CN109387599B - 用于自动式卡尔费休滴定系统的瓶处理机构 - Google Patents

用于自动式卡尔费休滴定系统的瓶处理机构 Download PDF

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Abstract

一种用于自动式卡尔费休滴定系统的瓶处理机构包括塔形支撑柱、牢固地附接至支撑柱的第一竖直导轨元件及滑架单元，滑架单元被可滑动地约束至第一竖直导轨元件，以实现滑架单元相对于支撑柱的第一直线竖直可移动性，滑架单元保持具有用于接收样品瓶的升降平台的瓶升降单元，在向下运动阶段可操作以将升降平台从起始位置降低到卡尔费休滴定烘箱的烘箱腔中，还在之后的向上运动阶段中可操作以将升降平台升高回到起始位置。瓶升降单元包括第二竖直导轨元件，其牢固地连接至升降平台并被可滑动地约束至滑架单元，以实现升降平台相对于滑架单元的第二直线竖直可移动性，瓶升降单元包括可操作以对抗升降平台相对于滑架单元的相对向上运动的压缩弹性元件。

Description

用于自动式卡尔费休滴定系统的瓶处理机构
技术领域
本发明涉及一种用于自动式卡尔费休滴定系统(下文称为KF滴定系统)的瓶处理机构、特别是用于设计成能够根据下文将说明的气相提取法执行KF滴定的系统的瓶处理机构。
背景技术
卡尔费休滴定(KF滴定)是一种众所周知的用于准确且精确地确定样品中的湿度或水含量的方法。KF滴定的两种主要方法是库仑滴定和体积滴定。这两种方法都面临同样的问题，即某些物质仅缓慢地或在高温下释放其含有的水分或水。因此，KF滴定过程需要通过加热来蒸发这些样品，以确定样品的湿度或水含量。
样品被加热并因此蒸发。借助于干燥的载气将蒸发的样品持续转移到滴定单元中。在滴定单元中，蒸发的样品逐渐中和，并且从中和蒸发的样品所需的试剂量可确定样品的湿度或水含量。其中样品被加热并且蒸发的样品借助于干燥的载气转移到滴定单元的该方法被称为气相提取方法或烘箱法。
自动式卡尔费休滴定系统可设置成能够连续地处理多个样品。所述自动式卡尔费休滴定系统还包括样品转换器、烘箱和转移系统，以将每个样品或容纳所述样品的相应的瓶从样品转换器转移到烘箱中以加热样品。
实验室样品转换器属于已知的现有技术。典型配置是具有旋转的圆形样品托盘的转盘更换器或具有沿直线运动的抽屉式样品架的直线型更换器。当然，代替样品托盘或样品架，自动式系统也可以配备单样品装载站，其中，装载和移除样品的功能将由人操作者执行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种瓶处理机构，所述瓶处理机构有利地与该共同待决的专利申请的烘箱和最先进的样品转换器(例如转盘更换器)协作至少执行将每个样品从样品转换器转移到烘箱、将流入和流出管道连接至样品、以及最后将所述管道与样品瓶断开并使瓶返回到样品转换器这三个功能。
该任务由下述的瓶处理机构来解决。在从属权利要求中描述了本发明的细节和变体。
根据本发明，与自动式卡尔费休滴定系统中的烘箱和样品转换器配合的一种瓶处理机构包括塔形支撑柱、牢固地附接至所述支撑柱的第一竖直导轨元件、以及滑架单元，所述滑架单元被可滑动地约束至第一竖直导轨元件，使得能够实现滑架单元相对于支撑柱的第一直线竖直可移动性。滑架单元包括具有升降平台的瓶升降单元，待分析的当前样品瓶通过样品转换器的水平运动滑动至所述升降平台上。滑架单元在向下运动阶段能够操作以将瓶升降单元降低使升降平台从起始位置进入卡尔费休烘箱的烘箱腔中，滑架单元还在之后的向上运动阶段中能够操作以将瓶升降单元升高使升降平台回到样品转换器，然后样品转换器将当前的样品瓶推离升降平台并使下一样品瓶滑到升降平台上。根据本发明，瓶升降单元包括第二竖直导轨元件，第二竖直导轨元件牢固地连接至升降平台并被可滑动地约束至滑架单元，从而实现升降平台相对于滑架单元的第二直线竖直可移动性。另外，根据本发明，瓶升降单元还包括能够操作以对抗瓶升降单元相对于滑架单元的相对向上运动的压缩弹性元件。
