CN207488255U - 一种自动滴定法化学分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自动滴定法化学分析系统，包括筒状加热装置、操作台、机器人、控制系统、滴定装置，控制系统用以控制机器人、滴定装置、筒状加热装置，机器人固定在操作台，还包括盘式加热装置、加热仓，控制系统控制加热仓、盘式加热装置，若干盘式加热装置和/或筒状加热装置固定在操作台，加热仓固定在操作台一侧。优点是：适用于多种滴定分析场合，也可适用于其他分析检测场合；采用机器人作为滴定分析的“操作者”，使检验分析大部分工作替代了人工操作，加上智能控制系统配合，实现了自动检验分析。

Description

一种自动滴定法化学分析系统

技术领域

本实用新型属于化学分析领域，尤其涉及一种自动滴定法化学分析系统。

背景技术

滴定分析法是化学分析法中的重要分析法之一。将一种已知其准确浓度沟试剂溶液 (称为标准溶液)，滴加到被测物质的溶液中，直到化学反应完全时为止，然后根据所用试剂浓度和体积可以求得被测组分的含量，这种分析方法称为滴定分析法(或称容量分法)。

滴定分析法，广泛用于冶金、矿山、化工、石油、食品、染料等领域。滴定分析法中，根据标准溶液与测物质间所发生的化学反应类型不同，滴定分析法可分为四大类：

酸碱滴定法，又称中和法；

沉淀滴定法，是利用沉淀反应进行滴定的方法；

配位滴定法，是利用配位反应进行滴定的方法；

氧化还原滴定法，是利用氧化还原反应进行滴定的方法。

此外，也有将滴定法具体分为，络合滴定法、亚铁滴定法、电位滴定法、电流滴定法、计算滴定法、EDTA络合滴定法、萃取滴定法和催化滴定法等。滴定分析法的滴定方式，又分直接滴定法、反滴定法、置换滴定法和间接滴定法。

目前，滴定分析法应用极为广泛，滴定分析法在操作中，还需要精密滴定、搅拌或摇匀、加热及检测等技术配合。

传统的某些滴定分析，是采用常规的人工去加料、滴定加药、摇晃和加热蒸发，这些环节，易产生挥发性有毒或高温气体，检验分析时间长，对检验人员健康有影响。检验人员在这种条件下长时间工作，特别是连续检验分析多种样品，会影响检验(化验)检测和分析的精准性。

当前，现代电子信息技术飞快发展，给检验(化验)分析，带来了更新的机遇，特别是机器人技术的成熟，给检验(化验)分析带来了自动化的可能，可以减轻检验工作人员的劳动强度，改善工作环境，提高检验(化验)分析的精准度。

现有技术中，申请号：201710085021.1，公开了一种机器人自动检验分析系统及使用方法，其提供了可实现机器人滴定的方式，在使用过程中发现，试管加热过程中，烟气较大，无法做到准确的观测；同时，加热部分仅能加热试管，而对于其他化学器皿，尤其是锥形杯等底部为平面的器皿无能为力，而且滴定装置结构不够合理，对于腐蚀性强的药品无法实现长时间滴定需求，经常出现滴定装置损坏的现象。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种自动滴定法化学分析系统，适合各种器皿检验(化验)，提高加热效果，减轻检验(化验)分析工作人员的劳动强度和改善工作环境。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种自动滴定法化学分析系统，包括筒状加热装置、操作台、机器人、控制系统、滴定装置，控制系统用以控制机器人、滴定装置、筒状加热装置，机器人固定在操作台，还包括盘式加热装置、加热仓，控制系统控制加热仓、盘式加热装置，若干盘式加热装置和/或筒状加热装置固定在操作台，加热仓固定在操作台一侧；

