CN112129913B - 水质分析仪、水质在线监测系统及用于水质分析仪的定量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水质分析仪，包括：反应单元；取送液单元；用于对液体进行定量的定量装置，其包括定量管路，定量管路连接到第二端口，以使得流入切换阀的液体能经由第二端口流到定量管路，经定量的液体能送入反应单元；在定量管路的第一位置处布置有传感器，定量装置还包括抽取装置，抽取装置构造成能响应于液体到达第一位置而将液体经第一位置抽到第二位置，以使得液体的总定量体积至少包括由第一端口与第一位置之间的流路所限定的第一体积和由第一位置与第二位置之间的流路所限定的第二体积之和。由此，一方面提供灵活的定量选择，另一方面提高定量以及后续分析的准确性。本发明还提供水质在线监测系统和用于水质分析仪的定量方法。

Description

水质分析仪、水质在线监测系统及用于水质分析仪的定量 方法

技术领域

本发明涉及一种水质分析仪，例如该水质分析仪可以用于对水样中的一种或多种物质含量进行测量、从而在线分析出水质的基本情况。本发明还涉及一种包括这种水质分析仪在内的水质在线监测系统。另外，本发明涉及一种用于这种水质分析仪的定量方法，以便于对进行水质分析的液体进行定量。

背景技术

目前，水污染问题作为一个突出的环境保护问题日益引起关注。为了保护人类赖以生存的水环境、确保人们饮水卫生，一方面需要对生产、生活中的水质进行检测，另一方面，也须加强对各种生产和生活污水排放的监测。

在对水环境进行监测的过程中，通常采用水质检测装置，其已经广泛应用于发电厂、生活污水处理厂、纺织厂、制药厂、环保部门、防疫部门、水利部门、医院等等。尤其是，水质分析仪的质量对水环境监测起着至关重要的作用。

在现有技术中已知采用水质分析仪进行检测和分析，此类水质分析仪能以比色法对地表水、沟渠排水、生活污水、工业过程水以及工业废水等各行业的水样进行硅、磷酸盐等多种物质含量进行在线监测。为此，此类水质分析仪设有一个反应池，其同时也可以用作测量池。该反应池安装于可以灵活设置温度的控制模块内。控制模块配备有一组高精度光学测量系统，以实现对硅、磷酸盐等各种物质含量的精确测量。

例如，在现有的例如COD水质在线监测仪中，主要流路包含由一个高精度的注射泵、一个多通阀以及一个缓冲储液机构组成取送液单元。该取送液单元能实现不同试剂、标液和样品的顺序进样功能，将它们推送到前述反应测量池中进行化学反应。

然而，为了保证水质分析结果的可靠性，需要对各种水样、试剂、标液等液体的体积进行精确定量。在现有技术中，这种对液体的精确定量是通过昂贵的注射泵来完成的，从而通常导致整个水质分析仪的成本大幅上升。

此外，如果采用价格较低的蠕动泵来进行定量，由于蠕动泵的定量精度较低，因此造成定量不准确的问题，所以也难以用于高精度要求的化学分析设备中。

替代地，如果不采用昂贵的注射泵或者精度低的蠕动泵来精确定量待测液体（例如，水样、试剂、标液等），也可以利用光电传感器来检测管路上到达指定位置的液体，从而基于确定的管路位置来计算定量体积。但由于这种传感器（无论类型如何）一般需提前安装就位，因而这种方式非常不灵活，定量的液体体积是相对固定的，从而无法针对不同的液体定量不同的体积。

因而，在水质监测分析领域中会始终存在对能避免上述诸多问题的水质分析仪的改进需求，期望水质分析仪的成本较低，但同时又能确保水质定量分析的准确性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种水质分析仪，包括：反应单元，反应单元构造成容纳待送入的液体；取送液单元，取送液单元包括：切换阀，切换阀包括第一端口和第二端口，液体能经由第一端口流入切换阀；

用于对液体进行定量的定量装置，该定量装置包括定量管路，该定量管路连接到第二端口，以使得流入切换阀的液体能经由第二端口流到定量管路，经定量的液体能送入反应单元；在定量管路的第一位置处布置有传感器，传感器构造成能监测到液体流动到达第一位置，该定量装置还包括抽取装置，该抽取装置构造成能响应于液体到达第一位置而将液体经第一位置抽到第二位置，以使得液体的总定量体积至少包括由第一端口与第一位置之间的流路所限定的第一体积和由第一位置与第二位置之间的流路所限定的第二体积之和。

由于液体的总定量体积既包含由传感器的位置所确定的第一体积、又包含可由抽取装置来控制的第二体积，一方面可以提供非常灵活的定量选择，另一方面可以提高定量以及后续分析的准确性。

