CN109060068A - 一种自动读取玻璃容器液体体积的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动读取玻璃容器液体体积的装置，包括机架、安装在机架上用于放置试管的试管座、用于检测试管液面的光电检测部分、驱动光电检测部分上下运动的升降部分、与检测部分及升降部分电连接的控制部分，光电检测部分通过升降部分安装在机架上。其读取方法为：通过升降部分驱使光电检测部分沿玻璃容器运动，当光电检测部分的光电通道经过玻璃容器内试样液体液面时产生变化的光信号，快速，智能的读取液面位置，从而避免了人工方法读取产生的视觉误差、估算误差和手工记录可能产生的笔误，其测量结果准确、快速、稳定，操作便利。

Description

一种自动读取玻璃容器液体体积的装置及方法

技术领域

本发明属于液体体积检测技术领域，具体涉及一种自动读取玻璃容器液体体积的装置及方法。

背景技术

实验室需要大量玻璃容器来完成各种试验，为了确定液体的体积，目前都是采用通过眼睛观察读取试管液面上的刻度的方式来获取的。由于读取试管液面的操作方法有平视、俯视、仰视等，除了平视是正确的方法外，如果不按严格规程操作而采用俯视和仰视等错误方法，会造成实验误差。因此，避免人工方式检测液面具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测效果好、自动化程度高的自动读取玻璃容器液体体积的装置，利用该装置可快速准确的读取玻璃容器液体体积。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种自动读取玻璃容器液体体积，其特征是：包括机架、安装在机架上用于放置玻璃容器的机座、用于检测玻璃容器液面的光电检测部分、驱动光电检测部分上下运动的升降部分、与检测部分及升降部分电连接的控制部分，光电检测部分通过升降部分安装在机架上。

进一步地，所述机架包括座板和固定在座板上的立柱，所述升降部分包括步进电机、竖直设置的丝杆、套装在丝杆上的丝杆螺母和安装在丝杆螺母上的支撑臂，步进电机固定在所述立柱上部，丝杆的上端与步进电机连接，下端通过一轴承安装在座板上；所述光电检测部分安装在支撑臂端部上。

或者所述升降部分包括电动丝杆和支撑臂，支撑臂的一端部固定在电动丝杠的推杆端部上，所述光电检测部分安装在支撑臂的另一端部上。

进一步地，所述光电检测部分包括设在试管两侧的光线发射部分和光线接收部分，在所述支撑臂的端部上设有用于安装所述光线发射部分和光线接收部分的叉杆。

进一步地，所述试管座内设有与试管相适应凹槽，在凹槽的底部设有用于检测玻璃容器内液体温度的温度传感器，温度传感器与所述控制部分电连接。

本发明还公开一种自动读取玻璃容器液体体积的方法，采用上述的自动读取玻璃容器液体体积的装置，包括如下步骤：S1：将装有试样液体的玻璃容器置于光电检测部分的光线发射部分和光线接收部分之间；S2：启动系统，使光线发射部分与光线接收部分之间形成光电通道；S3：通过升降部分驱动光电检测部分沿玻璃容器运动，当光电通道经过玻璃容器内试样液体液面时产生变化的光信号；通过测量光信号的变化判断出被测量试样液体的液面，通过计算玻璃容器内试样液体的高度，再结合玻璃容器的几何形状，从而计算液体的体积。

进一步地，所述试样液体的高度的计算过程如下：

（1）步进电机带动光电传感器向下运动找到被测试管的最低点，即光电检测部分的光电信号被完全遮挡；

（2）电机带动光电传感器从最低点向上运动到液面底切面，通过识别跳变脉冲，从而找到液面，并通过公式（1）可计算出整个液面的行程，该行程即为试样液体的高度；

L={(N*Φ)/360}*S （1）

其中，L-液面的行程，N-步进电机脉冲个数，φ-步进电机步距角，S-丝杠螺距。

本发明的有益效果是：本发明利用光从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折，光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光线则进入到另一种介质中这一原理，通过光电检测装置测量光信号的变化判断出被测量的液面，可对玻璃容器液体体积快速、智能的读取，从而避免了现有读取方式人为视觉误差，估算误差，和手工记录可能产生的笔误。

