專利名稱：堿值自動測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于滴定的電化學(xué)分析儀器，尤其是一種堿值自動測定儀。
目前，內(nèi)燃機油的堿值已成為考查和控制內(nèi)燃機滑油的質(zhì)量必不可少的項目，測定堿值主要是了解機油中堿性添加劑的含量。對于新機油，堿值是作為其驗收指標(biāo)，用以確保機車用油質(zhì)量。對于在用機油，監(jiān)測堿值的降解趨勢可判斷滑油的使用壽命。由于堿值測定的重要性，獨聯(lián)體、美國、英國、法國、日本等國家都已把堿值列入柴油機油換油指標(biāo)。我國在GB5822 1－86“鐵路柴油機車柴油機油換油指標(biāo)”中已正式規(guī)定為必測指標(biāo)之一。
國內(nèi)外堿值測定的標(biāo)準(zhǔn)較多，其中國外使用較多的有ASTMD2896、D664、D4739，國內(nèi)有GB7304、SY2455與國外有關(guān)測定方法相對應(yīng)。就終點判定方法而言，堿值測定主要分為二類，一類是傳統(tǒng)的指示劑法，這類方法由于操作不便，且對舊油難以測定，故現(xiàn)場應(yīng)用不廣。目前大多用于實驗室進(jìn)行新油分析。另一類是電位法，由于可進(jìn)行自動滴定，且不受新舊油影響，故應(yīng)用較廣泛，并被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所采納。目前國內(nèi)在用的電位滴定儀大都是七十年代設(shè)計生產(chǎn)的，由于故障較多，終點判斷及操作不便，不能自動計量耗液量等原因，在一定程度上限制了電位滴定法的推廣應(yīng)用。八十年代以來，國內(nèi)陸續(xù)推出了一些自動滴定儀，如中國專利局公布的CN87104078A自動滴定儀及CN2084619U自動滴定分析裝置，在滴定終點判斷上，有的是采用指示劑法通過被測溶液的變色來判定等當(dāng)點，有的是采用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)把光信號變成隨被測溶液的濁度變化的電訊號，上述方式的不足之處在于適用面較窄，只能用于特定的終點，對于本身混濁的被測溶液，上述方式無法使用，因此難以用于堿值測定。在耗液量計量方面，一般采用光學(xué)計滴器或推進(jìn)式注射器，而前者精度較低，后者機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求較高。因此這類自動滴定儀一般只能用于特定的場合，不能作為通用自動電位滴定儀使用，也不能用作石油產(chǎn)品的堿值測定。
本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供一種微機控制的智能化、多功能、操作簡便的堿值自動測定儀，以滿足大功率機車使用的高性能機油對堿值監(jiān)測的要求，同時兼顧一般化驗室對通用自動電位滴定儀的要求。
本實用新型的技術(shù)解決方案是它包括單片微機系統(tǒng)，可調(diào)高阻測量電路，高精度4 1/2 位雙積分A／D轉(zhuǎn)換器，電子蠕動泵，磁力攪拌器，開關(guān)穩(wěn)壓電源，發(fā)光數(shù)碼管顯示器，鍵盤以及機殼；其電子蠕動泵的滴定控制及耗液量脈沖計量全部采用光電耦合器隔離，脈沖經(jīng)整形后直接由單片機定時／計數(shù)器計量；磁力攪拌器由微機通過控制接口控制繼電器，攪拌器的攪拌時間由程序精確設(shè)定。
磁力攪拌器、電子蠕動泵、顯示器以及鍵盤組合為一個整體，顯示器和鍵盤位于儀器前方并且斜置，磁力攪拌器電機、電子蠕動泵電機以及行星擠壓裝置位于儀器上部，測控主機板及開關(guān)穩(wěn)壓電源位于儀器下部，電極接口和電源插口位于儀器背部。
附圖的圖面說明如下

圖1為本實用新型的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的電路原理框圖；圖3為電子蠕動泵的接口電路圖4為電位放大器、A／D變換器及接口電路圖。
