CN212410431U - 一种分光光度法测量水质的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分光光度法测量水质的装置，包括壳体、下固定板、第一高压阀、比色皿、第二高压阀、上固定板、压紧螺栓、弹簧、发光单元和光接收单元；所述下固定板开设有一液体进出口；所述发光单元发出光线穿透所述比色皿，后由所述光接收单元接收。无需在比色皿和发光单元之间设置修正用的传感器。

Description

一种分光光度法测量水质的装置

技术领域

本实用新型涉及利用分光法测量水体的技术领域，特别是一种分光光度法测量水质的装置。

背景技术

分光仪(Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用分光仪可测量物体表面反射的光线。阳光中的七色光是肉眼能分的部分，但若通过分光仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过分光仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛的应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。

而市面上的仪器利用分光法测量水体时大都不采用参比或采用分光入射参比来修正分光光度计的发光源数据；其中，分光入射参比为：用来测量补偿入射前光源的光衰，即在光线入射比色皿前，用光接收单元接收测量光衰。而由于比色皿存在结垢等现象，虽然每次测量前比色皿都会事先清洗，但是有的结垢并不能清洗掉，因此，现有采用分光入射参比的方式修正，并没有将比色池的污染误差、光经过比色池的光衰以及比色池位移变化的误差计算在内，市场上的这种装置误差大，导致测量结果误差也大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种新的分光光度法测量水质的装置，无需在比色皿和发光单元之间设置修正用的传感器。

本实用新型是这样实现的：一种分光光度法测量水质的装置，包括：

壳体，所述壳体上下两端敞口；

下固定板，所述下固定板开设有一液体进出口；所述下固定板固定连接于所述壳体的下端；

第一高压阀；所述比色皿的底端敞口气密性地嵌接在所述第一高压阀上和所述第一高压阀连通；所述第一高压阀还固定连接于所述壳体内；所述第一高压阀的液体进出口和所述壳体外部体体流通管路连通；

比色皿，所述比色皿上下两端敞口；所述比色皿置于所述壳体内，且所述比色皿的底端敞口气密性地嵌接于所述第一高压阀与第二高压阀之间，和所述第一高压阀、第二高压阀连通；

第二高压阀，所述比色皿的顶端敞口气密性地嵌接在所述第二高压阀下，和所述第二高压阀连通；所述第二高压阀还固定连接于所述壳体内；所述第二高压阀的第二进出口和所述壳体外部空间连通；

上固定板，所述上固定板开设有竖向的螺孔；所述上固定板固定连接于所述壳体的顶端敞口；

压紧螺栓，所述压紧螺栓锁入所述螺孔内，并顶住所述第二高压阀的顶端；

弹簧，所述弹簧套设在所述压紧螺栓，且所述弹簧的上端抵住所述上固定板，所述弹簧的下端抵住所述第二高压阀；

发光单元，所述发光单元能拆卸地连接于所述壳体的左侧面，且发光方向朝向所述比色皿；

光接收单元，所述光接收单元能拆卸地连接于所述壳体的右侧面，和所述发光单元相向布置；

其中，光路方向为：所述发光单元发出光线穿透所述比色皿，后由所述光接收单元接收。

进一步地，还包括

左灯座，所述壳体的左侧面开设有一第一通孔；所述左灯座固定连接于所述壳体，并嵌入所述第一通孔内；

发射PCB板，所述发光单元连接于所述发射PCB板；所述发射PCB板还固定连接于所述左灯座。

进一步地，还包括

右灯座，所述壳体的右侧面开设有一第二通孔；所述右灯座固定连接于所述壳体，并嵌入所述第二通孔内；

接收PCB板；所述光接收单元连接于所述接收PCB板；所述接收PCB板通过固定连接于所述右灯座。

进一步地，所述比色皿外还缠绕有电阻丝。

进一步地，还包括MCU，所述MCU分别连接于所述发射PCB板、接收PCB板以及电阻丝。

本实用新型具有如下优点：一种分光光度法测量水质的装置，包括壳体、下固定板、第一高压阀、比色皿、第二高压阀、上固定板、压紧螺栓、弹簧、发光单元和光接收单元；所述下固定板开设有一液体进出口；所述发光单元发出光线穿透所述比色皿，后由所述光接收单元接收。无需在比色皿和发光单元之间设置修正用的传感器。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型所述的装置的左视图。

