CN201795937U - 一种逐点扫描式微液量计量装置 - Google Patents

Abstract

一种逐点扫描式微液量计量装置，其特征在于：包括N通阀、密闭防腐蚀氟橡胶管、蠕动泵、液体出液口、控制计算单元以及两个液体检测器Y1和Y2；所述N通阀中，1-1为空气口，1-i为进液口，其中i＝2……N；所述N通阀通过所述密闭防腐蚀氟橡胶管依次与所述液体检测器Y1、Y2相连接，所述密闭防腐蚀氟橡胶管的另一端与所述蠕动泵的一端相连接，所述蠕动泵的另一端与所述液体出液口相连接；所述控制计算单元分别与所述N通阀、所述液体检测器Y1和Y2、所述蠕动泵相连接；在所述蠕动泵匀速进样的条件下，利用所述控制计算单元对所述液体检测器Y1和Y2的状态进行1毫秒/次的快速扫描，同时对所述N通阀中的进气阀和进液阀进行快速开关控制，从而取到微量的液体。

Description

一种逐点扫描式微液量计量装置 

技术领域

本实用新型涉及环境保护领域水质监测仪器中液体取样计量系统，尤其是涉及一种微量的定量取液装置。 

背景技术

改革开放以来，中国的经济快速发展，经济建设取得了举世瞩目的成就。然而，诸多行业却是以牺牲环境和资源为代价来换取经济的暂时繁荣，一些高耗能、高污染的企业给我国的环境和资源带来了巨大的压力，长远来看，这必将制约我国经济的进一步发展。控制企业的污水排放和监测环境水质都需要用到大量的水质在线监测仪器，这些仪器需要对微量(≤5ml)的待检水样和试剂进行计量。计量装置的精度与可靠性直接决定了检测结果的准确性和仪器的可靠性。 

目前应用于水质在线监测仪器的液体体积计量一般都采用计量管的原理，即利用探针或光电传感器对设定体积的液位进行感应，再通过电机控制注射泵或蠕动泵进液计量。这类计量装置为保证测量精度，一般取样量都较大(≥5ml)，同时还存在着进样量不灵活，只能测量几种固定体积的缺陷，而且不能消除液体中的气泡对测量结果的影响，可靠性差，同时探针或者传感器易受到腐蚀性强的污水损害，使整个设备的精确度受到液体传感器精度的限制。 

而且目前的水质在线监测仪器的计量装置只适用于在固定的环境监测点对固定的水域进行定期的监测。并不适用于突发事件的监测和动态监测，尤其是不适于水质监测仪器在湖泊、海洋、车载、移动水质监测车等风浪及颠簸的环境中使用。 

传统的液体计量器，都是应用水流流经推动计数叶轮转动来计量流量，例如专利号为ZL200420117890.6的轻便型IC卡水表。机械结构复杂，难以达到密闭和防腐蚀的效果，并且对取液十毫升以下难度较大。且如果我们要计量污水等可能含有藻类或者絮状物的液体必定影响计数叶轮转动的所受摩擦，从而影响计量精度。 

又如专利号为CN86200994U的时间脉冲控制步进式定量给液机和专利号为ZL91103249的非接触式液体流量指示装置，虽然达到了防腐蚀的效果，但其内部机械结构复杂，仍不适合于对污水的计量，容易造成堵塞，都只适合于较清洁液体计量。 

可见，目前水质在线监测仪器要求对微液量(取液量为1毫升左右)进行准确、可靠的计量，但现有技术设计的计量装置都存在着明显的缺点，尤其是无法满足在湖泊、海洋、车 载等风浪及颠簸环境中的使用要求。 

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种逐点扫描式微液量计量装置，其特征在于：包括N通阀、密闭防腐蚀氟橡胶管、蠕动泵、液体出液口、控制计算单元以及第一液体检测器Y1和第二液体检测器Y2；所述N通阀中，第一个为空气口1-1，其余为进液口1-i，其中i＝2……N；所述N通阀通过所述密闭防腐蚀氟橡胶管依次与所述第一液体检测器Y1、第二液体检测器Y2相连接，所述密闭防腐蚀氟橡胶管的另一端与所述蠕动泵的一端相连接，所述蠕动泵的另一端与所述液体出液口相连接；所述控制计算单元分别与所述N通阀、所述第一液体检测器Y1和第二液体检测器Y2、所述蠕动泵相连接；在所述蠕动泵匀速进样的条件下，利用所述控制计算单元对所述第一液体检测器Y1和第二液体检测器Y2的状态进行1毫秒/次的快速扫描，同时对所述N通阀中的进气阀和进液阀进行快速开关控制，从而取到微量的液体。 

