專利名稱：一種精確取液計量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護領(lǐng)域水質(zhì)監(jiān)測儀器中的液體取樣計量系統(tǒng)，尤其涉及一種精確取液 計量裝置及方法。
背景技術(shù)：
液體取樣計量裝置是水質(zhì)監(jiān)測儀器的核心組件之一，計量裝置的精度與可靠性直接決定 了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和儀器的可靠性，裝置的靈巧性決定了儀器的可重用性、研發(fā)周期和成 本。目前，應(yīng)用于水質(zhì)在線監(jiān)測儀器的液體取樣計量技術(shù)主要有三類
(1) 利用傳感器對導(dǎo)管內(nèi)液體流過瞬間的感應(yīng)，通過控制泵的流速和開關(guān)時間來實現(xiàn)對 液體體積的計量，原理如圖l所示。該技術(shù)主要涉及試劑注入泵l，傳感器2，雙體閥3等裝
置。該技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，操作、維修方便。但是，它對試劑注入泵的轉(zhuǎn)速要求苛刻， 若泵運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定則嚴(yán)重影響測量準(zhǔn)確度；而且沒有補償措施，不能消除液體中的氣泡對測量 結(jié)果的影響，可靠性較差；同時，傳感器易受到腐蝕性強的污水損害，整個設(shè)備的精確度受 到傳感器精度的限制。
(2) 使用具有固定容積的計量管進行計量，如圖2所示。該技術(shù)主要涉及信號線4，吹 氣管5,溢流管6，蒸餾水管7，計量杯管帽8，探針9，計量杯內(nèi)液體IO,緊固螺帽ll， O 型密封圈12,電磁閥13等。液體由裝置下部進入計量杯，探針探測到液體后會通知控制系 統(tǒng)停止進樣，計量杯里的固定體積即為所取液體的體積。該裝置成本較低，操作方便，但所 能測量的液體體積固定，靈活性較差，而且探針易受到腐蝕。
(3) 利用步進電機控制注射泵的拉動行程，液體流過時，在裝置底部固定的兩個光電傳 感器會接收到信號從而控制流入液體的體積，如圖3所示。該技術(shù)主要涉及注射泵14,光電 傳感器15等。該裝置具有較高的取樣精度，污水中的各種雜質(zhì)會影響光信號的強弱，但裝置 的可靠性過分依賴于光傳感器的敏感程度，拉動過程必須緩慢進行，單次抽取液體的體積受 注射泵容積限制，而且所能測量的液體體積缺乏靈活性，每種體積測量需求都需要一對光電 傳感器，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較大。
可見，現(xiàn)有技術(shù)的計量裝置都存在著明顯的缺點裝置結(jié)構(gòu)簡單可能對液體的計量不準(zhǔn) 確；要保證精度則需要設(shè)計專用液體存儲容器并附加一定數(shù)量的傳感器，系統(tǒng)相對復(fù)雜，重
5用性差。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有計量裝置及方法的不足，本發(fā)明提供了一種設(shè)計成本低，簡單可靠，且可靈活 改變?nèi)右后w體積，實現(xiàn)精確取液計量的裝置及方法。
一種精確取液計量裝置，其特征在于包括泵、閥單元、電磁截止閥、儲液單元、測試 模塊、液體檢測器A和液體檢測器B,所述閥單元上具有進液通道、測試通道、排液通道和 連接所述儲液單元的公共通道，所述閥單元的進液通道與液體相連接，所述測試通道與所述 測試模塊相連接，所述排液通道與空氣相連接，所述公共通道經(jīng)所述電磁截止閥與所述液體 檢測器A的一端相連接，所述液體檢測器A的另一端與所述儲液單元的一端相連接，所述儲 液單元的另一端與所述液體檢測器B的一端相連接，所述液體檢測器B的另一端與所述泵相 連接。
本發(fā)明還提供了使用如上所述精確取液計量裝置計量液體的方法，包括以下步驟
a. 程序控制閥單元選擇進液通道，打開電磁截止閥，然后運轉(zhuǎn)泵，通過閥單元的公共通 道將液體從進液通道抽取到儲液單元內(nèi)；
