CN107560923B - 一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水质检测分析技术领域，公开了一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统和方法，包括溢流瓶、采样泵、稀释水泵、三通、混合单元、混合泵和控制单元；通过控制采样泵和稀释水泵运行时间实现按比例稀释水样，然后通过混合泵混合水样，测定结束后排放混合水样，当按一定倍数稀释后所测结果依然超出检出限，则系统自动扩大稀释倍数。本发明水样稀释倍数为几倍到几十倍，实现了在线对高浓度水样的快速、精确稀释，扩大了在线水质检测量程，自动切换稀释倍数，人工干预少，自动化程度高。

Description

一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统和方法

技术领域

本发明属于水质检测分析技术领域，具体的说，是涉及一种适用于在线分析高浓度水质指标的水样稀释系统和方法。

背景技术

由于水质检测分析方法测定范围的局限性，致使水质在线检测仪表测定范围受限，然而，所测水样水质指标多变，特别是污水成分复杂，水质指标浓度较大，现有的大部分水质在线检测仪表在一定程度上不能满足需要。

由于技术限制不能对高浓度水样的水质指标直接进行测定，常规的方式是利用稀释设备将所测高浓度水样进行稀释，即根据稀释倍数，精确量取一定量的高浓度水样，再精确量取一定量的蒸馏水进行混合，使其浓度降低至仪表检出限范围内，发明专利CN102778383B公布了一种溶液自动稀释设备，该设备作为液体分析前的预处理单元，将水样和稀释水分别注入稀释容器中，混合均匀后再抽取混合后的水样进行测定，这种方式需要大量的稀释水，并且增加了水质分析测定周期，步骤繁琐。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统和方法，实现了在线对高浓度水样的快速、精确稀释，扩大了在线水质检测量程，自动切换稀释倍数，人工干预少，自动化程度高。

本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统，包括溢流瓶、采样泵、稀释水泵、三通、混合单元、混合泵和控制单元；

所述溢流瓶贮存待检测水样，所述采样泵的进口连接所述溢流瓶的出口，所述采样泵的出口与所述稀释水泵的出口分别与所述三通的两个进口连接，所述三通的出口连接所述混合单元的进口，所述混合单元的出口连接所述混合泵的进口，所述混合泵的出口和所述溢流瓶的溢流口均连接喇叭口排水管，所述混合泵用于混合和排放稀释水样；所述混合单元中的稀释水样由在线水质仪表进行在线检测；

所述控制单元通过数据线缆与所述采样泵、所述稀释水泵、所述混合泵连接；所述控制单元分别控制所述采样泵、所述稀释水泵的开启、关闭和运行时间；所述控制单元控制所述混合泵正转和反转的开启、关闭，并控制所述混合泵正转和反转的运行时间；

所述控制单元与所述在线水质仪表连接，所述控制单元向所述在线水质仪表发出检测信号，使所述在线水质仪表测定所述混合单元的水样浓度；所述控制单元采集所述在线水质仪表所测定的水样浓度，与所述控制单元所设定的在线水质仪表检出限范围相比较作出判断，并根据判断结果控制所述采样泵、所述稀释水泵的运行时间。

所述混合泵通过鼓泡方式对所述混合单元中的稀释水样进行混合。

所述采样泵和所述稀释水泵均采用流量范围在0～160ml/min、精度在5‰以上的蠕动泵。

所述混合泵采用流量范围在0～250ml/min、精度在5％以上的蠕动泵。

所述采样泵、所述稀释水泵、所述混合泵均采用步进电机驱动，三者各自的步进电机分别通过步进电机控制器与所述控制单元连接。

一种利用上述扩大在线水质检测量程的水样稀释系统的水样稀释方法，包括如下步骤：

(1)所述控制单元控制所述采样泵运行a秒，使水样通过所述三通进入所述混合单元；

(2)所述控制单元向所述在线水质仪表发出检测信号，使所述在线水质仪表测定所述混合单元中的水样浓度；

(3)所述控制单元控制所述混合泵开启排液功能，所述混合泵排出所述混合单元中的水样；

(4)所述控制单元采集所述在线水质仪表所测定的水样浓度，并判断水样浓度是否在所述控制单元设定的在线水质仪表检出限[0，F]内；若水样浓度在在线水质仪表检出限[0，F]内，则执行步骤(1)；若水样浓度超出在线水质仪表检出限[0，F]，即执行步骤(5)；