所述的盘式加热装置包括加热盘、插座、温度传感器、加热线，加热盘与插座插接，温度传感器、加热线盘绕在加热盘内，用以为器皿加热；所述的加热盘包括传感器插针、陶瓷盘、加热线插针，温度传感器设置在陶瓷盘内，传感器插针与温度传感器相连接，传感器插针伸出陶瓷盘底部，加热线插针与加热线连接，加热线插针伸出陶瓷盘底部；所述的插座包括底板、传感器插孔座、电源插孔座，传感器插孔座与电源插孔座固定在底板上，传感器插孔座内设有与传感器插针相匹配的传感器插孔；电源插孔座内设有与加热线插针相匹配的电源插孔；传感器插孔、电源插孔通过引线与外部电源连接；

所述的加热仓包括气缸、仓罩、集气管，仓罩顶部与集气管连接，仓罩与操作台活动铰接，气缸固定在操作台上，气缸输出端通过传动件与仓罩连接，气缸带动仓罩开合。

所述的滴定装置包括支撑板、储液瓶、进液管、出液管、蠕动泵，若干储液瓶、若干蠕动泵通过支撑板固定，储液瓶通过进液管与蠕动泵进口连接；蠕动泵出口与出液管连接，蠕动泵通过电机控制。

所述的筒状加热装置包括陶瓷加热筒、测温热电偶、紧固件、外壳、导套、支撑软胶筒，外壳顶部与操作台台面连接，导套固定在操作台台面，导套与陶瓷加热筒同轴，并设置在陶瓷加热筒上方，陶瓷加热筒设置在外壳内，陶瓷加热筒内设有加热线，加热线由陶瓷加热筒底部引出加热引线，加热引线伸出外壳外部，用于为加热线供电；陶瓷加热筒底部设有支撑软胶筒，用以支撑加热器皿的底部，支撑软胶筒内设有测温热电偶，测温热电偶通过紧固件与陶瓷加热筒底部固定连接，测温热电偶的电源引线引出外壳；所述的导套内边沿倒角。

所述的盘式加热装置与筒状加热装置成梯形布置在操作台一侧。

所述的陶瓷盘顶部内沿倒角。

所述的控制系统包括嵌入式微电脑、滴定单元、加热单元、加热仓控制单元、电机、气泵，嵌入式微电脑与滴定单元、加热单元、加热仓控制单元连接，加热仓控制单位包括设置在仓罩两侧的位置传感器，气缸驱动装置，嵌入式微电脑通过RS-485接口与气泵控制器连接，嵌入式微电脑通过气泵控制器驱动电机，电机为气泵提供动力，气泵为机器人的抓取、加热仓的气缸提供动力。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本系统可以适用于多种滴定分析场合，也可适用于其他分析检测场合；采用机器人作为滴定分析的“操作者”，使检验(化验)分析大部分工作替代了人工操作，加上智能控制系统配合，实现了自动检验(化验)分析；采用了多组精密蠕动泵，在智能控制系统配合下，自动提供多种原料药的精确滴定的功能，其蠕动泵在滴够量后，能自动反转, 保证泵中量不滴到设备上，可提高自动检验(化验)分析的水平；采用多工位加热器，在智能控制系统的配合下，定温、定时加热，可大大减轻检验(化验)分析工作人员的劳动强度和改善工作环境；本系统采用了带WiFi的监控器，可方便地实现远程监视和操作，这对于长时间的检验(化验)分析的工作人员，大有好处；

