CN220696793U - 一种气动精密移液器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及液体移取技术领域，公开了一种气动精密移液器，包括：枪头安装口；气泵，所述气泵的吸入端与所述枪头安装口连通；储气罐，所述储气罐的进气口与所述气泵的排出端之间通过储气罐进气管连通，所述储气罐的出气口与所述枪头安装口之间通过储气罐出气管连通，所述储气罐出气管内设有流阻器；与所述储气罐相连，用于检测储气罐内气压的压力传感器。本实用新型的移液器能够实现较高的精度，且重量轻，可以静音运行，并能避免实验液体直接接触到人体而产生危害。

Description

一种气动精密移液器

技术领域

本实用新型涉及液体移取技术领域，尤其涉及一种气动精密移液器。

背景技术

在化学分析领域中，进样溶剂配置是常见的实验步骤，即从盛有较多液体的容器中移取一定量液体到指定的另一容器内。现有的移液方式包括传统的人工操作方式、通过注射器来吸排液等，这些方式的精度较差，且人体容易接触到实验液体，在长时间作业时容易对操作者健康产生不良影响。此外，现有的移液器包括按压式的手动移液器和带有电机的移液器。手动移液器在操作过程中主要依靠人工按压的方式进行液体吸取和排出，在批量操作中移液精度易受操作者影响；带有电机的移液器虽然能保证移液精度，但这类移液器质量较大，且操作时产生的较大噪声对实验环境也会产生影响。因此如何解决人工移液精度较低、对健康有影响和电机移液器产生较大噪音的问题正亟待解决。

实用新型内容

为了解决现有技术中人工移液精度较低、对健康有影响和电机移液器产生较大噪音的技术问题，本实用新型提供了一种气动精密移液器。该移液器能够实现较高的精度，且重量轻，可以静音运行，并能避免实验液体直接接触到人体而产生危害。

本实用新型的具体技术方案为：

一种气动精密移液器，包括：

枪头安装口；

气泵；所述气泵的吸入端与所述枪头安装口连通；

储气罐；所述储气罐的进气口与所述气泵的排出端之间通过储气罐进气管连通；所述储气罐的出气口与所述枪头安装口之间通过储气罐出气管连通，所述储气罐出气管内设有流阻器；与所述储气罐相连，用于检测储气罐内气压的压力传感器。

本研发团队关注到，移液体积可以转化成储气罐内的气压值，因此，可基于气压控制的方式来实现高精度移液，即利用气泵将枪头内的空气吸入到储气罐中，通过监测储气罐内的气压来控制移液体积。具体而言：

根据气体体积实用理想气体定律计算，即

PV＝nRT

其中，P为压强；V为气体体积；n为气体的物质的量；R为普适气体常数；T为温度。

在实验过程中假设粒子数量保持恒定(系统中无泄漏)。因此可以有关系式：

Δn_r＝-Δn_s

其中，n为粒子数，r和s分别为储层和系统；Δn_r和Δn_s分别为储层和系统中的气体粒子数变化量。

结果对于给定的吸进压力ΔP_r可以得到移液量-储气罐气压变化的计算公式：

其中，V_asp为移液量；ΔV_s为被控系统的气体体积变化量；T_s为被控系统温度；T_r为储气罐温度；P_s为被控系统压力，在日常环境中即1bar；V_r为储气罐内的气体体积；ΔP_r为储气罐压力变化量。

因此可以得出结论：吸入的气体体积与吸入压力成线性关系，因此可以实现将使用者的移液体积需求转化为储气罐内的气压值，从而实现高精度移液。值得注意的是，在储气罐温度和整个系统温度不同时，吸入的体积也会不同，然而这个因素的影响较小，在实际操作中不考虑枪头与储气罐之间微弱温度变化的影响，选定在气泵基本不会发热的功率进行工作，实验环境中的大气压强为标准气压1bar。

基于上述分析，本研发团队设计了本实用新型的气动精密移液器结构，其工作过程如下：将枪头安装到枪头安装口上，而后将枪头下口没入需要移取的液体中，枪头中的空气和液体形成密封系统；而后利用气泵，将枪头中的空气经由气泵和储气罐进气管吸入储气罐中，随着枪头内空气减少气压变小，大气压将液体挤入枪头中；储气罐中的部分气体会通过储气罐出气管进入枪头中，但由于储气罐出气管中设置了流阻器，能够对气体流出产生一定的阻碍作用，因此，通过控制气泵的功率，即可使枪头中的气体流入量远大于流出量，从而使枪头吸入的液体不断上升；当达到所需移液体积(即压力传感器检测到储气罐中的气压达到所需值)时，降低气泵的功率，使储气罐中的气体流入量等于气体流出量，即可使枪头内的液面保持稳定，停止吸入液体；将枪头从液体中移出，气泵停止工作，即可使储气罐内的气体从枪头流出的同时将枪头内的液体推出。

