CN114235795A - 一种在线便携式分析仪计量方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在线便携式分析仪计量方法和系统，属于在线测试技术领域，包括控制模块用于控制整个分析仪的各组成部件模块运行，驱动器用于驱动流路中的液体和气体往返运行，消解反应模块用于加热消解水样及化学反应检测，多通阀组用于实现液体流路切换，两个两位两通阀用于维持消解反应模块内部反应环境条件的维持，三个光电检测器用于液体不同计量体积的检测并与驱动器和多通阀组配合工作，收集瓶用于储存试剂和纯水及废液的收集，自供电模块为分析仪便携式使用时为分析仪系统供电；各组成部件模块在控制模块的控制下实现计量和系统运行，使整个测试流程更加地简单、高效、环保、精确。

Description

一种在线便携式分析仪计量方法和系统
技术领域
本发明涉及在线测试技术领域，特别涉及一种在线便携式分析仪计量方法和系统。
背景技术
基于在线便携式分析仪都需要测量快速，低的建设成本和运行使用成本，并需要高度稳定性和低故障率，同时也需要小型化，亟需在结构设计上尽量少的组成部件和接头数量尽量的少，液体流路也尽量简单且合理。试剂消耗量及水样的取样量决定了废液的产生量，而水样的取样量越多即待测水样就越能代表水体的水质，亟需在水样的取样量和废液的产生量之间进行平衡或根据具体情况能灵活调整。平台化的设计是系列化产品成本降低的措施，但不同产品之间有差异，产品之间也尽量能减少使用部件，可灵活对变动部分进行替换。因此本发明专门为解决上述问题而设计。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种一种在线便携式分析仪计量方法和系统，可以有效弥补背景技术中提出的不足。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种在线便携式分析仪计量系统，该系统包括控制模块、驱动器、消解反应模块、多通阀组、一号两位两通阀、二号两位两通阀、一号光电检测器、二号光电检测器、三号光电检测器、收集瓶以及、自供电模块，其特征在于：所述控制模块用于控制整个分析仪的各组成部件模块运行，所述驱动器用于驱动流路中的液体和气体往返运行，所述消解反应模块用于加热消解水样及化学反应检测，所述多通阀组用于实现液体流路切换，所述一号两位两通阀和二号两位两通阀用于维持消解反应模块内部反应环境条件的维持，所述一号光电检测器和二号光电检测器和三号光电检测器用于液体不同计量体积的检测，与驱动器和多通阀组配合工作，所述收集瓶用于储存试剂和纯水及废液的收集，数量若干，所述自供电模块用于便携式使用时为分析仪系统供电；
所述驱动器一端与空气相连，另一端与一号两位两通阀的一端相连，一号两位两通阀的另一端与消解反应模块的上端相连，消解反应模块的下端与二号两位两通阀的一端相连，二号两位两通阀的另一端由计量管路经过一号光电检测器、二号光电检测器、三号光电检测器与多通阀组的公共端相连，多通阀组的其他端分别与空气、纯水及废液收集瓶和各种试剂瓶相连，所述驱动器、消解反应模块、多通阀组、一号两位两通阀、二号两位两通阀、一号光电检测器、二号光电检测器、三号光电检测器均在控制模块的控制下实现计量和系统运行；
所述消解反应模块包括提供不同波长光源和检测信号电流的光电系统与消解反应池，所述光电系统包括氘灯、组合透镜、单束光纤、双凸透镜、平凸透镜、分叉光纤、转换滤光片组合、硅光电池，上述组件依次顺序连接构成完整光电检测电路，其中，两种滤光片分别置于分叉光纤的两个信号输出头部，与硅光电池相对应，所述消解反应池包括石英玻璃池、连接玻璃池的聚四氟乙烯密封块，所述密封块还包括起密封作用的耐腐蚀密封圈，所述消解反应池还包括缠绕在石英玻璃池外部的加热丝以及深入石英玻璃池内部的温度传感器，所述消解反应池还包括给消解反应池降温的风扇。
优选的，所述自供电模块由储存直流电能的锂电池和将直流电能转变220V交流电的逆变器及开关电源组成，分别为各个电路模块电性连接。
优选的，所述一号两位两通阀和二号两位两通阀为高温高压阀，一号两位两通阀下端与消解反应池的上密封块通过密封圈紧密连接，上端通过耐腐蚀接头与PTFE硬管连接，该PTFE硬管另一头连接到驱动器，所述二号两位两通阀上端与消解反应池的下密封块通过密封圈紧密连接，下端通过耐腐蚀接头与PTFE硬管连接，该PTFE硬管另一头与多通阀组公共端相连。