(5)所述控制单元控制所述采样泵运行a_m秒，使水样通过所述三通进入所述混合单元；

(6)所述控制单元控制所述稀释水泵运行b_m秒，使稀释水通过所述三通进入所述混合单元；

a、a_m、b_m满足如下关系式：

其中，a为步骤(1)的所述采样泵的运行时间，a_m为步骤(5)的所述采样泵的运行时间，Q₁为所述采样泵的流量，b_m为步骤(6)的所述稀释水泵的运行时间，Q₂为所述稀释水泵的流量；n_m为稀释倍数，取n₀＝1；m的起始值为1，当m＝1时，n₁＝5；当m≥2时，n_m＝2n_m-1；

(7)所述控制单元控制所述混合泵开启混合功能c秒，通过鼓泡方式对所述混合单元中的水样和稀释水进行混合；

(8)所述控制单元控制所述混合泵等待d秒，同时所述控制单元向所述在线水质仪表发出检测信号，使所述在线水质仪表测定所述混合单元中的稀释水样浓度；

(9)所述在线水质仪表测定结束后，所述控制单元控制所述混合泵开启排液功能，所述混合泵排出所述混合单元中的稀释水样；

(10)所述控制单元采集所述在线水质仪表所测定的稀释水样浓度，并与所述控制单元所设定的在线水质仪表检出限范围相比较，根据比较结果分为以下三种情况：

A.若所述控制单元判断稀释水样浓度超出在线水质仪表检出限[0，F]，系统自动继续稀释水样，令m＝m+1，执行步骤(5)；

B.若所述控制单元判断稀释水样浓度在[F*(n_m-1/n_m),F]范围内，令m＝m，执行步骤(5)；

C.若所述控制单元判断稀释水样浓度在[0,F*(n_m-1/n_m))范围内，当m≥2时，令m＝m-1，执行步骤(5)；当m＝1时，执行步骤(1)。

本发明的有益效果是：

本发明采用在线稀释，即稀释操作为在线水质仪表检测水质指标的步骤之一；起始水样检测时，水样泵入固定容积的混合单元，当检测值在仪表设定检出限范围内时不进行稀释步骤；当检测值超出仪表设定检出限时，根据控制单元的设定对水样扩大倍数稀释，此时水样和稀释水共同泵入固定容积的混合单元，混合完成后控制单元指令仪表对稀释水样进行检测，根据检测结果进一步调整稀释倍数；在线稀释大大提高了高浓度水样水质检测的自动化程度，减少人工干预，效率高。

在此基础上，本发明实现了自动控制，通过控制单元控制采样泵、稀释水泵的运行时间来控制稀释倍数；该发明稀释倍数从几倍到几十倍，亦即将在线水质仪表的检出限扩大了数十倍，使其检测量程大幅度提高；对比来讲，一些稀释方法作为在线水质仪表的前处理，需要设置一个含有溢流口的单独稀释设备，对水样进行稀释后再取其中一小部分混合液进行检测，实现稀释液实时混合的目的，这样便有一部分混合液流失，浪费大量的稀释水；而本发明无需另外增加稀释单元，混合单元即作为仪表的检测单元，无论稀释与否，检测水样量均为混合单元的容积，因此大大减少了稀释水的用量，同时也减少了仪表测定水样水质指标的步骤。

另外，本发明的混合泵既用于通过鼓泡方式稀释水样和稀释水样，又用于排放结束废液，减少了设备成本，并且相比传统使用夹管阀排放废液容易出现排放管破损的问题，该发明采用混合泵排放废液在一定程度上解决了实际使用过程中寿命较短的问题。

附图说明

图1是本发明所提供的水样稀释系统的结构示意图；

图2是本发明所提供的水样稀释方法的控制流程图。

上述图中：1、溢流瓶；2、溢流口；3、采样泵；4、稀释水泵；5、三通；6、混合单元；7、混合泵；8、喇叭口排水管；9、控制单元；10、数据线缆。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，本实施例提供了一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统，水样稀释倍数可达几倍到几十倍，主要包括溢流瓶1、采样泵3、稀释水泵4、三通5、混合单元6、混合泵7和控制单元9。

溢流瓶1贮存待检测水样，采样泵3的进口连接溢流瓶1的出口，采样泵3的出口与稀释水泵4的出口分别与三通5的两个进口连接，三通5的出口连接混合单元6的进口，混合单元6的出口连接混合泵7的进口，混合泵7通过鼓泡方式对混合单元6中的稀释水样进行混合。混合单元6中的稀释水样由在线水质仪表进行在线检测。由此，水样稀释系统实现在线稀释，混合单元6直接作为在线水质仪表的反应单元。