b. 當(dāng)液體檢測器A檢測到所抽取的液體體積達到目標(biāo)值時，關(guān)閉電磁截止闊，泵停止運
轉(zhuǎn)；
c. 程序控制閥單元選擇測試通道，打開電磁截止閥，然后運轉(zhuǎn)泵，向管道內(nèi)吹空氣，將 管道內(nèi)的液體從儲液單元經(jīng)過測試通道推入指定的測試模塊中，取液計量完成，即精確取得 液體。
本發(fā)明所述精確取液計量裝置計量取液的方法還可以實現(xiàn)液體在各個測試模塊之間的轉(zhuǎn) 移液體經(jīng)過指定的測試模塊測試后，閥單元選擇測試通道，泵將指定測試模塊中的液體全 部抽回到儲液單元，然后再將儲液單元中的液體轉(zhuǎn)移到其他測試模塊中，進行其他功能的測 試。測試完成后，程序控制閥單元選擇排液通道，將測量完成后的液體排入廢液收集裝置中。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中利用傳感器的計量裝置；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中使用具有固定容積的計量管的計量裝置；
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中利用歩進電機控制注射泵的拉動行程、并且其底部具有兩個光電傳感 器的計量裝置；圖4是本發(fā)明計量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
圖5是本發(fā)明一個實施例的計量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖6是本發(fā)明計量系統(tǒng)的取液計量流程圖
具體實施例方式
圖4所示為本發(fā)明計量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，主要由閥單元16，電磁截止閥17，液體檢測器 A 18，儲液單元19，液體檢測器B 20，泵21六部分組成，其中閥單元16的進液通道P1與 液體(或者試劑)相連接，測試通道P2與測試模塊相連接，排液通道P3與空氣相連接，閥 單元16的公共通道經(jīng)電磁截止閥17與液體檢測器A 18的一端相連接，液體檢測器A 18的 另一端與儲液單元19的一端相連接，儲液單元19的另一端與液體檢測器B 20的一端相連接， 液體檢測器B 20另一端與泵21相連接。其中閥單元16用于管路通道的切換選擇；電磁截止 閥17在管路通道切換選擇時，用于防止儲液單元19內(nèi)液體由于壓力變化引起倒抽回流，從 而造成計量不準(zhǔn)確或者不同試劑之間的交叉污染。儲液單元19用于液體或試劑的存儲泵 21用于空氣的抽取，以及液體的輸送；液體檢測器A18用于液體的感知和檢測；液體檢測器 B20用于計量過程中微體積參數(shù)的標(biāo)定。本發(fā)明在蠕動泵勻速進樣的條件下，利用程序快速 掃描液體檢測器A的有效采樣點數(shù)，同時對電磁截止閥進行快速開關(guān)控制，從而靈敏、精確 地取到液體。
圖5是本發(fā)明一個實施例的計量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中閥單元16選用多通道選向閥；電磁截 止閥17選用電磁隔離閥，且為常開型；儲液單元19采用本發(fā)明獨特設(shè)計的形狀，即將管路 繞成具有一定匝數(shù)的螺旋線圈狀，形成儲液環(huán)；泵21選用蠕動泵；兩個液體檢測器A、 B選 用非接觸式管內(nèi)液體檢測器。其中閥單元16的進液通道與水樣、蒸餾水、以及各種試劑等液 體相連接，排液通道與大氣相連接，測試通道與測試模塊相連接，閥單元16的公共通道依次 與電磁隔離閥17、液體檢測器A18、儲液單元19、液體檢測器B20、蠕動泵21相連接。
本發(fā)明在水質(zhì)監(jiān)測儀器中的工作過程可以分為以下三個階段
第一階段電路接通后，整個計量系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，程序控制多通道選向閥16選擇進