相较于注射泵使用的“体积控制”方法(即通过活塞位置控制)，以及按压式的手动移液器而言，本实用新型采用气压控制的方式，能够实现更高的精度，且在操作过程中能够避免人体与实验液体直接接触，能够防止实验液体对人体产生伤害。并且，相较于现有技术中带有电机的移液器而言，本实用新型的移液器可以静音运行，且重量轻、结构简单，可以非常方便地集成到机械臂上，此外还具有发热小、功耗低的优点。

作为优选，所述气动精密移液器还包括与所述压力传感器和气泵相连，用于根据储气罐内的气压调控气泵功率的控制器。

利用控制器，可自动控制移液过程，实现自动化移液操作，提高移液器的精度。

作为优选，所述气动精密移液器还包括移液器主体；所述枪头安装口设于移液器主体的下方。

进一步地，所述气泵和压力传感器均设于移液器主体的上方；所述储气罐进气管和储气罐出气管均设于移液器主体内。

进一步地，所述气泵的吸入端和排出端均设于移液器主体的顶面上。

进一步地，所述储气罐的下端设于移液器主体内，上端凸出于移液器主体顶面上。

采用上述移液器主体、气泵、压力传感器和储气罐的位置设计，能够是移液器整体具有较小的体积，便于其使用以及在机械臂上的安装。

作为优选，所述气动精密移液器的移液体积范围为0.5μL～2mL。

本实用新型的移液器能适应的移液体积范围较大，可根据需要制作0.5μL～2mL的移液器。

进一步地，所述储气罐的容积为0.1mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为0.5～10μL；或者，所述储气罐的容积为0.2mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为2～20μL；或者，所述储气罐的容积为1mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为10～100μL；或者，所述储气罐的容积为2mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为20～200μL；或者，所述储气罐的容积为20mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为200～2000μL。

可按照上述标准，设计不同规格(移液体积范围)的移液器。也可在同一个移液器中配备多个不同溶剂的储气罐，在使用时根据所需要的移液体积，更换相应容积的储气罐，赋予移液器更广的移液体积范围。

作为优选，所述气泵为单向压电泵。

单向压电泵(即既为单向泵，又为压电泵)具有较高的响应性和精确度，将其作为本实用新型中的气泵，有利于提高移液精度。

作为优选，所述枪头安装口凸出于移液器主体的下表面，且外径上大下小。

外径上大下小的枪头安装口能够适配枪头，有利于将枪头稳固安装在枪头安装口上，避免移液过程中脱落。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型的移液器采用气压控制的方式，能够实现较高的移液精度，变异系数(CV值)可达1％；

(2)本实用新型的移液器可根据不同的移液体积需求，更换不同容积的储气罐，能够适应较大的移液体积范围；

(3)本实用新型的移液器操作较为简便，且操作过程中人体不与实验液体直接接触，不会对人体产生伤害；

(4)本实用新型的移液器结构简单，制造成本低，且重量轻，可以非常方便地集成到机械臂上，实现自动化移液处理；

(5)本实用新型的移液器可以静音运行，能够避免噪声影响实验环境；

(6)本实用新型的移液器发热小，功耗低，不但能降低能耗，而且能够避免枪头与储气罐之间产生较大的温度变化，进而影响移液精度。

附图说明

图1是本实用新型的气动精密移液器的一种立体结构示意图；

图2是图1的左视图(气泵的泵体和枪头未示出)；

图3是图2中A-A处的剖面图(气泵的泵体和枪头未示出)；

图4是图3中B-B处的剖面图(气泵的泵体和枪头未示出)；

图5是图1的主视图(气泵的泵体和枪头未示出)。

附图标记为：枪头安装口1，气泵2，吸入端21，排出端22，储气罐3，储气罐出气管4，流阻器41，压力传感器5，移液器主体6，枪头7。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。在本实用新型中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。

总实施例

一种气动精密移液器，包括：

枪头安装口1；

气泵2；所述气泵2的吸入端21与所述枪头安装口1连通；

储气罐3；所述储气罐3的进气口与所述气泵2的排出端22之间通过储气罐进气管连通；所述储气罐3的出气口与所述枪头安装口1之间通过储气罐出气管4连通，所述储气罐出气管4内设有流阻器41；

