CN1779421A - 体积计量管容积的高精度自动化测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种体积计量管容积的高精度自动化测试方法及装置，包括步骤：设置液体起始位检测器和液体终止位检测器；设置液体容积基准源，它的容积大于被测体积计量管的容积，且可受控变化；设置测试用液储存容器、收集容器；设置液体容积基准源液体容积变化的控制模块；设置液流管路；所述控制模块动作，测试用液由储存容器输送到基准源，再由基准源输送到被测体积计量管，至液体终止位检测器首次动作，继续将一冗余量的测试用液输送到被测体积计量管，然后测试用液由被测体积计量管输送到基准源，在液体终止位检测器再次动作时开始计量，至液体起始位检测器动作结束计量。本方法和装置为实现高精度、高效率地进行体积计量管容积测量提供了可能。

Description

体积计量管容积的高精度自动化测试方法及装置

技术领域

本发明涉及用于流体的标定容量的测试方法和设备，特别是涉及体积计量管容积的测试方法及装置，尤其涉及借助精准计量室进行体积计量管容积测量的方法及装置。

背景技术

体积计量管主要用于对液体容积的计量，是一种计量器件。体积计量管本身的计量精度，直接影响生产/应用过程中使用体积计量管的产品，比如医用血液细胞分析仪等的整体性能。体积计量管本身的计量精度是一个重要的指标，如果体积计量管自身容积不确定，对整个产品的性能都会造成不良影响。

以往对体积计量管的测试，多为直接用游标卡尺测试体积计量管的内径，然后计算确定长度内的容积。由于体积计量管一般为玻璃制品，它的制作工艺决定了其管壁的不均匀性与不耐力性，所以需要选取体积计量管的多个部位测量内径，再取平均值作为最后结果。采用游标卡尺直接测试长度的方法，有三个缺点：首先，体积计量管的管壁不均匀，测试的内径只可能是一个平均值，不能准确地反应体积计量管本身的尺寸；其次，体积计量管的容积是微升级，内径仅几毫米，而且由于管壁是一个曲面，增加了游标卡尺测试操作的难度，降低了测试结果的精度；最后，由于采用游标卡尺是人为操作，不同的测试者测试同一体积计量管会产生不同的结果，使数据的可信度降低，而且还存在损坏玻璃制品的可能性。

另一方面，借助精准计量室进行容器的容积测量的技术有多种多样，如：中国专利ZL92105771公开的一种测量容器的方法和设备，中国专利ZL 93112882公开的一种体积定量方法及实现该方法的体积定量装置，中国专利ZL 01208367公开的一种液控活塞式小流量计。

可见，如何结合现有的借助精准计量室进行容器的容积测量的技术，替代现有体积计量管容积的手工计量过程，以提高测量精度和测量效率，一直以来没有得到好的解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处，而提出一种借助精准计量室高精度、高效率的进行体积计量管容积测量的方法及装置。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，提出一种体积计量管容积的高精度自动化测试方法，包括步骤：

①、设置被测体积计量管的一液体起始位检测器和一液体终止位检测器；

②、设置一液体容积基准源，该基准源的容积大于被测体积计量管的容积，且可受控变化；

③、设置一测试用液储存容器；

④、设置一测试用液收集容器；

⑤、设置一液体容积基准源液体容积变化的控制模块；

⑥、设置连接测试用液储存容器与液体容积基准源、液体容积基准源与测试用液收集容器以及液体容积基准源与被测体积计量管的管路，该管路中含接受控制模块指令进行管路切换的部件；

⑦、所述控制模块动作，测试用液由储存容器输送到基准源，再由基准源输送到被测体积计量管，至液体终止位检测器首次动作时后，继续将一冗余量的测试用液输送到被测体积计量管，然后测试用液由被测体积计量管输送到基准源，在液体终止位检测器再次动作时开始计量，至液体起始位检测器动作，结束动作，计量结束，该计量结果即为被测体积计量管的容积的一次测定值，可做为被测体积计量管的容积的测试结果。

需要说明的是：实际上第一次液体到达终止位检测器后，为提高可靠性，避免可能出现的液位抖动造成检测器误动作，基准源还要继续输送一冗余量的测试用液，然后开始抽液，也就是当液体第二次引起终止位检测器状态变化时，才开始计量。所述冗余量的具体值取决于本发明方法实际应用的需要，而由本行业的一般技术人员设定在一个合理的范围内，而实际的被测体积计量管，其计量刻度与管口之间存在合理的距离，该距离也就是考虑冗余量时的上限参考。

