CN114435745A - 一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖及其液位检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖及其液位检测方法；其中，试剂瓶瓶盖，包括盖体，所述盖体设有空心立管，用于延伸至试剂瓶的底部，以定位抽取试剂瓶内试剂用的氟管；空心立管的管壁内具有容纳腔，容纳腔沿空心立管的轴向延伸，且容纳腔与试剂瓶内试剂分隔；容纳腔内设有电容检测极板，用于根据试剂瓶内试剂的液位变化产生电容变化信号；电容检测极板包括柔性PCB基板和设于柔性PCB基板的检测电极对和参比电极对，检测电极对与参比电极对沿空心立管的轴向依次分布，且检测电极对位于参比电极对的上方。本发明的液位检测方法无需进行温度补偿，且空心立管设计可保证抽样氟管在试剂瓶中保持垂直，防止瓶底部分试剂抽取不到。

Description

一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖及其液位检测方法
技术领域
本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖及其液位检测方法。
背景技术
现有常用的液位传感技术，包括称重法、激光测距、感应传感器等。然而，对于化学试剂瓶，尺寸小且对腐蚀性要求较高，一般的液位传感器件不能满足安装空间以及耐腐蚀要求。而且，尤其是针对微量分析检测，称重法的精度也不高。
基于此，现有技术中出现了利用电容信号检测液位变化信号，例如，公开号为CN211452521U的专利文献公开了一种用于多酶清洗机的液位测量瓶盖，其利用电容式液位探针提升液位变化探测精度，但是检测环境的温度变化造成的液位变化探测的误差较大，因此需要进行温度补偿。
另外，对于普通化学试剂瓶，直接插入氟管进行抽取，在实际使用过程中，插入的氟管过长易出现氟管的下端弯曲向上，从而导致瓶底的部分化学试剂抽取不到。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖及其液位检测方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，包括盖体，所述盖体设有空心立管，用于延伸至试剂瓶的底部，以定位抽取试剂瓶内试剂用的氟管；
所述空心立管的管壁内具有容纳腔，容纳腔沿空心立管的轴向延伸，且容纳腔与试剂瓶内试剂分隔；容纳腔内设有电容检测极板，用于根据试剂瓶内试剂的液位变化产生电容变化信号；
其中，所述电容检测极板包括柔性PCB基板和设于柔性PCB基板的检测电极对和参比电极对，检测电极对与参比电极对沿空心立管的轴向依次分布，且检测电极对位于参比电极对的上方。
作为优先方案，所述空心立管的容纳腔为沿其管壁周向分布的环形结构，相应地，所述电容检测极板卷曲为环形插入容纳腔内。
作为优先方案，所述盖体具有内腔，内腔与空心立管的容纳腔连通；
盖体的内腔设有中央控制器，中央控制器与柔性PCB基板的通信端口信号连接。
作为优先方案，所述中央控制器具有无线模块，用于无线信号传输。
作为优先方案，所述盖体的内腔还设有电池，用于供电。
作为优先方案，所述空心立管的顶部端口具有内螺纹，用于螺纹固定氟管塞头。
作为优先方案，所述空心立管贯通于盖体的中部，且盖体与空心立管整体为轴对称结构。
作为优先方案，所述盖体具有螺纹封口，用于与试剂瓶的瓶口螺纹连接。
作为优先方案，所述柔性PCB基板的厚度为0.15～0.3mm。
本发明还提供如上任一方案所述的试剂瓶瓶盖的液位检测方法，包括：
(1)采集空的试剂瓶的对应的检测电极对检测的电容值C1以及参比电极对检测的电容值C2；
(2)采集试剂瓶内试剂刚好完全淹没参与电极对时，参比电极对检测的电容值C’2；
(3)实时采集检测电极对检测的电容值C’1，则试剂瓶内试剂的液位高度H为：
Figure BDA0003442252500000031
其中，L为检测电极对沿空心立管轴向的长度；
(4)根据试剂瓶内试剂的液位高度H与试剂瓶的底面面积S，得到试剂体积为V＝HS。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
(1)本发明的电容检测极板采用检测电极对与参比电极对的组合设计，两种电极对的介电常数均含有温度因素，当温度一致时，通过比值的方法，可以约去介电常数，从而无需进行温度补偿。