液通道，此時管路與液體接通，打開電磁隔離闊17，蠕動泵21開始從管路中抽取空氣，在 氣壓的作用下，液體流入管道，并流入儲液環(huán)19中，同時在程序的控制下，使液體保存于儲 液環(huán)19內(nèi)，當(dāng)液體檢測器A18檢測到取樣體積達到所設(shè)定的目標(biāo)值時，關(guān)閉電磁隔離閥17， 蠕動泵21停止工作。
第二階段多通道選向閥16選擇測試通道，打開電磁隔離閥17，蠕動泵21反向運轉(zhuǎn)， 向管道內(nèi)吹氣，將儲液環(huán)19內(nèi)的液體全部推入測試模塊1中。取液計量完成，即精確取得液 體。在上述工作過程中，當(dāng)取液計量達到目標(biāo)值時，先關(guān)閉電磁隔離閥17，然后再控制蠕動 泵21停止工作，目的是防止蠕動泵在緩?fù)５乃查g，引起液體過抽現(xiàn)象。多通道選向閥在管路 通道切換選擇時，由于其閥體與取液液面存在高度差，進液通道中的液體在重力作用下會發(fā) 生回落，導(dǎo)致閥體內(nèi)部壓力降低，同時由于儲液環(huán)19尾部空氣柱的存在，此時儲液環(huán)19與 閥體之間管路產(chǎn)生壓力差，從而引起儲液環(huán)19內(nèi)的液體回流進入閥體內(nèi)部，造成計量不準(zhǔn)確 或者不同試劑間的交叉污染，采用上述操作順序，可以避免儲液環(huán)19內(nèi)的液體回流倒抽。
第三階段液體經(jīng)測試模塊1測試后，多通道選向閥16選擇測試通道，蠕動泵21將測 試模塊1中的液體全部抽回到儲液環(huán)19中，然后再將儲液環(huán)19中的液體轉(zhuǎn)移到測試模塊2 中，進行其他功能的測試。測試完畢，程序控制多通道選向閥19選擇排液通道，將測量完成 后的液體排入廢液收集裝置中。
圖6所示為本發(fā)明取液計量流程圖，具體取液計量方法及流程如下-
假設(shè)提取計量體積為^的液體。電路接通啟動后，設(shè)定兩個液體檢測器檢測周期為5ms，， 多通道選向閥16選擇進液通道，打開電磁隔離閥17,蠕動泵21開始運轉(zhuǎn)，將液體抽入管道 中，液體流入管道，并流入儲液環(huán)19中，在程序的控制下，使液體保存于儲液環(huán)19內(nèi)，當(dāng) 液體檢測器A檢測到取樣體積達到所設(shè)定目標(biāo)值時，關(guān)閉電磁隔離閥17，蠕動泵21停止運
轉(zhuǎn)，設(shè)定此時液體檢測器A18到儲液環(huán)19之間管道(包括儲液環(huán)19)的液體體積為(.，同
時程序掃描到液體檢測器A 18所對應(yīng)的有效采樣點數(shù)值為W 。
假設(shè)1個計數(shù)點對應(yīng)的微體積為,則液體檢測器A18到儲液環(huán)19之間管道(包括儲 液環(huán)19)液體的體積^為
設(shè)定多通道選向閥16與液體檢測器A 18之間管路中的液體體積為零體積F。，取液計量
時，當(dāng)液體檢測器A 18檢測到液體時，關(guān)閉電磁隔離閥17,停止抽取液體，多通道選向閥 16選擇排液通道，將這部分液體排出，通過標(biāo)準(zhǔn)計量儀器，測量出這部分液體體積，重復(fù)多
次即可獲得精確的K。
根據(jù)方程式(1)和零體積r。，即可計算得出計量液體體積K的值
n。+^ (2) 即 r = r0 + AKxiv (3)
為了精確取得液體r,只須通過液體檢測器A18,準(zhǔn)確控制采樣點數(shù)W即可，即 W = ^^ (4)
在本發(fā)明取液計量方法中涉及到一個計量單位AF， AF為1個計數(shù)點對應(yīng)的微體積，微
體積AF具體的標(biāo)定方法如下
標(biāo)定方法是用兩個液體檢測器之間液體的體積F除以液體檢測器A18所對應(yīng)的有效采 樣點數(shù)iV'，即得出微體積
具體的標(biāo)定流程如下
程序控制多通道選向閥16選擇進液通道，此時管路與液體接通，打開電磁截止閥17，
蠕動泵21開始從管路中抽取空氣，在氣壓的作用下，液體流入管道，經(jīng)過儲液環(huán)19,當(dāng)液 體檢測器B20檢測到液體時，關(guān)閉電磁隔離閥17,蠕動泵21停止運轉(zhuǎn)，此時程序掃描到液 體檢測器A 18所對應(yīng)的有效采樣點數(shù)值為iV'。