例如，液体可以是水样和试剂中的至少一者。因此，本发明的水质分析仪的定量装置可以对水样和/或各种试剂进行分别按需求的定量，从而简化水质分析操作。

在一些实施例中，切换阀可以构造成多通阀，该多通阀还可以包括第三端口，第三端口与反应单元流体连通，该多通阀能在使第二端口与第一端口流体连通的取液状态与使第二端口与第三端口流体连通的送液状态之间进行切换，在取液状态下，液体可以从第一端口经第二端口流向定量管路，而在送液状态下，经定量的液体可以经第三端口送入反应单元。

借助切换阀的不同流路来实现方向不同的取液和送液步骤，可以实现紧凑的结构（无需另置其它管路或阀门）和相对简化的操作（抽取装置的正反转）。

优选的是，水质分析仪还可以包括控制器，抽取装置为蠕动泵，控制器构造成能设定蠕动泵的泵送时间，以获得第二体积。通过设定蠕动泵的泵送时间，可以灵活地来调节所需达到的液体定量的量的多少。

更优选的是，蠕动泵可以包括多个滚子，在将液体从第一位置抽到第二位置的过程中，控制器可以控制蠕动泵的滚子转过预定圈数，预定圈数是蠕动泵的滚子总数之倒数的正整数倍。

通过使蠕动泵转过蠕动泵的滚子总数之倒数的正整数倍的圈数，能使得即便采用低价的蠕动泵也能达到较高的泵送精度，以及由此获得精确的第二体积和定量总体积。

有利地，取送液单元还可以包括送液泵，送液泵可以用于将经定量的液体经多通阀送入反应单元。借助与抽取装置分开的送液泵，可以实现对送液和取样步骤的无延迟衔接。

在一些实施例中，取送液单元还可以包括换向阀，该换向阀能在将定量管路与取液管路连通的第一位置和将定量管路与送液管路连通的第二位置之间切换，其中，该抽取装置可以设置在取液管路上，而送液泵可以设置在送液管路上。

借助两条独立的流路和换向阀的使用，可以更灵活地布置定量液体的抽取装置和送液装置，并减少流路之间的干涉和增加更多布局的可能性。

例如，传感器可以构造成能识别液体的液面前锋到达第一位置的光电传感器。借助价格较低的光电传感器，可以实现对液体到达第一位置的准确识别和使后续借助控制器和抽取装置来抽取第二体积的响应更精准。

本发明还提供一种水质在线监测系统，该水质在线监测系统可以包括水质分析仪、水样储存容器、至少一个试剂储器以及废液储器，其中，水质分析仪包括与废液储器、水样储存容器、试剂储器分别进行流体连接的接口。

本发明还提供一种用于水质分析仪的定量方法，该水质分析仪可以包括：反应单元，反应单元构造成容纳待送入的液体；取送液单元，取送液单元包括：切换阀，切换阀包括第一端口和第二端口；用于对液体进行定量的定量装置，定量装置包括定量管路，定量管路连接到第二端口，在定量管路上的第一位置处布置有传感器，传感器构造成能监测到液体流动到达第一位置；定量方法可以包括如下步骤：使液体从第一端口流入切换阀；使切换阀内的液体从第二端口流到定量管路上，并使液体沿着定量管路流到第一位置；响应于液体到达第一位置，通过蠕动泵将液体经第一位置抽取到第二位置，蠕动泵包括多个滚子，在将液体从第一位置抽到第二位置的过程中，控制器控制蠕动泵的滚子转过预定圈数，预定圈数是蠕动泵的滚子总数之倒数的正整数倍；将所定量的液体送入反应单元。

附图说明

图1示例性示出根据本发明的一个实施例的水质在线监测系统的原理图，其中，取送液单元的多通阀正在对水样进行取液；

图2示例性示出根据本发明的一个实施例的水质在线监测系统的原理图，其中，取送液单元的多通阀正在对水样进送液；

图3示例性示出根据本发明的一个实施例的水质在线监测系统的原理图，其中，取送液单元的多通阀正在对试剂进行取液；

图4示例性示出根据本发明的一个实施例的水质在线监测系统的原理图，其中，取送液单元的多通阀正在对试剂进送液；

图5示例性示出根据本发明的一个实施例的抽取装置的内部结构，该抽取装置在此是具有三个滚子的蠕动泵；以及

图6示例性示出根据图5的蠕动泵的流量随时间变化的曲线图。

应注意参考的附图并非都按比例绘制，而是可扩大来说明本发明的各方面，且在这方面，附图不应被解释为限制性的。

附图标记列表：

10 反应单元；

20 多通阀；

22 第一端口；

24 第三端口；

26 第二端口；

32 定量管路；

34 第一位置；

36 第二位置；

40 抽取装置；

41 滚子；

42 送液泵；

43 换向阀；

44 取液管路；

45 送液管路；

100 水质分析仪；

200 水样储存容器；

300 试剂储器；

400 废液储器；

V1 第一体积；

V2 第二体积。

具体实施方式

首先，在本发明的各个附图中，仅示意性地示出水质分析仪100的各个部件之间的基本的流体连接关系，而没有具体示出流体回路中的其它必要部件（例如，流路控制部件、供电部件、驱动部件等）。但本领域技术人员可以理解到，未示出的部件并不是本发明的重点内容，因而在下文中不再赘述。

