶端固连，所述的超声波传感器2设置于定量管1的上方，所述的超声波传感器2用于向空气中发射超声波信号，并接收超声波信号，所述的超声波传感器2与定量管1之间设有四氟件a 5，所述的超声波传感器2、定量管1均与四氟件a 5固定连接，所述的定量管1的下方设置有四氟件b 6，所述的定量管1与四氟件b 6固定连接。

参照附图3，所述的电路设备单元3包括包括主控电路单元7、超声波驱动电路单元8、信号处理电路单元9、温度测量单元10、液位控制电路单元11和通信单元12，所述的温度测量单元10、液位控制电路单元11、通信单元12均与主控电路单元7相连，所述的主控电路单元7与超声波驱动电路单元8的输入端相连，所述的超声波驱动电路单元8的输出端与超声波传感器2的输入端相连，所述的超声波传感器2的输出端与信号处理电路单元9的输入端相连，所述的信号处理电路单元9输出端的与主控电路单元7相连。

作为优选，所述的防护罩4的底端设有盖板14，所述的四氟件b 6与盖板14固连，所述的计量管1穿过盖板14与硬管接头15相连，所述的硬管接头15的四周设有紧固接头16。

需要说明的是，定量结构中定量管1采用高透明石英玻璃，定量过程中可实时观察管内液位情况，同时耐强酸腐蚀耐高温，可满足不同试剂的使用条件；定量管1内壁光滑，可有效避免挂液、积液等现象；定量管1直径可根据试剂需求量进行定制，灵活调整，高频超声波传感器采用耐强酸强碱腐蚀的材质，可解决传感器在长期使用过程中被腐蚀的问题，保证传感器工作的稳定性。

本发明通过高频超声波定量系统控制试剂进样量，由于定量系统采用的定量管高度、宽度都在很小的范围内，存在近距离盲区问题，由此需要选择一款盲区小、发射角度小的超声波传感器进行液量定量，根据超声波的特性，超声波的频率越高，盲区越小，但是频率越高，衰减就会越快，因此要求合理的选择超声波频率,作为优选，本发明提供了一种我司专门定制的高频超声波传感器，发射波束角12°，使液量测量误差控制在±0.015ml内。

本发明中，高精度液位定量技术是本系统的核心技术之一，对反射回来的高频超声波信号，本方案设计了一套独有的信号处理方法。由于超声波传感器随着长时间的工作运行，超声波信号会相应衰减，因此我们设计了一种可自动调节信号增益的信号采集方法，通过软硬件结合实时控制电位器从而调节信号幅度，即使超声波信号衰减，在不更换传感器的前提下，也能达到相应的采集效果，节约了项目成本，为试剂的精确定量提供保障。

通过安装在定量管内的高频超声波传感器，发送特定频率的高频超声波信号，回波信号依次通过高频传感器、低噪声高速有源运算放大器、三阶巴特沃斯滤波器、可变增益放大器、以及精密的电压比较电路。经过相关处理后，输入单片机的输入捕捉中断，计算经历的往返时间，间接计算管内液面的高度，最终得到定量管内液体的液量。

下面通过使用方法进一步说明实施方法：主控电路单元7通过专门定制的收发一体高频传感器，向完全密封的管内发射特定频率的超声波信号，利用超声波极佳的方向性和反射性，传感器会接受来自反射面的超声波，反射回来的超声波通过超声波传感器2再传递给信号处理电路单元9，主控电路单元7接收到信号处理电路单元9处理好的信号测量时间差，并计算超声波的往返时间t，再经过温度测量单元10补偿温度对测量距离的影响以提高液位测量精度，从而间接计算出管内液面的高度，并通过通信单元12发送交互命令告诉交互设备。

综上所述，本发明的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，与现有技术相比，超声波传感器2采用高频超声波传感器，发射波束角12°，使液量测量误差控制在±0.015ml内，定量管1采用高透明石英玻璃，定量过程中可通过防护罩4上的长方形通孔13实时观察管内液位情况，同时石英玻璃管耐强酸腐蚀耐高温，可满足不同试剂的使用条件；定量管1内壁光滑，可有效避免挂液、积液等现象；定量管1直径可根据试剂需求量进行定制，灵活调整；设置温度测量单元10可以补偿温度对测量距离的影响以提高液位测量精度；此外，高频超声波传感器采用耐强酸强碱腐蚀的材质，可解决传感器在长期使用过程中被腐蚀的问题，保证传感器工作的稳定性。

可以理解，本发明的核心技术方案是通过采用专门定制的高频超声波测量实现试剂定量检测。该系统中采用的各装置设备的具体结构、类型，及其不同设备、装置之间的连接构件的结构、形状、材质等均无具体限制，可根据实际情况合理选择。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，包括定量管(1)、超声波传感器(2)和电路设备单元(3)，其特征在于：所述超声波传感器(2)与电路设备单元(3)固连，所述的定量管(1)外设有防护罩(4)，所述的电路设备单元(3)与防护罩(4)的顶端固连，所述的超声波传感器(2)设置于定量管(1)的上方，所述的超声波传感器(2)用于向空气中发射超声波信号，并接收超声波信号，所述的超声波传感器(2)与定量管(1)之间设有四氟件a(5)，所述的超声波传感器(2)、定量管(1)均与四氟件a(5)固定连接，所述的定量管(1)的下方设置有四氟件b(6)，所述的定量管(1)与四氟件b(6)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，其特征在于：所述的电路设备单元(3)包括包括主控电路单元(7)、超声波驱动电路单元(8)、信号处理电路单元(9)、温度测量单元(10)、液位控制电路单元(11)和通信单元(12)，所述的温度测量单元(10)、液位控制电路单元(11)、通信单元(12)均与主控电路单元(7)相连，所述的主控电路单元(7)与超声波驱动电路单元(8)的输入端相连，所述的超声波驱动电路单元(8)的输出端与超声波传感器(2)的输入端相连，所述的超声波传感器(2)的输出端与信号处理电路单元(9)的输入端相连，所述的信号处理电路单元(9)输出端的与主控电路单元(7)相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，其特征在于：所述的防护罩(4)的侧板上还设有长方形通孔(13)。

4.根据权利要求1所述的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，其特征在于：所述的防护罩(4)的底端设有盖板(14)，所述的四氟件b(6)与盖板(14)固连，所述的计量管(1)穿过盖板(14)与硬管接头(15)相连，所述的硬管接头(15)的四周设有紧固接头(16)。

5.根据权利要求1所述的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，其特征在于：所述的定量管(1)采用透明石英玻璃管材质制备而成的。

6.根据权利要求1所述的一种用于水质在线监测设备的试剂定量装置，其特征在于：所述的超声波传感器(2)采用高频超声波传感器，发射波束角12°。