CN204086286U - 全自动多参数在线水质分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动多参数在线水质分析仪，包括：液路分配组件、分别与液路分配组件连接的电极传感器组件、与电极传感器组件连接的蠕动泵、与蠕动泵连接的废液瓶，所述电极传感器组件采用接触式测量电极，所述液路分配组件包括液路分配换向阀、与液路分配换向阀连接的换向步进电机，所述液路分配换向阀通过管道还分别与标准液组件、清洗液以及待测溶液连接，所述液路分配组件与待测溶液之间的进样管道还设有光电液位传感器，所述光电液位传感器靠近液路分配换向阀的进口设置。本实用新型采用接触式测量电极，耗样量少，环保节约。同时，通过微型控制器控制实现自动在线监测功能，无需人工干预。

Description

全自动多参数在线水质分析仪

技术领域

本实用新型涉及一种全自动多参数在线水质分析仪。 

背景技术

近年来，随着人类环保意识的不断提高，人类对水质的监测日益重视，政府水污染治理工作的力度逐年加强，对水环境监测工作的要求越来越高。水质检测的离子种类较多，如氟、硝酸根、水硬度、钾、钠、氯、钙、鎂、pH等项目，而且水质信息具有时效性强的特点，要求水质预警预报要求快速、准确、实时地采集和传递监测信息。 

现有行业产品多采用相同的电化学原理实现对离子的测量。主要的内容即能斯特方程：在电化学中，能斯特（Nernst）方程用来计算电极上相对于标准电势（E₀）来说的指定氧化还原对的平衡电压(E)。因此，利用此原理，离子浓度的测量，使用一些特殊PVC材料制成的膜电极，即可作为专用的传感器，结合现代微电子控制器，进行数子化控制及计算，运用模数转换，采集传感器单元的模拟信号量，数字化后参与能斯特方程的求解，最终完成对离子浓度的测量。产品化这一过程时，需要考虑一定的数学模型。对方程中未知量进行数学推导替换，因此，在实际测量时，需要标准参照曲线。根据方程可以得出，离子电极电势与离子活度的对数成线性关系。线性关系的确立，至少需要两点法，因此，选取不同线性段的标准品用来内建不同线性段的标准参照曲线就成为首要解决的问题。 

解决了数学模型的实际应用问题后，接下来需根据传感器，电子单元等来组织设计测量过程。现有的多参数自动分析仪多采用直插浸没式电极进行测量，利用电子单元读取采集到的电信号，量化出电压值。电极是测量的核心单元，其寿命、可靠性关系整体测量设备的质量，而传统测量使用全浸入式电极，特别是污水测量，对电极的损伤较大，测量精度低，使用寿命较短。测量时，需要被测样品50ml以上的体积，对于微量样品则无法测量。并且，现有的多参数自动分析仪结构连接复杂，待测溶液和标准溶液的液路分配无法快速精准控制流量，严重影响水质分析的效果。 

因此，如何设计一种能检测微量样品、液路分配控制精准、测量效率高的全自动多参数在线水质分析仪是业界亟待解决的技术问题。 

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种能检测微量样品、液路分配控制精准、测量效率高的全自动多参数在线水质分析仪。 

本实用新型采用的技术方案是，设计一种全自动多参数在线水质分析仪，包括：液路分配组件、分别与液路分配组件连接的电极传感器组件、与电极传感器组件连接的蠕动泵、与蠕动泵连接的废液瓶，所述电极传感器组件采用接触式测量电极，所述液路分配组件包括液路分配换向阀、与液路分配换向阀连接的换向步进电机，所述液路分配换向阀通过管道还分别与标准液组件、清洗液以及待测溶液连接，所述液路分配组件与待测溶液之间的进样管道还设有光电液位传感器，所述光电液位传感器靠近液路分配换向阀的进口设置。 

还包括一电气控制箱，所述电气控制箱内设有：与光电液位传感器连接的微型控制器，分别与微型控制器连接的运算放大模块、实时时钟芯片，所述运算放大模块与电极传感器组件电连接，所述微型控制器分别通过控制电路与所述蠕动泵的步进电机和换向步进电机连接。 

所述运算放大模块包括：与微型控制器连接的模数转换芯片、与模数转换芯片连接的运算放大器、与运算放大器连接的采集端口电路，所述采集端口电路与电极传感器组件连接。 

所述微型控制器还连接一显示装置和输入装置，所述微型控制器通过人工输入接口电路与输入装置连接。 

所述微型控制器还连接一扬声器，所述微型控制器通过声源提示电路与扬声器连接。所述显示装置为显示屏，所述输入装置为键盘。 

所述微型控制器的型号为STM32F103，实时时钟芯片采用8284时钟芯片，运算放大器采用低漂移的OP07运算放大器，模数转换芯片采用型号为TC7109的12位双积分A/D转换器，所述换向步进电机通过ULN2803芯片控制驱动。 