图2为本实用新型所述的装置的主视图。

图3为本实用新型所述的装置的俯视图。

图4是图3中的E-E剖视图。

图5是本实用新型所述的比色皿缠绕有电阻丝的内部结构示意图。

图6是本实用新型所述的发射PCB板的结构示意图。

图7是本实用新型所述的接收PCB板的结构示意图。

图8是本实用新型所述的参比方式的流程图。

图9至图20是本实用新型的电路图。

附图标记说明：

壳体1，第一通孔11，第二通孔12；

下固定板2，液体进出口21；

第一高压阀3；第一进出口31，第一进出口32，第二进出口33；

比色皿4，电阻丝41；

第二高压阀5；第二进出口34

上固定板6，螺孔61；

压紧螺栓7；

弹簧8；

发光单元9；

光接收单元10；

左灯座20；

发射PCB板30；

右灯座40；

接收PCB板50；

螺丝60；

密封圈70；

液体80。

具体实施方式

本实用新型的总体构思如下：

(1)提供一种新的分光光度法测量水质的装置，无需在比色皿和发光单元之间设置修正用的传感器。

请参阅图1至图20所示。其中图9至图20组成完整的电路图。

本实用新型的一种分光光度法测量水质的装置，包括：

壳体1，所述壳体1上下两端敞口；

下固定板2，所述下固定板2开设有一液体进出口21；所述下固定板2固定连接于所述壳体1的下端；

第一高压阀3；所述第一高压阀3包括第一进出口31、第一排气口、第二进出口32；所述第一高压阀3固定连接于所述下固定板2上，并位于所述壳体1内，同时所述第一高压阀3和所述液体进出口21气密性地连通；

比色皿4，所述比色皿4上下两端敞口；所述比色皿4置于所述壳体1内，且所述比色皿4的底端敞口气密性地嵌接于所述第一高压阀3上，和所述第一高压阀3连通；在具体一实施例中，所述比色皿4的下端敞口和所述第一高压阀3连接处还设有密封圈70；所述比色皿4的上端敞口和所述第二高压阀5连接处也设有密封圈70；所述比色皿外缠绕有电阻丝，所述电阻丝用于加热所述比色皿内的液体，消解液体中的杂质；

第二高压阀5，所述比色皿4的顶端敞口气密性地嵌接在所述第二高压阀5下，和所述第二高压阀5连通；所述第二高压阀5还固定连接于所述壳体1内；所述第二高压阀5的空气出口和所述壳体1外部空间连通；

上固定板6，所述上固定板6开设有竖向的螺孔61；所述上固定板6固定连接于所述壳体1的顶端敞口；

压紧螺栓7，所述压紧螺栓7锁入所述螺孔61内，并顶住所述第二高压阀5的顶端；

弹簧8，所述弹簧8套设在所述压紧螺栓7，且所述弹簧8的上端抵住所述上固定板6，所述弹簧8的下端抵住所述第二高压阀5；

发光单元9，所述发光单元9能拆卸地连接于所述壳体1的左侧面，且发光方向朝向所述比色皿4；

光接收单元10，所述光接收单元10能拆卸地连接于所述壳体1的右侧面，和所述发光单元9相向布置；

其中，所述发光单元9发出光线穿透所述比色皿4，后由所述光接收单元10接收。

工作原理：通过所述液体进出口21向所述比色皿4内注入液体；所述发光单元9发出发射光线，穿透所述比色皿4和其内部的液体，后由所述光接收单元10接收，由于所述比色皿4内的液体对发射光线中特定波长的光线进行吸收，从而由所述光接收单元10接收到的光度值发生变化。

本实用新型所述的装置无需在发光单元9的出口设置传感器进行修正入射光线，而是通过向所述比色皿4内注入待测液体测得一个参比系数，通过向比色皿4内注入参比液体，例如纯净水，测得另一个参比系数，将两个系数进行比值，从而经过计算得到吸光度，最后带入量程曲线计算得到待测液体的水样值，即某种成份的浓度。

还包括

左灯座20，所述左灯座20用于固定发射PCB板30，而发射PCB板30则和发光单元9连接，将发光单元9固定并后MCU实现电连接，在具体一实施例中所述发光单元9采用LED灯，由于不同物质对不同波长的光的吸收程度不同，因此，对应不同物质液体浓度的测量，需要更换不同的LED灯，对应发出不同波长的光线，以满足不同物质液体浓度的测量；所述壳体1的左侧面开设有一第一通孔11；所述左灯座20固定连接于所述壳体1，在具体一实施中中，所述左灯座20和壳体1之间通过螺丝60进行固定，并嵌入所述第一通孔11内。

还包括发射PCB板30，所述发光单元9连接于所述发射PCB板30；所述发射PCB板30固定连接于所述左灯座20，在具体一实施例中，两者通过螺丝60。所述发射PCB30起的是固定发光单元9以及将发光单元9和MCU进行电连接的作用，可采用焊接的方式进行固定，在其它实施例中，可以直接用导线替代发射PCB板30。