(2)本发明的瓶盖带有的空心立管设计，可以保证抽样氟管在试剂瓶中保持垂直，防止普通试剂瓶中直接插入氟管过长时氟管弯曲向上，导致瓶底部分试剂抽取不到的缺陷。
(3)本发明的电容检测极板集成于空心立管的夹层，可防腐蚀。
(4)本发明的瓶盖内部采用电池供电，通过无线传输数据，避免使用过程中连接供电线造成的电线腐蚀等问题，瓶盖外部无需任何线缆连接，在自动化仪表内部使用多个试剂瓶时仍可保持简洁美观。
(5)在使用本发明的瓶盖后，仪表可准确获知各种试剂余量，改善了现有仪表无法准确获知试剂余量，仅在试剂不足才发出警告的痛点。
附图说明
图1是本发明实施例的具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖的结构示意图；
图2是图1中的A部放大图；
图3是本发明实施例的电容检测极板的结构示意图；
图4是本发明实施例的电容检测极板的实物图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
如图1所示，本发明实施例的具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，包括盖体1、空心立管2和电容检测极板3。
其中，空心立管2插接安装在盖体1上，空心立管2用于延伸至试剂瓶的底部，以定位抽取试剂瓶内试剂用的氟管；防止氟管插入试剂瓶过长时，氟管弯曲向上导致瓶底部分试剂抽取不到的问题。具体地，空心立管2贯通于盖体1的中部，且盖体1与空心立管2整体为轴对称结构，使得瓶盖整体结构对称，保证安装在试剂瓶的瓶口之后，试剂瓶能稳定竖立放置。
另外，如图2所示，空心立管2的管壁内具有容纳腔20，容纳腔20为沿其管壁周向分布的环形结构，且容纳腔20沿空心立管的轴向延伸，便于安装电容检测极板3。具体地，如图3和图4所示，电容检测极板3包括柔性PCB基板30和安装在柔性PCB基板上的检测电极对31和参比电极对32，检测电极对31与参比电极对32沿空心立管2的轴向依次分布，且检测电极对31位于参比电极对32的上方，便于对液位精确测量。其中，检测电极对31沿空心立管轴向的长度远远大于参比电极对32沿空心立管轴向的长度。
本发明实施例的电容检测极板采用的柔性PCB基板，厚度仅0.18mm，可轻易塞入空心立管的容纳腔(即夹层)中。其中，柔性PCB基板的厚度可根据实际应用需求进行确定，厚度优选为0.15～0.3mm。
本发明实施例的电容检测极板3卷曲为环形插入空心立管的容纳腔20内，从而使得检测电极对31的两电极形成金属对，参比电极对32的两电极形成金属对，电极材料可选用铜箔或者其他延展性较好的金属材料。其中，空心立管的容纳腔20与试剂瓶内试剂分隔，防止电容检测极板被腐蚀。电容检测极板3根据试剂瓶内试剂的液位变化产生电容变化信号。
本发明实施例采用检测电极对和参比电极对的组合设计，液面检测的具体原理如下：
Figure BDA0003442252500000051
其中，C为电容，Q为电容上的电荷，U为电容上的电压；
平行电极对之间的电容计算公式：
Figure BDA0003442252500000052
A为电极对的两电极的重叠面积A＝H*b，H为电极的高度(即长度)，b为电极的宽度；
d为电极对的两电极之间的间距；ε0为自由空间的介电常数，εr为相对介电常数；
根据本发明实施例的试剂瓶瓶盖的构造，可将实际测出的电容分为：溶液、管壁、瓶内空气、电极线路四个主要部分，根据实际使用的情况，将每对电极的电容组成表示为：
Figure BDA0003442252500000053
Figure BDA0003442252500000054
当溶液刚好完全淹没参比电极对时，测出其电容
Figure BDA0003442252500000055
当瓶内没有液体时，测出其电容
Figure BDA0003442252500000056
则：
Figure BDA0003442252500000057
外界条件不变时，整体相对介电常数保持不变，管路和线路的电容保持不变，即：
Figure BDA0003442252500000061
空气的相对介电常数<<溶液的相对介电常数，则：
Figure BDA0003442252500000062
同理，得到：
Figure BDA0003442252500000063
则溶液的高度为：
Figure BDA0003442252500000064
其中，L为检测电极对的电极高度，即检测电极对沿空心立管轴向的长度。