多通道選向閥16選擇排液通道，打開電磁隔離閥17，蠕動泵反轉(zhuǎn)，向管路內(nèi)吹氣，將 管路中液體全部推入高精度天平或其他標(biāo)準(zhǔn)液體計量裝置中進行測量，測得管路中液體總體
由于測得多通道選向閥16與液體檢測器A18之間的液體體積為K,則兩個液體檢測器 AB之間管路的體積r為
nM-F0 (5)
則微體積AF為
微體積標(biāo)定，主要用于首次確定1個計數(shù)點對應(yīng)的液體體積。在計量和標(biāo)定的過程中， 泵液流速必須保持一致且穩(wěn)定。根據(jù)實際測試情況，如果取液精度出現(xiàn)偏差，或泵液流速變 化，需要進行修正標(biāo)定。
相對現(xiàn)有的取液計量裝置及方法，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢
1. 該方法仍然基于泵液勻速的前提，但取液體積的計量方法為記錄液體檢測器有效的周期 采樣點數(shù)(即檢測到液體的點數(shù))，即以數(shù)字離散的方式計算有效取液時間序列段之和，亦即 液體有效流經(jīng)液體檢測器的時間，能夠有效甄別氣泡，可以有效避免現(xiàn)有連續(xù)計時方法(圖 1)因管道中氣泡帶來的誤差，程序控制簡單；
2. 通過更改采樣周期可以得到不同的取樣精度，周期越小，精度越高，采用一對液體檢測
9器進行自標(biāo)定，可在程序中控制定期進行標(biāo)定，可保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠；
3. 作為優(yōu)選，可采用儲液環(huán)替代專用液體存儲裝置，以降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，有利于減小系 統(tǒng)的體積；
4. 采用該計量方法，泵只流空氣，始終沒有機會與液體或試劑接觸，不會受到腐蝕。這樣 可保證泵較長的使用壽命。
5. 改變儲液環(huán)的長度，可以使取樣體積在較大的可擴展范圍內(nèi)連續(xù)設(shè)定，裝置重用性高， 計量效率高，有利于縮短儀器開發(fā)周期，降低成本。
6. 在閥單元管路通道切換選擇時，電磁截止閥可以用于防止儲液單元內(nèi)的液體由于壓力變 化引起回流，從而造成計量不準(zhǔn)確或者不同試劑之間的交叉污染。
7. 液體檢測器B20用于計量過程中微體積參數(shù)的標(biāo)定，也限定了取液的最大上限，起到 報警保護的功能。
本發(fā)明這里公開的實施例是示例性的，其僅是為了對本發(fā)明進行解釋說明，而并不是對 本發(fā)明的限制，例如泵不限于蠕動泵，也可以是注射泵、柱塞泵；閥單元不限于多通道選 向閥，也可以是聯(lián)排的電磁閥；電磁截止閥不限于電磁隔離闊，也可以是夾管閥；儲液單元 不限于儲液環(huán)，也可以是儲液管等其它形式的儲液裝置；液體檢測器不限于非接觸式管內(nèi)液 體檢測器，也可以是其它形式的液體檢測器。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，這些可以預(yù)見的改 良和擴展都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種精確取液計量裝置，其特征在于包括泵、閥單元、電磁截止閥、儲液單元、測試模塊、液體檢測器A和液體檢測器B，所述閥單元上具有進液通道、測試通道、排液通道和連接所述儲液單元的公共通道，所述閥單元的進液通道與液體相連接，所述測試通道與所述測試模塊相連接，所述排液通道與空氣相連接，所述公共通道經(jīng)所述電磁截止閥與所述液體檢測器A的一端相連接，所述液體檢測器A的另一端與所述儲液單元的一端相連接，所述儲液單元的另一端與所述液體檢測器B的一端相連接，所述液體檢測器B的另一端與所述泵相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確取液計量裝置，其特征在于-所述泵可以是蠕動泵、注射泵或柱塞泵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確取液計量裝置，其特征在于所述液體檢測器A和液體檢測器B均為非接觸式管內(nèi)液體檢測器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確取液計量裝置，其特征在于-所述液體檢測器A和液體檢測器B為其他形式的液體檢測器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確取液計量裝置，其特征在于-所述閥單元可以為多通道選向閥或聯(lián)排電磁閥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確取液計量裝置，其特征在于-所述電磁截止陶可以為電磁隔離閥或夾管閥。