其次，本发明的水质分析仪100可应用于多种水质测量应用场合下，例如对化学需氧量、氨氮含量等指标的测量。此外，也可以理解到，本发明的水质分析仪100也可以用于其他类系的监测分析类设备中，以用于对除了水质之外的其他液体成分进行测量。因此，在本发明中，待送入反应单元内的对象称之为“液体”，例如水样、试剂，但本发明的术语“液体”也可以是指不送入反应单元内的液体，例如清洗剂、标液等等。

第三，本发明中的术语“流体连通”不限于直接流体连接，也可以包括任何中间管路或部件的间接流体连通。此外，术语“可连通”除了可以产生流体连通之外还可以包含可以可切断流体通路的含义。

图1示出根据本发明的包括示例性水质分析仪100在内的水质在线监测系统的原理图。具体来说，在该系统中，水质分析仪100可包括对外的各种接口，以与提供例如水样、各种试剂、空气、标液、清洗剂、废液处理的其它装置进行连接。换言之，水样、各种试剂、空气、标液、清洗剂（例如，容纳在图1中左侧下方示出的水样储存容器200、多个试剂储器300）等可以经由水质在线监测系统送入水质分析仪100，且水质分析仪100中的废液也能经由接口排出到位于系统外的废液储器400（例如，废液桶或备用桶）。但也可以理解到，水质分析仪的各个接口并不是必须的，而是各种液体可以直接通过管路流入水质分析仪内部的各装置或构件，即本发明的水质分析仪的边界可以是虚设的，而不是实际存在的物理边界。

根据本发明的水质分析仪100包括反应单元10，该反应单元10构造成容纳液体、例如水样和试剂，例如使得水样和试剂能在其内进行反应。通常，反应单元10可包括独立的容纳液体的至少一个容器，但还可以包含集成有其它装置。在此，术语“反应”包括但不限于混合、测量、鼓气、化学反应、分析等。优选地，该反应单元10可以安装于可以灵活设置温度的控制模块内，并且配备有专用或通用的测量系统，以实现对各种物质的精确测量和分析，但这些对于本发明来说都不是必须的。

根据本发明的水质分析仪100还包括取送液单元。在本发明中，该取送液单元是指在水质分析仪中抽取液体、例如水样、各种试剂、空气、标液、清洗剂等并且送入前述反应单元10或者送入其它对应容器（例如，废液储气）或其它分析仪器的各个装置和构件的总称。

为此，取送液单元可包括切换阀，该切换阀通过切换流路可以实现使液体流入下文将详述的定量管路32以及将经定量的液体送入反应单元10的功能。该切换阀包括第一端口22和第二端口26，液体能经由该第一端口22流入切换阀。可以理解到，在此术语“第一端口”并不一定是指一个进入端口，而是各种液体（例如，水样、多种试剂等）流入切换阀的端口都可以称为“第一端口”。通常，切换阀的第一端口不再作他用，即流入和流出切换阀通常采用不同的端口，但这并不是必须的设置。

此外，取送液单元还可包括用于对液体进行定量的定量装置。但应理解到，整个定量过程中用到的部件并不局限于该定量装置，并且定量装置本身可以不仅用于定量，例如还可以用于取送液过程或者排废液等。换言之，在本发明中，定量功能不限于仅由定量装置来完成，定量装置除了定量功能也包含其它功能。

定量装置可包括定量管路32。切换阀的第二端口26用于连接到该定量管路32，因而，流入切换阀的液体能经由第二端口26流到该定量管路32，然后经定量的液体经能送入反应单元10。在本发明中，定量管路32的横截面优选是恒定的，但也不是必须的，只要定量管路32的横截面的变化是预先确定的即可，以便于计算定量管路32上的液体定量体积。定量管路32的具体形式不限，例如可以是直管，但也可以是弯管，甚至是盘管或包含一部分的环路。

为了进行液体体积的定量，在定量管路32上的第一位置34处可设有传感器。该传感器可以识别出液体（沿着定量管路32）流动到达该第一位置34。为此，可提供各种不同形式的传感器，例如能识别液体前锋（例如，气液交界面）到达第一位置34的光电传感器或光栅（即，所谓的光学定量）。光栅例如可以设计为带日光滤光器的红外光栅。在一个实例中，第一位置34处的光电传感器可由发光二极管和光敏二极管组成。光电传感器的检测原理是在管路里有液体和没有液体时，光敏二极管接收到的发光二极管发出的光的强度是不一样的， 从而导致光敏二极管生成了不同强度的电信号。例如，在管路有液体的情况下，光敏二极管会产生0.04V左右的电信号，而在管路没有液体的情况下，光敏二极管会产生1.8V左右的电信号。因此，当管路里液体（准确地说是液体和气体的交界面前锋）通过光电传感器的发光二极管时，其所产生的电信号的变化很大（例如，跨越两个数量级），从而可以由例如控制器识别出液体到达第一位置34。