与所述储气罐3相连，用于检测储气罐3内气压的压力传感器5。

作为一种具体实施方式，所述气动精密移液器还包括与所述压力传感器5和气泵2相连，用于根据储气罐3内的气压调控气泵2功率的控制器。

作为一种具体实施方式，所述气动精密移液器还包括移液器主体6；所述枪头安装口1凸出于移液器主体6的下表面，且外径上大下小；所述气泵2和压力传感器5均设于移液器主体6的上方，所述气泵2的吸入端21和排出端22均设于移液器主体6的顶面上；所述储气罐进气管和储气罐出气管4均设于移液器主体6内；所述储气罐3的下端设于移液器主体6内，上端凸出于移液器主体6顶面上。

作为一种具体实施方式，所述气动精密移液器的移液体积范围为0.5μL～2mL。

作为一种具体实施方式，所述储气罐3的容积为0.1mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为0.5～10μL；或者，所述储气罐3的容积为0.2mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为2～20μL；或者，所述储气罐3的容积为1mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为10～100μL；或者，所述储气罐3的容积为2mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为20～200μL；或者，所述储气罐3的容积为20mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为200～2000μL。

作为一种具体实施方式，所述气泵2为单向压电泵。

实施例1

一种气动精密移液器，如图1～5所示，由移液器主体6、枪头安装口1、气泵2、储气罐3和压力传感器5构成，具体结构如下：

用于安装枪头7的枪头安装口1凸出于移液器主体6的下表面，且为外径上大下小的圆台形。气泵2为单向压电泵，其吸入端21与枪头安装口1之间通过气泵进气管连通，其排出端22与储气罐3的进气口之间通过储气罐进气管连通；气泵2位于移液器主体6的上方，其吸入端21和排出端22均位于移液器主体6的顶面上，气泵进气管和储气罐进气管均位于移液器主体6的内部；气泵进气管和储气罐进气管在图1～4中未示出，均为常规的管道结构。储气罐3的出气口与枪头安装口1之间通过储气罐出气管4连通，储气罐出气管4内设有流阻器41；储气罐3的下端设于移液器主体6内，上端凸出于移液器主体6顶面上，储气罐出气管4及其中的流阻器41均位于移液器主体6的内部。压力传感器5与储气罐3相连，用于检测储气罐3内气压；压力传感器5位于移液器主体6的顶面上。

本实施例的气动精密移液器配备有5个容积分别为0.1mL、0.2mL、1mL、2mL和20mL的储气罐3，在使用时，根据不同移液体积需求，选择不同容积的储气罐3，将其安装到移液器主体6上，再进行移液操作，具体如下：当移液体积为0.5～10μL时，采用容积为0.1mL的储气罐3；当移液体积为2～20μL时，采用容积为0.2mL的储气罐3；当移液体积为10～100μL时，采用容积为1mL的储气罐3；当移液体积为20～200μL时，采用容积为2mL的储气罐3；当移液体积为200～2000μL时，采用容积为20mL的储气罐3。

采用本实施例的气动精密移液器进行移液的过程如下：

(1)将枪头7安装到枪头安装口1上，而后将枪头7下口没入需要移取的液体中，枪头7中的空气和液体形成密封系统；

(2)气泵2开始以设定的功率工作，将枪头7中的空气经由气泵进气管、气泵2和储气罐进气管吸入储气罐3中，随着枪头7内空气减少气压变小，大气压将液体挤入枪头7中；在此期间，储气罐3中的部分气体会通过储气罐出气管4进入枪头7中，但由于储气罐出气管4中设置了流阻器41，能够对气体流出产生一定的阻碍作用，因此可使枪头7中的气体流入量远大于流出量，从而使枪头7吸入的液体不断上升；

(3)当达到所需移液体积，即压力传感器5检测到的储气罐3内气压达到相应值时，将气泵2的功率调小，使储气罐3中的气体流入量等于气体流出量，即可使枪头7内的液面保持稳定，停止吸入液体；

(4)将枪头7从液体中移出，气泵2停止工作，即可使储气罐3内的气体从枪头7流出的同时将枪头7内的液体推出，完成移液。

实施例2

本实施例与实施例1的不同在于，本实施例中，所述气动精密移液器还包括控制器；控制器与压力传感器5和气泵2相连，用于根据储气罐3内的气压调控气泵2功率。

采用本实施例的气动精密移液器进行移液的过程如下：

(1)将枪头7安装到枪头安装口1上，而后将枪头7下口没入需要移取的液体中，枪头7中的空气和液体形成密封系统；

(2)气泵2开始以设定的功率工作，将枪头7中的空气经由气泵进气管、气泵2和储气罐进气管吸入储气罐3中，随着枪头7内空气减少气压变小，大气压将液体挤入枪头7中；在此期间，储气罐3中的部分气体会通过储气罐出气管4进入枪头7中，但由于储气罐出气管4中设置了流阻器41，能够对气体流出产生一定的阻碍作用，因此可使枪头7中的气体流入量远大于流出量，从而使枪头7吸入的液体不断上升；

