CN108982198A - 一种用于自动稀释的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于自动稀释的试验装置，包括定容瓶、滴定泵、母液瓶、稀释液瓶；恒温装置、液位检测器、运算电路、控制电路、电源、显示屏、抽气及搅拌系统、水准仪、温湿度传感器；母液瓶通过滴定泵与定容瓶相连，母液输入管口设置在定容瓶瓶口上方中间，与定容瓶器壁内侧不接触；本发明的实验装置可替代传统的手工稀释，提高了稀释准确度，减少了检测人员劳动强度，提高了检测工作效率。特别是，该装置可与水质在线监测仪自动检定系统实现互联，自动完成对水质监测仪的全流程智能化检定。

Description

一种用于自动稀释的试验装置

技术领域

本发明属于容量计量技术领域，具体涉及一种用于自动稀释的试验装置。

背景技术

在化学计量、环境计量及化学分析检测工作中，溶液配制是影响检测工作准确与否的重要步骤，传统的分析检测工作采用手工稀释，费时费力，依赖于工作人员的个人经验，因此需要研制一种自动稀释装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于自动稀释的试验装置，可替代传统的手工稀释，提高了稀释准确度，减少了检测人员劳动强度，提高了检测工作效率。特别是，该装置可与水质在线监测仪自动检定系统实现互联，自动完成对水质监测仪的全流程智能化检定。

本发明的技术方案如下：一种用于自动稀释的试验装置，包括定容瓶、滴定泵、母液瓶、稀释液瓶；恒温装置、液位检测器、运算电路、控制电路、电源、显示屏、抽气及搅拌系统、水准仪、温湿度传感器；

所述母液瓶通过滴定泵与定容瓶相连，母液输入管口设置在定容瓶瓶口上方中间，与定容瓶器壁内侧不接触；

所述稀释液瓶通过蠕动泵与定容瓶相连，稀释液入管口设置在定容瓶瓶口上方中间，稀释液抽水管浸入稀释液瓶内的稀释液底部；

在定容瓶底部设置有排出口，排出口分别并联有吹气阀、取样阀、排液夹管阀；吹气阀与搅拌气泵联接，取样阀可与检测仪器联接，排液夹管阀与排废液口联接；

所述定容瓶为石英或有机玻璃材质，其上设有母液输入口、稀释用水输入管口、溢流口；分别用于与母液输入回路、稀释液瓶、废液容器相连；

进一步的，母液输入管口设置在定容瓶瓶口上方中间，与定容瓶内器壁不接触，且在液面上；稀释用水管浸入稀释液瓶液面底部，废液管口则在废液瓶液面上方；

所述滴定泵，用于准确移取一定体积的母液，

所述恒温装置，置于母液与滴定泵中间环节，主要用于在滴定泵滴定前，对要移取的母液进行恒温，使其达到20℃，再由滴定泵准确移取，减少因溶液温度不同造成移取体积的误差；

所述液位检测器，是通过U形连接管与定容瓶相边，采用U形管等位原理，在常压下检测容量瓶的液位，使每次稀释用水体积一致，保证稀释用水定容体积的准确可靠和一致；

所述运算电路，通过设置母液溶液浓度、目标定容体积，自动计算要移取的母液体积、目标滴数、、修正系数、修正后滴定泵的滴数等。

所述控制电路，根据装置流程，对稀释用水注入、母液移取、气体搅拌混匀及全过程配套的溢流口、进水口、出水口、滴定泵、恒温装置、空气通入口、排液口的电磁阀进行控制；

所述电源为装置提供所需的能源。

所述显示屏为触摸显示部件，用于显示和录入参数设置、流程显示等。

所述抽气及搅拌系统包括搅拌气泵和吹气阀，用于对稀释定容后的溶液进行混匀，通过空气进入，在溶液中形成一定大小的气泡(可通过设置空气流量调整气泡大小及强度，适中为宜)使母液与稀释用水充分混合，达到混匀的目的；