优选的，所述多通阀组为定子和转子的N位M通阀、公共端与N个两位两通阀拼接的N通阀、N个两位两通阀相连的N联体阀中的一个。
优选的，所述驱动器作为驱动力提供模块，为蠕动泵、柱塞泵、注射泵中的一种，所述驱动器可以正转和反转并且运行的速度可调。
优选的，一种在线便携式分析仪计量方法，包括：
进液；多通阀组公共端相连的接口切换到水样、纯水或试剂等任一液体，驱动器正转，待计量的液体经过多通阀组公共端进入管路到达一号光电检测器检测到实现最小体积计量，达到二号光电检测器检测到实现中体积计量、达到三号光电检测器检测到实现高体积计量，然后多通阀组切换到空气接口，待计量的液体全部进入消解反应模块；
排废液；多通阀组公共端相连的接口切换到空气端，驱动器反转将消解反应模块里的液体排空，直到一号光电检测器、二号光电检测器、三号光电检测器相继都没有检测到液体并继续排空一段时间确保充分排空；
水样稀释；通过进液工作原理将水样计量进样a大小的体积，然后同样的进液工作原理将纯水或蒸馏水进样2a或4a大小的体积，实现稀释三倍或五倍，可通过将稀释液充分混匀后，驱动器反转，将稀释液排空到高、中、低液位的光电检测器位置后，驱动器正转吸取到消解反应模块，再用进液工作原理将纯水或蒸馏水进纯水充分混匀来实现。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、分析仪流路结构简单、整体紧凑、可实现在线分析，无需人员操作；测试时间短，重量轻，加入自供电模块也便于便携携带使用；水样和试剂使用量和比例可调、试剂用量很少，废液产生量小；
2、分析仪采用可拼接的N个两位两通阀组成联体阀组，依据具体分析因子所需的试剂种类，尽量减少阀体数量，从而充分降低成本；
3、三号光电检测器对应检测低液位体积计量，二号光电检测器对应中液位体积计量，一号光电检测器对应检测高液位体积计量，同时光电检测器也起到检测计量管路中液体是否有气泡，如有气泡进行排空重新计量，比只有一个光电检测器要很好的判断气泡影响，同时可以大比例的稀释并快速计量不同体积的液体从而降低计量时间；同时驱动器的运转速度的灵活调整和尽量减少接头数量能提高气密性，从而极大的避免气泡的产生。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图一；
图2为本发明的系统结构示意图二；
图3为本发明的系统结构示意图三；
图4为本发明的自供电模块示意图；
图5为本发明的方法的测试流程图；
图6为本发明的多通阀组结构示意图一；
图7为本发明的多通阀组结构示意图二；
图8为本发明的多通阀组结构示意图三。
图中：1、控制模块；2、驱动器；3、消解反应模块；4、多通阀组；5、一号两位两通阀；6、二号两位两通阀；7、一号光电检测器；8、二号光电检测器；9、三号光电检测器；10、收集瓶；11、自供电模块。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，其为本发明一种在线便携式分析仪计量方法和系统的结构示意图，针对在线分析仪计量方法和系统测试并提出便携的在线分析仪，提供了一种高度集成化、模块化、智能化、可便携式分析也可在线分析仪，整体结构小巧、抗震、重量轻、测试速度快、监测因子可扩展、实现自供电、水样和试剂用量少、准确度和稳定性高。本发明涉及一种在线便携式分析仪计量方法和系统，包括控制模块1用于控制整个分析仪的各组成部件模块运行的控制电路板及软件、驱动器2用于驱动流路中的液体和气体往返运行，消解反应模块3用于加热消解水样及化学反应检测、多通阀组4用于实现液体流路切换、一号两位两通阀5和二号两位两通阀6用于维持消解反应模块内部反应环境条件的维持、一号光电检测器7和二号光电检测器8和三号光电检测器9用于液体不同计量体积的检测与驱动器和多通阀组配合工作、收集瓶10用于储存试剂和纯水及废液的收集、自供电模块11为分析仪便携式使用时为分析仪系统供电。各组成部件模块在控制模块的控制下实现计量和系统运行。
如图2所示，其为本发明一种在线便携式分析仪计量方法和系统的另一种结构形式，驱动器2的位置发生调整，此种结构好处是驱动器2，如蠕动泵泵管能得到液体的降温。