并且，所述步骤⑦进行多次，相应地可以获得多次测定值；测试完毕后，测试用液被输送到收集容器。

为提高检测精度，可丢弃第一次的测定值，取其它剩余次测定值的平均值作为测试结果；

为控制检测的可靠性，还可以计算其它剩余次测定值的CV(变异系数)值，若该值在一设定的范围内，确认所述测试结果有效，否则，所述测试结果无效。

所述步骤⑥中接受控制模块指令进行管路切换的部件指电磁阀。

所述液体容积基准源为一注射器。

所述控制模块包括一步进电机、驱动电路、控制电路以及电机传动机构，所述传动机构把电机的动作转化为注射器操活塞的移动；

所述控制电路包括一微处理器；

所述步骤⑦的计量过程包括由微处理器控制步进电机的动作，并对步进电机在开始计量到计量结束之间的动作次数进行累计，微处理器再根据该累计数算出计量结果。由于注射器本身容量的高精度，步进电机的每次动作推动注射器运行一确定的距离，从而每次动作对应一高精度的容积计量，乘上从开始计量到计量结束过程中的步进电机动作累计数，即为高精度的计量结果。

所述液体起始位检测器和液体终止位检测器均采用光耦检测液面。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案还包括，设计制造一种体积计量管容积的高精度自动化测试方法的装置，包括：

设置在被测体积计量管旁的一液体起始位检测器和一液体终止位检测器；

一液体容积基准源，该基准源的容积大于被测体积计量管的容积，且可受控变化；

一测试用液储存容器；

一测试用液收集容器；

一控制模块；

连接测试用液储存容器与液体容积基准源、液体容积基准源与测试用液收集容器以及液体容积基准源与被测体积计量管的管路，该管路中含接受控制模块指令进行管路切换的部件；所述液体起始位检测器和液体终止位检测器与控制模块相连，并且，所述控制模块可把测试用液由储存容器输送到基准源，再由基准源输送到被测体积计量管，至液体终止位检测器首次动作后，继续将一冗余量的测试用液输送到被测体积计量管，然后把测试用液由被测体积计量管输送到基准源，在液体终止位检测器再次动作时开始计量，至液体起始位检测器动作，结束计量，该计量结果即为被测体积计量管的容积的一次测定值，可做为被测体积计量管的容积的测试结果。

同现有技术相比较，本发明的体积计量管容积的高精度自动化测试方法及装置，为实现高精度、高效率地进行体积计量管容积测量提供了可能。

附图说明

图1为本发明体积计量管容积的高精度自动化测试装置示意图。

图2为本发明所述控制模块电原理框图。

图3A至3C为本发明所述控制模块中微处理器内部软件的流程图。

图4为本发明所述控制模块中控制电路原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

本发明的体积计量管容积的高精度自动化测试方法是通过步进电机驱动丝杠，丝杠推动注射器活塞吸取或推出液体。因为步进电机每运动半步，丝杠的行程都是一个固定值，而注射器是一个标准的圆柱体，截面积固定，所以，通过步进电机运动使注射器吸取或推出的液体是可以计算的标准值，精度达到0.001μL。让注射器推出的液体充入被测体积计量管，即可通过计算推出液体的体积来得到确定长度内体积计量管的容积，测试值精度可达0.01μL。目前采用的2.5mL注射器活塞直径为7.5mm。步进电机进给半步，其丝杠移动0.0255mm。由于电机丝杠和注射器活塞紧固连接，所以注射器同步移动0.0255mm。由此可计算出电机进给半步，注射器推出的体积为1.1265μL。此数据的精度已到达0.0001μL，所以最后精度至少可达0.001μL。由于注射器是一个标准的圆柱体，每个半步都可认为推进的是一个恒定值，虽然电机丢步和丝杆误差也会产生测试误差，但都非常小，在一个半步推进的范围内，即1.1265μL，而测试值为500μL，所以都可忽略。