所述标准液组件由高浓度标准液和低浓度标准液构成，所述液路分配换向阀由五个定向分配阀构成，所述五个定向分配阀分别与待测溶液、高浓度标准液、低浓度标准液、清洗液及电极传感器组件连接，所述定向分配阀均由换向电机控制转向相数。 

所述电极传感器组件包括：氟离子电极、硝酸根电极、水硬度电极、氯离子电极、PH电极以及参比电极。 

所述进样管道由可拆卸密封连接的短管和长管构成，所述短管与所述液路分配组件固定连接，所述长管与所述待测溶液连接。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点： 

1、解决传统测量中，耗样量大，微量样品无法测量的问题，本实用新型采用接触式测量电极，耗样量在几十微升左右，环保节约。同时，接触式测量电极能提高传感器单元的使用寿命及响应灵敏性等问题。

2、液路分配组件中采用液路分配换向阀切换及换向步进电机、换向步进电机能精确控制转向相数，从而达到液路分配流量精准控制的作用，进样管道还设有光电液位传感器，光电液位传感器能判断是否取到待测溶液，光电液位传感器、转向步进电机以及蠕动泵的步进电机配合使用可精确控制液位定位。 

3、通过电气控制箱内的控制系统实现在线监测功能，不间断开机状态，定时取样，自动定位液位，自动测量，自动化维护保养电极传感器及液体流路系统，无需人工干预。 

4、进样管道由两端可拆卸的管道构成，可通过长管道接入外界河道、水池或其他管路中，进行在线检测水质，也可将长管拆卸下来，在短管末端进行人工喂样，使分析仪更智能化。 

附图说明

下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中： 

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的流路设计示意图；

图3是本实用新型的自动控制电路连接框图；

图4是本实用新型的步进电机控制电路图；

图5是本实用新型的换向步进电机控制电路图；

图6是本实用新型的人工输入接口电路图；

图7是本实用新型的声源提示电路图；

图8是本实用新型的运算放大模块电路图。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型提出的全自动多参数在线水质分析仪，包括：液路分配组件、分别与液路分配组件连接的电极传感器组件1、与电极传感器组件连接的蠕动泵2、与蠕动泵2连接的废液瓶3，电极传感器组件1采用接触式测量电极，液路分配组件包括液路分配换向阀4、与液路分配换向阀4连接的换向步进电机，液路分配换向阀4通过管道还分别与标准液组件、清洗液5以及待测溶液6连接，液路分配组件与待测溶液6之间的进样管道7还设有光电液位传感器8，光电液位传感器8靠近液路分配换向阀4的进口设置, 光电液位传感器8能判断是否取到待测溶液6。接触式测量电极所需的耗样量在60~120微升，对比同类产品极其微量，产生的废液少，有利于环保。同时，接触式测量电极能提高传感器单元的使用寿命及响应灵敏性等问题。接触式测量电极采用特殊高分子材料制成的管状流通电极。 

标准液组件由高浓度标准液9和低浓度标准液10构成，液路分配换向阀4由五个定向分配阀构成，五个定向分配阀分别与待测溶液6、高浓度标准液9、低浓度标准液10、清洗液5及电极传感器组件1连接，定向分配阀均由换向电机控制转向相数。电极传感器组件1包括：氟离子电极101、硝酸根电极102、水硬度电极103、氯离子电极104、PH电极105以及参比电极106。液路分配组件中采用液路分配换向阀4切换及换向步进电机、换向步进电机能精确控制转向相数，从而达到液路分配流量精准控制的作用，光电液位传感器8、转向步进电机以及蠕动泵2的步进电机配合使用可精确控制液位定位。 

进样管道7由可拆卸密封连接的短管71和长管72构成，短管71与液路分配换向阀4固定连接，长管72与待测溶液6连接。在被测水样没有足够压力的情况下，蠕动泵2蠕动，由长管72可直接从江河、水池或其它管路系统抽取水样，进行在线检测水质。也可将长管72拆卸下来，在仪器提示进样时，在短管71末端进行人工喂样，使分析仪更智能化。 