所述水准仪用于水平放置于定容瓶连接的自动稀释装置顶部，检查仪器是否水平放置，如果没有水平放置，与原标定的体积有所不同，会导致定容体积不准确；

所述温湿度传感器用于实时感知和测量检测环境参数，如环境温度和相对湿度，可作为检测工作的环境温湿度数据来源之一；

本发明的工作流程如下：

一、根据母液浓度、目标浓度、定容体积、每滴体积，自动计算母液滴数：假定母液浓度为c₁，滴定泵每滴体积V₀，目标浓度为c₂，定容瓶体积为V_s，移取的母液滴数N为：

二、先关闭定容瓶溢流口电磁阀、溶液输出口电磁阀和搅拌气通入电磁阀，根据设定时间抽取稀释用水，直至超过溢流口，如果超过较多，可减少设定时间。静置一定时间后，溢流口电磁阀打开，超过溢流口的稀释用水经废液管排出，后关闭溢流口电磁阀；

三、滴定泵滴取一定滴数的母液至定容瓶，搅拌气通入电磁阀打开，空气通过抽气泵，经搅拌气电磁阀，持续一定时间向溶液中通入空气，使溶液充分混匀。气体流量可以调节设置，过大过小均不适宜，过大使定容瓶内溶液飞溅，过小则达不到混匀目的。后关闭搅拌气通入电磁阀。静置一定时间，待用；

四、如果独立使用，需要设置独立使用模式，此时，溶液配制完成后，溶液输出管上方电磁阀关闭。使用时，需要选择溶液输出，电磁阀才打开，完成后再关闭溶液输出。如果是联合水质监测仪自动检定系统使用，系统会将溶液输出电磁阀打开，先前要确认其与被检水质监测仪的进样管密闭连接；

一般地，建议使用一定时间后，需要采用重量法对定容体积进行核查，并对定容体积进行校正，保证溶液稀释准确度。定容体积修正操作方法如下：

将定容瓶用纯水充满，将高于溢流口的纯水溢出，静置一段时间后，手动将剩下的纯水放于称量好的容量瓶中，再称量瓶+水的重量，两次相减即为本次定容瓶盛水的重量，用高精度数字温度计测量其溶液温度，根据密度修正值，可计算出定容瓶的体积。重复上述步骤n次(n≥7)，计算其平均值，作为空容瓶的体积，将其作为标准体积输入。进一步提高空容体积的准确度。

提出一种每滴体积的修正方法：根据滴定泵的重复性试验结果，按滴数进行分段，不同段滴数每滴体积不同，以该段试验的每滴体积的平均值作为该段每滴的标准体积代入滴数及最终浓度计算。各段间根据一次或二次线性拟合得到滴定泵喷出每滴母液的体积校正系数，或依据算法对母液移取目标总体积进行修正，代入最后溶液浓度计算中，得到实际需要的滴数。以此来提高母液体积的输送精度，从而提高控制稀释水平。

用电子天平称取空容器质量m₁，采用容量校正程序或手工滴定规定滴数N₂(视单次体积定，一般不少于50滴)的纯水，称量其质量为m₂，同时记录好此时溶液温度t₁，查表得到密度ρ_T，所以

上述定容体积及母液滴定体积修正算法优点：通过建立一套有效可靠的算法进一步从软件层次提高稀释精度；在保证准确度的前提下，进一步拓宽了稀释倍数；一般地，最好是每次外出检测前对定容及母液滴定体积进行核查，运用此算法后可有效减少使用人员对装置的校准频次，降低了劳动强度，提升了检测工作效率，更好地服务于化学计量及化学分析等工作。

母液合适的浓度，稀释倍数一般在10～1000倍为宜，其准确度可控制在2％以内。

本发明的有益效果如下：

可替代传统的手工稀释，提高了稀释准确度，减少了检测人员劳动强度，提高了检测工作效率，且该装置可与水质在线监测仪自动检定系统实现互联，自动完成对水质监测仪的全流程智能化检定，更好地服务于化学计量及化学分析等工作。可独立使用，也可与水质自动监测仪自动检定系统配合使用，使用灵活，可满足实验室和现场配液工作需要。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2为本发明的控制电路结构示意图