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確取液計量裝置，其特征在于-所述儲液單元為將管路繞成具有一定匝數(shù)的螺旋線圈狀的儲液環(huán)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確取液計量裝置，其特征在于-所述儲液單元為儲液管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確取液計量裝置，其特征在于所述液體檢測器B用于計量過程中微體積參數(shù)的標(biāo)定，也限定了取液的最大上限，起到 報警保護的功能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精確取液計量裝置，其特征在于-在所述閥單元管路通道切換選擇時，所述電磁截止閥用于防止所述儲液單元內(nèi)的液體由 于壓力變化引起倒抽回流，造成計量不準(zhǔn)確或者不同試劑之間的交叉污染。
11. 一種使用如權(quán)利要求l所述精確取液計量裝置計量液體的方法，其特征在于，包括以 下步驟a. 程序控制閥單元選擇進液通道，打開電磁截止閥，然后運轉(zhuǎn)泵，通過閥單元的公共通 道將液體從進液通道抽取到儲液單元內(nèi)；b. 當(dāng)液體檢測器A檢測到所抽取的液體體積達到目標(biāo)值時，關(guān)閉電磁截止閥，泵停止運轉(zhuǎn)c. 程序控制閥單元選擇測試通道，打開電磁截止閥，然后運轉(zhuǎn)泵，向管道內(nèi)吹空氣，將 管道內(nèi)的液體從儲液單元經(jīng)過測試通道推入指定的測試模塊中，取液計量完成，即精確取得液體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的計量液體的方法，其特征在于在步驟c后包括實現(xiàn)液體在各個測試模塊之間轉(zhuǎn)移的步驟山液體經(jīng)過指定的測試模塊 測試后，閥單元選擇測試通道，泵將指定測試模塊中的液體全部抽回到儲液單元，然后再將 儲液單元中的液體轉(zhuǎn)移到其他測試模塊中，進行其他功能的測試；測試完成后，程序控制閥 單元選擇排液通道，將測量完成后的液體排入廢液收集裝置中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種精確取液計量裝置計量液體方法，其特征在于 所述計量液體的方法中涉及一個計量單位AF， AF為一個計數(shù)點對應(yīng)的微體積，標(biāo)定方法為液體檢測器A與B之間液體的體積r除以液體檢測器A所對應(yīng)的有效采樣點數(shù)AT'，即<formula>formula see original document page 4</formula>
全文摘要
一種精確取液計量裝置及方法，包括泵、閥單元、電磁截止閥、儲液單元、測試模塊、液體檢測器A和液體檢測器B，所述閥單元上具有進液通道、測試通道、排液通道和連接所述儲液單元的公共通道，所述閥單元的進液通道與液體相連接，所述測試通道與所述測試模塊相連接，所述排液通道與廢液收集裝置相連接，所述公共通道經(jīng)所述電磁截止閥與所述液體檢測器A的一端相連接，所述液體檢測器A的另一端與所述儲液單元的一端相連接，所述儲液單元的另一端與所述液體檢測器B的一端相連接，所述液體檢測器B的另一端與所述泵相連接。
文檔編號G01N1/14GK101655423SQ20091017008
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者傅楊劍, 巍 肖, 趙忠欣 申請人:廣州市怡文科技有限公司