CN113385120A - 一种智能ph调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种智能PH调节装置，包括机架、升降模块、控制器、检测搅拌模块、进料模块、储料模块；进料模块、储料模块、升降模块和控制器均安装在机架上，机架上设有放置反应容器的操作区；储料模块包括多个储料筒，进料模块通过导管与储料模块连接，升降模块与检测搅拌模块连接并带动检测搅拌模块升降；检测搅拌模块包括PH传感器和叶片；进料模块与控制器电连接，升降模块与控制器电连接。还涉及一种智能PH调节方法，采用上述智能PH调节装置，本发明控制器根据检测和搅拌模块的精确反馈，实时校正滴注数据，出料模块精准滴注物料，保证调PH精度，同时简化设备，简化操作，提高使用效率，属于化工领域。

Description

一种智能PH调节装置及方法

技术领域

本发明涉及化工领域，具体涉及一种智能PH调节装置及方法。

背景技术

酸碱中和是各类化工过程普遍存在的化学反应。反应中，pH值的变化通常呈严重非线性和时滞特性。目前，工业用的各种PH测控仪非常普及，但是无适用于实验室用的小型先进PH调节装置。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可自动调节PH值的智能PH调节装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种智能PH调节装置，包括机架、升降模块、控制器、检测搅拌模块、进料模块、储料模块；进料模块、储料模块、升降模块和控制器均安装在机架上，机架上设有放置反应容器的操作区；储料模块包括多个储料筒，进料模块通过导管与储料模块连接，升降模块与检测搅拌模块连接并带动检测搅拌模块升降；检测搅拌模块包括PH传感器和叶片；进料模块与控制器电连接，升降模块与控制器电连接。采用这种结构后，在操作区内放置反应容器，PH传感器可检测反应容器内液体的PH值，进料模块可将储料筒中的液体引入反应容器内，并根据实测PH值控制加入反应容器内的液体种类及体积，从而实现PH值的自适应调节。

作为一种优选，进料模块包括进料组件，进料组件包括流体泵、流量计；储料筒上设有出料口，出料口与流体泵的输入口连接，流体泵的输出口与流量计的输入口连接，流量计的输出口连接有出料导管，出料导管的末端朝向操作区；储料筒的数量为三个，进料组件的数量为三组，三个储料筒分别与三组进料组件连接。采用这种结构后，储料筒内分别存放三种液体，可单独控制三种液体的加入量。

作为一种优选，流体泵为蠕动泵，控制器为单片机。采用这种结构后，可实现液体加入量的精准调控。

作为一种优选，进料模块还包括导管支撑架，三组出料导管均与导管支撑架固定连接。采用这种结构后，导管不易晃动。

作为一种优选，检测搅拌模块还包括传感器固定块、直流电机、传动轴、电机固定块、升降平台，升降模块与升降平台连接并带动升降平台升降；PH传感器通过传感器固定块与升降平台固定连接，直流电机通过电机固定块安装在升降平台上，直流电机与传动轴连接并带动传动轴旋转，叶片与传动轴固定连接，PH传感器上具有PH探头，PH探头位于升降平台的下方，叶片位于升降平台的下方。采用这种结构后，PH传感器可检测反应容器内液体的PH值，叶片可对液体进行搅拌，提高反应速度与液体的均匀性，且升降模块带动检测搅拌模块升降，使用方便。

作为一种优选，升降模块包括支撑板、滑块、直线导轨、丝杆、丝杆支撑块、步进电机；支撑板与机架固定连接，直线导轨固定安装在支撑板上；丝杆支撑块与支撑板固定连接，丝杆与丝杆支撑块转动连接，丝杆的轴线方向竖直，步进电机安装在支撑板上，步进电机与丝杆连接并带动丝杆旋转；滑块与直线导轨滑动连接，滑块的滑动方向竖直，滑块与丝杆螺纹连接；检测搅拌模块与滑块连接并随滑块升降。采用这种结构后，可通过控制步进电机的转动，控制检测搅拌模块的升降。

作为一种优选，升降模块还包括螺母座、连接架；滑块通过连接架与螺母座固定连接，螺母座上开有螺纹孔，丝杆穿过螺纹孔；滑块的数量为两个，直线导轨的数量为两条，两个滑块分别与两条直线导轨滑动连接。采用这种结构后，丝杆的转动带动螺母座沿丝杆上下移动，两条直线导轨对称地设于丝杆的两侧，从而滑块的滑动稳定可靠。

作为一种优选，机架包括铝框架、基板，铝框架为长方体框架，基板固定安装在铝框架的底部，储料模块、进料模块和控制器均安装在基板上。

作为一种优选，丝杆支撑块上开有定位孔，定位孔的轴线方向竖直，丝杆支撑块的数量为两个，丝杆的两端分别可转动地嵌入两个丝杆支撑块的定位孔中。

一种智能PH调节方法，采用上述一种智能PH调节装置，包括如下步骤：

S1、在储料筒中分别加入酸性液体、碱性液体、纯净水，在操作区内放置烧杯，往烧杯中加入待调PH值的液体。

S2、在控制器中输入目标PH值范围；

S3、控制器控制升降平台下降至PH传感器和叶片浸入烧杯内的液体中；

S4、控制器控制叶片对烧杯内的液体进行搅拌，搅拌结束后，PH传感器检测液体的PH值，得到实测PH值，反馈至控制器；

S5、比较实测PH值与目标PH值范围，当实测PH值小于目标PH值范围的下限时，控制器控制加入碱性液体或/和纯净水，加入量由控制器计算；当实测PH值大于目标PH值范围的上限时，控制器控制加入酸性液体/和纯净水，加入量由控制器计算；