因此，在滑架单元的向下运动阶段，在升降平台靠触在烘箱底板上之后，滑架单元的继续向下运动引起压缩弹性元件的对抗力增大。随着滑架单元的之后的向上运动，瓶升降单元返回瓶升降单元在第二竖直运动范围中的端点位置，压缩弹性元件伸展回到压缩弹性元件的原始长度，在此升降平台开始从烘箱底板分离。
滑架单元优选地包括具有至少两个注射器的注射单元，即连接至用于将干燥的载气输送到样品瓶的输送管道的进注射器、以及连接至用于从样品瓶中移除蒸发的样品和载气的流出管道的出注射器。注射单元牢固地连接至滑架单元并且布置成使得滑架单元在升降平台已经靠触在烘箱底板上之后的继续向下运动使得注射器刺穿样品瓶的盖并由此将样品瓶连接至输送管道和流出管道。
在一优选实施例中，注射器同轴地布置，其中，出注射器围绕着进注射器。有利地，注射单元包括密封元件，所述密封元件像套环一样围绕注射单元并且在滑架单元完成滑架单元的继续向下运动之后形成围绕注射器的进入穿孔的严密密封。
根据一优选实施例，瓶分离器元件牢固地连接至瓶升降单元，并且布置成在升降平台自身开始与烘箱底板分离后拉动样品瓶离开注射单元，从而使得样品瓶能够落回到升降平台。
在一优选实施例中，瓶处理机构包括驱动单元，以用于响应于从自动式KF滴定系统的控制器接收的指令信号而致动滑架的竖直向上和向下运动。
这种驱动单元可有利地利用步进电机和主轴驱动机构来实现。由此，滑架单元可向上或向下运动通过来自自动式KF滴定系统的控制器的脉冲信号而预定的量。
在本发明的一有利实施例中，滑架单元具有两部分式构造，其中，第一部分是滑块，所述滑块的沿着第一竖直导轨的滑动运动由驱动单元致动，第二部分是滑架台，所述滑架台保持瓶升降单元和注射单元，并且沿着第一竖直导轨在窄的竖直运动范围内相对于滑块可滑动，并且其中，具有挡光片和发射器/传感器单元的光闸布置在滑块与滑架台之间，偏压式弹性件迫使滑块与滑架台分开以保持光闸打开，并且其中，当滑架台到达滑架台的向下行程范围的端点时，滑块继续相对于滑架台被驱动单元驱动克服偏压式弹性件的力，光闸关闭，从而向控制器发送信号以指示滑架单元的向下运动的完成。
附图说明
下面将通过一系列附图描述根据本发明的瓶处理机构，附图示出了处于机构的操作循环的不同阶段的机构，其中，
图1表示自动式KF滴定系统的三维视图，其中包括根据本发明的瓶处理机构；
图2示意性地示出了根据本发明的瓶处理机构并标示出瓶处理机构的主要元件；
图3-6示出了滑架单元向下运动的四个阶段中的瓶处理机构；以及
图7-10示出了滑架单元向上运动的四个阶段中的瓶处理机构。
具体实施方式
图1表示自动式KF滴定系统1，其中，包括根据本发明的瓶处理机构10。具有样品转换器平台4的转盘式样品转换器3、KF滴定烘箱5以及支撑位于防护罩7内的瓶处理机构10的塔形支撑柱6布置在底座2上。引入烘箱中的样品在烘箱中加热，在此通过载气将蒸发的样品转移到合适的分析系统9、例如KF滴定系统。载气通过第一管道22引入烘箱中。载气和蒸发的样品通过第二管道24从烘箱转移到分析系统。
瓶处理机构10的组成元件如图2所示，它们各自的功能将从图3到10呈现。第一竖直导轨元件11牢固地附接至图1的塔形支撑柱6，滑架单元12被可滑动地约束至第一竖直导轨元件11，使得滑架单元能够沿着第一直线导轨元件11进行第一直线竖直运动。
滑架单元12包括具有升降平台14和瓶分离器元件15的瓶升降单元13。升降平台14和瓶分离器元件15牢固地连接至第二竖直导轨元件16，所述第二竖直导轨元件16被可滑动地约束至滑架单元12，使得升降平台14和分离器元件15能够相对于滑架单元12进行第二竖直运动。瓶升降单元13还包括布置成能够弹性地对抗该相对竖直运动的弹性元件17。
在图2中，样品转换器平台4的一个区段被象征性地显示为邻近升降平台14。具有盖19的样品瓶18显示在升降平台14上。图1的样品转换器3执行将样品瓶18从样品转换器平台4滑动到升降平台14上并返回到样品转换器平台4的功能。KF烘箱5布置在升降平台14之下，所述烘箱5的烘箱腔8对准以接收具有样品瓶18的升降平台14。
