CN110006699A - 水质在线分析高精度定量装置及定量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水质在线分析高精度定量装置及定量方法，其装置是在已有设置光电传感器的定量管上做出改进，将这种定量管管径改为0.5~3mm，且在其一端接口接出两路管路，一路为设有延时阀的抽样管路，同抽样泵相连；另一路为推样管路，同推样泵相连，还包括电连接抽样泵、推样泵、光电传感器和延时阀的控制器，光电传感器用于检测定量管内水样的液面位置并输出关断信号给控制器以驱动延时阀延时T后关闭，同时关闭抽样泵，T为从光电传感器检测得到水样的液面位置至水样通过延时阀的时间；推样泵用于当延时阀关断后将定量管内的水样推出。因取样量由定量管容积决定，定量时不受液柱凹液面及其绝对误差影响，故该装置及方法的定量精度远高于常规技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种水质在线分析高精度定量装置及定量方法。
背景技术
由于工业废水中通常含有重金属、强酸碱性或有机毒害物质，因此在排放前需要严格对其水质进行在线分析，而为保证水质分析准确性，需要精确采取水样，为此行业内设计有定量装置进行水样的定量采集。
目前水质在线分析中对于水样的定量多采用光学定量装置，这种装置采用取样泵(通常为注射泵或蠕动泵)将废水桶内的废水水样通过管路抽入定量管内，再通过设计在定量管预定刻度处的光电传感器来检测水样液柱的液面位置，一旦检测到液面后立即发出信号停止取样泵工作，以此达到定量取样的目的。最后通过同一取样泵将定量管内的水样经多通阀注入消解仪中。
虽然这种光学定量装置结构简单、处理方便，且在忽略管路内部微乎其微的流量损失外，理论上具有一定的定量精度，但业内公知由于测量时绝对误差的存在，故定量精度普遍不高。我们都知道绝对误差与液柱的凹液面形成有关，故目前测量时光电传感器需要进一步检测获取液柱的凹液面高度并经过一系列公差计算才能最终得到液柱真实体积。具体为：绝对误差的最大值ΔV＝(D+h)*S，其中D为透过定量管的光线的高度，即光孔的直径或狭缝的宽度，h为凹液面的高度，需要通过光电传感器判别获取；S为光程上定量管的截面积(与定量管直径相关，现在常用直径多为8mm)。当需要定量的溶液体积为V时，每次定量产生的相对误差最大值δ＝ΔV/V*100％。故当V一定时，减小δ的唯一方法就是减小绝对误差ΔV，而减小ΔV的方法有两种，一是减小(D+h)的值，二是减小S的大小。在固定光源和确定待取液的前提下，(D+h)的大小基本又是确定的，故ΔV只与S，也即定量管的管径相关。因此，通常意义上来讲，目前业内为了提高定量精度，采取的措施往往就是通过减小定量管直径的方式来减小绝对误差。
但是这种解决措施并非绝对，因为实际上导致定量装置检测精度差的原因不仅仅是上面涉及的绝对误差的原因。光电传感器信号强度及对于管内水样颜色识别的差异性也是影响定量精度的一个重要因素。我们都知道不同光电传感器对于水样色泽的识别敏感性是不同的，而工业废水往往成分多样，表观色泽也不尽相同。已知技术中当光电传感器光信号强度较低，且抽取的水样颜色较浅时，光电传感器即便感应到液柱液面位但也往往无法进一步准确判别获取水样的凹液面位置及相应高度h，从而无法对水样准确计算定量。
显然目前行业内没有较好的装置及方式来进一步提升水样的定量精度。
发明内容
本发明目的是：提供一种水质在线分析高精度定量装置，其对于工业废水的抽样定量精度比目前的装置更高。
本发明的技术方案是：一种水质在线分析高精度定量装置，包括定量管和设于定量管管壁上的光电传感器，定量管两端均设有接口；其特征在于定量管的管径为0.5～3mm，定量管的其中一端接口接出两路管路，其中一路为抽样管路，同抽样泵相连，且该抽样管路上设有延时阀；而另一路为推样管路，同推样泵相连，还包括电连接抽样泵、推样泵、光电传感器和延时阀的控制器，其中光电传感器用于检测定量管内的水样的液面位置并输出关断信号给控制器，再由控制器驱动延时阀延时T后关闭，同时关闭抽样泵，T为从光电传感器检测得到水样的液面位置至水样通过延时阀的时间；推样泵用于当延时阀关断后将定量管内的水样推出。
进一步的，本发明中定量管的另一端接口经取样管路连接一多通阀，该多通阀的一个阀口上连接有伸入废水桶内的管路，同时多通阀的其余至少一个阀口上通过管路连接有消解仪。