S6、重复步骤S4～S5，直至实测PH值在目标PH值范围内，控制器控制升降平台上升至初始位置，调PH完成。

总的说来，本发明具有如下优点：

1、本发明通过控制器根据检测搅拌模块的精确反馈，实时校正滴注数据，出料模块精准滴注物料，保证调PH精度。

2、通过出料模块加注物料，设备简易，能够简便、快速的调PH。

附图说明

图1为一种智能PH调节装置的立体结构图。

图2为升降模块的立体结构图。

图3为检测搅拌模块的立体结构图。

图4为进料模块的立体结构图。

图5为一种智能PH调节方法的流程图。

其中，1为机架，2为升降模块，3为控制器，4为检测搅拌模块，5为进料模块，6为储料模块，7为烧杯。

21为支撑板，22为滑块，23为直线导轨，24为丝杆，25为丝杆支撑块，26为步进电机，27为螺母座，28为连接架。

41为传感器固定块，42为电机固定块，43为直流电机，44为传动轴，45为叶片，46为PH传感器，47为升降平台。

51为蠕动泵，52为导管支撑架，53为出料导管。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

一种智能PH调节装置，包括机架、升降模块、控制器、检测搅拌模块、进料模块、储料模块；进料模块、储料模块、升降模块和控制器均安装在机架上，机架上设有放置反应容器的操作区；储料模块包括多个储料筒，进料模块通过导管与储料模块连接，升降模块与检测搅拌模块连接并带动检测搅拌模块升降；检测搅拌模块包括PH传感器和叶片；进料模块与控制器电连接，升降模块与控制器电连接。

进料模块包括进料组件，进料组件包括流体泵、流量计；储料筒上设有出料口，出料口与流体泵的输入口连接，流体泵的输出口与流量计的输入口连接，流量计的输出口连接有出料导管，出料导管的末端朝向操作区；储料筒的数量为三个，进料组件的数量为三组，三个储料筒分别与三组进料组件连接。

流体泵为蠕动泵，控制器为单片机。

进料模块还包括导管支撑架，三组出料导管均与导管支撑架固定连接。

检测搅拌模块还包括传感器固定块、直流电机、传动轴、电机固定块、升降平台，升降模块与升降平台连接并带动升降平台升降；PH传感器通过传感器固定块与升降平台固定连接，直流电机通过电机固定块安装在升降平台上，直流电机与传动轴连接并带动传动轴旋转，叶片与传动轴固定连接，PH传感器上具有PH探头，PH探头位于升降平台的下方，叶片位于升降平台的下方。

升降模块包括支撑板、滑块、直线导轨、丝杆、丝杆支撑块、步进电机；支撑板与机架固定连接，直线导轨固定安装在支撑板上；丝杆支撑块与支撑板固定连接，丝杆与丝杆支撑块转动连接，丝杆的轴线方向竖直，步进电机安装在支撑板上，步进电机与丝杆连接并带动丝杆旋转；滑块与直线导轨滑动连接，滑块的滑动方向竖直，滑块与丝杆螺纹连接；检测搅拌模块与滑块连接并随滑块升降。

升降模块还包括螺母座、连接架；滑块通过连接架与螺母座固定连接，螺母座上开有螺纹孔，丝杆穿过螺纹孔；滑块的数量为两个，直线导轨的数量为两条，两个滑块分别与两条直线导轨滑动连接。

机架包括铝框架、基板，铝框架为长方体框架，基板固定安装在铝框架的底部，储料模块、进料模块和控制器均安装在基板上。

丝杆支撑块上开有定位孔，定位孔的轴线方向竖直，丝杆支撑块的数量为两个，丝杆的两端分别可转动地嵌入两个丝杆支撑块的定位孔中。

螺母座为方块状结构。

升降平台为水平设置的平板结构，传感器固定块与电机固定块均位于升降平台的上方，升降平台上开有传感器安装孔和电机轴安装孔，传感器穿过传感器安装孔，传动轴穿过电机轴安装孔，传动轴垂直于升降平台。

支撑板垂直于基板。步进电机通过联轴器与丝杆连接。

一种智能PH调节方法，采用上述一种智能PH调节装置，包括如下步骤：

S1、在储料筒中分别加入酸性液体、碱性液体、纯净水，在操作区内放置烧杯，往烧杯中加入待调PH值的液体。

S2、在控制器中输入目标PH值范围；

S3、控制器控制升降平台下降至PH传感器和叶片浸入烧杯内的液体中；

S4、控制器控制叶片对烧杯内的液体进行搅拌，搅拌结束后，PH传感器检测液体的PH值，得到实测PH值，反馈至控制器；

S5、比较实测PH值与目标PH值范围，当实测PH值小于目标PH值范围的下限时，液体过酸，控制器控制加入碱性液体或/和纯净水，加入量由控制器计算；当实测PH值大于目标PH值范围的上限时，液体过碱，控制器控制加入酸性液体/和纯净水，加入量由控制器计算；

