CN111189505B - 多用途一体化液体小剂量称量装置及其称量方法 - Google Patents

多用途一体化液体小剂量称量装置及其称量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供多用途一体化液体小剂量称量装置及其称量方法，属于小剂量称量领域。本方法通过镜头采集量杯图像，将图像信息与量杯尺寸、激光笔上升高度进行匹配、校准，来实现精准称量。所述的称量装置既能称量重量也能称量容积，称量容器只要是规则的圆柱形的小杯子即可，无须自带刻度，用完后即时清洗烘干，随即可以称量下一种液体的容积。

Description

多用途一体化液体小剂量称量装置及其称量方法
技术领域
本发明属于实验室的液体小剂量称量装置，涉及多用途一体化。
背景技术
现在理工科院校实验室特别多，尤其是国家重点实验室，做实验的频率非常高，从早到晚，实验室一直有人在占用，这样就需求大量的实验仪器和实验器具在实验室备用，其中液体称量装置是必不可少的。实验内容丰富多彩，大小实验仪器和器具都涉及，但在通常的状态下，都是采用小剂量的液体进行实验，因此液体小剂量称量装置需求更多一些。
现在实验室普遍使用的液体小剂量称量装置都是单一功能的。称量重量的时候采用天平或电子称，称量容积的时候采用量杯，因此在做实验的时候，如果涉及既称量重量又称量容积，就要采用两种称量装置和其配备的器具，其不方便之处是：数量多、占用空间大，容易发生碰撞，会造成不必要的损失和浪费。尤其是天平的砝码不能用手拿，在使用天平游码时也不能用手移动，有时候就忘记了，长此以往，天平测量的准确性就降低了，本来就是小剂量称量，其准确性直接影响实验的结果。另外量杯用完清洗后不能即时烘干，若是继续称量下一种溶液会影响实验效果，因此要多备用量杯，用以称量实验需求多种不同溶剂的容积。
发明内容
本发明为多用途一体化小剂量称量装置，主要特征是既能称量重量也能称量容积，称量容器只要是规则的圆柱形的小杯子即可，无须自带刻度，用完后即时清洗烘干，随即可以称量下一种液体的容积。
本发明的技术方案为：
多用途一体化液体小剂量称量装置，所述的称量装置包括量杯5、底座3、设置在底座3上的手柄1、控制面板25、可移动的垫块8、拉绳式位移传感器15、激光笔滑道16、伺服电机17、滚轴丝杠18、量杯压紧装置19、干燥开关21、停止开关22、软触头支撑架23和送风孔24，以及底座3内部的电源系统、重量识别系统、体积识别系统、重量传感器、小型风机和控制系统；其中，手柄1、可移动的垫块8、激光笔滑道16的中心共线；
所述的控制面板25上设置重量按钮9、体积按钮10、触摸显示屏11和数字键盘12；控制面板25下面与底座3中的控制系统连接；
所述的手柄1上设置开关2，用于控制称量装置的启动和关闭；在手柄1面向量杯5的立面上设置带防护口盖的镜头4，并且镜头敷设整个量杯5的高度，并与底座3内部的体积识别系统、重量识别系统相连；手柄1侧面设置内凹式电源接头26；
所述的可移动的垫块8上设置柔性夹具6，压紧螺钉7穿过柔性夹具6，能够固定调整好的柔性夹具6；柔性夹具6的位置不能遮挡会遮挡带防护口盖的镜头4的视角；可移动的垫块8下方设置重量传感器；
所述的激光笔13固定于丝母滑块14的一端，丝母滑块14能沿激光笔滑道16上下滑动，丝母滑块14的另一端与滚轴丝杠18相连，滚轴丝杠18与伺服电机17相连；通过伺服电机17驱动滚轴丝杠18，并带动丝母滑块14沿激光笔滑道16停留在指定的位置上；拉绳式位移传感器15上端与丝母滑块14下端相连，用于检测丝母滑块14位移的高度，并反馈信息给控制系统；
所述的量杯压紧装置19与轴销20组合，与送风孔24相邻设置；软触头支撑架23设置于送风孔24的上方，干燥开关21、停止开关22与底座3内部的小型风机相连，用于控制小型风机的开关，小型风机的出风口对准送风孔24；