在该实施例中，液体应当流经排空的定量管路段，以能由传感器通过液体的液面前锋来识别出液体经过了该传感器所在位置的第一位置34，定量管路32的至少该段也可以设置成透明的或半透明的，这是一种识别液体到达第一位置34的一种简单方式。另外，在本发明中，光电传感器的精度还可以基于折射原理（而非直接接收从发光二极管发出的光）来改进，从而避免由于液体中可能存在的气泡等而作出错误的判断（例如，由于气泡导致光敏二极管的信号突变升高）。

替代地，布置在第一位置34处的传感器还可以是其他利用液体压力、电容等原理监测的液体传感器。应注意的是，在本发明中，第一位置34通常是在水质分析仪中预先设定好或者安装好传感器的定量管路32上的位点。尽管传感器所在的第一位置34可以沿定量管路32变化，但理论上第一位置34需要预先确定好或者在开始水质分析后无法灵活调节。例如，当需要定量的液体体积较大时，可以根据待定量的体积和管路直径大小来预先确定第一位置34（例如，将传感器安排在定量管路32上更远离切换阀的位置）。

为了使液体从前述切换阀能流到与该切换阀的第二端口26连接的定量管路32上，本发明可以包括用于抽取液体的抽液设备。该抽液设备可以包括属于定量装置的抽取装置40，该抽取装置40可构造成能将液体经定量管路32上的第一位置34抽到定量管路32上的另一位点、即第二位置36。将液体经切换阀抽到第一位置34可以由同一抽取装置40完成，但也可以由抽液设备的其它装置完成。换言之，将液体从第一位置34抽到第二位置36由抽取装置40来完成，但将液体从其各自容器经由切换阀抽取到第一位置34可以由抽取装置40或者可以不由抽取装置40（即，由除了抽取装置40的其它装置，比如其它泵）来完成。

应注意的是，在本发明中，在“第二位置”处没有布置有任何可识别的标记或者用于识别液体到达该第二位置36的装置或构件（例如，传感器）。第二位置36由抽取装置40对液体的抽取量来限定，例如可以预先根据要确定定量体积来在定量管路32上变动该第二位置36。

可以理解到，第二位置36的空间位置无须一定比第一位置34更靠近切换阀，只要确保液体先流经第一位置34再流到第二位置36即可。例如，在定量管路32为弯管的情况下，可能存在第二位置36实际上比第一位置34更靠近切换阀的情况。

在本发明中，液体的总定量体积至少包括由切换阀的第一端口22与定量管路32上的第一位置34之间的流路所限定的第一体积V1和由第一位置34与第二位置36之间的流路所限定的第二体积V2之和。

在此，术语“至少包括”是指液体的总定量体积包含第一体积V1和第二体积V2，但还可包含其它的定量体积，例如还可以设有第三或更多的控制点，以使得液体在到达第二位置36后再流到该第三或其它控制点，从而获得更多的定量体积。此外，由于第一位置34是相对固定的控制点，因此，通常第一体积V1的定量精度比第二体积V2的定量精度更高。

可以注意到，在定量体积的计算中，可以将切换阀的第一端口22作为定量体积的初始点。在此情况下，切换阀内的第一端口22到第二端口26的流路体积也是定量体积的一部分，因而切换阀在此意义上也可以起到一部分定量的功能。因此，也可以将第一体积V1进一步细分为从第一端口22到第二端口26的阀内（定量）体积和从第二端口26到第一位置34的管路（定量）体积。在将其它位点作为定量体积的初始点的其它实施例中，初始点到传感器的管路体积无论如何也是可以精确计算出的。

除了起到定量的功能，如果第一位置34由传感器提供，则该传感器还起到检测管路中是否存在液体的功能或者其它异常诊断的功能。例如，在开始定量体积之前，可以借助第一位置34处的传感器来判断是否存在液体。如前所述，在有或无液体的情况下，光电传感器的电信号可以有很好的区分度（例如，如前文所述跨越两个数量级），因而可以保证使用此光电传感器能可靠地检测到流体管路里有无液体，进而帮助判断整个流路中的元器件是否处于正常工作状态。如果存在液体，则视情况增加排空管路的操作步骤。例如，在由控制器控制的某个工作步骤中，该段流路在应当有液体或者应当没有液体时却出现了相反的检测结果，则可以判断出出现了异常，需要进一步查看或者检修。

在借助定量装置完成液体体积的定量之后，需要将经定量的液体送入反应单元10中。在一些实施例中，可以直接借助定量管路32本身来将液体经由远离切换阀的另一侧或另一端送入反应单元10。在此，液体在到达第二位置36之后会继续流过（即，超过）该第二位置36，从而流向反应单元10。但优选的是，液体在到达第二位置36后不再继续向前流过第二位置36，而是沿相反方向（即，沿朝向切换阀的方向）流动。例如，可以在切换阀的第二端口26与第一位置34或第二位置36之间设置有分支管路，借助设置在分支管路上或者交汇点处的阀选择性地让液体流入该分支管路。