还包括

右灯座40，所述壳体1的右侧面开设有一第二通孔12；所述右灯座40固定连接于所述壳体1，在具体一实施例中，两者通过螺丝60进行紧固，并嵌入所述第二通孔12内。

接收PCB板50；所述光接收单元10连接于所述接收PCB板50；所述接收PCB板50固定连接于所述右灯座40，在具体一实施例中，两者也通过螺丝60进行紧固。所述接收PCB板50将所述光接收单元10固定，可采用焊接的方式进行固定，同时将所述光接收单元10和MCU进行电连接，起转接作用，在其它实施例中，PCB板50也可直接采用导线代替。

所述比色皿4外还缠绕有电阻丝41，通过所述电阻丝41可将所述比色皿4进行加热，从而将比色皿4内的液体加热，进行催化。设置所述电阻丝41的作用是，可直接在所述比色皿4内调配被测溶液，即将被测溶液的组成液体注入所述比色皿4内，然后控制电阻丝41达到预定的温度，进行催化反应，从而直接得到被测溶液，而无需事先调配好被测溶液。而电阻丝41加热过程，通过所述第一高压阀3和第二高压阀5将比色皿进行密闭，保证催化反应中所需的高温高压。

还包括MCU，所述MCU分别连接于所述发射PCB板30、接收PCB板50以及电阻丝41，由MCU进行控制发光单元9发射光线；由MCU控制电阻丝41进行工作；由MCU接收所述光接收单元9测得的数据，并进行数据处理，最终得到测量值。在具体实施中，所述第一高压阀3和第二高压阀5也连接于MCU，由MCU进行控制。

本实用新型一种分光光度法测量水质的装置的测量方法，包括基准测值测量过程、被测样品的测量过程以及误差值测量和补偿过程：

(1)、所述基准测值测量过程包括以下步骤：

步骤S11、先清洗比色皿4，然后往比色皿4内注入样品溶液M；

步骤S12、发光单元9发出光线照射比色皿4，光线穿透比色皿4内的样品溶液M，后由光接收单元10接收，得到透光率T1；

步骤S13、根据光接收单元10接收到的数据计算出样品溶液M的基准浓度；

(2)、所述被测样品的测量过程包括以下步骤：

步骤S21、先清洗比色皿，然后往比色皿内注入被测溶液N；

步骤S22、发光单元发出光线照射比色皿，光线穿透比色皿被测溶液N，后由光接收单元接收，得到透光率T2；

步骤S23、根据光接收单元接收到的数据计算出被测溶液N的初步浓度；

(3)所述误差值测量和补偿过程包括以下步骤：

步骤S31、先清洗比色皿，然后往比色皿内注入样品溶液M；

步骤S32、发光单元发出光线照射比色皿，光线穿透比色皿内的样品溶液M，后由光接收单元接收，得到透光率T3；

步骤S33、根据光接收单元接收到的数据计算出样品溶液M的参照浓度；

步骤S34、将样品溶液M的参照浓度和基准浓度进行比较，得出误差值；

步骤S35、将误差值补偿给被测溶液N的初步浓度，得出被测溶液N的最终浓度值。

样品溶液M的基准浓度、参照浓度或被测样品溶液N的初步浓度计算方式：

将透光率代入吸光度计算公式A＝-lgT，其中，T为透光率，计算出吸光度A；

将吸光度A代入朗伯比尔定律表达式：A＝abc；其中，a为吸光系数，单位L/(g·cm)；b为比色皿厚度，单位cm；c为溶液浓度；A为吸光度；计算出溶液浓度c，单位g/L；

以吸光度A对溶液浓度c作图，得到光度分析的校准曲线，最后计算出待测液体的水样值。

所述步骤S34中，误差值＝样品溶液M的参照浓度/基准浓度。

所述步骤S35中，被测溶液N的最终浓度值＝被测溶液N的初步浓度*误差值。即样品溶液M的参照浓度/基准浓度＝被测溶液N的最终浓度值/被测溶液N的初步浓度。

具体一实施例：

所述发光单元9采用LED灯。附图所示的实施例中，有两个LED灯，对应两种波长的光，可用于测量两种溶质的溶液，可根据需要更换LED灯，用于检测对应的溶质的溶液。

测量设备包括：

所述的装置；

上位机，所述上位机分别连接于所述MCU，所述MCU将计算得出的结果显示出来，在具体实施中，所述上位机可采用计算机或者显示屏等设备；

样品溶液M采用纯净水。

所述的透射参比方式包括以下步骤：

先清洗比色皿4，其中清洗后的洗涤液从所述液体进出口21排出；然后将纯净水从液体进出口21注入比色皿4内；

MCU按照预定的程序控制LED灯发出信号，穿透比色皿4内的纯净水后，被所述光接收单元10接收，光接收单元10接收到被所述比色皿4遮挡后的光线的光度值T1，反馈给MCU，MCU记录纯净水的基准浓度；