附图说明

图1是本实用新型的结构原理示意图； 

图2是本实用新型的标定流程示意图； 

图3是本实用新型的测量流程示意图。 

具体实施方式

如图1所示为一种逐点扫描式微液量计量装置原理结构示意图，本实用新型装置主要由：N通阀1，密闭防腐蚀氟橡胶管2，蠕动泵3，液体出液口4，控制计算单元5、液体检测器Y1和Y2七部分组成。所述N通阀中，1-1为空气口，1-i为进液口，其中i＝2……N；其中N通阀1按照顺序通过密闭防腐蚀氟橡胶管2与液体检测器Y1、Y2相连接，密闭防腐蚀氟橡胶管2的另一端与蠕动泵3的一端相连接，蠕动泵3的另一端与液体出液口4相连接；控制计算单元5分别与N通阀1、液体检测器Y1和Y2、蠕动泵3相连接。其中N通阀1用于计量液体的进液和气体的进气；密闭防腐蚀氟橡胶管2是液体流动的管道；控制计算单元5的主要功能是：在蠕动泵匀速进样的条件下，利用控制计算单元5对两个液体检测器的状态进行快速扫描(1毫秒/次)，同时对N通阀中的进气阀和进液阀进行快速开关控制，从而非常灵敏、准确可靠地取到微量的液体；液体出液口4用于排出液体；液体检测器Y1和Y2用于检 测液体是否流经。 

图2是本实用新型的标定流程示意图，本实用新型的计量装置具体的标定流程及标定方法如下： 

第一步：设定从进液口1-i到液体检测器Y1之间的液体体积为Vi(Vi未知)； 

控制计算单元5控制N通阀1打开需标定的进液口1-i，启动步进电机，驱动蠕动泵3逆时针旋转，液体流入密闭防腐蚀氟橡胶管2，在液体检测器Y1检测到液体前，蠕动泵3进入匀速状态。液体检测器Y1内无液体时输出低电平状态。当控制计算单元5监测到液体检测器Y1连续1秒由低电平变为高电平状态(即液体检测器Y1检测到液体)，控制计算单元5记录当前时间为t1，同时关闭N通阀进液口1-i，打开N通阀的空气口1-1吹气。 

液体进样后，若控制计算单元5监测到液体检测器Y1连续60秒一直处于低电平状态，则液体检测器Y1内无液体流经，控制计算单元5发出报警信号，并控制N通阀1和蠕动泵3停止工作，退出标定流程。 

蠕动泵3继续运转，这样一段从进液口1-i到液体检测器Y1之间的液量Vi继续沿着管路流动。若控制计算单元5监测到液体检测器Y1连续1秒由高电平变为低电平状态(即液体检测器Y1检测到无液体)，则这段液量Vi离开液体检测器Y1，控制计算单元5记录当前的时间为t2。 

液体继续沿着管路流动，当控制计算单元5监测到液体检测器Y2连续1秒由低电平变为高电平状态(即液体检测器Y2检测到液体)，此时，这段液量Vi已到达液体检测器Y2，控制计算单元5记录当前的时间为t3。 

若控制计算单元5连续60秒监测到液体检测器Y2一直处于低电平状态(即液体检测器Y2没有检测到液体)，则液体检测器Y2没有液体流入，控制计算单元5发出报警信号，并控制N通阀1和蠕动泵3停止工作，退出标定流程。 

蠕动泵3继续运转，液体继续流动，从出液口4排出，排空管路，系统返回。 

本实用新型的逐点扫描式微液量计量装置在标定和测量方法中将涉及到一个本计量装置专用的基本体积单位：V_unit。V_unit为液体在防腐蚀氟橡胶管2内流动时，装置理论上可监测出来的一个基本微小体积单位，假设控制计算单元5的扫描时间间隔为dt＝1毫秒(ms)，液体进样时的流速为v＝10mm/s，管道截面积A＝3.14mm²，则V_unit＝dt*v*A＝0.0000314毫升。本文中所有提到的体积都将以V_unit而不是公称体积单位(如毫升)作为基本单位。 

根据以上描述的本实用新型系统的标定流程，可知液体体积Vi与t1、t2间的时间差成正比，关系式如下： 

Vi＝(t2-t1)*V_unit/1ms＝(Δt1/1ms)*V_unit＝mi*V_unit    (1) 

其中mi＞1且为整数 

第二步：精确标定从液体检测器Y1到Y2之间的液量AL(一般控制在1ml左右)，其中A为管道截面积，L为液体检测器Y1到Y2之间的距离。得到时间t3和t1之间的时间差与液量AL成正比，关系式如下： 

AL＝(t3-t1)*V_unit/1ms＝(Δt2/1ms)*V_unit＝K*V_unit (2) 