附图标号说明：1取样管、2定容瓶、4搅拌气泵、5排液夹管阀、6滴定泵、8蠕动泵、9母液瓶、10稀释液瓶、11液位检测器、12吹气阀、13取样阀、14排废液口

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明，如图所示，本发明的用于自动稀释的试验装置，包括定容瓶2、滴定泵6、母液瓶9、稀释液瓶10；恒温装置、液位检测器11、运算电路、控制电路、电源、显示屏、抽气及搅拌系统、水准仪、温湿度传感器；

所述母液瓶9通过滴定泵6与定容瓶2相连，母液输入管口设置在定容瓶2瓶口上方中间，与定容瓶2器壁内侧不接触；

所述稀释液瓶10通过蠕动泵8与定容瓶2相连，稀释液入管口设置在定容瓶2瓶口上方中间，稀释液抽水管浸入稀释液瓶10内的稀释液底部；

在定容瓶2底部设置有排出口，排出口分别并联有吹气阀12、取样阀13、排液夹管阀5；吹气阀12与搅拌气泵4联接，取样阀13可与检测仪器的取样管1联接，排液夹管阀5与排废液口14联接；

所述定容瓶，是该装置的关键部件，直接影响稀释结果准确性，可为石英或有机玻璃材质，其上设有母液输入口、稀释用水输入管口、溢流口、搅拌气体通入口分别用于与母液输入回路(一般包括高精度滴定泵、恒温装置及管路)、稀释用水容器、废液容器相连。注意：母液输入管口在定容瓶瓶口上方，不能碰器壁，在液面上；稀释用水管浸入水面底部，废液管口则要在液面上方。

所述滴定泵，用于准确移取一定体积的母液，其准确与否直接影响稀释结果，属该装置的关键部件。选择滴定泵时，必须综合考虑每滴体积、稳定性、目标定容体积、寿命长短等因素。

所述恒温装置，置于母液与滴定泵中间环节，主要用于在滴定泵滴定前，对要移取的母液进行恒温，使其达到20℃，再由滴定泵准确移取，减少因溶液温度不同造成移取体积的误差。

所述液位检测器，是通过U形连接管与定容瓶相边，采用U形管等位原理，在常压下检测容量瓶的液位，使每次稀释用水体积一致，保证稀释用水定容体积的准确可靠和一致。

所述运算电路，通过设置母液溶液浓度、目标定容体积，自动计算要移取的母液体积、目标滴数、、修正系数、修正后滴定泵的滴数等。

所述控制电路，根据装置流程，对稀释用水注入、母液移取、气体搅拌混匀及全过程配套的溢流口、进水口、出水口、滴定泵、恒温装置、空气通入口、排液口等位置的电磁阀进行控制等。

所述电源为交流电源，为装置提供所需的能源。

所述触摸显示屏为显示部件，用于显示和录入参数设置、流程显示等。

所述抽气及搅拌系统包括搅拌气泵4和吹气阀12，用于对稀释定容后的溶液进行混匀，通过空气进入，在溶液中形成一定大小的气泡(可通过设置空气流量调整气泡大小及强度，适中为宜)使母液与稀释用水充分混合，达到混匀的目的。

所述水准仪用于水平放置于定容瓶连接的自动稀释装置顶部，检查仪器是否水平放置，如果没有水平放置，与原标定的体积有所不同，会导致定容体积不准确。

所述温湿度传感器用于实时感知和测量检测环境参数，如环境温度和相对湿度，可作为检测工作的环境温湿度数据来源之一。

所述软件算法，包括基础参数(如母液浓度、定容体积、气体流量等)、校准(滴定泵、定容瓶)、手动排液等设置的软件界面及一套母液移取、定容优化算法。通过前期试验数据统计，得到一套母液移取滴数与移取总体积的一般规律，采用一次或二次线性方式对每滴体积或目标体积进行修正，定容体积也可进行修正，相关修正方法后面内容有叙述。