2)本系统采用机器人抓取试管、锥形杯等进行自动摇匀，可替代搅拌；

3)本系统采用密闭环境滴定分析检测，不会将反应气体外泄，不会污染检测环境，可确保操作人员的安全。

4)加热装置采用筒状加热装置和盘式加热装置，可适应不同化学器皿要求，提高本系统的适应性。

5)采用加热仓以提高加热期间整个设备的清洁，方便操作人员观察，同时也避免本系统其它装置腐蚀，仓罩的设置可便于有害物质的收集。

6)盘式加热装置的插拔分体式结构，可在不加热时作为盛放装置，也方便检修维护。

附图说明

图1是盘式加热装置的加热盘结构示意图。

图2是盘式加热装置的插座结构示意图。

图3是盘式加热装置的结构示意图。

图4是筒状加热装置的结构示意图。

图5是加热单元布置图。

图6是控制系统原理图。

图7是加热仓单元控制原理图。

图8是加热仓单元结构示意图。

图9是加热单元多路温控器原理图。

图10是滴定单元主视图。

图11是滴定单元侧视图。

图12是锥形杯放置座布位图。

图13是锥形杯放置座结构示意图。

图14是机器人摇匀图。

图15是嵌入式微电脑MCU和LTE电路图。

图16是LEC显示屏、LTE地址编码开关电络图。

图17是嵌入式微电脑MCU供电电源电路图。

图中：1-锥形杯 2-加热盘 3-插座 4-加热单元 5-控制系统 6-锥形杯放置座 7-筒状加热装置 8-试管 9-机器人；

21-温度传感器 22-传感器右插针 23-传感器左插针 24-加热线右插针 25-加热线左插针 26-陶瓷盘 27-加热线

31-底板 32-电源左引线 33-电源右引线 34-电源插孔座 35-电源右插孔 36-电源左插孔 37-传感器右插孔 38-传感器左插孔 39-传感器插孔座 310-传感器左引线311-传感器右引线

51-加热仓控制单元 511-气缸 512-仓罩 513-右位置传感器 514-左位置传感器521-气泵控制器 53-机器人控制单元 54-加热单元 55-滴定单元 551-出液管 552-支撑板 553-蠕动泵 554-储液瓶 555-进液管 56-触摸屏 57-监控器

71-陶瓷加热筒 72-测温热电偶 73-支撑软胶筒 74-紧固件 75-电源引线 76-加热引线 77-外壳 78-加热线 79-操作台台面 710-导套。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细地描述，但是应该指出本实用新型的实施不限于以下的实施方式。

见图5、图6、图8、图12，一种自动滴定法化学分析系统，包括筒状加热装置7、操作台、机器人9、控制系统5、滴定装置，控制系统5用以控制机器人9、滴定装置、筒状加热装置7，机器人9固定在操作台，还包括盘式加热装置、加热仓，控制系统5控制加热仓、盘式加热装置，若干盘式加热装置和/或筒状加热装置7固定在操作台，根据需要布置加热装置位置，可单独设置盘式加热装置或筒状加热装置7，或者混合设置盘式加热装置和筒状加热装置7；加热仓固定在操作台一侧。

见图1-图3，盘式加热装置包括加热盘2、插座3、温度传感器21、加热线27，加热盘2与插座3插接，温度传感器21、加热线27盘绕在加热盘2内，用以为器皿加热；加热盘2包括传感器插针、陶瓷盘26、加热线插针，温度传感器21设置在陶瓷盘26内，传感器插针与温度传感器21相连接，传感器插针伸出陶瓷盘26底部，加热线插针与加热线 27连接，加热线插针伸出陶瓷盘26底部；所述的插座3包括底板31、传感器插孔座39、电源插孔座34，传感器插孔座39与电源插孔座34固定在底板31上，传感器插孔座39内设有与传感器插针相匹配的传感器插孔；电源插孔座34内设有与加热线插针相匹配的电源插孔；传感器插孔、电源插孔通过引线与外部电源连接；陶瓷盘26顶部内沿倒角，方便机器人9放置器皿对中，放置操作过程中器皿损伤。

见图1-图3，为提高接触面积，传感器插针设置两个，分别是传感器左插针23和传感器右插针22，相应的传感器插孔设置传感器左插孔38和传感器右插孔37，及与之相连的传感器左引线310和传感器右引线311；同样的，加热线插针设置双针结构，分别为加热线左插针25和加热线右插针24；与加热线插针相插接的电源左插孔36和电源右插孔35，与电源插孔连接的电源左引线32和电源右引线33。

见图8，加热仓用以收集盘式加热装置和/或筒状加热装置7加热时产生的烟气，加热仓包括气缸511、仓罩512、集气管，仓罩512顶部与集气管连接，仓罩512与操作台活动铰接，气缸511固定在操作台上，气缸511输出端通过传动件与仓罩512连接，气缸511 带动仓罩512开合。为方便检测控制在仓罩左右两侧分别设置左位置传感器514、右位置传感器513。