本发明测量结果准确、快速、稳定，操作便利，可实现测量数据的自动统计和远程数据传输。进一步通过计算步进电机运动的距离，结合已知测量容器的几何形状从而计算液体的体积。

附图说明

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

图1是本发明自动读取玻璃容器液体体积的装置的结构示意图。

图2是图1中A向视图。

图3是本发明自动读取玻璃容器液体体积的装置中电气连接的原理框图。

图4是本发明玻璃容器液体体积的原理图。

具体实施方式

如图1—3所示，本发明一种玻璃容器液体体积自动读取的装置，包括机架、机座9、用于检测玻璃容器a液面的光电检测部分8、驱动光电检测部分8上下运动的升降部分和控制部分12。玻璃容器可以是试管或烧杯等容器。

所述机架包括座板1和固定在座板上的立柱3。试管座9放置在座板上且用于放置玻璃容器a。

本实施例中，所述升降部分包括步进电机4、竖直设置的丝杆5、套装在丝杆上的丝杆螺母6和固定安装在丝杆螺母上的支撑臂7。在立柱3上开设有一竖直的长条形槽，在丝杆螺母6上还安装有一限位滑块2，限位滑块2能够在长条形槽内上下滑动。步进电机4固定在所述立柱上部，丝杆5的上端与步进电机连接，下端通过一轴承11安装在座板上。当然，所述升降部分也可以采用其他的结构方式，如采用电动丝杆的方式，具体是支撑臂的一端部固定在电动丝杠的推杆端部上，光电检测部分安装在支撑臂的另一端部上。通过电动丝杆推杆的伸缩实现检测部分的升降。

进一步地，所述光电检测部分8包括设在玻璃容器两侧的光线发射部分801和光线接收部分802，支撑臂7的端部连接有两个叉杆701、702，光线发射部分801和光线接收部分802分别固定在两个叉杆701、702上。使用时，玻璃容器位于光线发射部分801和光线接收部分802之间。

所述机座9上设有与玻璃容器相适应凹槽901，凹槽901的底部设有用于检测玻璃容器a内液体温度的温度传感器10，步进电机4、光电检测部分8和温度传感器10分别与控制部分12电连接。

本发明还公开一种自动读取玻璃容器液体体积的方法，采用上述的自动读取玻璃容器液体体积的装置，包括如下步骤：S1：将装有试样液体的玻璃容器置于光电检测部分的光线发射部分和光线接收部分之间；S2：启动系统，使光线发射部分与光线接收部分之间形成光电通道；S3：通过升降部分驱动光电检测部分沿玻璃容器运动，当光电通道经过玻璃容器内试样液体液面时产生变化的光信号；通过测量光信号的变化判断出被测量试样液体的液面，通过计算玻璃容器内试样液体的高度，再结合玻璃容器的几何形状，从而计算液体的体积。

方法具体的原理及计算过程如下：

一、光电通道原理

光电检测部分8采用ITR8402型槽式红外光电传感器，通过调整电位器W，使得光电传感器在运动到液面读取切面时光电通道能产生一个能让控制部分12中CPU识别的跳变脉冲，如图4所示。

二、液面算法原理：

1、电机4采用57BYGH56-401型步进电机，步距角为1.8°。丝杠5采用螺距为5mm的精密丝杠，单步距离=5/（360/1.8）=0.025mm。

2、电机带动光电传感器向下运动找到被测试管的最低点即光电信号被完全遮挡。

3、电机带动光电传感器从最低点向上运动到液面底切面，通过识别跳变脉冲，从而找到液面，并通过公式（1）可计算出整个液面的行程，该行程即为试样液体的高度。

L={(N*Φ)/360}*S （1）

其中，L-液面的行程，N-步进电机脉冲个数，φ-步进电机步距角，S-丝杠螺距。

4、首先制作一个标准型的量筒，无形变、无刻度线；接着加入已标定的1mL试液，平视液面处刻划“1mL”刻度线；然后不停重复即可获得mL数量级的刻度线；最后用刻度尺测量并十等分每个mL刻度线获得0.1mL数量级刻度线，制定ml的变化与刻度差的关系表，用得到的液面的行程通过查表已知试管液面与容积的关系查询出液体的容量。