所述的电源系统与各个电器件相连，所述的重量识别系统用于接收待称量物质的重量信息，并将重量信息转化成激光笔13的高度信息；所述的体积识别系统用于接收待称量物质的体积信息，并将体积信息转化成激光笔13的高度信息。
所述的控制系统与开关2、带防护口盖的镜头4、控制面板25、激光笔13、拉绳式位移传感器15、伺服电机17、干燥开关21、停止开关22、电源系统、重量识别系统、体积识别系统、重量传感器、小型风机相连。
多用途一体化液体小剂量称量装置的称量方法，步骤如下：
步骤一、手持手柄1放置好称量装置，内凹式电源接头26接好电源，取下手柄1上设置的带防护口盖的镜头4的防护口盖；
步骤二、把可移动的垫块8放在底座3上，量杯5放在可移动的垫块8上，用柔性夹具6前后调整好角度，然后用压紧螺钉7固定好，检查量杯5的高度和直径要在手柄1上设置的带防护口盖的镜头4摄影范围内，无遮挡；
步骤三、将手柄1上的开关2向上按下，称量工作开始启动，触摸显示屏11亮起。
步骤四、根据实验需求选择重量按钮9或体积按钮10，然后在触摸显示屏11上根据提示，输入待称量物质的名称，计量单位，量值采用数字键盘12输入，检查无误后，进行确认；确认后，带防护口盖的镜头4开始摄像，图片的传送启动底座3内设的重量识别系统或体积识别系统开始进行换算，计算出激光笔13应停留的高度值；
步骤五、激光笔13应停留的高度值发送给控制系统，启动伺服电机17，带动丝母滑块14沿激光笔滑道16停留在指定的位置上，拉绳式位移传感器15再次检测其位移的高度，并反馈信息给相应控制系统，确认无误后，触摸显示屏11给予提示，触动激光笔的开关，向量杯5投射激光束，激光束的指示的高度就是要倒入量杯5中液体的高度，也就是所要称量物质的需求量---重量或容积；
步骤六、量杯5的溶液倒出后，清洗干净，倒置在软触头支撑架23上，量杯压紧装置19与轴销20组合将其固定，按下干燥开关21，底座3内设的小型风机开始启动，通过送风孔24吹送暖风，干燥量杯5；干燥后按下停止开关22，量杯5能往复循环使用；
步骤七、量杯一旦离开可移动的垫块8，底座3内设的重量传感器传送信号给控制系统，触摸显示屏11提示重新称量或称量结束；选择重新称量，重复步骤一至六；选择称量结束，触摸显示屏11自行关闭，再将手柄1上的开关2向下按下，关闭整个称量装置，至此工作结束。
使用前，对体积识别系统或重量识别系统进行标定，标定过程为：(1)防护口盖的镜头依据量杯的尺寸大小进行选取，一一匹配防护口盖的镜头和量杯；(2)防护口盖的镜头拍摄所匹配量杯的图片，进而将图片与量杯的尺寸一一匹配，将该匹配信息储存到体积识别系统的数据库中；(3)标定校准激光笔探测高度，建立量杯尺寸与激光笔所处高度的匹配关系，并将匹配关系存入数据库中；
当需要称量待称量液体的体积时，具体过程为：(1)选择体积按钮(10)，然后在触摸显示屏(11)上根据提示，输入待称量的体积数值，带防护口盖的镜头(4)开始摄像；(2)通过数据库中的图片信息，得知摄像图片中所用量杯的尺寸信息：所用量杯的内底面半径r；(3)利用输入待称量液体的体积V，得到待称量液体在所用量杯中的高度h’为：h’＝V/(πr2)；(4)利用所建立的量杯尺寸与激光笔所处高度的匹配关系，得出激光笔所处高度。
当需要称量待称量液体的质量时，具体过程为：(1)选择重量按钮(9)，然后在触摸显示屏(11)上根据提示，输入待称量的质量m、密度ρ数值，带防护口盖的镜头(4)开始摄像；(2)通过数据库中的图片信息，得知摄像图片中所用量杯的尺寸信息：所用量杯的内底面半径r；(3)利用输入待称量的质量m、密度ρ数值，得到待称量液体在所用量杯中的高度h’为：h’＝m/(ρπr2)；(4)利用所建立的量杯尺寸与激光笔所处高度的匹配关系，得出激光笔所处高度。
本发明的有益效果：
1)称量重量和称量体积一体化、智能化，
2)装置体积小，有固定的手柄，方便拿取；
3)称量容器只要是规则的圆柱形小杯子即可，不一定非得带刻度，选取性比较大；
4)量杯用完清洗后即时烘干，可以接着再用，不用备用。
附图说明
图1为多用途一体化液体小剂量称量装置结构示意图。