更进一步的，本发明中所述多通阀为多通电磁阀，且与控制器电连接。
进一步的，本发明中所述推样管路上接有指向定量管的单向阀。通常情况下在推样泵关闭的情况下，当采用抽样泵向定量管内抽取废水水样时水样不会进入推样管路内，但为防止其他意外导致水样进入推样管路内，造成定量精度下降，我们进一步安装了单向阀。
进一步的，本发明中所述定量管的管径为1～2mm。
更进一步的，本发明中所述定量管的管径为1.6mm。
进一步的，本发明中所述抽样泵为注射泵或蠕动泵，推样泵也为注射泵或者蠕动泵。
进一步的，本发明中所述控制器为PLC控制器或者单片机。
本发明同时提供采用上述高精度定量装置进行定量的定量方法，这种方法包括如下步骤：
1)根据所需取样的水样的体积选择相应的定量管，定量管的容积与所取的水样体积是一致的；并且对于需要检测的同一批次水样，由工作人员首先启动抽样泵抽取水样，并标定从光电传感器检测得到水样的液面位置至水样通过延时阀的时间T，将之设置为延时阀的延时时间，标定完毕后清除水样；
2)启动抽样泵，将水样从废水桶抽入定量管内；
3)当定量管上的光电传感器检测到水样的液面位置时立即发出关断信号给控制器，再由控制器驱动延时阀延时上述时间T后关闭，同时关闭抽样泵；延时阀关闭时，水样恰好通过延时阀，此时定量管和抽样管路内均充满水样；
4)启动推样泵，将定量管内的水样全部经由多通阀推入消解仪内进行消解处理；此过程中由于抽样泵和延时阀均关闭，受推样泵压力的影响抽样管路内的一段水样不会回入定量管内；
5)重新启动抽样泵，将抽样管路内的一段水样推出定量管清除后，重新开始新一轮的取样定量。
需要指出，上面提到的时间T与抽样泵的抽取速度以及水样通过的路径长度都是相关的，而路径长度在标定和实际检测过程中都是恒定的，因此为了保证时间T的一致性和准确性，后面实际检测时抽样泵的抽取速度也应完全与标定时的抽取速度一致。
本发明的优点是：
1.本发明的取样量直接由定量管的容积决定，由于定量时不受液柱凹液面及其绝对误差的影响，故定量精度远远高于常规技术。实验下来，定量同样体积的水样，本发明的精度达到常规技术的10倍以上。
2.本发明在定量时无需检测水样液柱的凹液面，故对于光电传感器的敏感性和信号强度要求没现有技术那么高，可以减小这一块的成本投入，节约成本，并提高检测效率。
3.本发明装置整体结构简单，没有引入新的光电检测设备或元件，生产成本低，易于推广，而方法简便易行，提高精度的同时也能提高效率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构图。
其中：1、定量管；2、光电传感器；3、抽样管路；4、抽样泵；5、延时阀；6、推样管路；7、推样泵；8、控制器；9、取样管路；10、多通阀； 11、废水桶；12、消解仪；13、单向阀。
具体实施方式
实施例：结合图1所示为本发明水质在线分析高精度定量装置的一种具体实施方式。首先同常规技术一样，其具有定量管1和设于定量管1管壁上的光电传感器2，且定量管1两端均设有接口。本实施例中定量管1为竖直布置，故两个接口分别位于其上、下端。本案中采用管径为1.6mm的定量管1，该定量管1的上端接口接出两路管路，其中一路为抽样管路3，同抽样泵4相连，且该抽样管路3上设有延时阀5；而另一路为推样管路6，同推样泵7相连。并且本实施例中在所述推样管路3上接有指向定量管1的单向阀13，即液体只能从推样管路3流入定量管1中，无法回流。
同时，定量管1的下端接口经取样管路9连接一多通阀10，该多通阀 10的一个阀口上连接有伸入废水桶11内的管路，同时多通阀10的其余至少一个阀口上通过管路连接有消解仪12。
本实施例中所述多通阀10为多通电磁阀，本实施例中还具有电连接抽样泵4、推样泵7、多通电磁阀、光电传感器2和延时阀5的控制器8，该控制器8为PLC控制器。其中光电传感器2用于检测定量管1内的水样的液面位置并输出关断信号给控制器8，再由控制器8驱动延时阀5延时T后关闭，同时关闭抽样泵4，T为从光电传感器2检测得到水样的液面位置至水样通过延时阀5的时间；推样泵7用于当延时阀5关断后将定量管1内的水样推出。
本实施例中所述抽样泵4和推样泵7均为蠕动泵。
需要说明，对于光电传感器2在定量管1上的设置高度位置本案实际上并不做限定，但为防止上面提到的延时阀延时关闭的时间T太长，我们通常将光电传感器2设置在靠近顶部接口的位置，如图1所示。
本发明同时提供采用上述高精度定量装置进行定量的定量方法，这种方法包括如下步骤：