本发明采用微处理器来实现全部自动控制。对步进电机进行半步驱动控制，让注射器推出或吸取液体。体积计量管的确定长度用两个光耦标定，当液体经过光耦位置时，光耦的输出信号会改变，单片机通过实时检测光耦输出信号的变化，即可判断液体在体积计量管中的位置。充满两个光耦间的液体体积，即是需要测试的结果。单片机可以获取这个值对应步进电机推进的半步数。再用半步数乘以注射器每半步推出的体积，就得到了确定长度内体积计量管的容积。

本发明采用表面张力较大的液体作为注射器吸取或推出的液体是因为表面张力较大的液体的表面张力比水强，当表面张力较大的液体在体积计量管内运动时，可以很快的保持液面水平，并且与管壁紧密接触，不会在管壁产生挂液现象，增强了测试的可靠性。

本发明的体积计量管容积的高精度自动化测试装置，其基本结构如图1所示，左下方是步进电机，由微处理器通过驱动电路进行控制，见图4所示。步进电机以半步驱动的方式推动注射器的活塞运动，让注射器吸入或排出液体。步进电机的正上方是一只初始位光耦，当每次测试完成后，步进电机都会继续运动，直到注射器上的挡片挡住初始位光耦，此时光耦的输出信号会发生变化，步进电机不再运动。这只初始位光耦的作用是限制步进电机的运动。初始位光耦的上方就是注射器。注射器的输出口连接着电磁阀2和电磁阀1，两个都是三通阀，液路连接在图1中示出。当电磁阀1和电磁阀2都处于常开状态时，微处理器控制注射器向下运动，即可从试剂桶里吸取表面张力较大的液体。当电磁阀2处于常关状态时，微处理器控制注射器向上运动，即可把表面张力较大的液体排入收集容器。当电磁阀1处于常关，电磁阀2处于常开状态时，微处理器控制注射器向上运动，即可推入表面张力较大的液体充入体积计量管或者吸出体积计量管中的表面张力较大的液体。被测的体积计量管安装在两只液面检测光耦：光耦1和光耦2之间。当表面张力较大的液体进入体积计量管，穿过液面检测光耦1或光耦2时，液面检测光耦1或光耦2的输出信号会产生变化，微处理器实时检测这两个液面检测光耦1或光耦2的输出信号变化情况。

本发明的体积计量管容积的高精度自动化测试装置中电路系统，如图2所示，包括起核心作用的微处理器，与该微处理器连接的按键1和2，电磁阀1和2的控制电路，光耦1和2，LED数码显示管，RS232接口电路以及步进电机控制电路，图4示出了微处理器控制步进电机的电路。整个电路系统分为三块电路板，一块是主控板，为本系统的执行控制和数据处理部分，控制电磁阀的开合，控制电机半步驱动，接收并处理液面检测光耦的输出信号，接收并处理按键请求，计算测试结果，该主控板安装在装置的内部；一块是显示及按键板，共有两个按键和5个八段LED数码显示管，安装于整个装置的前面板上，对系统进行操作和显示当前测试结果，一个按键的作用是启动测试，称为启动测试键，另一个按键的作用是显示本次开机后已测试的体积计量管数，称为已测个数键；一块是液面检测板，两个液面检测光耦安装在本板上，光耦的输出信号通过本板整形后传给主控板。本板也安装于装置的前面板上，被测的体积计量管安装在本板的两个液面检测光耦之间。

测试开始前，按图1所示结构连接好液路，包括正确连接好试剂桶和收集容器，并且按指定位置把体积计量管固定在两个液面检测光耦1或光耦2之间。确认无误后，接通电源，按下启动测试键，微处理器内部程序开始执行，即开始一次测试。微处理器内部执行测试功能的流程，由图3A至3C示出。

首先，如图3A所示，微处理器控制电磁阀1和电磁阀2为常开状态，然后驱动步进电机，注射器从初始位光耦处开始向下运动，注射器从试剂桶中吸取1ml左右的表面张力较大的液体。然后，将电磁阀1转到常关状态，步进电机驱动注射器向上运动。那么表面张力较大的液体就会进入体积计量管。当液面检测光耦1或光耦2没有被体积计量管内的表面张力较大的液体挡住时，输出信号为高电平，一旦表面张力较大的液体挡住了光耦1或光耦2，输出信号就会变成低电平。在开始推液进入体积计量管后，微处理器就实时监控液面检测光耦1的输出信号。当发现液面检测光耦1的输出信号变为低电平后，表明表面张力较大的液体的液面已到达确定长度的顶端，为确保可靠性，电机再向上运行80个半步，然后延时约14ms，可见这时的终止液面位置要高出液面检测光耦1的检测位置。