但在更优选的实施例中，切换阀构造成多通阀20，多通阀20还可以包括第三端口24，第三端口24与反应单元10流体连通，由此第三端口24也可以被称为送液端口。在此实施例中，多通阀20可以在取液状态与送液状态之间选择性切换，在取液状态下，第二端口26可以与第一端口22流体连通，以使得液体从第一端口22经第二端口26流向定量管路32，而在送液状态下，第二端口26可以与第三端口24流体连通，以使得经定量的液体经第三端口24流入反应单元10。本发明的多通阀20还可以包括其它端口，以执行其它功能，例如排废液、送入其它分析单元、清洗、向反应单元10鼓气等。

应注意到，当多通阀20在切换时，取液状态下第一端口22与第二端口26之间的流体体积应当完全被转移到送液状态下的第二端口26与第三端口24之间，以使得不会因为多通阀20的切换而导致定量体积的损失或者波动。

优选的是，多通阀20构造成具有一个公共端口，公共端口例如可以位于切换阀的中心。特别是，该公共端口可以与多通阀20的其它所有端口均选择性连通或断开。更优选的是，将该公共端口选择为前述第二端口26。有利地，第二端口26与第一端口22之间的流路体积等于或几乎等于第二端口26与第三端口24之间的流路体积。可以理解到，本发明的多通阀20可以具有比图1中所示更多或更少数目的端口。

在本发明中，抽取装置40可以使得所定量的液体体积在与传感器相比更灵活的范围内变化。例如，针对不同的水样、各种试剂等液体的定量需求，可以通过对抽取装置40的不同设定来完成，定量十分灵活且便捷。

优选的是，抽取装置40采用价格较低的蠕动泵（即，不但用于提供抽取液体的动力，还同时用于定量液体体积），而非昂贵的注射泵。由于避免使用昂贵的注射泵等，降低了整个系统的成本。

蠕动泵的问题在于定量的精度不如注射泵。为此，根据本发明的水质分析仪100还可包括控制器，该控制器可以构造成能通过改变蠕动泵的泵送时间来确定第二位置36以及第二体积V2。当总定量体积确定的情况下，也可以合理分配第一体积V1和第二体积V2。例如，可以根据计划达到的第二体积V2来反过来在开始分析操作之前预先调节定量管路32上的传感器的位置。当传感器所在的第一位置34改变时，实际上液体定量的总体积中第一体积V1所占的比例也就随之改变了。

还可以理解到，本发明的这种控制器除了可以用于设定蠕动泵的泵送时间/预定圈数，也可以替代地或者附加地用于控制水质分析仪100的其它流路，例如切换阀或其它阀的切换等。换言之，水质分析仪100可以包括一个控制器来集成对所有流体部件进行控制，也可以针对一个或一些流体部件设定独立的控制器。

发明人创造性地认识到蠕动泵的泵送量与蠕动泵的滚子41转过的角度成一定关系。如图6中示意所示，蠕动泵的泵送量随时间（即，滚子41转过的圈数）呈周期性循环变化。具体来说，当蠕动泵包括多个彼此间隔开的滚子41时（通常，各滚子41之间的角度间隔为均匀的），在蠕动泵的一个滚子41旋转到达与其相邻的滚子41之前所在位置的时间内，蠕动泵的泵送量为一个大致固定的值。因此，有利的是，利用蠕动泵的各个滚子41转过预定圈数的泵送时间来调节定量体积。

可选地，抽取装置40用于将液体从切换阀的第一端口22抽到第二端口26、定量管路32上并且抽到第一位置34（在第一位置34处液体可被传感器所识别到或检测到）。但至少，抽取装置40用于将液体从定量管路32的第一位置34抽吸到第二位置36。也就是说，抽取装置40至少在液体到达第一位置34时（例如，响应于传感器在第一位置34处感测到液体）开始抽取液体，当然优选地可以从一开始就将液体经切换阀抽取到第一位置34。

在从第一位置34到第二位置36的抽取过程中，控制器可以控制蠕动泵的滚子41（多个滚子41中的一个或者说任一个）转过预定圈数。优选的是，该预定圈数是该蠕动泵的滚子总数的倒数的正整数倍。即，可以控制蠕动泵的滚子41转过与滚子总数相关的预定圈数，而不是任意的圈数或旋转角度。由此，可以获得较为精确的蠕动泵的泵送量或者说定量管路32上的第一位置34与第二位置36之间的第二体积V2。特别优选的是，该预定圈数并不是该蠕动泵的整圈数，例如一圈到两圈之间、尤其是小于一圈。