如图3所示，其为本发明一种在线便携式分析仪计量方法和系统的第三种结构形式，此结构优点是在计量时整个计量液路气密性更好。
如图4所示，其为本发明一种在线便携式分析仪计量方法和系统的自供电系统11由储存直流电能的锂电池和将直流电能转变为220V交流电的逆变器和开关电源组成，为分析仪的控制模块或各个部件模块供电。所述锂电池可实现外部充电和外部断电自动切换到供电模式。
如图5所示，其为本发明的分析仪系统测试流程，以下测试流程以氨氮为例，本发明同时适用但不限于COD、总氮、总氮、重金属等因子的测定。如图5所示流程。
1.1进样：驱动器2正转、一号两位两通阀5打开、二号两位两通阀6打开，多通阀组4切换至水样管路接口，水样依次经过多通阀组4、三号光电检测器9、二号光电检测器8，待二号光电检测器8检测到信号，多通阀组4切换到空气接口，水样继续经过一号光电检测器7、二号两位两通阀6，进入消解反应模块3，待三个光电检测器都检测无液体后一段时间确保水样完全进入消解反应模块3，再重复一次进样过程。
1.2进试剂A：驱动器2正转、一号两位两通阀5打开、二号两位两通阀6打开，多通阀组4切换至试剂A管路接口，水样依次经过多通阀组4、三号光电检测器9，待三号光电检测器9检测到信号，多通阀组4切换到空气接口，水样继续经过二号光电检测器8、一号光电检测器7、二号两位两通阀6，进入消解反应模块3，待三个光电检测器都检测无液体后一段时间确保试剂A完全进入消解反应模块3和试剂A与水样充分混合。
1.3进试剂B：驱动器2正转、一号两位两通阀5打开、二号两位两通阀6打开，多通阀组4切换至试剂B管路接口，水样依次经过多通阀组4、三号光电检测器9，待三号光电检测器9检测到信号，多通阀组4切换到空气接口，水样继续经过二号光电检测器8、一号光电检测器7、二号两位两通阀6，进入消解反应模块3，待三个光电检测器都检测无液体后一段时间确保试剂B完全进入消解反应模块3。
1.4鼓气搅拌：驱动器2正转，一号两位两通阀5打开、二号两位两通阀6打开，多通阀组4切换至空气接口，运行一定的时间，完成鼓气搅拌。
1.5加热恒温：消解反应模块3通过加热丝加热到目标温度，对反应体系进行加热。达到恒温时间后，冷却到室温。加热恒温的目的主要用于促进化学反应和恒定的检测温度条件。
1.6静置：停止鼓气搅拌，静置一定时间。
1.7检测：待静置期间水样与试剂充分发生显色反应，显色反应稳定后，消解反应模块3接收对应检测波长的光，穿过消解反应模块3，然后透射光信号到达检测电路。检测电路根据信号强弱和标定曲线计算出待测物质的浓度。
1.8排空：测量结束后，驱动器2反转，一号两位两通阀5打开、二号两位两通阀6打开、多通阀组4切换到废液管路接口，进入废液收集瓶10。
1.9清洗：驱动器2正转、一号两位两通阀5打开、二号两位两通阀6打开，多通阀组4切换至纯水蒸馏水管路接口，纯水蒸馏水依次经过多通阀组4、三号光电检测器9、二号光电检测器8、一号光电检测器7、二号两位两通阀6，进入消解反应模块3，运行一定时间，纯水的液位高过化学反应溶液液位即可，然后充分鼓气搅拌，最后进行排空进入废液收集瓶10。
按照上述排空步骤，清洗结束后，该测量过程结束，仪器进入在线等待状态。
如图6-8所示，其为本发明一种在线便携式分析仪计量方法和系统的多通阀组4示意图，可三种形式，第一种为定子和转子的N位M通阀4-1(转子相连的公共端)、第二种为公共端与N个两位两通阀拼接的N通阀4-2、第三种为N个两位两通阀相连的N联体阀4-3(其中一端相连组成公共端)等，上述多通阀组4的阀体数量可依据分析仪的具体需求而增减。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种在线便携式分析仪计量系统，该系统包括控制模块(1)、驱动器(2)、消解反应模块(3)、多通阀组(4)、一号两位两通阀(5)、二号两位两通阀(6)、一号光电检测器(7)、二号光电检测器(8)、三号光电检测器(9)、收集瓶(10)以及、自供电模块(11)，其特征在于：所述控制模块(1)用于控制整个分析仪的各组成部件模块运行，所述驱动器(2)用于驱动流路中的液体和气体往返运行，所述消解反应模块(3)用于加热消解水样及化学反应检测，所述多通阀组(4)用于实现液体流路切换，所述一号两位两通阀(5)和二号两位两通阀(6)用于维持消解反应模块(3)内部反应环境条件的维持，所述一号光电检测器(7)和二号光电检测器(8)和三号光电检测器(9)用于液体不同计量体积的检测，与驱动器(2)和多通阀组(4)配合工作，所述收集瓶(10)用于储存试剂和纯水及废液的收集，数量若干，所述自供电模块(11)用于便携式使用时为分析仪系统供电；