接着，如图3B所示，步进电机向下运动，开始吸回表面张力较大的液体。当液面检测光耦1的输出信号再次变为高电平，表明表面张力较大的液体再次运动到了液面检测光耦1的位置，此时开始对驱动步进电机的半步数进行计数。步进电机继续吸取表面张力较大的液体，此时单片机开始实时监控液面检测光耦2的位置。一旦液面检测光耦2的输出信号由低电平变成高电平，表示表面张力较大的液体面已到了液面检测光耦2的位置，这时停止对半步数的计数，那么此时的半步数对应的容积就是从液面检测光耦1位置到液面检测光耦2位置的容积，也就是我们需要测试的确定长度内的体积计量管的容积。

然后，如图3C所示，把半步数乘以每半步对应的体积标准值，即得到了体积计量管的容积。表面张力较大的液体到达液面检测光耦2对应位置后，步进电机再吸取300个半步的容积，确保所有表面张力较大的液体都排出了被测体积计量管。然后电磁阀2转到常开状态，步进电机再向上运动直到注射器到达初始位光耦，则注射器内的表面张力较大的液体被排入了收集容器，一次测试完成。

为保证测试的可靠性，对每根被测的体积计量管都进行4次测试，每次测试间隔时间约为8ms，第1次的测试结果不算，取后3次测试结果的算术平均值作为最终结果，通过显示与按键板输出，同时微处理器内记录已测体积计量管个数的寄存器加1。这样表示完成一根体积计量管的测试，只需1分钟的时间。并且，对每次发现液面检测光耦的输出量变化，都延时约10ms，确保液面为稳定状态后，再检测一次输出信号，保证发生变化的可靠性。由于本测试采用的是顺序时序设计，所以对延时大小没有精确的要求，为简化设计，可以采用软件延时的实现方法，因此所有的延时时间只是一个大概的数据，不需要精确度很高。同时，在液面检测板上增加了LED指示灯，分别对应两个液面检测光耦输出信号，LED指示灯的状态随液面检测光耦输出信号的变化而变化，LED指示灯亮表示相应的液面检测光耦被液体挡住，LED指示灯灭表示相应的液面检测光耦没有被液体挡住。操作人员直接观察LED指示灯的状态即可判断液面位置。

显示电路采用5个八段LED数码显示管进行动态扫描显示。显示结果为3位整数，2位小数，默认单位为微升。单片机不仅计算3次测量结果的算术平均值，并计算CV值，若范围在±6％内，则显示“PASS”(合格)，反之显示“Error”(出错)。完成一根体积剂量管的测试后，判断结果和测试结果轮流显示，每个结果显示时间约5秒。再次按启动测试键前，本次结果将不间断的轮流显示。若按下已测个数键，将显示本次开电源后已测试的体积计量管个数。操作人员完成记录后，再次按启动测试键，即可开始下一根被测管的测试。

本发明还在主控板上增加了串口，实现了通过串口与计算机通讯的功能，可以直接用计算机作为上位机进行操作，无须按键，所有的测试结果，包括已测容积和已测个数，都会自动存储在计算机中，自动化程度更高。

在本发明的一个具体实施例中，部分关键部件的型号为：步进电机：Haydon公司，46342-05，液面检测光耦：OPTEK公司，OP818，初始位光耦：HONEYWELL公司，HOA1877，注射器：KLOEHN公司，17598。

本发明如果将光耦和夹具的尺寸作相应更改，即可测试不同规格的体积计量管的容积，需确定被测容积小于注射器最大容积，否则只要再更换更大规格的注射器即可。

本发明的测试方法，不仅针对体积计量管容积的测试，而且可以应用于各种异形容器，微小容器的容积测试。

可见，采用本发明的体积计量管容积的高精度自动化测试方法及装置，具备如下优点：

1.精确：本发明的测试方法完全规避了由于体积计量管本身形状带来的测试误差；

2.可靠：本发明采用单片机完成所有的数据处理，控制上加入各种可靠性措施，不需要人工计算和控制；

3.快速：本发明完成一根体积计量管的测试只需要1分种，而且操作简单，大大增强了效率。

本发明思路在于：将体积计量管容积的测试转换为对精确液体体积的定量测试；进一步地，用步进电机驱动注射器吸液和排液、用光耦检测液面、用微处理器控制所有机构和处理所有数据，即精准又高效。基于以上思路而对本发明所公开之最佳实施例进行没有创造性的简单替换、更改，或是做进一步的发明，都属于本发明之实施。

