CN107715715A - 一种多功能配液仪 - Google Patents
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Abstract
一种多功能配液仪，包括机架、单片机及配液单元，其中单片机及配液单元均安装在机架上，其特征在于：所述配液单元包括出液管以及多个的液位检测盒；所述液位检测盒包括盒体、红外发射管及红外接收管，其中盒体的相对两侧上分别安装红外接收管和红外发射管，且每侧的红外接收管和红外发射管跨中对称安装；每个液位检测盒上装有液瓶，液瓶通过第一软管与换向阀连通，换向阀通过第二软管与出液管连通且换向阀与取液器密封连通；每个液位检测盒、换向阀及取液器均分别与单片机连接。该配液仪可实现自动按特定比例、特定体积、特定顺序配比溶液的功能。
Description
技术领域
本发明属于化工检测技术领域，具体涉及一种多功能配液仪。
背景技术
目前化学实验室、制药厂等大量配比化学溶液的操作过程中多采用人工配比方法，尤其是将多种液体(试剂、药液等)按特定比例、特定体积、特定顺序等要求配制溶液时则必须由人工完成。但是在操作过程中，难以避免因人为配比溶液而产生的误差，以及配比有毒或放射性液体时，因溶液挥发或放射而对环境造成污染及对人身健康造成危害，当前还没有一种装置可实现按特定比例、特定体积、特定顺序配比溶液的功能，进而代替人工操作，提高溶液配比精度，减小操作过程中的环境污染及人身伤害。
通过公开专利文献的检索，发现如下两篇相关公开专利文献：
智能定量配液仪(CN201520373688.8)该发明公开了一种智能定量配液仪。该智能定量配液仪包括泵体、与泵体的进口连通的进液管和与泵体的出口连通的出液管。特别地，该智能定量配液仪还包括：流量计，设置在出液管上，配置成检测流出泵体的液体的流量；和控制面板，与流量计电连接。本发明的智能定量配液仪因为控制面板和流量计，能够对液体的流量进行有效地控制，显著提高了移动液体的精度。
一种配液仪检测应用附件准确定位的自动检测结构(CN201510056844.2)该发明公开了一种配液仪检测应用附件准确定位的自动检测结构，包括工作台面和试相关检测应用附件，检测应用附件按使用需求排列在工作台面上，检测应用附件的底部合适部位并列分布两个磁极相反的磁铁，工作台面的工作区域安装快速导向块；工作台面下表面相对应的位置安装有霍尔开关，工作台面的前端安装双色指示灯。该发明结构简单，采用磁场定位原理准确定位，方便快捷，安全可靠，大大提高了配液过程的速度和可靠性。
通过技术特征的对比，申请人认为，上述两篇公开专利文献的技术方案与本方案不相同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多功能配液仪，该配液仪可实现自动按特定比例、特定体积、特定顺序配比溶液的功能。
一种多功能配液仪，包括机架、单片机及配液单元，其中单片机及配液单元均安装在机架上，配液单元包括出液管以及多个的液位检测盒；液位检测盒包括盒体、红外发射管及红外接收管，其中盒体的相对两侧上分别安装红外接收管和红外发射管，且每侧的红外接收管和红外发射管跨中对称安装；每个液位检测盒上装有液瓶，液瓶通过第一软管与换向阀连通，换向阀通过第二软管与出液管连通且换向阀与取液器密封连通；每个液位检测盒、换向阀及取液器均分别与单片机连接。
而且，机架上设置有触摸屏，该触摸屏与单片机连接。
而且，液位检测盒安装在机架顶部，且液位检测盒的盒体内壁上安装有位置传感器，该位置传感器与单片机连接；盒体两侧面上均制有两个检测孔，且每侧面的检测孔均跨中对称设置。
而且，换向阀包括阀芯、阀瓣及电机，其中阀瓣固定安装在机架上，且阀瓣内部径向制有多个换液孔，该阀瓣内轴向穿装有阀芯，阀芯内部径向制有换液通孔，电机固定安装在机架上，且电机输出端与阀芯一端同轴连接，该电机与单片机连接。
而且，取液器采用高精度注射器，该高精度注射器通过动力装置安装在机架上；动力装置包括通轴电机、连接杆、丝杆及固定块，其中两固定块固定设置在机架内部，两固定块之间固定安装丝杆，丝杆上穿装有通轴电机，该通轴电机通过连接杆与注射器活塞固定连接；机架上设置有用于穿装连接杆的限位长孔。