S6、重复步骤S4～S5，直至实测PH值在目标PH值范围内，控制器控制升降平台上升至初始位置，调PH完成。

步骤S3中，升降平台下降将PH探头浸入烧杯内的液体中。

步骤S6中，PH传感器实时反馈实时PH数据到控制器，控制器实时校正待加入酸性或碱性液体和纯净水体积，直至实测PH值在目标PH值范围内；

控制器通过PID算法计算加入量。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能PH调节装置，其特征在于：包括机架、升降模块、控制器、检测搅拌模块、进料模块、储料模块；

进料模块、储料模块、升降模块和控制器均安装在机架上，机架上设有放置反应容器的操作区；

储料模块包括多个储料筒，进料模块通过导管与储料模块连接，升降模块与检测搅拌模块连接并带动检测搅拌模块升降；

检测搅拌模块包括PH传感器和叶片；

进料模块与控制器电连接，升降模块与控制器电连接。

2.按照权利要求1所述的一种智能PH调节装置，其特征在于：进料模块包括进料组件，进料组件包括流体泵、流量计；

储料筒上设有出料口，出料口与流体泵的输入口连接，流体泵的输出口与流量计的输入口连接，流量计的输出口连接有出料导管，出料导管的末端朝向操作区；

储料筒的数量为三个，进料组件的数量为三组，三个储料筒分别与三组进料组件连接。

3.按照权利要求2所述的一种智能PH调节装置，其特征在于：流体泵为蠕动泵，控制器为单片机。

4.按照权利要求2所述的一种智能PH调节装置，其特征在于：进料模块还包括导管支撑架，三组出料导管均与导管支撑架固定连接。

5.按照权利要求1所述的一种智能PH调节装置，其特征在于：检测搅拌模块还包括传感器固定块、直流电机、传动轴、电机固定块、升降平台，升降模块与升降平台连接并带动升降平台升降；

PH传感器通过传感器固定块与升降平台固定连接，直流电机通过电机固定块安装在升降平台上，直流电机与传动轴连接并带动传动轴旋转，叶片与传动轴固定连接，PH传感器上具有PH探头，PH探头位于升降平台的下方，叶片位于升降平台的下方。

6.按照权利要求1所述的一种智能PH调节装置，其特征在于：升降模块包括支撑板、滑块、直线导轨、丝杆、丝杆支撑块、步进电机；

支撑板与机架固定连接，直线导轨固定安装在支撑板上；

丝杆支撑块与支撑板固定连接，丝杆与丝杆支撑块转动连接，丝杆的轴线方向竖直，步进电机安装在支撑板上，步进电机与丝杆连接并带动丝杆旋转；

滑块与直线导轨滑动连接，滑块的滑动方向竖直，滑块与丝杆螺纹连接；

检测搅拌模块与滑块连接并随滑块升降。

7.按照权利要求6所述的一种智能PH调节装置，其特征在于：升降模块还包括螺母座、连接架；

滑块通过连接架与螺母座固定连接，螺母座上开有螺纹孔，丝杆穿过螺纹孔；滑块的数量为两个，直线导轨的数量为两条，两个滑块分别与两条直线导轨滑动连接。

8.按照权利要求1所述的一种智能PH调节装置，其特征在于：机架包括铝框架、基板，铝框架为长方体框架，基板固定安装在铝框架的底部，储料模块、进料模块和控制器均安装在基板上。

9.按照权利要求6所述的一种智能PH调节装置，其特征在于：丝杆支撑块上开有定位孔，定位孔的轴线方向竖直，丝杆支撑块的数量为两个，丝杆的两端分别可转动地嵌入两个丝杆支撑块的定位孔中。

10.一种智能PH调节方法，采用权利要求1～9任一项所述的一种智能PH调节装置，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在储料筒中分别加入酸性液体、碱性液体、纯净水，在操作区内放置烧杯，往烧杯中加入待调PH值的液体；

S2、在控制器中输入目标PH值范围；

S3、控制器控制升降平台下降至PH传感器和叶片浸入烧杯内的液体中；

S4、控制器控制叶片对烧杯内的液体进行搅拌，搅拌结束后，PH传感器检测液体的PH值，得到实测PH值，反馈至控制器；

S5、比较实测PH值与目标PH值范围，当实测PH值小于目标PH值范围的下限时，控制器控制加入碱性液体或/和纯净水，加入量由控制器计算；当实测PH值大于目标PH值范围的上限时，控制器控制加入酸性液体/和纯净水，加入量由控制器计算；

S6、重复步骤S4～S5，直至实测PH值在目标PH值范围内，控制器控制升降平台上升至初始位置，调PH完成。

Images