Claims (10)

1、一种体积计量管容积的高精度自动化测试方法，其特征在于，包括步骤：

①、设置被测体积计量管的一液体起始位检测器和一液体终止位检测器；

②、设置一液体容积基准源，该基准源的容积大于被测体积计量管的容积，且可受控变化；

③、设置一测试用液储存容器；

④、设置一测试用液收集容器；

⑤、设置一控制模块；

⑥、设置连接测试用液储存容器与液体容积基准源、液体容积基准源与测试用液收集容器以及液体容积基准源与被测体积计量管的管路，该管路中含接收控制模块指令进行管路切换的部件；

⑦、所述控制模块动作，测试用液由储存容器输送到基准源，再由基准源输送到被测体积计量管，至液体终止位检测器首次动作后，继续将一冗余量的测试用液输送到被测体积计量管，然后测试用液由被测体积计量管回送到基准源，在液体终止位检测器再次动作时开始计量，至液体起始位检测器动作，结束动作，计量结束，该计量结果即为被测体积计量管的容积的一次测定值，可做为被测体积计量管的容积的测试结果。

2、如权利要求1所述的体积计量管容积的高精度自动化测试方法，其特征在于：

所述步骤⑦进行多次，相应地可以获得多次测定值；并且丢弃第一次的测定值，取其它剩余次测定值的平均值，做为被测体积计量管的容积的测试结果。

3、如权利要求2所述的体积计量管容积的高精度自动化测试方法，其特征在于：

并计算其它剩余次测定值的变异系数值，若该值在一设定的范围内，确认所述测试结果有效，否则，所述测试结果无效。

4、如权利要求1所述的体积计量管容积的高精度自动化测试方法，其特征在于：

所述步骤⑥中接收控制模块指令进行管路切换的部件指电磁阀。

5、如权利要求1至4任一所述的体积计量管容积的高精度自动化测试方法，其特征在于：

所述液体容积基准源为一注射器。

6、如权利要求5所述的体积计量管容积的高精度自动化测试方法，其特征在于：

所述控制模块包括一步进电机、驱动电路、控制电路以及电机传动机构，所述传动机构把电机的动作转化为注射器活塞的移动。

7、如权利要求6所述的体积计量管容积的高精度自动化测试方法，其特征在于：

所述控制电路包括一微处理器。

8、如权利要求7所述的体积计量管容积的高精度自动化测试方法，其特征在于：

所述步骤⑦的计量过程包括由微处理器控制步进电机的动作，并对步进电机在开始计量到计量结束之间的动作次数进行累计，微处理器再根据该累计数算出计量结果。

9、如权利要求5所述的体积计量管容积的高精度自动化测试方法，其特征在于：

所述液体起始位检测器和液体终止位检测器均采用光耦检测液面。

10、实现权利要求1所述体积计量管容积的高精度自动化测试方法的装置，其特征在于，包括：

设置在被测体积计量管处的一液体起始位检测器和一液体终止位检测器；

一液体容积基准源，该基准源的容积大于被测体积计量管的容积，且可受控变化；

一测试用液储存容器；

一测试用液收集容器；

一控制模块；

连接测试用液储存容器与液体容积基准源、液体容积基准源与测试用液收集容器以及液体容积基准源与被测体积计量管的管路，该管路中含接受控制模块指令进行管路切换的部件；

所述液体起始位检测器和液体终止位检测器与控制模块相连，并且，所述控制模块可把测试用液由储存容器输送到基准源，再由基准源输送到被测体积计量管，至液体终止位检测器首次动作后，继续将一冗余量的测试用液输送到被测体积计量管，然后把测试用液由被测体积计量管输送到基准源，在液体终止位检测器再次动作时开始计量，至液体起始位检测器动作，结束计量，该计量结果即为被测体积计量管的容积的一次测定值，可做为被测体积计量管的容积的测试结果。

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