换言之，用于将液体从第一位置34抽吸到第二位置36的蠕动泵的泵送时间t（单位：毫秒）可以根据如下公式进行计算：

，公式1

其中，N为正整数，X为滚子41的个数，T为蠕动泵转过一整圈的时间（通常，该时间针对每个蠕动泵是确定的，即该蠕动泵的转速的倒数）。

对于蠕动泵来说，其转过一整圈的泵送体积一般也是确定的，例如0.208毫升/圈。由此，当蠕动泵包括三个滚子41（参见图5的示例性蠕动泵内部滚子结构）时，优选的是，第二体积V2可以选择为0.208毫升的三分之一（优选）、三分之二（优选）、0.208毫升、0.208毫升的三分之四（优选），以此类推，以期获得精确的定量体积。通常，一整圈的泵送体积的滚子数分之一（例如，三分之一、四分之一、五分之一等）的体积量已经极小，完全可以满足液体定量的精度需求。图6示出了蠕动泵泵送量随泵送时间的变化曲线，可以清楚看到蠕动泵中的一个滚子41转到相邻滚子41的泵送时间内的泵送量是呈周期性变化的。

由于在开始正式水质分析之前定量管路32上所设的第一位置34（即，传感器所在位置）就已经确定了，即从切换阀的第二端口26到第一位置34之间的定量管路32长度确定了，可以计算出从切换阀的第一端口22（假设为定量的初始点）到第二位置36的（定量）体积之和。如上已述，该（定量）体积之和可以是总液体定量体积，但也可以仅为其一部分。

从切换阀的第一端口22到第二位置36的定量体积之和（可以是最终的总定量体积，但也可以是其一部分）可以根据如下公式来计算：

公式2

其中，V_q是切换阀内的第一端口22到第二端口26的液体体积，ID是定量管路32的内径（假设内径沿管路长度不变），Pc是蠕动泵的整圈泵送体积，N是正整数，X是蠕动泵的滚子总数。

在一个实例中，蠕动泵可以具有三个滚子41，蠕动泵的第一端口22到第二端口26的固定液体体积为0.075毫升，定量管路32为1/6英寸的PFA管，蠕动泵的第二端口26到第一位置34长度为10厘米，且蠕动泵的整圈泵送体积为0.208毫升，则第一体积V1与第二体积V2之和（单位：毫升）为：

在图1中所示的实施例中，前述定量流体管路的与连接到多通阀20的一端相对的另一端则能选择性地与取液管路44/流路（位于图1更下方）或者送液管路45/流路流体（位于图1更上方）连通。可以在取液管路44上布置有抽取装置40（例如，蠕动泵，但不排除还有其它的抽取装置），而在送液管路45上布置有送液泵42。为了泵送定量体积的液体的需要，蠕动泵与送液泵42的泵送方向通常是相反的。

例如，取液管路44上的抽取装置40（例如，蠕动泵）可以远离定量管路32的方向进行泵送，而送液管路45上的送液泵42可以是鼓气泵（例如，也可以是一种蠕动泵），即可以朝向定量管路32的方向进行泵送。

当抽液泵所在的取液管路44与定量管路32流体连通时，抽液泵可以将水样、试剂等液体（例如，从多通阀20）抽吸到定量管路32内。当鼓气泵所在的送液管路45与定量管路32流体连通时，可以将经定量的水样、试剂等液体泵送离开定量管路32（例如，泵送到反应单元10中）。

如前所述，无论是抽取装置40（例如，蠕动泵）还是送液泵42，都无须是昂贵的注射泵。另外，抽取装置40（例如，蠕动泵）和送液泵42优选地都可以由步进电机驱动（由控制装置进行控制），以能精确地根据预定圈数操作这些泵来将各种液体泵送到流体管路中的任何选定位置（但可以对送液泵的要求更低）。此外，取液管路44能选择性接入废液储器400，以将废液经由定量管路32以及取液管路44排出到废液储器400中。

为了实现定量管路32与取液管路44的流体连通以及其与送液管路45的流体连通之间的切换，在定量管路32的该另一端处（即，第二位置36与取液管路44和送液管路45之间的管路上）优选地设置有流体切换部件，例如换向阀43。该换向阀43也可以例如是带有切换功能的三通管接头（例如，T型接头）。换向阀43可以根据需要使送液泵42或抽取装置40与定量管路32选择性连通或断开。在一个实例中，三通管接头（例如T型接头）的三通涉及定量管路32的一通、取液管路44的一通以及送液管路45的一通。

下面，借助图1-4来详细阐释根据本发明的水质分析仪100的示例性工作流程。

首先，如图1中所示，水质分析仪100需要（从水样储器中或者从例如河流等环境中）先抽取水样到多通阀20（经由第一端口22进入多通阀20）以及定量管路32上。为此，将换向阀43切换到使定量管路32与取液管路44连通的位置，以使得能经由取液管路44上的蠕动泵（当然，在其它实施例中也可以是除了该蠕动泵的其它蠕动泵或其它类型泵）来抽取水样。在此实例中，定量管路32与多通阀20的公共端口（即，第二端口26）流体连通。