图10、图11，滴定装置包括支撑板552、储液瓶554、进液管555、出液管551、蠕动泵553，若干储液瓶554、若干蠕动泵553通过支撑板552固定，储液瓶554通过进液管 555与蠕动泵553进口连接；蠕动泵553出口与出液管551连接，蠕动泵553通过电机控制。每次滴定结束后，控制蠕动泵553将进液管555的存留原料药返回到储液瓶554中。

见图4，筒状加热装置7包括陶瓷加热筒71、测温热电偶72、紧固件74、外壳77、导套710、支撑软胶筒73，外壳77顶部与操作台台面79连接，导套710固定在操作台台面79，导套710与陶瓷加热筒71同轴，并设置在陶瓷加热筒71上方，陶瓷加热筒71设置在外壳77内，陶瓷加热筒71内设有加热线78，加热线78由陶瓷加热筒71底部引出加热引线76，加热引线76伸出外壳77外部，用于为加热线78供电；陶瓷加热筒71底部设有支撑软胶筒73，用以支撑加热器皿的底部，支撑软胶筒73内设有测温热电偶72，测温热电偶72通过紧固件74与陶瓷加热筒71底部固定连接，测温热电偶72的电源引线75 引出外壳77；所述的导套710内边沿倒角。

见图5、图12、图13，盘式加热装置与筒状加热装置7成梯形布置在操作台一侧，以方便集中加热，也便于加热仓集中排除气体；锥形杯放置座6或试管8放置座固定在操作台另一侧，便于放置锥形杯1、试管8等器皿。

见图6、图7、图9、图15-图17，控制系统5包括嵌入式微电脑、滴定单元55、加热单元4、加热仓控制单元51、与气泵连接的电机、触摸屏56、机器人控制单元53、带wifi 的监控器57、LTE天线，嵌入式微电脑与滴定单元55、加热单元4、加热仓控制单元51、与气泵连接的电机、触摸屏56、机器人控制单元53、wifi、LTE天线连接，加热仓控制单位包括设置在仓罩512两侧的位置传感器，气缸511驱动装置，位置传感器传输仓罩512 的位置信息，用以测定仓罩512的开合是否到位；气缸511驱动装置驱动气缸511运动；嵌入式微电脑通过RS-485接口与气泵控制器521连接，通过气泵控制器521驱动电机，电机为气泵提供动力，气泵为机器人9的抓取、加热仓的气缸511提供动力。LTE天线可便于移动终端随时了解滴定情况，也可通过LTE天线实现远程操控。加热单元4的控制采用多路温控器，实现加热装置的单个或多个控制。

见图6，机器人控制单元53用以控制机器人9运动，电机S1、电机S2、电机S3分别控制机器人的底部的回转，大臂的转动，小臂的转动，电机B1控制腕部转动，电机JG控制气泵，滴定单元55用以控制与蠕动泵553连接的电机，进而实现液体的滴定量，同时，滴定结束后泄压实现进液管555内留存的液体回流到储液瓶554，防止液体腐蚀滴定装置。每个蠕动泵553与相对应的储液瓶554连接，实现一种药剂的单独滴定。监控器57采集工作图像，便于操作人员远程操控，同时根据图像远程控制滴定、加热、检测过程。

见图1-图14，一种自动滴定法化学分析系统的使用方法，包括以下步骤：

1)将试管8或锥形杯1放到操作台的放置座上，在封闭空间内，控制机器人9移动试管8或锥形杯1；

2)根据检验需求通过滴定装置向相应的试管8或锥形杯1中加药，加药量通过蠕动泵553控制；每个滴定装置提供一种原料药，若干滴定装置配合实现多种原料药的滴定；滴定完毕后，将留在进液管555中的原料药返回到储液瓶554中；

3)加药结束后，机器人9夹持试管8或锥形杯1摇动，使药剂摇匀并充分溶解；

4)若试管8内原料药不需加热，则机器人9直接将试管8或锥形杯1放回原来的放置座；若需要加热，则通过机器人9将试管8或锥形杯1放到筒形加热装置或盘式加热装置进行加热，加热过程中将仓罩512关合；加热结束时，排出仓罩512内的气体并收集。