(3)压力传感器5持续监测储气罐3内的气压，将信号输入到控制器；当达到所需移液体积，即压力传感器5检测到的储气罐3内气压达到相应值时，控制器控制气泵2的功率降低到设定值，使储气罐3中的气体流入量等于气体流出量，即可使枪头7内的液面保持稳定，停止吸入液体；

(4)将枪头7从液体中移出，气泵2停止工作，即可使储气罐3内的气体从枪头7流出的同时将枪头7内的液体推出，完成移液。

实施例3

本实施例与实施例1的不同在于，本实施例的气动精密移液器规格为0.5～10μL(即所适用的移液体积为0.5～10μL)，仅配备有容积为0.1mL的储气罐3，固定安装在移液器主体6上。

实施例4

本实施例与实施例3的不同在于，本实施例的气动精密移液器规格为2～20μL(即所适用的移液体积为2～20μL)，所配备的储气罐3的容积为0.2mL。

实施例5

本实施例与实施例3的不同在于，本实施例的气动精密移液器规格为10～100μL(即所适用的移液体积为10～100μL)，所配备的储气罐3的容积为1mL。

实施例6

本实施例与实施例3的不同在于，本实施例的气动精密移液器规格为20～200μL(即所适用的移液体积为20～200μL)，所配备的储气罐3的容积为2mL。

实施例7

本实施例与实施例3的不同在于，本实施例的气动精密移液器规格为200～2000μL(即所适用的移液体积为200～2000μL)，所配备的储气罐3的容积为20mL。

本实用新型中所涉及的控制器为现有技术中常规的控制器，采用的是常规的PID控制系统，不是本发明的技术要点。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种气动精密移液器，其特征在于，包括：

枪头安装口（1）；

气泵（2）；所述气泵（2）的吸入端（21）与所述枪头安装口（1）连通；

储气罐（3）；所述储气罐（3）的进气口与所述气泵（2）的排出端（22）之间通过储气罐进气管连通；所述储气罐（3）的出气口与所述枪头安装口（1）之间通过储气罐出气管（4）连通，所述储气罐出气管（4）内设有流阻器（41）；

与所述储气罐（3）相连，用于检测储气罐（3）内气压的压力传感器（5）。

2.如权利要求1所述的气动精密移液器，其特征在于，还包括与所述压力传感器（5）和气泵（2）相连，用于根据储气罐（3）内的气压调控气泵（2）功率的控制器。

3.如权利要求1所述的气动精密移液器，其特征在于，还包括移液器主体（6）；所述枪头安装口（1）设于移液器主体（6）的下方。

4.如权利要求3所述的气动精密移液器，其特征在于，所述气泵（2）和压力传感器（5）均设于移液器主体（6）的上方；所述储气罐进气管和储气罐出气管（4）均设于移液器主体（6）内。

5.如权利要求4所述的气动精密移液器，其特征在于，所述气泵（2）的吸入端（21）和排出端（22）均设于移液器主体（6）的顶面上。

6.如权利要求3或4所述的气动精密移液器，其特征在于，所述储气罐（3）的下端设于移液器主体（6）内，上端凸出于移液器主体（6）顶面上。

7.如权利要求1所述的气动精密移液器，其特征在于，所述气动精密移液器的移液体积范围为0.5 μL~2 mL。

8.如权利要求1或7所述的气动精密移液器，其特征在于，所述储气罐（3）的容积为0.1mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为0.5~10 μL；或者，所述储气罐（3）的容积为0.2mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为2~20 μL；或者，所述储气罐（3）的容积为1 mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为10~100 μL；或者，所述储气罐（3）的容积为2 mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为20~200 μL；或者，所述储气罐（3）的容积为20 mL，所述气动精密移液器的移液体积范围为200~2000 μL。

9.如权利要求1或2所述的气动精密移液器，其特征在于，所述气泵（2）为单向压电泵。

10.如权利要求3所述的气动精密移液器，其特征在于，所述枪头安装口（1）凸出于移液器主体（6）的下表面，且外径上大下小。