而且，红外发射管及红外接收管均安装在检测孔内。
而且，取液器采用计量泵。
而且，取液器采用蠕动泵。
本发明的优点和经济效果是：
1、本发明的配液仪可实现通过设定信号处理器控制程序，自动控制各个注射器单独、定量、定时对液瓶内液体进行取样，可对多种溶液(试剂、药液等)进行混合配制，可按一定的比例、体积或顺序抽取溶液，并具有可将各溶液按比例、体积及先后顺序进行配制的功能，全自动的完成所需混合液的配制功能。
2、本发明的液位监测盒利用光的折射原理，将液瓶放入到液位检测盒内，通过跨中设置的两对红外发射管及红外接收管透过液瓶进行光线照射，实现光路不通过液瓶中心，且判定方式也非原有技术中对光的衰减进行检测，液位监测盒使用过程中没有液体(液面在光线以下)时，光线可由红外发射管发出，并通过容器壁后被红外接收管接收到，此时可判断无液；当容器内有液体(或液面在光线以上)时，由于光线在空气与液体中的折射率有明显差异，造成光线偏移至红外接收管接收范围以外，此时红外接收管接收不到任何光线，可判定容器中含有液体。该方案有效的解决了原有技术中干扰因素对红外线检测精度的影响，例如不同液瓶颜色、厚度，不同试剂颜色、浓度，不同实验光照条件等，原有技术中必须在每次实验开始前对实验条件进行标定，用以判定光的衰减量，而本技术方案可完全免除该繁琐工序，提高实验效率。
3、本发明的红外发射管及红外接收管连接有信号处理器，从而避免了自然光和其他光源带来的干扰。该设计虽然一定程度提高了成本，但是极大的提高了检测的准确性。因为容器壁具有不规则性(特别是薄厚不均的情况)，可能造成光线在通过容器壁就产生了大幅度的偏移，即使在没有液体的情况下，接收管也接收不到光线，从而产生误判的情况。进而采用两组红外接收管及红外发射管，光路在外部控制电路上做成“与门”电路，只有在两光路同时都接收不到光线的情况下才判断为有液体，极大的提高了检测的准确性。
4、本发明采用高精度的注射器，实现控制注射器活塞位移，进而精确控制其所吸入液体的体积，并通过信号处理器控制各注射器按照不同顺序配比抽取溶液。
5、本发明采用特制的换向阀，实现第一软管与取液器或第二软管与取液器的交替连通，且换向阀由信号处理器控制，实现全自动的对溶液进行抽取及推送。
6、本发明采用设置触摸屏的方式，实现对溶液配比的全自动化控制。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明取液器的局部剖视图；
图3为本发明换向阀工况1原理示意图；
图4为本发明换向阀工况2原理示意图；
图5为本发明液位监测盒俯视图；
图6为图5的A-A截面剖视图；
图7为本发明无液状态光路示意图；
图8为本发明有液状态光路示意图；
图9为本发明信号处理器电路连接示意图；
图10为本发明整体运行的逻辑判定图。
图中：1-液瓶；2-液位检测盒；3-机架；4-触摸屏；5-注射器；6-出液管；7-换向阀；8-注射器活塞；9-连接杆；10-限位长孔；11-电机；12-固定块；13-通轴电机；14-丝杆；15-发射孔及接收孔；16-红外接收管；17-位置传感器；18-红外发射管；19-外部混液瓶；20-第一软管；21-阀瓣；22-换液通孔；23-阀芯；24-第二软管。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种多功能配液仪，包括机架3、信号处理器及配液单元，其中信号处理器及配液单元均安装在机架上，其特征在于：配液单元包括出液管6以及多组的液位检测盒2、换向阀7、取液器，且每组液位检测盒、换向阀及取液器均分别与信号处理器电连接；液位检测盒内的液瓶1通过第一软管20与换向阀连通，换向阀通过第二软管24与出液管连通，且换向阀与取液器密封连通；液位检测盒包括盒体、红外发射管18及红外接收管16，其中盒体两侧对向制有两组发射孔及接收孔15，且单侧盒体的两个发射孔及接收孔为跨中对称设置，红外发射管与红外接收管对向适配的安装在发射孔及接收孔内。
机架上设置有触摸屏4，该触摸屏与信号处理器电连接。