所述

本发明的自动稀释的试验装置工作流程如下：

一、根据母液浓度、目标浓度、定容体积、每滴体积，自动计算母液滴数。

假定母液浓度为c₁，滴定泵每滴体积V₀，目标浓度为c₂，定容瓶体积为V_s，移取的母液滴定N为：

二、先关闭定容瓶溢流口电磁阀、溶液输出口电磁阀和搅拌气通入电磁阀，根据设定时间抽取稀释用水，直至超过溢流口，如果超过较多，可减少设定时间。静置一定时间后，溢流口电磁阀打开，超过溢流口的稀释用水经废液管排出，后关闭溢流口电磁阀。

三、滴定泵滴取一定滴数的母液至定容瓶，搅拌气通入电磁阀打开，空气通过抽气泵，经搅拌气电磁阀，持续一定时间向溶液中通入空气，使溶液充分混匀。气体流量可以调节设置，过大过小均不适宜，过大使定容瓶内溶液飞溅，过小则达不到混匀目的。后关闭搅拌气通入电磁阀。静置一定时间，待用。

四、如果独立使用，需要设置独立使用模式，此时，溶液配制完成后，溶液输出管上方电磁阀关闭。使用时，需要选择溶液输出，电磁阀才打开，完成后再关闭溶液输出。如果是联合水质监测仪自动检定系统使用，系统会将溶液输出电磁阀打开，先前要确认其与被检水质监测仪的进样管密闭连接。

一般地，建议使用一定时间后，需要采用重量法对定容体积进行核查，并对定容体积进行校正，保证溶液稀释准确度。定容体积修正操作方法如下：

将定容瓶用纯水充满，将高于溢流口的纯水溢出，静置一段时间后，手动将剩下的纯水放于称量好的容量瓶中，再称量瓶+水的重量，两次相减即为本次定容瓶盛水的重量，用高精度数字温度计测量其溶液温度，根据密度修正值，可计算出定容瓶的体积。重复上述步骤n次(n≥7)，计算其平均值，作为空容瓶的体积，将其作为标准体积输入。进一步提高空容体积的准确度。

提出一种每滴体积的修正方法：根据滴定泵的重复性试验结果，按滴数进行分段，不同段滴数每滴体积不同，以该段试验的每滴体积的平均值作为该段每滴的标准体积代入滴数及最终浓度计算。各段间根据一次或二次线性拟合得到滴定泵喷出每滴母液的体积校正系数，或依据算法对母液移取目标总体积进行修正，代入最后溶液浓度计算中，得到实际需要的滴数。以此来提高母液体积的输送精度，从而提高控制稀释水平。

用电子天平称取空容器质量m₁，采用容量校正程序或手工滴定规定滴数N₂(视单次体积定，一般不少于50滴)的纯水，称量其质量为m₂，同时记录好此时溶液温度t₁，查表得到密度ρ_T，所以

上述定容体积及母液滴定体积修正算法优点：通过建立一套有效可靠的算法进一步从软件层次提高稀释精度；在保证准确度的前提下，进一步拓宽了稀释倍数；一般地，最好是每次外出检测前对定容及母液滴定体积进行核查，运用此算法后可有效减少使用人员对装置的校准频次，降低了劳动强度，提升了检测工作效率，更好地服务于化学计量及化学分析等工作。

母液合适的浓度，稀释倍数一般在10～1000倍为宜，其准确度可控制在2％以内。

以上是对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于自动稀释的试验装置，其特征在于，包括定容瓶、滴定泵、母液瓶、稀释液瓶；恒温装置、液位检测器、运算电路、控制电路、电源、显示屏、抽气及搅拌系统；