图2为量杯5立面手柄1的结构示意图。
图中：1手柄；2开关；3底座；4带防护口盖的镜头；5量杯；6柔性夹具；7压紧螺钉；8可移动的垫块；9重量按钮；10体积按钮；11触摸显示屏；12数字键盘；13激光笔；14丝母滑块；15拉绳式位移传感器；16激光笔滑道；17伺服电机；18滚轴丝杠；19量杯压紧装置；20轴销；21干燥开关；22停止开关；23软触头支撑架；24送风孔；25控制面板；26内凹式电源接头。
具体实施方式
多用途一体化小剂量称量装置，包括：手柄1、开关2、底座3、带防护口盖的镜头4、量杯5、柔性夹具6、压紧螺钉7、可移动的垫块8、重量按钮9、体积按钮10、触摸显示屏11、数字键盘12、激光笔13、丝母滑块14、拉绳式位移传感器15、激光笔滑道16、伺服电机17、滚轴丝杠18、量杯压紧装置19、轴销20、干燥开关21、停止开关22、支撑杆23、送风孔24、控制面板25
所述的底座3表面为平板结构，其上直接设置手柄1、控制面板25、可以移动的垫块8、拉绳式位移传感器15、激光笔滑道16、伺服电机17、滚轴丝杠18、量杯压紧装置19、干燥开关21、停止开关22、支撑杆23、送风孔24。底座3内设电源系统、重量识别系统、体积识别系统、传感器、小型风机和相关的智能控制系统，并与相关电气元件相联。
所述的控制面板25镶嵌底座3上，其上设置重量按钮9、体积按钮10，触摸显示屏11、数字键盘12；其下与底座3中的相应控制系统连接，选择重量按钮9或体积按钮10执行称重或称容积的任务，通过数字键盘12完成触摸显示屏11上需要输入的量值，开始启动称量工作。
所述的手柄1上设置开关2，主控称量装置的启动和关闭。在手柄面向量杯5的立面设置带防护口盖的镜头4，并且镜头敷设整个量杯的高度，并与体积识别系统、重量识别系统相联，用镜头摄取图片的方式判读量杯的直径和高度，然后通过触摸显示屏上输入需求的量值和物质的名称，自动计算出激光笔13应停留的高度，并将计算值发送给伺服电机17的控制系统，启动丝母滑块14滑动。设置开关2向上按是启动称量工作，向下按是关闭称量工作。
所述的体积识别系统包括防护口盖的镜头4、量杯5和激光笔13等组成，防护口盖的镜头4是依据量杯5的口径和高度等参数进行选取镜头，在使用前先进行标定测量，以已知物质的质量m、密度ρ、体积V(量杯的截面积、高度)等信息与激光笔探测进行标定校准V＝S底面积h＝πr2h，V＝m/ρ，形成图片库信息和数据库信息存储到标定测量的数据库中，数据库中可以储存多型量杯数据的标定测量图片信息和数据信息，适用于多种量杯的使用。
所述的体积识别采用镜头摄取液面的图片信息与标定的图片库信息对比，得出的h和r，通过V＝S底面积h＝πr2h得出体积V。
所述重量识别采用系统内置的重量传感器安装到可移动的垫块8中，通过数据线连接到重量识别系统中，通过传感器专用读取软件和标定的测量方法，得出质量m。
可以通过需求输入的物质名称、体积和密度等信息，通过体积计算公式V＝m/ρ得出体积V，再通过公式h＝V/πr2得出待测高度h，即为激光笔13应停留的高度。
所述的激光笔13安装在丝母滑块14上，伺服电机17启动丝母滑块14沿激光笔滑道16停留在指定的位置上，拉绳式位移传感器15再次检测其位移的高度，并反馈信息给相应控制系统，确认无误后，触摸显示屏11给予提示，触动激光笔的开关，向量杯投射激光束，激光束的指示的高度就是要倒入量杯液体的高度，也就是所要称量物质的需求量---重量或容积。
所述的可以移动的垫块8放置在底座3上，垫块8上设置柔性夹具6，可以根据圆柱形量杯5的直径，调整柔性夹具6，并用压紧螺钉7固定好。其中调整柔性夹具6是两个，一定要前后放置，左右放置会遮挡带防护口盖的镜头4的视角。
所述的量杯压紧装置19与轴销20组合，当启动底座3上的干燥开关21时，用于固定倒置在软触头支撑架23上的量杯，防止加热送风孔24送风时干燥时吹落量杯。
1、手持手柄1放置好称量装置，内凹式电源接头26接好电源，取下手柄1上设置的带防护口盖的镜头4的防护口盖。