测量被测液体N时，将所述比色皿4清洗干净，然后将被测液体N注入所述比色皿4内；该步骤中，被测液体N也可以将其原材料液体注入到比色皿4内，然后MCU按照预设的程序，控制电阻丝41通电加热到预定的温度，在具体实施中，可预定电阻丝41的加热时间来控制加热温度；

MCU按照预定的程序控制LED灯发出信号，穿透比色皿4内的被测液体N后，被所述光接收单元10接收，光接收单元10接收到被所述比色皿4遮挡后的光线的光度值T2，反馈给MCU，MCU记录被测液体N的初步浓度；

再清洗干净所述比色皿4，然后再往比色皿4内注入纯净水；

MCU按照预定的程序控制LED灯发出信号，穿透比色皿4内的纯净水后，被所述光接收单元10接收，光接收单元10接收到被所述比色皿4遮挡后的光线的光度值T3，反馈给MCU，MCU记录纯净水的参照浓度；该参照浓度将两次纯净水测量过程中，发生的LED灯的光衰以及比色皿4被污染的程度、位移变化导致的误差都考虑在内，从而提高了测量精度。

MCU将T1、T2、T3分别代入吸光度公式A＝-lgT；其中，T为透光率，计算出对应的吸光度A1、A2、A3；

然后再将A1、A2、A3分别代入朗伯比尔定律表达式：A＝abc；其中，a为吸光系数，单位L/(g·cm)；b为比色皿厚度，单位cm；c为溶液浓度；A为吸光度；计算出对应的浓度c1、c2、c3，单位g/L；

然后计算误差值＝c1/c3；最后计算，被测溶液N的最终浓度值＝c2*误差值。或者直接根据：c1/c3＝被测溶液N的最终浓度值/c2计算得出。

最终，所述MCU将结果发送给上位机显示出来。

具体一实施中，电路图如图9所示，所述的装置、MCU、上位机之间的具体信号处理和传递原理：

光接收单元10经过处理后的电压信号，被MCU采集转换成数字信号；

MCU读取数据，进行算法滤波和公式运算；

最后得到精度高的显示值；

运算出来的值被MCU转换成数字信号，通过modbus-RTU协议以485信号传输给上位机。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种分光光度法测量水质的装置，其特征在于：包括：

壳体，所述壳体上下两端敞口；

下固定板，所述下固定板开设有一液体进出口；所述下固定板固定连接于所述壳体的下端；

第一高压阀；比色皿的底端敞口气密性地嵌接在所述第一高压阀上和所述第一高压阀连通；所述第一高压阀还固定连接于所述壳体内；所述第一高压阀的液体进出口和所述壳体外部体体流通管路连通；

比色皿，所述比色皿上下两端敞口；所述比色皿置于所述壳体内，且所述比色皿的底端敞口气密性地嵌接于所述第一高压阀与第二高压阀之间，和所述第一高压阀、第二高压阀连通；

第二高压阀，所述比色皿的顶端敞口气密性地嵌接在所述第二高压阀下，和所述第二高压阀连通；所述第二高压阀还固定连接于所述壳体内；所述第二高压阀的第二进出口和所述壳体外部空间连通；

上固定板，所述上固定板开设有竖向的螺孔；所述上固定板固定连接于所述壳体的顶端敞口；

压紧螺栓，所述压紧螺栓锁入所述螺孔内，并顶住所述第二高压阀的顶端；

弹簧，所述弹簧套设在所述压紧螺栓，且所述弹簧的上端抵住所述上固定板，所述弹簧的下端抵住所述第二高压阀；

发光单元，所述发光单元能拆卸地连接于所述壳体的左侧面，且发光方向朝向所述比色皿；

光接收单元，所述光接收单元能拆卸地连接于所述壳体的右侧面，和所述发光单元相向布置；

其中，光路方向为：所述发光单元发出光线穿透所述比色皿，后由所述光接收单元接收。

2.根据权利要求1所述的一种分光光度法测量水质的装置，其特征在于：还包括

左灯座，所述壳体的左侧面开设有一第一通孔；所述左灯座固定连接于所述壳体，并嵌入所述第一通孔内；

发射PCB板，所述发光单元连接于所述发射PCB板；所述发射PCB板还固定连接于所述左灯座。

3.根据权利要求2所述的一种分光光度法测量水质的装置，其特征在于：还包括

右灯座，所述壳体的右侧面开设有一第二通孔；所述右灯座固定连接于所述壳体，并嵌入所述第二通孔内；

接收PCB板；所述光接收单元连接于所述接收PCB板；所述接收PCB板通过固定连接于所述右灯座。

4.根据权利要求3所述的一种分光光度法测量水质的装置，其特征在于：所述比色皿外还缠绕有电阻丝。

5.根据权利要求4所述的一种分光光度法测量水质的装置，其特征在于：还包括MCU，所述MCU分别连接于所述发射PCB板、接收PCB板以及电阻丝。

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