液位检测盒安装在机架顶部，且盒体内壁上安装有位置传感器17，该位置传感器与信号处理器电连接；红外发射管与红外接收管均与信号处理器电连接。
换向阀包括阀芯23、阀瓣21及电机11，其中阀瓣固定安装在机架上，且阀瓣内部径向制有多个换液孔，该阀瓣内轴向穿装有阀芯，阀芯内部径向制有换液通孔22，电机固定安装在机架上，且电机输出端与阀芯一端同轴连接，电机与信号处理器电连接。
液位检测盒的盒体内壁上安装有位置传感器，该位置传感器与信号处理器电连接。
取液器包括注射器5、通轴电机13、连接杆9、丝杆14及固定块12，其中两固定块固定设置在机架内部，两固定块之间固定安装丝杆，丝杆上穿装有通轴电机；机架上设置有用于穿装连接杆的限位长孔10，通轴电机通过连接杆与注射器活塞8固定连接。
红外发射管及红外接收管均安装在检测孔内。
取液器还可以为计量泵、蠕动泵等其他可实现定量取液的装置。
另外，液瓶放置在液位检测盒内部，且液位检测盒内壁上还设置有位置传感器，该位置传感器与微处理器电连接。
另外，本发明优选地采用STM32F103型单片机。
为更清楚地描述本发明的具体使用方式，下面提供一种实例：
本发明的具体工作流程如图(10)所示，先由液位检测盒内的位移传感器检测是否安放液瓶，若无液瓶则信号处理器判定报警，若有液瓶则信号处理器控制红外发射管开启，并由红外发射管及红外接收管检测液瓶内是否有溶液，若无溶液则信号处理器判定报警，若有溶液则换向阀为工况1状态如图(3)所示，取液器进行抽液作业，将液瓶内溶液由第一软管抽入到取液器中，更进一步地，换向阀调整为工况2状态如图(4)所示，取液器进行推液作业，将取液器中的溶液经第二软管和出液管推送到外部混液瓶19中；需要注意的是，取液器推液完毕后，换向阀仍处于工况2状态，此时取液器进行抽取第二软管内残液工序，抽取完毕后调整换向阀至工况1状态，而后取液器推送残液至第一软管，最终返回到液瓶内，进而完成一个完成的抽、取液工序。
本发明的液位检测盒使用前仅需将液瓶放入安置槽内，由液瓶瓶身挤压位置传感器，并向信号处理器输出打开信号，进而由信号处理器控制开启两红外发射管；实验完毕后仅需将液瓶从液位检测盒内取出，位置传感器输出向信号处理器输出关闭信号，由信号处理器控制红外发射管自动关闭。
本发明的液位检测盒利用光的折射原理，通过跨中设置的两对红外发射管及红外接收管，实现利用红外接收管能否接收到光线的方法判定液瓶中是否有液体，具体使用方式为：
1、如图(7)所示，液瓶内没有液体(或液面在光线以下)时，光线可由红外发射管发出，并通过容器壁后被红外接收管接收到，此时可判断液瓶内无液；
2、如图(8)所示，当液瓶内有液体(或液面在光线以上)时，由于光线在空气与液体中的折射率有明显差异，造成光线偏移至红外接收管接收范围以外，此时红外接收管接收不到任何光线，可判定液瓶内含有液体。
该方案有效的解决了原有技术中干扰因素，例如不同液瓶颜色、厚度，不同试剂颜色、浓度，不同实验光照条件等对红外线检测精度的影响，原有技术中必须在每次实验开始前对实验条件进行标定，用以判定光的衰减量，而本技术方案可完全免除该繁琐工序，提高实验效率。
另外在液位检测盒两侧对向设置了两组红外接收管及红外发射管，该方案虽然一定程度提高了成本，但是极大的提高了检测的准确性。因为液瓶壁具有不规则性(特别是薄厚不均的情况)，可能造成光线在通过容器壁就产生了大幅度的偏移，即使在没有液体的情况下，红外接收管也接收不到光线，从而产生误判的情况。进而采用两组红外接收管及红外发射管，由信号处理器进行判定，只有在两光路同时都接收不到光线的情况下才判断为有液体，极大的提高了检测的准确性。
本发明的各组通道的误差实验数据如下：
定量抽取1ml水实验
| 通道一 | 通道二 | 通道三 | 通道四 | 通道五 | 通道六 | 通道七 | 通道八 | |
| 第1次 | 1.00 | 0.99 | 0.98 | 0.98 | 0.99 | 1.00 | 1.01 | 1.00 |
| 第2次 | 0.99 | 1.01 | 0.99 | 1.01 | 0.98 | 1.02 | 0.99 | 1.01 |