其中K＞1且为整数 

由于对于每一台仪器，计量装置安装好后，Y1与Y2间管道的距离L和各进样端口到Y1的距离都是固定的，因此，K和mi是固定值，可以通过标定确定下来，即 

mi＝(Δt1/1ms)＝(t2-t1)/1ms 

K＝(Δt2/1ms)＝(t3-t1)/1ms 

第三步：当需要从1-i口进样计量时，假设需要进样的体积为V，则可将V用V_unit单位表示为(V_unit的大致体积为0.0000314毫升)： 

V＝Vi+N*V_unit

即：V＝(mi+N)*V_unit    (3) 

所以：N＝(V/V_unit)-mi 

其中N为液体流经液体检测器Y1时应该被扫描到有液体的次数，精确控制N值即可精确控制取液量。 

利用控制计算单元5采用图2的标定流程对N通阀中的进气阀和进液阀快速开关控制，从而非常精确可靠地取到微量的液体。 

为保证进样计量精度，在更换电机、N通阀或检测器Y1、Y2间管道后，系统都应该重新标定一次。 

图3是本实用新型的测量流程示意图。如果需要测量从取液口1-i取体积为V的液体。首先根据公式和已标定好的mi值，计算出量取所需液体时，液体检测次数N值。例如：根据公式(3)计算出量取所需液体的体积为(mi+N)个基本单位V_unit，计算得到N为30000次。取液计量时，控制计算单元5打开进液口1-i，打开步进电机，驱动蠕动泵3开始运转，N通阀1抽取液体，无液体时，液体检测器Y1输出低电平状态，延时1毫秒，当控制计算单元5监测到液体检测器Y1由低电平变为高电平，即液体检测器Y1检测到液体，此时已取液体体积为mi*V_unit。液体继续沿着管路流动，取液量逐渐增加，同时，检测器Y1每隔1毫秒检测一次，若液体检测器Y1在一定时间内检测液体的次数小于计算得出的N值(即i＜N)，则液体检测器继续检测，直到液体检测器Y1检测液体次数大于计算得出的N值(即i≥N)，蠕动泵3停止运转，关闭进液口1-i，打开控制阀1-1吹气，测量完成。 

通过以上的测量流程，精确控制检测次数N值，即可精确取到毫升级的微液量液体。 

本实用新型还提供了气泡校正功能：取液测量时，如果从进液口取出的液体中含有气泡，那么实际取得的液体就会略少，从而产生取液误差。因此需要对气泡进行校正。具体校正方法如下： 

取液测量时，若液体检测器Y1检测到液体，控制计算单元5监测到液体检测器Y1由低电平变为高电平，当控制计算单元5监测到液体检测器Y1的扫描检测信号由高电平变为低电平，即液体检测器Y1检测到液体中含有气泡，则控制计算单元5不执行计量操作步骤，继续监测液体检测器Y1的扫描检测信号，若控制计算单元5监测到液体检测器Y1连续60秒处于低电平状态(即液体检测器Y1没有检测到有液体)，则控制计算单元5发出报警信号，并退出测量流程，对气泡进行了校正。 

本实用新型与现有技术的相比，具有以下优点： 

(1)适用于对多个通道的各种液体分别计量取液； 

(2)密闭管道内非接触式取液计量； 

(3)能实现毫升级准确定量取液； 

(4)管道通路机构简单，不易堵塞； 

(5)具有气泡校正功能，消除了气泡对测量结果的影响； 

(6)适用于水质监测仪器在湖泊、海洋、车载、移动水质监测车等风浪及颠簸的环境中使用。 

本实用新型这里公开的实施例是示例性的，其仅是为了对本实用新型进行解释说明，而并不是对本实用新型的限制，例如，可以采用注射泵来代替蠕动泵；可以用多路选向阀代替多通阀。本领域技术人员能够理解，这些可以预见的改良和扩展都包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (1)

1.一种逐点扫描式微液量计量装置，其特征在于：

包括N通阀、密闭防腐蚀氟橡胶管、蠕动泵、液体出液口、控制计算单元以及第一液体检测器(Y1)和第二液体检测器(Y2)；所述N通阀中，第一个为空气口(1-1)，其余为进液口(1-i，其中i＝2……N)；所述N通阀通过所述密闭防腐蚀氟橡胶管依次与所述第一液体检测器(Y1)、第二液体检测器(Y2)相连接，所述密闭防腐蚀氟橡胶管的另一端与所述蠕动泵的一端相连接，所述蠕动泵的另一端与所述液体出液口相连接；所述控制计算单元分别与所述N通阀、所述第一液体检测器(Y1)和第二液体检测器(Y2)、所述蠕动泵相连接；在所述蠕动泵匀速进样的条件下，利用所述控制计算单元对所述第一液体检测器(Y1)和第二液体检测器(Y2)的状态进行1毫秒/次的快速扫描，同时对所述N通阀中的进气阀和进液阀进行快速开关控制，从而取到微量的液体。 

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