然后，使切换阀内的水样从第二端口26流到定量管路32上，以执行定量步骤。具体来说，在该定量步骤中，使水样沿着定量管路32流经第一位置34并且到达第二位置36。在此，在第一位置34设有光电传感器或其他类型的液体传感器。优选的是，该传感器还能在水样应当经过第一位置34、但没有在第一位置34处检测到水样时发出警报（即，传感器可具有诊断功能）。

如前所述，定量管路32上的第二位置36是由控制器控制蠕动泵的泵送时间或者说蠕动泵的旋转量（即，转过的预定圈数）来确定的。由此，控制蠕动泵转过对应的圈数来提供该第二体积V2。

由于期望得到高的定量精度，因此优选选择蠕动泵的整圈泵送量的滚子总数分之一的正整数倍的泵送量。更优选的是，使蠕动泵转过非整数圈。较高的泵送精度可以通过获得步进量非常小的第二体积V2的增量来实现。替代地或附加地，也可以根据所需的总定量体积和优选的第二体积V2大小来在开始整个操作前确定第一体积V1的大小，即确定传感器所在的第一位置34。

在完成水样的定量之后，如图2中所示，将所定量的水样先送入反应单元10。为此，将换向阀43切换到使定量管路32与送液管路45连通的位置，以使得能经由送液管路45上的送液泵42（例如，空气泵）来送水样。在此实例中，与定量管路32连接的多通阀20的公共端口（即，第二端口26）切换到与第三端口24流体连通，该第三端口24与反应单元10流体连通。

应注意到，在多通阀20从第一端口22与第二端口26连通的状态切换到第二端口26与第三端口24流体连通的状态时，第一端口22与第二端口26之间的水样会全部送入第二端口26与第三端口24之间的流路中，而不应发生任何损失，以确保经定量的水样完全被送入反应单元10内。

图3和图4示出了与前文类似的将试剂定量并且送入反应单元10内的示意图。如果需要多于一种试剂与水样反应，也可以多次如图3和4中操作水质分析仪100（例如，经由控制器）。当然，也可以在定量和送入各种试剂之间插入定量和送入水样或者其它液体的前述步骤。

当全部液体进入反应单元10时，反应单元10可以开始工作。例如，在反应单元10内可进行消解/化学反应。该消解/化学反应需要等待一段时间，以等待反应池中的混合液体充分消解/化学反应。例如，还可以在反应单元10内进行浓度测量。例如，此时测量池的光学系统工作，测量出混合液体的吸光度，进一步计算出待测物质的浓度。但还可以为后续分析其他水质的操作，在此不再赘述。

本发明的水质分析仪100还可实现排液操作。例如，在整个测量或分析完成以后，使定量管路32再次与取液管路44连通，并且使抽液的蠕动泵转动，以将反应单元10中的混合液体输送到接入取液管路44的废液储器400。

但可以理解到，废液也可以不经由定量管路32排出水质分析仪100，以避免废液对流体管路造成的影响。例如，可以单独设置排出管路、而不是定量管路32和取液管路44，以将废液直接排出到废液桶或者可回收桶中。

此外，除了上述的示例性步骤外，还可以包括向反应单元10鼓气等操作，在此不再一一列明。

在一些实施例中，尽管要定量不同种类的多种试剂用于分析水样，但待定量的试剂的体积是相同的（浓度可以不同）或者各种试剂的各自定量体积之间呈整倍数关系。例如，可以通过计算蠕动泵的预定圈数来先确定第二体积V2，然后根据待定量的总体积减去第二体积V2来计算出第一体积V1，最后再将传感器布置在用于获得第一体积V1的定量管路上的第一位置34处。

在另一些实施例中，需要针对不同的试剂和/或水样定量不同的液体体积。借助本发明的水质分析仪，可以通过设定抽取装置的不同的预定圈数来得到不同的第二体积V2。理论上，这种体积的变化是不连续的，变化的间隔就是蠕动泵转过一圈的体积与其总滚子数之商。但实际上，只要这个变化间隔极小，则可以认为是接近连续的。同理，在确定V2之后，可以根据待定量的总体积减去第二体积V2来计算出第一体积V1，最后再将传感器布置在用于获得第一体积V1的定量管路上的第一位置34处。

在又一些实施例中，也可以先确定传感器所在的定量管路上的第一位置34，以获得第一体积V1。然后，再根据待定量的总体积减去第一体积V1来计算出所需定量的第二体积V2。由于蠕动泵的体积变化间隔一般较小，因而可以通过设定预定圈数来获得第二体积V2或者非常接近第二体积V2的体积（此时的容差应小于规定阈值）。

上述各个工作步骤可反复进行多次，以不断实现水质的在线监测，各个工作步骤的次序根据实际要求可以或者不可以进行交换，但持续时间可根据具体需求来进行调整。

本发明中所述的具体实施例仅为较佳的实施方式，并不意在限制由下述权利要求书所限定的保护范围。本领域技术人员可根据本发明中所述的内容作等效变化与改型，这些都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水质分析仪（100），包括：