| 第3次 | 1.01 | 1.02 | 0.98 | 0.99 | 0.99 | 1.01 | 1.01 | 0.98 |
| 第4次 | 1.01 | 1.00 | 0.98 | 1.00 | 0.96 | 1.02 | 1.01 | 0.99 |
| 第5次 | 1.03 | 0.99 | 0.96 | 1.00 | 0.97 | 1.02 | 1.01 | 0.99 |
| 第6次 | 0.99 | 1.00 | 0.98 | 0.97 | 0.99 | 1.01 | 0.99 | 1.01 |
| 第7次 | 1.02 | 0.99 | 0.97 | 1.00 | 0.97 | 1.02 | 1.00 | 1.00 |
| 第8次 | 0.98 | 0.98 | 0.99 | 1.00 | 0.98 | 1.01 | 0.99 | 0.99 |
| 第9次 | 0.99 | 1.00 | 0.97 | 0.98 | 1.00 | 1.03 | 1.00 | 1.00 |
| 第10次 | 0.98 | 0.99 | 0.96 | 1.02 | 0.95 | 1.01 | 1.01 | 0.98 |
定量抽取5ml水实验
经误差分析得出结论，在本发明的配液仪配比溶液时，单次配比量小于1ml时配比误差相对较大，而单次配比量大于5ml时，溶液的配比误差相对较小，故本发明优选的适用于单次配比5ml以上溶液。因第一软管与第二软管为柔性管路，具有一定的伸缩性，且配液仪初始状态下第一软管与第二软管内部均存在一定的空气，而空气具有一定的压缩量，且配液仪的各个通道中软管的长度均不相同，进而造成微小且难以避免的误差，但是该误差仍在化学溶液配比的可接受范围内，故本发明的配液仪可以完全取代人工的配比工序，大大提高了实验及生产效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种多功能配液仪，包括机架、单片机及配液单元，其中单片机及配液单元均安装在机架上，其特征在于：所述配液单元包括出液管以及多个的液位检测盒；所述液位检测盒包括盒体、红外发射管及红外接收管，其中盒体的相对两侧上分别安装红外接收管和红外发射管，且每侧的红外接收管和红外发射管跨中对称安装；每个液位检测盒上装有液瓶，液瓶通过第一软管与换向阀连通，换向阀通过第二软管与出液管连通且换向阀与取液器密封连通；每个液位检测盒、换向阀及取液器均分别与单片机连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能配液仪，其特征在于：所述机架上设置有触摸屏，该触摸屏与单片机连接。
3.根据权利要求1所述的一种多功能配液仪，其特征在于：所述液位检测盒安装在机架顶部，且液位检测盒的盒体内壁上安装有位置传感器，该位置传感器与单片机连接；所述盒体两侧面上均制有两个检测孔，且每侧面的检测孔均跨中对称设置。
4.根据权利要求1所述的一种多功能配液仪，其特征在于：所述换向阀包括阀芯、阀瓣及电机，其中阀瓣固定安装在机架上，且阀瓣内部径向制有多个换液孔，该阀瓣内轴向穿装有阀芯，阀芯内部径向制有换液通孔，电机固定安装在机架上，且电机输出端与阀芯一端同轴连接，该电机与单片机连接。
5.根据权利要求1所述的一种多功能配液仪，其特征在于：所述取液器采用高精度注射器，该高精度注射器通过动力装置安装在机架上；所述动力装置包括通轴电机、连接杆、丝杆及固定块，其中两固定块固定设置在机架内部，两固定块之间固定安装丝杆，丝杆上穿装有通轴电机，该通轴电机通过连接杆与注射器活塞固定连接；所述机架上设置有用于穿装连接杆的限位长孔。
6.根据权利要求3所述的配液仪用液面检测装置，其特征在于：所述红外发射管及红外接收管均安装在检测孔内。
7.根据权利要求1或5所述的一种多功能配液仪，其特征在于：所述取液器采用计量泵。
8.根据权利要求1或5所述的一种多功能配液仪，其特征在于：所述取液器采用蠕动泵。
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