根据试剂瓶内试剂的液位高度H与试剂瓶的底面面积S，得到试剂溶液体积为V＝HS。
本发明实施例的盖体1具有内腔10，内腔10与空心立管的容纳腔20连通，便于线缆走线。
具体地，盖体的内腔10安装有中央控制器，中央控制器与柔性PCB基板的通信端口33信号连接，实现信号传输。中央控制器具有无线模块，用于无线信号传输，无线布线。
另外，盖体的内腔10还可以安装有电池，用于对中央控制器供电。
本发明实施例的空心立管2的顶部端口21具有内螺纹，用于螺纹固定氟管塞头，防止氟管活动。另外，本实施例的盖体1具有螺纹封口11，用于与试剂瓶的瓶口螺纹连接。
本发明实施例的试剂瓶瓶盖的液位检测方法，包括：
(1)采集空的试剂瓶的对应的检测电极对检测的电容值C1以及参比电极对检测的电容值C2；
(2)采集试剂瓶内试剂刚好完全淹没参与电极对时，参比电极对检测的电容值C’2；
(3)实时采集检测电极对检测的电容值C’1，则试剂瓶内试剂的液位高度H为：
Figure BDA0003442252500000071
其中，L为检测电极对沿空心立管轴向的长度；
(4)根据试剂瓶内试剂的液位高度H与试剂瓶的底面面积S，得到试剂体积为V＝HS。
本发明的液位检测方法无需进行温度补偿，液位检测精度高。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，包括盖体，其特征在于，所述盖体设有空心立管，用于延伸至试剂瓶的底部，以定位抽取试剂瓶内试剂用的氟管；
所述空心立管的管壁内具有容纳腔，容纳腔沿空心立管的轴向延伸，且容纳腔与试剂瓶内试剂分隔；容纳腔内设有电容检测极板，用于根据试剂瓶内试剂的液位变化产生电容变化信号；
其中，所述电容检测极板包括柔性PCB基板和设于柔性PCB基板的检测电极对和参比电极对，检测电极对与参比电极对沿空心立管的轴向依次分布，且检测电极对位于参比电极对的上方。
2.根据权利要求1所述的一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，其特征在于，所述空心立管的容纳腔为沿其管壁周向分布的环形结构，相应地，所述电容检测极板卷曲为环形插入容纳腔内。
3.根据权利要求1所述的一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，其特征在于，所述盖体具有内腔，内腔与空心立管的容纳腔连通；
盖体的内腔设有中央控制器，中央控制器与柔性PCB基板的通信端口信号连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，其特征在于，所述中央控制器具有无线模块，用于无线信号传输。
5.根据权利要求3所述的一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，其特征在于，所述盖体的内腔还设有电池，用于供电。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，其特征在于，所述空心立管的顶部端口具有内螺纹，用于螺纹固定氟管塞头。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，其特征在于，所述空心立管贯通于盖体的中部，且盖体与空心立管整体为轴对称结构。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，其特征在于，所述盖体具有螺纹封口，用于与试剂瓶的瓶口螺纹连接。
9.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有液位检测功能的试剂瓶瓶盖，其特征在于，所述柔性PCB基板的厚度为0.15～0.3mm。
10.如权利要求1-9任一项所述的试剂瓶瓶盖的液位检测方法，其特征在于，包括：
(1)采集空的试剂瓶的对应的检测电极对检测的电容值C1以及参比电极对检测的电容值C2；
(2)采集试剂瓶内试剂刚好完全淹没参与电极对时，参比电极对检测的电容值C’2；
(3)实时采集检测电极对检测的电容值C’1，则试剂瓶内试剂的液位高度H为：
Figure FDA0003442252490000021
其中，L为检测电极对沿空心立管轴向的长度；
(4)根据试剂瓶内试剂的液位高度H与试剂瓶的底面面积S，得到试剂体积为V＝HS。
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