所述母液瓶通过滴定泵与定容瓶相连，母液输入管口设置在定容瓶瓶口上方中间，与定容瓶器壁内侧不接触；

所述稀释液瓶通过蠕动泵与定容瓶相连，稀释液入管口设置在定容瓶瓶口上方中间，稀释液抽水管浸入稀释液瓶内的稀释液底部；

在定容瓶底部设置有排出口，排出口分别并联有吹气阀、取样阀、排液夹管阀；吹气阀与搅拌气泵联接，取样阀可与检测仪器联接，排液夹管阀与排废液口联接；

所述定容瓶为石英或有机玻璃材质，其上设有母液输入口、稀释用水输入管口、溢流口、搅拌气体通入口；分别用于与母液输入回路、稀释液瓶、废液容器相连；

所述恒温装置，置于母液与滴定泵中间环节；所述液位检测器通过U形连接管与定容瓶相边；

所述抽气及搅拌系统包括搅拌气泵和吹气阀，用于对稀释定容后的溶液进行混匀。

2.根据权利要求1所述的一种用于自动稀释的试验装置，其特征在于，母液输入管口设置在定容瓶瓶口上方中间，与定容瓶内器壁不接触，且在液面上；稀释用水管浸入稀释液瓶液面底部，废液管口则在废液瓶液面上方。

3.根据权利要求1所述的一种用于自动稀释的试验装置，其特征在于，还包括水准仪，所述水准仪水平放置于定容瓶连接的自动稀释装置顶部，用于检查仪器是否水平放置。

4.根据权利要求1所述的一种用于自动稀释的试验装置，其特征在于，还包括温湿度传感器，用于实时感知和测量检测环境参数。

5.一种自动稀释试验装置的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

一、根据母液浓度、目标浓度、定容体积、每滴体积，自动计算母液滴数：假定母液浓度为c₁，滴定泵每滴体积V₀，目标浓度为c₂，定容瓶体积为V_s，移取的母液滴数N为：

二、先关闭定容瓶溢流口电磁阀、溶液输出口电磁阀和搅拌气通入电磁阀，根据设定时间抽取稀释用水，直至超过溢流口，如果超过较多，可减少设定时间；静置一定时间后，溢流口电磁阀打开，超过溢流口的稀释用水经废液管排出，后关闭溢流口电磁阀；

三、滴定泵滴取一定滴数的母液至定容瓶，搅拌气通入电磁阀打开，空气通过抽气泵，经搅拌气电磁阀，持续一定时间向溶液中通入空气，使溶液充分混匀；后关闭搅拌气通入电磁阀，静置30-300S待用；

四、独立使用时，选择溶液输出，电磁阀才打开，完成后再关闭溶液输出；与联合水质监测仪自动检定系统使用时，先确认其与被检水质监测仪的进样管密闭连接，之后系统会将溶液输出电磁阀打开；

五、采用重量法对定容体积进行核查，并对定容体积进行校正，定容体积修正操作方法如下：

将定容瓶用纯水充满，将高于溢流口的纯水溢出，静置一段时间后，手动将剩下的纯水放于称量好的容量瓶中，再称量瓶+水的重量，两次相减即为本次定容瓶盛水的重量，用高精度数字温度计测量其溶液温度，根据密度修正值，可计算出定容瓶的体积；重复上述步骤n次(n≥7)，计算其平均值，作为空容瓶的体积，将其作为标准体积输入。

6.一种自动稀释试验装置中对滴定泵每滴滴定体积的修正方法，其特征在于，包括如下步骤：根据滴定泵的重复性试验结果，按滴数进行分段，不同段滴数每滴体积不同，以该段试验的每滴体积的平均值作为该段每滴的标准体积代入滴数及最终浓度计算；各段间根据一次或二次线性拟合得到滴定泵喷出每滴母液的体积校正系数，或依据算法对母液移取目标总体积进行修正，代入最后溶液浓度计算中，得到实际需要的滴数；以此来提高母液体积的输送精度，从而提高控制稀释水平。

用电子天平称取空容器质量m₁，采用容量校正程序或手工滴定规定滴数N₂(视单次体积定，一般不少于50滴)的纯水，称量其质量为m₂，同时记录好此时溶液温度t₁，查表得到密度ρ_T，所以。