采样泵3和稀释水泵4均选用流量范围在0～160ml/min、精度在5‰以上的蠕动泵抽取水样和稀释液，从而达到精确量取水样和稀释液的目的，保证稀释倍数的可靠性。采样泵3和稀释水泵4均采用步进电机驱动，步进电机通过步进电机控制器与控制单元9连接。

混合泵7用于混合和排放稀释稀释水样，因此采用流量范围在0～250ml/min、精度在5％以上的蠕动泵。混合泵7采用步进电机驱动，步进电机通过步进电机控制器与控制单元9连接。控制单元9发出混合泵7正转指令，混合泵7正转，通过鼓泡方式使水样和稀释液充分混合；控制单元9发出混合泵7反转指令，混合泵7反转，排放结束废液。

溢流瓶1的溢流口2和混合泵7的出口均连接喇叭口排水管8。

采样泵3、稀释水泵4和混合泵7均通过数据线缆10连接控制单元9，控制单元9连接在线水质仪表。

控制单元9用于通过步进电机控制器分别控制采样泵3、稀释水泵4开启和关闭，并控制采样泵3、稀释水泵4的运行时间，以保证水样和稀释水样的混合比例。

控制单元9用于通过步进电机控制器控制混合泵7正转和反转的开启和关闭，并控制混合泵7正转和反转的运行时间，以保证混合单元6中水样和稀释水样的混合时间以及混合单元6中的稀释水样的排液。

控制单元9用于向在线水质仪表发出检测信号，使在线水质仪表测定混合单元6的水样浓度；还用于采集在线水质仪表所测定的水样浓度，与控制单元9所设定的在线水质仪表检出限范围相比较作出判断，并根据判断结果控制采样泵3、稀释水泵4的运行时间。

水样和稀释水分别通过采样泵3和稀释水泵4精确的注入混合单元6中，通过混合泵7混合均匀后，检测结束的废液由混合泵7排放到喇叭口排放管8，溢流瓶1所溢流出的水样也进入喇叭口排放管8。

如图2所示，基于上述扩大在线水质检测量程的水样稀释系统，本实施例还提供了一种扩大在线水质检测量程的水样稀释方法，具体按照如下步骤进行：

(1)控制单元9控制采样泵3运行a秒，使水样通过三通5进入混合单元6；

(2)混合单元6中的水样充满后，控制单元9向在线水质仪表发出检测信号，使在线水质仪表测定混合单元6的水样浓度；

(3)在线水质仪表测定结束后，控制单元9控制混合泵7开启排液功能，混合泵7排出混合单元6中的水样；

(4)控制单元9采集在线水质仪表所测定的水样浓度，并与控制单元9所设定的在线水质仪表检出限范围相比较，控制单元9判断水样浓度是否在在线水质仪表检出限[0，F]内；若水样浓度在在线水质仪表检出限[0，F]内，则根据在线水质仪表检测周期进入下一次测量，即重复步骤(1)；若水样浓度超出在线水质仪表检出限[0，F]，系统自动稀释水样，即执行步骤(5)；

在线水质仪表检测周期为根据具体工况预设，一般在设定为几分钟到几小时均可。

(5)控制单元9控制采样泵3运行a_m秒，使水样通过三通5进入混合单元6；

(6)控制单元9控制采样泵3停止，并控制稀释水泵4运行b_m秒，使稀释水通过三通5进入混合单元6，即水样稀释n_m倍；

a、a_m、b_m满足如下关系式：

其中，a为步骤(1)的采样泵3运行时间，a_m为步骤(5)的采样泵3运行时间，Q₁为采样泵3流量，b_m为步骤(6)的稀释水泵4运行时间，Q₂为稀释水泵4流量；n_m为稀释倍数，取n₀＝1；m的起始值为1，当m＝1时，n₁＝5；当m≥2时，n_m＝2n_m-1，(即n＝5、10、20、40、80…)；