本实用新型还包括一电气控制箱11，如图3所示，电气控制箱11内设有：与光电液位传感器连接的微型控制器，分别与微型控制器连接的运算放大模块、实时时钟芯片，运算放大模块与电极传感器组件电连接，微型控制器分别通过控制电路与蠕动泵的步进电机和换向步进电机连接，实时时钟芯片给系统运行提供精确到秒的时间戳。步进电机与微型控制器通过图4所示的步进电机控制电路连接，换向步进电机与微型控制器通过图5所示的换向步进电机控制电路连接。其中，微型控制器采用高性能ARM架构的32位微型控制器，微型控制器的型号为STM32F103，该控制器外围资源丰富，输入输出(I/O)接口多。实时时钟芯片采用8284时钟芯片，换向步进电机通过ULN2803芯片控制驱动。 

微型控制器还连接一显示装置和输入装置，微型控制器通过人工输入接口电路与输入装置连接，人工输入接口电路如图6所示，通过显示装置给操作者提供交互参数与状态信息，及时反馈仪器各种状态量。微型控制器还连接一扬声器，微型控制器通过声源提示电路与扬声器连接。声源提示电路如图7所示，显示装置为显示屏12，输入装置为键盘13。 

如图8所示，运算放大模块包括：与微型控制器连接的模数转换芯片、与模数转换芯片连接的运算放大器、与运算放大器连接的采集端口电路，采集端口电路与电极传感器组件连接。电极传感器组件的电信号采集端口有并行五路传感器输入通道，采用了高阻抗，双积分12位模数运算放大器，其型号为模数转换芯片采用型号为TC7109的A/D转换器，可在一定时间内同时采集五路信号，完成模数转换。采集端口电压域宽，精度高，分辨率在0.06mv，运算放大器采用低漂移的OP07运算放大器。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (10)

1.全自动多参数在线水质分析仪，包括：液路分配组件、分别与液路分配组件连接的电极传感器组件、与电极传感器组件连接的蠕动泵、与蠕动泵连接的废液瓶，其特征在于，所述电极传感器组件采用接触式测量电极，所述液路分配组件包括液路分配换向阀、与液路分配换向阀连接的换向步进电机，所述液路分配换向阀通过管道还分别与标准液组件、清洗液以及待测溶液连接，所述液路分配组件与待测溶液之间的进样管道还设有光电液位传感器，所述光电液位传感器靠近液路分配换向阀的进口设置。

2.如权利要求1所述的全自动多参数在线水质分析仪，其特征在于，还包括一电气控制箱，所述电气控制箱内设有：与光电液位传感器连接的微型控制器，分别与微型控制器连接的运算放大模块、实时时钟芯片，所述运算放大模块与电极传感器组件电连接，所述微型控制器分别通过控制电路与所述蠕动泵的步进电机和换向步进电机连接。

3.如权利要求2所述的全自动多参数在线水质分析仪，其特征在于，所述运算放大模块包括：与微型控制器连接的模数转换芯片、与模数转换芯片连接的运算放大器、与运算放大器连接的采集端口电路，所述采集端口电路与电极传感器组件连接。

4.如权利要求3所述的全自动多参数在线水质分析仪，其特征在于，所述微型控制器还连接一显示装置和输入装置，所述微型控制器通过人工输入接口电路与输入装置连接。

5.如权利要求4所述的全自动多参数在线水质分析仪，其特征在于，所述微型控制器还连接一扬声器，所述微型控制器通过声源提示电路与扬声器连接。

6.如权利要求5所述的全自动多参数在线水质分析仪，其特征在于，所述显示装置为显示屏，所述输入装置为键盘。

7.如权利要求6所述的全自动多参数在线水质分析仪，其特征在于，所述微型控制器的型号为STM32F103，实时时钟芯片采用8284时钟芯片，运算放大器采用低漂移的OP07运算放大器，模数转换芯片采用型号为TC7109的12位双积分A/D转换器，所述换向步进电机通过ULN2803芯片控制驱动。

8.如权利要求1所述的全自动多参数在线水质分析仪，其特征在于，所述标准液组件由高浓度标准液和低浓度标准液构成，所述液路分配换向阀由五个定向分配阀构成，所述五个定向分配阀分别与待测溶液、高浓度标准液、低浓度标准液、清洗液及电极传感器组件连接，所述定向分配阀均由换向电机控制转向相数。

9.如权利要求8所述的全自动多参数在线水质分析仪，其特征在于，所述电极传感器组件包括：氟离子电极、硝酸根电极、水硬度电极、氯离子电极、PH电极以及参比电极。

10.如权利要求9所述的全自动多参数在线水质分析仪，其特征在于，所述进样管道由可拆卸密封连接的短管和长管构成，所述短管与所述液路分配组件固定连接，所述长管与所述待测溶液连接。