滑架单元12还保持注射单元20，所述注射单元20具有连接至用于干燥的载气的输送管道22的进注射器21和连接至用于组合的载气和蒸发水的流出管道24的出注射器23。所示实施例中的注射器21和23同轴地布置，其中，出注射器23围绕进注射器21。注射单元20包括密封元件25，所述密封元件25像套环一样围绕注射单元20的下端。
图2的实施例中的滑架单元12具有两部分式构造，其中，第一部分是滑块28，所述滑块28的沿着第一竖直导轨的滑动运动由驱动单元、例如具有主轴的步进电机(图中未显示)致动。第二部分是沿着第一竖直导轨11在窄的竖直运动范围内相对于滑块28可滑动的滑架台29。滑架台29保持可竖直运动的瓶升降单元13和注射单元20。具有挡光片30和发射器/传感器单元31的光闸布置在滑块28与滑架台29之间。偏压式弹性件32迫使滑块28与滑架台29分开，以保持光闸30、31打开。当滑架台29到达滑架台的向下行程范围的一端时，滑块28继续相对于滑架台29被驱动单元驱动克服偏压式弹性件32的力，直到光闸30、31关闭，从而向控制器发送信号以指示滑架单元12向下运动的完成。
图3至图6示出了滑架单元12向下运动的四个阶段中的瓶处理机构10。通过在图3至图6的并列中比较的滑块28的相继的位置，滑架单元12的向下运动可直接可视化。
图3示出了处于其起始位置的瓶处理机构10。样品瓶18已由样品转换器3从样品转换器平台4推到瓶升降平台14上。
在图4中，滑架单元12向下运动到瓶升降平台14靠触在KF烘箱5的底板上的位置。
在图5中，滑架单元12继续其向下运动，由此弹性元件17被压缩并且注射单元20降低到注射器21、23刺穿瓶盖19并进入样品瓶18中的位置，密封元件25与瓶盖19紧密接触。第二竖直导轨元件16到达其相对于滑架单元12的运动范围的端点。
在图6中，滑架单元12的滑块28继续向下运动附加的量，由此偏压式弹性件32被压缩并且光闸(30、31)关闭，从而向控制器发送信号，以指示滑架单元12的向下运动的完成。该信号还用于确认瓶18的存在。在没有瓶18的情况下，滑架单元12将继续向下运动，直到控制器基于合理性标准停止驱动单元。在控制器接收到来自光闸30、31的信号之后，开始样品的KF滴定。
图7至图10示出了滑架单元12向上运动的四个阶段中的瓶处理机构10。通过在图7至图10的并列中比较滑块28的相继的位置，滑架单元12的向上运动可直接可视化。
在图7中，滑块28向上运动到光闸30、31再次打开的位置并且插入的注射器21、23已将瓶18向上拉靠在瓶分离器元件15上。控制器可检测光闸30、31的打开，以确认向上运动已经开始。
在图8中，滑架单元12继续向上运动到分离器元件15将注射器21、23从瓶盖19抽出的位置并且瓶18下降回到升降平台14上。下降高度是极小的，并且使瓶18与注射器21、23在瓶18仍在烘箱腔中时进行分离的事实防止了瓶18从瓶在升降平台14上的准确的坐落位置移出。
在图9中，滑架单元12进一步继续向上运动到第二竖直导轨元件16到达第二竖直导轨元件相对于滑架单元12的运动范围的端点并且弹性元件17已被减压的位置。升降平台14在此仍然靠触在KF烘箱腔8的底板上。
在图10中，滑架单元12返回到起始位置，其中，升降平台14与样品转换器平台齐平。
虽然已经通过呈现特定的实施例描述本发明，但是不言而喻的是，本发明的教导涵盖了许多其它变体。例如，滑架单元相对于塔形柱的直线竖直运动和升降平台相对于滑架单元的直线竖直运动可以由不同于所示第一和第二导轨元件的引导轨道结构引导。在此描述和要求保护的概念的这些变体显然落在本发明在此寻求的保护范围内。
附图标记列表
1 自动式卡尔费休滴定系统
2 底座
3 样品转换器
4 样品转换器平台
5 KF滴定烘箱
6 塔形支撑柱
7 防护罩
8 烘箱腔
9 分析系统、KF滴定系统
10 瓶处理机构
11 第一竖直导轨元件
12 滑架单元
13 瓶升降单元
14 瓶升降平台
15 瓶分离器元件
16 第二竖直导轨元件
17 弹性元件
18 样品瓶
19 样品瓶的盖
20 注射单元
21 进注射器
22 用于干燥的载气的输送管道
23 出注射器
24 用于载气和蒸发水的流出管道
25 密封元件
28 滑块
29 滑架台
30 挡光片
31 发射器/传感器单元
32 偏压式弹性件