(7)控制单元9控制稀释水泵4停止，并控制混合泵7开启混合功能c秒，通过鼓泡方式对混合单元6中的水样和稀释水进行混合；

(8)控制单元9控制混合泵7停止混合功能并等待d秒，同时控制单元9向在线水质仪表发出检测信号，使在线水质仪表测定混合单元6中的稀释水样浓度；

(9)在线水质仪表测定结束后，控制单元9控制混合泵7开启排液功能，混合泵7排出混合单元6中的稀释水样；

(10)控制单元9采集在线水质仪表所测定的水样浓度，并与控制单元9所设定的在线水质仪表检出限范围相比较，根据比较结果分为以下三种情况：

A.若控制单元9判断稀释水样浓度超出在线水质仪表检出限[0，F]，系统自动继续稀释水样，令m＝m+1，执行步骤(5)；

B.若控制单元9判断稀释水样浓度在[F*(n_m-1/n_m),F]范围内，令m＝m，执行步骤(5)；

C.若控制单元9判断稀释水样浓度在[0,F*(n_m-1/n_m))范围内，当m≥2时，令m＝m-1，执行步骤(5)；当m＝1时，执行步骤(1)。

最终，当达到预设检测时间或需要更换药剂或稀释水消耗殆尽，控制单元9控制采样泵3、稀释水泵4和混合泵7停止，整体在线检测流程结束。

可见，本发明通过控制单元9控制采样泵3和稀释水泵4运行时间实现按比例稀释水样，然后通过混合泵7在混合单元6中稀释水样，测定结束后混合泵7排放稀释水样，当按一定倍数稀释后所测结果依然超出检出限，则系统自动扩大稀释倍数。本发明水样稀释倍数为几倍到几十倍，实现了在线对高浓度水样的快速、精确稀释，扩大了在线水质检测量程，自动切换稀释倍数，人工干预少，自动化程度高。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统，其特征在于，包括溢流瓶、采样泵、稀释水泵、三通、混合单元、混合泵和控制单元；

所述溢流瓶贮存待检测水样，所述采样泵的进口连接所述溢流瓶的出口，所述采样泵的出口与所述稀释水泵的出口分别与所述三通的两个进口连接，所述三通的出口连接所述混合单元的进口，所述混合单元的出口连接所述混合泵的进口，所述混合泵的出口和所述溢流瓶的溢流口均连接喇叭口排水管，所述混合泵用于混合和排放稀释水样；所述混合单元中的稀释水样由在线水质仪表进行在线检测；所述混合泵通过鼓泡方式对所述混合单元中的稀释水样进行混合；

所述控制单元通过数据线缆与所述采样泵、所述稀释水泵、所述混合泵连接；所述控制单元分别控制所述采样泵、所述稀释水泵的开启、关闭和运行时间；所述控制单元控制所述混合泵正转和反转的开启、关闭，并控制所述混合泵正转和反转的运行时间；

所述控制单元与所述在线水质仪表连接，所述控制单元向所述在线水质仪表发出检测信号，使所述在线水质仪表测定所述混合单元的水样浓度；所述控制单元采集所述在线水质仪表所测定的水样浓度，与所述控制单元所设定的在线水质仪表检出限范围相比较作出判断，并根据判断结果控制所述采样泵、所述稀释水泵的运行时间；

通过控制单元控制采样泵和稀释水泵运行时间实现按比例稀释水样，然后通过混合泵在混合单元中稀释水样，测定结束后混合泵排放稀释水样，当按一定倍数稀释后所测结果依然超出检出限，则系统自动扩大稀释倍数；

基于上述扩大在线水质检测量程的水样稀释系统实现的水样稀释方法，具体包括如下步骤：

(1)所述控制单元控制所述采样泵运行a秒，使水样通过所述三通进入所述混合单元；

(2)所述控制单元向所述在线水质仪表发出检测信号，使所述在线水质仪表测定所述混合单元中的水样浓度；

(3)所述控制单元控制所述混合泵开启排液功能，所述混合泵排出所述混合单元中的水样；

(4)所述控制单元采集所述在线水质仪表所测定的水样浓度，并判断水样浓度是否在所述控制单元设定的在线水质仪表检出限[0，F]内；若水样浓度在在线水质仪表检出限[0，F]内，则执行步骤(1)；若水样浓度超出在线水质仪表检出限[0，F]，即执行步骤(5)；

(5)所述控制单元控制所述采样泵运行a_m秒，使水样通过所述三通进入所述混合单元；

(6)所述控制单元控制所述稀释水泵运行b_m秒，使稀释水通过所述三通进入所述混合单元；

a、a_m、b_m满足如下关系式：

a_m×Q₁+b_m×Q₂＝a×Q₁；

其中，a为步骤(1)的所述采样泵的运行时间，a_m为步骤(5)的所述采样泵的运行时间，Q₁为所述采样泵的流量，b_m为步骤(6)的所述稀释水泵的运行时间，Q₂为所述稀释水泵的流量；n_m为稀释倍数，取n₀＝1；m的起始值为1，当m＝1时，n₁＝5；当m≥2时，n_m＝2n_m-1；