1)根据所需取样的水样的体积选择相应的定量管1，定量管1的容积与所取的水样体积是一致的；并且对于需要检测的同一批次水样，由工作人员首先启动抽样泵4抽取水样，并标定从光电传感器2检测得到水样的液面位置至水样通过延时阀5的时间T，将之设置为延时阀5的延时时间，标定完毕后清除水样；
2)启动抽样泵4，将水样从废水桶11抽入定量管1内；
3)当定量管1上的光电传感器2检测到水样的液面位置时立即发出关断信号给控制器8，再由控制器8驱动延时阀5延时上述时间T后关闭，同时关闭抽样泵4；延时阀5关闭时，水样恰好通过延时阀5，此时定量管1 和抽样管路3内均充满水样；
4)启动推样泵7，将定量管1内的水样全部经由多通阀10推入消解仪12内进行消解处理，此过程中由于抽样泵4和延时阀5均关闭，受推样泵7 压力的影响抽样管路3内的一段水样不会回入定量管1内。
5)重新启动抽样泵4，将抽样管路3内的一段水样推出定量管1清除后，重新开始新一轮的取样定量。
以定量同样体积的同种水样为例，本实施例实验下来其定量精度达到目前8mm管径定量管常规光电检测定量方法的10倍。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水质在线分析高精度定量装置，包括定量管（1）和设于定量管（1）管壁上的光电传感器（2），定量管（1）两端均设有接口；其特征在于定量管（1）的管径为0.5~3mm，定量管（1）的其中一端接口接出两路管路，其中一路为抽样管路（3），同抽样泵（4）相连，且该抽样管路（3）上设有延时阀（5）；而另一路为推样管路（6），同推样泵（7）相连，还包括电连接抽样泵（4）、推样泵（7）、光电传感器（2）和延时阀（5）的控制器（8），其中光电传感器（2）用于检测定量管（1）内的水样的液面位置并输出关断信号给控制器（8），再由控制器（8）驱动延时阀（5）延时T后关闭，同时关闭抽样泵（4），T为从光电传感器（2）检测得到水样的液面位置至水样通过延时阀（5）的时间；推样泵（7）用于当延时阀（5）关断后将定量管（1）内的水样推出。
2.根据权利要求1所述的一种水质在线分析高精度定量装置，其特征在于定量管（1）的另一端接口经取样管路（9）连接一多通阀（10），该多通阀（10）的一个阀口上连接有伸入废水桶（11）内的管路，同时多通阀（10）的其余至少一个阀口上通过管路连接有消解仪（12）。
3.根据权利要求2所述的一种水质在线分析高精度定量装置，其特征在于所述多通阀（10）为多通电磁阀，且与控制器（8）电连接。
4.根据权利要求1所述的一种水质在线分析高精度定量装置，其特征在于所述推样管路（3）上接有指向定量管（1）的单向阀（13）。
5.根据权利要求1所述的一种水质在线分析高精度定量装置，其特征在于所述定量管（1）的管径为1~2mm。
6.根据权利要求4所述的一种水质在线分析高精度定量装置，其特征在于所述定量管（1）的管径为1.6mm。
7.根据权利要求1所述的一种水质在线分析高精度定量装置，其特征在于所述抽样泵（4）为注射泵或蠕动泵，推样泵（7）也为注射泵或者蠕动泵。
8.根据权利要求1或2所述的一种水质在线分析高精度定量取样装置，其特征在于所述控制器（8）为PLC控制器或者单片机。
9.一种水质在线分析高精度定量方法，其特征在于包括下述步骤：
1）根据所需取样的水样的体积选择相应的定量管（1），定量管（1）的容积与所取的水样体积是一致的；并且对于需要检测的同一批次水样，由工作人员首先启动抽样泵（4）抽取水样，并标定从光电传感器（2）检测得到水样的液面位置至水样通过延时阀（5）的时间T，将之设置为延时阀（5）的延时时间，标定完毕后清除水样；
2）启动抽样泵（4），将水样从废水桶（11）抽入定量管（1）内；
3）当定量管（1）上的光电传感器（2）检测到水样的液面位置时立即发出关断信号给控制器（8），再由控制器（8）驱动延时阀（5）延时上述时间T后关闭，同时关闭抽样泵（4）；延时阀（5）关闭时，水样恰好通过延时阀（5），此时定量管（1）和抽样管路（3）内均充满水样；
4）启动推样泵（7），将定量管（1）内的水样全部经由多通阀（10）推入消解仪（12）内进行消解处理；
5）重新启动抽样泵（4），将抽样管路（3）内的一段水样推出定量管（1）清除后，重新开始新一轮的取样定量。
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