所述驱动器(2)一端与空气相连，另一端与一号两位两通阀(5)的一端相连，一号两位两通阀(5)的另一端与消解反应模块(3)的上端相连，消解反应模块(3)的下端与二号两位两通阀(6)的一端相连，二号两位两通阀(6)的另一端由计量管路经过一号光电检测器(7)、二号光电检测器(8)、三号光电检测器(9)与多通阀组(4)的公共端相连，多通阀组(4)的其他端分别与空气、纯水及废液收集瓶和各种试剂瓶相连，所述驱动器(2)、消解反应模块(3)、多通阀组(4)、一号两位两通阀(5)、二号两位两通阀(6)、一号光电检测器(7)、二号光电检测器(8)、三号光电检测器(9)均在控制模块(1)的控制下实现计量和系统运行；
所述消解反应模块(3)包括提供不同波长光源和检测信号电流的光电系统与消解反应池，所述光电系统包括氘灯、组合透镜、单束光纤、双凸透镜、平凸透镜、分叉光纤、转换滤光片组合、硅光电池，上述组件依次顺序连接构成完整光电检测电路，其中，两种滤光片分别置于分叉光纤的两个信号输出头部，与硅光电池相对应，所述消解反应池包括石英玻璃池、连接玻璃池的聚四氟乙烯密封块，所述密封块还包括起密封作用的耐腐蚀密封圈，所述消解反应池还包括缠绕在石英玻璃池外部的加热丝以及深入石英玻璃池内部的温度传感器，所述消解反应池还包括给消解反应池降温的风扇。
2.根据权利要求1所述的一种在线便携式分析仪计量方法和系统，其特征在于：所述自供电模块(11)由储存直流电能的锂电池和将直流电能转变220V交流电的逆变器及开关电源组成，分别为各个电路模块电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种在线便携式分析仪计量方法和系统，其特征在于：所述一号两位两通阀(5)和二号两位两通阀(6)为高温高压阀，一号两位两通阀(5)下端与消解反应池的上密封块通过密封圈紧密连接，上端通过耐腐蚀接头与PTFE硬管连接，该PTFE硬管另一头连接到驱动器(2)，所述二号两位两通阀(6)上端与消解反应池的下密封块通过密封圈紧密连接，下端通过耐腐蚀接头与PTFE硬管连接，该PTFE硬管另一头与多通阀组(4)公共端相连。
4.根据权利要求1所述的一种在线便携式分析仪计量方法和系统，其特征在于：所述多通阀组(4)为定子和转子的N位M通阀、公共端与N个两位两通阀拼接的N通阀、N个两位两通阀相连的N联体阀中的一个。
5.根据权利要求1所述的一种在线便携式分析仪计量方法和系统，其特征在于：所述驱动器(2)作为驱动力提供模块，为蠕动泵、柱塞泵、注射泵中的一种，所述驱动器(2)可以正转和反转并且运行的速度可调。
6.根据权利要求1所述的一种在线便携式分析仪计量方法，其特征在于：包括：
进液；多通阀组(4)公共端相连的接口切换到水样、纯水或试剂等任一液体，驱动器(2)正转，待计量的液体经过多通阀组(4)公共端进入管路到达一号光电检测器(7)检测到实现最小体积计量，达到二号光电检测器(8)检测到实现中体积计量、达到三号光电检测器(9)检测到实现高体积计量，然后多通阀组(4)切换到空气接口，待计量的液体全部进入消解反应模块(3)；
排废液；多通阀组(4)公共端相连的接口切换到空气端，驱动器(2)反转将消解反应模块(3)里的液体排空，直到一号光电检测器(7)、二号光电检测器(8)、三号光电检测器(9)相继都没有检测到液体并继续排空一段时间确保充分排空；
水样稀释；通过进液工作原理将水样计量进样a大小的体积，然后同样的进液工作原理将纯水或蒸馏水进样2a或4a大小的体积，实现稀释三倍或五倍，可通过将稀释液充分混匀后，驱动器(2)反转，将稀释液排空到高、中、低液位的光电检测器位置后，驱动器(2)正转吸取到消解反应模块(3)，再用进液工作原理将纯水或蒸馏水进纯水充分混匀来实现。
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