Claims (8)

1.一种用于自动式卡尔费休滴定系统(1)的瓶处理机构(10)，所述瓶处理机构包括塔形支撑柱(6)、牢固地附接至所述支撑柱(6)的第一竖直导轨元件(11)、以及滑架单元(12)，所述滑架单元被可滑动地约束至第一竖直导轨元件(11)，使得能够实现滑架单元(12)相对于支撑柱(6)的第一直线竖直可移动性，其中，滑架单元(12)包括具有用于接收样品瓶(18)的升降平台(14)的瓶升降单元(13)，其中，滑架单元(12)在向下运动阶段能够操作以将升降平台(14)从起始位置降低到卡尔费休滴定烘箱(5)的烘箱腔(8)中，并且其中，滑架单元(12)还在之后的向上运动阶段中能够操作以将升降平台升高回到起始位置，
其特征在于，瓶升降单元(13)包括第二竖直导轨元件(16)，第二竖直导轨元件牢固地连接至升降平台(14)并被可滑动地约束至滑架单元(12)，从而实现升降平台(14)相对于滑架单元(12)的第二直线竖直可移动性，其特征还在于，瓶升降单元(13)包括能够操作以对抗升降平台(14)相对于滑架单元(12)的相对向上运动的压缩弹性元件(17)。
2.根据权利要求1所述的瓶处理机构(10)，其特征在于，滑架单元(12)包括注射单元(20)，所述注射单元(20)至少具有连接至用于将干燥的载气输送到样品瓶(18)的输送管道(22)的进注射器(21)以及连接至用于将蒸发的水和载气从样品瓶输送到滴定装置的流出管道(24)的出注射器(23)，所述注射单元(20)牢固地连接至滑架单元(12)并布置成使得在升降平台(14)靠触在烘箱的底板上之后滑架单元(12)的继续向下运动使注射器(21、23)刺穿样品瓶(18)的盖(19)，从而将样品瓶(18)连接至输送管道(22)和流出管道(24)。
3.根据权利要求2所述的瓶处理机构(10)，其特征在于，注射器(21、23)同轴地布置，出注射器(23)围绕进注射器(21)。
4.根据权利要求2所述的瓶处理机构(10)，其特征在于，注射单元(20)包括密封元件(25)，所述密封元件(25)在滑架单元(12)位于滑架单元的向上/向下运动循环的最低点时形成围绕注射器(21、23)的进入穿孔的严密密封。
5.根据权利要求1所述的瓶处理机构(10)，其特征在于，瓶升降单元(13)包括瓶分离器元件(15)，所述瓶分离器元件(15)牢固地连接至第二竖直导轨元件(16)，瓶分离器元件能够操作以在样品瓶(18)通过滑架单元(12)的向上运动而提升离开升降平台(14)之后拉动样品瓶(18)离开注射单元(20)，从而使得样品瓶(18)能够下降回到升降平台(14)上。
6.根据权利要求1所述的瓶处理机构(10)，其特征在于，瓶处理机构(10)包括驱动单元，以用于响应于从自动式KF滴定系统(1)的控制器接收的指令信号而致动滑架单元(12)的竖直向上和向下运动。
7.根据权利要求6所述的瓶处理机构(10)，其特征在于，驱动单元包括步进电机和主轴驱动机构。
8.根据权利要求6所述的瓶处理机构(10)，其特征在于，滑架单元(12)具有两部分式构造，其中，第一部分是滑块(28)，所述滑块的沿着所述第一竖直导轨元件(11)的滑动运动由驱动单元驱动，第二部分是滑架台(29)，所述滑架台保持瓶升降单元(13)和注射单元(20)并沿第一竖直导轨元件(11)在窄的竖直运动范围内相对于滑块(28)能够滑动，其中，具有挡光片(30)和发射器/传感器单元(31)的光闸布置在滑块(28)与滑架台(29)之间，偏压式弹性件(32)迫使滑块(28)和滑架台(29)分开以保持光闸(30、31)打开，并且其中，滑架台(29)到达滑架台的向下行程范围的端点，滑块(28)继续相对于滑架台(29)被驱动单元驱动克服偏压式弹性件(32)的力，光闸(30、31)关闭，使得信号发送至控制器从而指示滑架单元(12)的向下运动的完成。
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