2、把可移动的垫块8放在底座3上，量杯放在垫块8上，用柔性夹具6前后调整好角度，然后用压紧螺钉7固定好，检查量杯的高度和直径要在手柄1上设置的带防护口盖的镜头4摄影范围内，无遮挡。
3、将手柄1上的开关2向上按下，称量工作开始启动，触摸显示屏11亮起。
4、根据实验需求选择重量按钮9或体积按钮10，然后在触摸显示屏11上根据提示，输入称量物质的名称，计量单位，量值采用数字键盘12输入，检查无误后，进行确认。确认后，带防护口盖的镜头4开始摄像，图片的传送启动底座3内设的重量识别系统或体积识别系统开始进行换算，计算出激光笔13应停留的高度值。
5、激光笔13应停留的高度值发送给伺服电机17的控制系统，启动丝母滑块14沿激光笔滑道16停留在指定的位置上，拉绳式位移传感器15再次检测其位移的高度，并反馈信息给相应控制系统，确认无误后，触摸显示屏11给予提示，触动激光笔的开关，向量杯投射激光束，激光束的指示的高度就是要倒入量杯液体的高度，也就是所要称量物质的需求量---重量或容积。
6、量杯的溶液倒出后，清洗干净，倒置在软触头支撑架23上，量杯压紧装置19与轴销20组合将其固定，按下干燥开关21，底座3内设的小型风机开始启动，通过送风孔24吹送暖风，干燥量杯。干燥后按下停止开关22，量杯可以往复循环使用。
7、量杯一旦离开可移动的垫块，底座3内设的传感器传送信号给控制系统，触摸显示屏11提示重新称量或称量结束。选择重新称量，重复1-6的步骤；选择称量结束，触摸显示屏11自行关闭，再将手柄1上的开关2向下按下，关闭整个称量装置系统，至此工作结束。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.多用途一体化液体小剂量称量装置，其特征在于，所述的称量装置包括量杯(5)、底座(3)、设置在底座(3)上的手柄(1)、控制面板(25)、可移动的垫块(8)、拉绳式位移传感器(15)、激光笔滑道(16)、伺服电机(17)、滚轴丝杠(18)、量杯压紧装置(19)、干燥开关(21)、停止开关(22)、软触头支撑架(23)和送风孔(24)，以及底座(3)内部的电源系统、重量识别系统、体积识别系统、重量传感器、小型风机和控制系统；其中，手柄(1)、可移动的垫块(8)、激光笔滑道(16)的中心共线；
所述的控制面板(25)上设置重量按钮(9)、体积按钮(10)、触摸显示屏(11)和数字键盘(12)；控制面板(25)下面与底座(3)中的控制系统连接；
所述的手柄(1)上设置开关(2)，用于控制称量装置的启动和关闭；在手柄(1)面向量杯(5)的立面上设置带防护口盖的镜头(4)，镜头敷设整个量杯(5)的高度，并与底座(3)内部的体积识别系统、重量识别系统相连；手柄(1)侧面设置内凹式电源接头(26)；
所述的可移动的垫块(8)上设置柔性夹具(6)，压紧螺钉(7)穿过柔性夹具(6)，能够固定调整好的柔性夹具(6)；柔性夹具(6)的位置不能遮挡会遮挡带防护口盖的镜头(4)的视角；可移动的垫块(8)下方设置重量传感器；
所述的激光笔(13)固定于丝母滑块(14)的一端，丝母滑块(14)能沿激光笔滑道(16)上下滑动，丝母滑块(14)的另一端与滚轴丝杠(18)相连，滚轴丝杠(18)与伺服电机(17)相连；通过伺服电机(17)驱动滚轴丝杠(18)，并带动丝母滑块(14)沿激光笔滑道(16)停留在指定的位置上；拉绳式位移传感器(15)上端与丝母滑块(14)下端相连，用于检测丝母滑块(14)位移的高度，并反馈信息给控制系统；
所述的量杯压紧装置(19)与轴销(20)组合，与送风孔(24)相邻设置；软触头支撑架(23)设置于送风孔(24)的上方，干燥开关(21)、停止开关(22)与底座(3)内部的小型风机相连，用于控制小型风机的开关，小型风机的出风口对准送风孔(24)；