5)通过触摸屏56对待加热试管8或锥形杯1内的原料药进行加热温度、加热时间的设定，然后将设定参数传输到加热单元4，驱动盘式加热装置和/或筒状加热装置7加热，再测试加热温度，直到加热温度达到设定值或达到加热时间设定值，停止加热，控制机器人9将试管8取出，并提到监控器57前，方便操作人员通过触摸屏56和/或远程观测；若无需继续加热，则通过机器人9将试管8放到原来的放置座，若需要继续加热则再次放回盘式加热装置和/或筒状加热装置7内再次加热。

Claims (6)

1.一种自动滴定法化学分析系统，包括筒状加热装置、操作台、机器人、控制系统、滴定装置，控制系统用以控制机器人、滴定装置、筒状加热装置，机器人固定在操作台，其特征在于，还包括盘式加热装置、加热仓，控制系统控制加热仓、盘式加热装置，若干盘式加热装置和/或筒状加热装置固定在操作台，加热仓固定在操作台一侧；

所述的盘式加热装置包括加热盘、插座、温度传感器、加热线，加热盘与插座插接，温度传感器、加热线盘绕在加热盘内，用以为器皿加热；所述的加热盘包括传感器插针、陶瓷盘、加热线插针，温度传感器设置在陶瓷盘内，传感器插针与温度传感器相连接，传感器插针伸出陶瓷盘底部，加热线插针与加热线连接，加热线插针伸出陶瓷盘底部；所述的插座包括底板、传感器插孔座、电源插孔座，传感器插孔座与电源插孔座固定在底板上，传感器插孔座内设有与传感器插针相匹配的传感器插孔；电源插孔座内设有与加热线插针相匹配的电源插孔；传感器插孔、电源插孔通过引线与外部电源连接；

所述的加热仓包括气缸、仓罩、集气管，仓罩顶部与集气管连接，仓罩与操作台活动铰接，气缸固定在操作台上，气缸输出端通过传动件与仓罩连接，气缸带动仓罩开合。

2.根据权利要求1所述的一种自动滴定法化学分析系统，其特征在于，所述的滴定装置包括支撑板、储液瓶、进液管、出液管、蠕动泵，若干储液瓶、若干蠕动泵通过支撑板固定，储液瓶通过进液管与蠕动泵进口连接；蠕动泵出口与出液管连接，蠕动泵通过电机控制。

3.根据权利要求1所述的一种自动滴定法化学分析系统，其特征在于，所述的筒状加热装置包括陶瓷加热筒、测温热电偶、紧固件、外壳、导套、支撑软胶筒，外壳顶部与操作台台面连接，导套固定在操作台台面，导套与陶瓷加热筒同轴，并设置在陶瓷加热筒上方，陶瓷加热筒设置在外壳内，陶瓷加热筒内设有加热线，加热线由陶瓷加热筒底部引出加热引线，加热引线伸出外壳外部，用于为加热线供电；陶瓷加热筒底部设有支撑软胶筒，用以支撑加热器皿的底部，支撑软胶筒内设有测温热电偶，测温热电偶通过紧固件与陶瓷加热筒底部固定连接，测温热电偶的电源引线引出外壳；所述的导套内边沿倒角。

4.根据权利要求1所述的一种自动滴定法化学分析系统，其特征在于，所述的盘式加热装置与筒状加热装置成梯形布置在操作台一侧。

5.根据权利要求1所述的一种自动滴定法化学分析系统，其特征在于，所述的陶瓷盘顶部内沿倒角。

6.根据权利要求1所述的一种自动滴定法化学分析系统，其特征在于，所述的控制系统包括嵌入式微电脑、滴定单元、加热单元、加热仓控制单元、电机、气泵，嵌入式微电脑与滴定单元、加热单元、加热仓控制单元连接，加热仓控制单位包括设置在仓罩两侧的位置传感器，气缸驱动装置，嵌入式微电脑通过RS-485接口与气泵控制器连接，嵌入式微电脑通过气泵控制器驱动电机，电机为气泵提供动力，气泵为机器人的抓取、加热仓的气缸提供动力。