(7)所述控制单元控制所述混合泵开启混合功能c秒，通过鼓泡方式对所述混合单元中的水样和稀释水进行混合；

(8)所述控制单元控制所述混合泵等待d秒，同时所述控制单元向所述在线水质仪表发出检测信号，使所述在线水质仪表测定所述混合单元中的稀释水样浓度；

(9)所述在线水质仪表测定结束后，所述控制单元控制所述混合泵开启排液功能，所述混合泵排出所述混合单元中的稀释水样；

(10)所述控制单元采集所述在线水质仪表所测定的稀释水样浓度，并与所述控制单元所设定的在线水质仪表检出限范围相比较，根据比较结果分为以下三种情况：

A.若所述控制单元判断稀释水样浓度超出在线水质仪表检出限[0，F]，系统自动继续稀释水样，令m＝m+1，执行步骤(5)；

B.若所述控制单元判断稀释水样浓度在[F*(n_m-1/n_m)，F]范围内，令m＝m，执行步骤(5)；

C.若所述控制单元判断稀释水样浓度在[0，F*(n_m-1/n_m))范围内，当m≥2时，令m＝m-1，执行步骤(5)；当m＝1时，执行步骤(1)。

2.根据权利要求1所述的一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统，其特征在于，所述采样泵和所述稀释水泵均采用流量范围在0～160ml/min、精度在5％以上的蠕动泵。

3.根据权利要求1所述的一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统，其特征在于，所述混合泵采用流量范围在0～250ml/min、精度在5％以上的蠕动泵。

4.根据权利要求1所述的一种扩大在线水质检测量程的水样稀释系统，其特征在于，所述采样泵、所述稀释水泵、所述混合泵均采用步进电机驱动，三者各自的步进电机分别通过步进电机控制器与所述控制单元连接。

5.一种利用如权利要求1-4中任一项所述扩大在线水质检测量程的水样稀释系统的水样稀释方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)所述控制单元控制所述采样泵运行a秒，使水样通过所述三通进入所述混合单元；

(2)所述控制单元向所述在线水质仪表发出检测信号，使所述在线水质仪表测定所述混合单元中的水样浓度；

(3)所述控制单元控制所述混合泵开启排液功能，所述混合泵排出所述混合单元中的水样；

(4)所述控制单元采集所述在线水质仪表所测定的水样浓度，并判断水样浓度是否在所述控制单元设定的在线水质仪表检出限[0，F]内；若水样浓度在在线水质仪表检出限[0，F]内，则执行步骤(1)；若水样浓度超出在线水质仪表检出限[0，F]，即执行步骤(5)；

(5)所述控制单元控制所述采样泵运行a_m秒，使水样通过所述三通进入所述混合单元；

(6)所述控制单元控制所述稀释水泵运行b_m秒，使稀释水通过所述三通进入所述混合单元；

a、a_m、b_m满足如下关系式：

a_m×Q₁+b_m×Q₂＝a×Q₁；

其中，a为步骤(1)的所述采样泵的运行时间，a_m为步骤(5)的所述采样泵的运行时间，Q₁为所述采样泵的流量，b_m为步骤(6)的所述稀释水泵的运行时间，Q₂为所述稀释水泵的流量；n_m为稀释倍数，取n₀＝1；m的起始值为1，当m＝1时，n₁＝5；当m≥2时，n_m＝2n_m-1；

(7)所述控制单元控制所述混合泵开启混合功能c秒，通过鼓泡方式对所述混合单元中的水样和稀释水进行混合；

(8)所述控制单元控制所述混合泵等待d秒，同时所述控制单元向所述在线水质仪表发出检测信号，使所述在线水质仪表测定所述混合单元中的稀释水样浓度；

(9)所述在线水质仪表测定结束后，所述控制单元控制所述混合泵开启排液功能，所述混合泵排出所述混合单元中的稀释水样；

(10)所述控制单元采集所述在线水质仪表所测定的稀释水样浓度，并与所述控制单元所设定的在线水质仪表检出限范围相比较，根据比较结果分为以下三种情况：

A.若所述控制单元判断稀释水样浓度超出在线水质仪表检出限[0，F]，系统自动继续稀释水样，令m＝m+1，执行步骤(5)；

B.若所述控制单元判断稀释水样浓度在[F*(n_m-1/n_m)，F]范围内，令m＝m，执行步骤(5)；

C.若所述控制单元判断稀释水样浓度在[0，F*(n_m-1/n_m))范围内，当m≥2时，令m＝m-1，执行步骤(5)；当m＝1时，执行步骤(1)。

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