所述的电源系统与各个电器件相连，所述的重量识别系统用于接收待称量物质的重量信息，并将重量信息转化成激光笔(13)的高度信息；所述的体积识别系统用于接收待称量物质的体积信息，并将体积信息转化成激光笔(13)的高度信息。
2.采用权利要求1所述的多用途一体化液体小剂量称量装置的称量方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、手持手柄(1)放置好称量装置，内凹式电源接头(26)接好电源，取下手柄(1)上设置的带防护口盖的镜头(4)的防护口盖；
步骤二、把可移动的垫块(8)放在底座(3)上，量杯(5)放在可移动的垫块(8)上，用柔性夹具(6)前后调整好角度，然后用压紧螺钉(7)固定好，检查量杯(5)的高度和直径要在手柄(1)上设置的带防护口盖的镜头(4)摄影范围内，无遮挡；
步骤三、将手柄(1)上的开关(2)向上按下，称量工作开始启动，触摸显示屏(11)亮起；
步骤四、根据实验需求选择重量按钮(9)或体积按钮(10)，然后在触摸显示屏(11)上根据提示，输入待称量物质体积或质量和密度，采用数字键盘(12)输入，检查无误后，进行确认；确认后，带防护口盖的镜头(4)开始摄像，图片的传送启动底座(3)内设的重量识别系统或体积识别系统开始进行换算，计算出激光笔(13)应停留的高度值；
其中，当需要称量待称量液体的体积时，具体过程为：(1)选择体积按钮(10)，然后在触摸显示屏(11)上根据提示，输入待称量的体积数值，带防护口盖的镜头(4)开始摄像；(2)通过数据库中的图片信息，得知摄像图片中所用量杯的尺寸信息：所用量杯的内底面半径r；(3)利用输入待称量液体的体积V，得到待称量液体在所用量杯中的高度h’为：h’＝V/(πr2)；(4)利用所建立的量杯尺寸与激光笔所处高度的匹配关系，得出激光笔所处高度；
当需要称量待称量液体的质量时，具体过程为：(1)选择重量按钮(9)，然后在触摸显示屏(11)上根据提示，输入待称量的质量m、密度ρ数值，带防护口盖的镜头(4)开始摄像；(2)通过数据库中的图片信息，得知摄像图片中所用量杯的尺寸信息：所用量杯的内底面半径r；(3)利用输入待称量的质量m、密度ρ数值，得到待称量液体在所用量杯中的高度h’为：h’＝m/(ρπr2)；(4)利用所建立的量杯尺寸与激光笔所处高度的匹配关系，得出激光笔所处高度；
步骤五、激光笔(13)应停留的高度值发送给控制系统，启动伺服电机(17)，带动丝母滑块(14)沿激光笔滑道(16)停留在指定的位置上，拉绳式位移传感器(15)再次检测其位移的高度，并反馈信息给相应控制系统，确认无误后，触摸显示屏(11)给予提示，触动激光笔的开关，向量杯(5)投射激光束，激光束的指示的高度就是要倒入量杯(5)中液体的高度，也就是所要称量物质的需求量---重量或容积；
步骤六、量杯(5)的溶液倒出后，清洗干净，倒置在软触头支撑架(23)上，量杯压紧装置(19)与轴销(20)组合将其固定，按下干燥开关(21)，底座(3)内设的小型风机开始启动，通过送风孔(24)吹送暖风，干燥量杯(5)；干燥后按下停止开关(22)，量杯(5)能往复循环使用；
步骤七、量杯一旦离开可移动的垫块(8)，底座(3)内设的重量传感器传送信号给控制系统，触摸显示屏(11)提示重新称量或称量结束；选择重新称量，重复步骤一至六；选择称量结束，触摸显示屏(11)自行关闭，再将手柄(1)上的开关(2)向下按下，关闭整个称量装置，至此工作结束。
3.根据权利要求2所述的称量方法，其特征在于，使用前，对体积识别系统或重量识别系统进行标定，标定过程为：(1)防护口盖的镜头依据量杯的尺寸大小进行选取，一一匹配防护口盖的镜头和量杯；(2)防护口盖的镜头拍摄所匹配量杯的图片，进而将图片与量杯的尺寸一一匹配，将该匹配信息储存到体积识别系统或重量识别系统的数据库中；(3)标定校准激光笔探测高度，建立量杯尺寸与激光笔所处高度的匹配关系，并将匹配关系存入数据库中。
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