反应单元（10），所述反应单元（10）构造成容纳待送入的液体；

取送液单元，所述取送液单元包括：

切换阀，所述切换阀包括至第一端口（22）和第二端口（26），所述液体能经由所述第一端口流入所述切换阀；

用于对所述液体进行定量的定量装置，定量装置包括定量管路（32），所述定量管路（32）连接到所述第二端口（26），以使得流入所述切换阀的所述液体能经由所述第二端口（26）流到所述定量管路（32），经定量的所述液体能送入所述反应单元（10）；

其特征在于，在所述定量管路上，仅在第一位置（34）处布置有用于定量的传感器，所述传感器构造成能监测到所述液体流动到达所述第一位置（34），所述定量装置还包括抽取装置（40），在所述传感器监测到所述液体到达所述第一位置（34）时，所述抽取装置能将所述液体经所述第一位置（34）抽到第二位置（36），以使得所述液体的总定量体积至少包括由所述第一端口（22）与所述第一位置（34）之间的流路所限定的第一体积（V1）和由所述第一位置（34）与所述第二位置（36）之间的流路所限定的第二体积（V2）之和。

2.如权利要求1所述的水质分析仪，其特征在于，所述液体是水样和试剂中的至少一者。

3.如权利要求2所述的水质分析仪，其特征在于，所述切换阀构造成多通阀（20），所述多通阀（20）还包括第三端口（24），所述第三端口（24）与所述反应单元（10）流体连通，

其中，所述多通阀（20）能在使所述第二端口（26）与所述第一端口（22）流体连通的取液状态与使所述第二端口（26）与所述第三端口（24）流体连通的送液状态之间进行切换，在所述取液状态下，所述液体从所述第一端口（22）经所述第二端口（26）流向所述定量管路（32），而在所述送液状态下，经定量的所述液体经所述第三端口（24）送入所述反应单元（10）。

4.如权利要求3所述的水质分析仪，其特征在于，还包括控制器，所述抽取装置（40）为蠕动泵，所述控制器构造成能设定所述蠕动泵的泵送时间，以获得所述第二体积。

5.如权利要求4所述的水质分析仪，其特征在于，所述蠕动泵包括多个滚子（41），在将所述液体从所述第一位置（34）抽到所述第二位置（36）的过程中，所述控制器控制所述蠕动泵的所述滚子转过预定圈数，所述预定圈数是所述蠕动泵的滚子总数之倒数的正整数倍。

6.如权利要求3所述的水质分析仪，其特征在于，所述取送液单元还包括送液泵（42），所述送液泵用于将经定量的所述液体经所述多通阀（20）送入所述反应单元（10）。

7.如权利要求6所述的水质分析仪，其特征在于，所述取送液单元还包括换向阀（43），所述换向阀（43）能在将所述定量管路（32）与取液管路（44）连通的第一位置和将所述定量管路（32）与送液管路（45）连通的第二位置之间切换，其中，所述抽取装置（40）设置在所述取液管路（44）上，而所述送液泵（42）设置在所述送液管路（45）上。

8.如权利要求1所述的水质分析仪，其特征在于，所述传感器构造成能识别所述液体的液面前锋到达所述第一位置（34）的光电传感器。

9.一种水质在线监测系统，所述水质在线监测系统包括如权利要求1-8中任一项所述的水质分析仪（100）、水样储存容器（200）、至少一个试剂储器（300）以及废液储器（400），其中，所述水质分析仪（100）包括与所述废液储器（400）、所述水样储存容器（200）、所述试剂储器（300）分别进行流体连接的接口。

10.一种用于水质分析仪（100）的定量方法，所述水质分析仪包括：

反应单元（10），所述反应单元（10）构造成容纳待送入的液体；

取送液单元，所述取送液单元包括：

切换阀，所述切换阀包括至第一端口（22）和第二端口（26）；

用于对所述液体进行定量的定量装置，定量装置包括定量管路（32），所述定量管路（32）连接到所述第二端口（26），在所述定量管路（32）上，仅在第一位置（34）处布置有用于定量的传感器，所述传感器构造成能监测到所述液体流动到达所述第一位置；

所述定量方法包括如下步骤：

- 使所述液体从所述第一端口（22）流入所述切换阀；

- 使所述切换阀内的所述液体从第二端口（26）流到所述定量管路（32）上，并使所述液体沿着所述定量管路（32）流到所述第一位置（34）

- 当所述传感器监测到所述液体到达所述第一位置（34）时，通过蠕动泵将所述液体经所述第一位置（34）抽取到第二位置（36），所述蠕动泵包括多个滚子（41），在将所述液体从所述第一位置（34）抽到所述第二位置（36）的过程中，通过控制器来控制所述蠕动泵的所述滚子转过预定圈数，所述预定圈数是所述蠕动泵的滚子总数之倒数的正整数倍；

- 将所定量的所述液体送入所述反应单元（10）。

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