5、测温传感器采用RW1820CR型数字温度传感器放置在被测试管低部，以测量到被测试管的温度，通过温度补偿电路消除不同温度对测量结果的影响。补偿方法在上一步中加入不温度的试液获得刻度差，制定温度的变化与刻度差的关系表。参考GB/T 12804-2011《实验室玻璃仪器量筒》。

6、电机4、光电检测部分8和温度传感器10均与控制部分12的CPU连接，由CPU控制工作，液体体积检测完后，将处理完的数据显示，上传。

以上内容仅用以说明本发明的技术方案，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种自动读取玻璃容器液体体积的装置，其特征是：包括机架、安装在机架上用于放置玻璃容器的机座、用于检测玻璃容器液面的光电检测部分、驱动光电检测部分上下运动的升降部分、与检测部分及升降部分电连接的控制部分，光电检测部分通过升降部分安装在机架上。

2.根据权利要求1所述的自动读取玻璃容器液体体积的装置，其特征是：所述机架包括座板和固定在座板上的立柱，所述升降部分包括步进电机、竖直设置的丝杆、套装在丝杆上的丝杆螺母和安装在丝杆螺母上的支撑臂，步进电机固定在所述立柱上部，丝杆的上端与步进电机连接，下端通过一轴承安装在座板上；所述光电检测部分安装在支撑臂端部上。

3.根据权利要求1所述的自动读取玻璃容器液体体积的装置，其特征是：所述机架包括座板和固定在座板上的立柱，所述升降部分包括电动丝杆和支撑臂，支撑臂的一端部固定在电动丝杠的推杆端部上，所述光电检测部分安装在支撑臂的另一端部上。

4.根据权利要求2或3所述的自动读取玻璃容器液体体积的装置，其特征是：所述光电检测部分包括设在试管两侧的光线发射部分和光线接收部分，在所述支撑臂的端部上设有用于安装所述光线发射部分和光线接收部分的叉杆。

5.根据权利要求4所述的自动读取玻璃容器液体体积的装置，其特征是：所述玻璃容器座内设有与玻璃容器相适应凹槽，在凹槽的底部设有用于检测玻璃容器内液体温度的温度传感器，温度传感器与所述控制部分电连接。

6.一种自动读取玻璃容器液体体积的方法，采用权利要求4或5所述的自动读取玻璃容器液体体积的装置，包括如下步骤：

S1：将装有试样液体的玻璃容器置于光电检测部分的光线发射部分和光线接收部分之间；

S2：启动系统，使光线发射部分与光线接收部分之间形成光电通道；

S3：通过升降部分驱动光电检测部分沿玻璃容器运动，当光电通道经过玻璃容器内试样液体液面时产生变化的光信号；通过测量光信号的变化判断出被测量试样液体的液面，通过计算玻璃容器内试样液体的高度，再结合玻璃容器的几何形状，从而计算液体的体积。

7.根据权利要求6所述的自动读取玻璃容器液体体积的方法，其特征在于：所述试样液体的高度的计算过程如下：

（1）步进电机带动光电传感器向下运动找到被测试管的最低点，即光电检测部分的光电信号被完全遮挡；

（2）电机带动光电传感器从最低点向上运动到液面底切面，通过识别跳变脉冲，从而找到液面，并通过公式（1）可计算出整个液面的行程，该行程即为试样液体的高度；

L={(N*Φ)/360}*S （1）

其中，L-液面的行程，N-步进电机脉冲个数，φ-步进电机步距角，S-丝杠螺距。