圖中1.發(fā)光數(shù)碼管顯示器 2.數(shù)字鍵3.輸入鍵 4.輸出鍵5.測量鍵 6.常數(shù)鍵7.總清鍵 8.啟動鍵9.5V指示燈 10.電源開關(guān)11.攪拌器托蓋 12.燒杯13.滴定管 14.甘汞電極15.玻璃電極 16.電極夾及支撐桿17.電子蠕動泵 18.滴定液本實用新型的硬件電路有以下特色a.采用近年較流行的MCS－51單片機系統(tǒng)，選擇不帶內(nèi)部ROM的8031單片機，并以其為核心組成整個測控系統(tǒng)，理論及實踐表明，8031單片機具有速度快，功能強，工作穩(wěn)定等特點，很適宜作為工業(yè)控制機主控部分使用。本機以8031為核心，擴(kuò)充了一片8155、一片8KROM2764、一片SRAM6116、8路4 1/2 位A／D輸入及若干帶光電耦合器隔離的I／O口，時鐘頻率選為6MHZ，數(shù)據(jù)存儲區(qū)全部有掉電保護(hù)。在鍵盤設(shè)置上，考慮到本機的數(shù)據(jù)輸入量較小，故設(shè)計了數(shù)字鍵與功能鍵組合為一體的薄膜隔離鍵盤，既方便現(xiàn)場使用，又提高了設(shè)備的可靠性，為完成多種測控功能，采用“輸入”鍵與“啟動”鍵組合，只需兩個鍵即可完成PH測量，mv測量、耗液量較準(zhǔn)，常數(shù)保護(hù)等多項功能。
b.電子蠕動泵是一種新型自動擠壓式加注裝置，它采用了步進(jìn)電機驅(qū)動，行量式擠壓裝置及硅橡膠輸液管等新技術(shù)，工作穩(wěn)定可靠，故障率低，抗腐蝕性能好。這類產(chǎn)品一般沒有自動計量裝置，不能和計算機等控制設(shè)備接口。我們對其進(jìn)行了改造，增加了啟?？刂平涌?，脈沖計量電路，使其能作為計算機的外設(shè)進(jìn)行自動測定，改造后的電子蠕動泵接口電路如附圖3。
當(dāng)主機發(fā)出啟動信號后，光電耦合器GD2的光敏管導(dǎo)通，步進(jìn)電機脈沖分配器CH250的9腳電位變低，脈沖分配器開始工作，通過驅(qū)動電路輸出分相脈沖使步進(jìn)電機運轉(zhuǎn)，推動行星式擠壓裝置旋轉(zhuǎn)，滴定劑通過硅膠管滴出，同時，由反相驅(qū)動器CD4069輸出通過光電耦合器GD1將脈沖數(shù)送至計算機計數(shù)。其脈沖數(shù)正比于加液量，即對于同一管徑的硅橡膠管來說，每一毫升的加液量相當(dāng)于N個脈沖，因此，只要單片微機進(jìn)行脈沖計量并對照實際耗液量求得修正系數(shù)，就可計得實際加液量值。
c.高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換電路為了提高電位測量精度，本機采用了4 1/2 位雙積分A／D變換器ICL7135，該器件為全MOS工藝。在單極性參考電壓(VR＝＋1V)供給之下，能對雙極性輸入的模擬電壓進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，并輸出自動極性判別信號。它采用了自校零技術(shù)，可保證零點在常溫下的長期穩(wěn)定性，零點的溫度系數(shù)＜2μV／℃，模擬輸入可以是差動信號，輸入阻抗極高，輸入端零點漏電流＜10PA。ICL7135的數(shù)據(jù)輸出采用了字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即萬、千、百、十、個各字位的BCD碼輪流地在4位數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)。并在位選通各端同步出現(xiàn)字位選通脈沖。另外，電路中還設(shè)置了一些輔助邏輯電路，如過量程、欠量程判別電路，串行字位同步脈沖形成電路，啟／?？刂齐娐返龋粌H提高了器件的應(yīng)用性能，也簡化了外部接口電路。本儀器的電位放大器，A／D變換器及接口電路如附圖4。
ICL7135共有4位數(shù)據(jù)線，5位位選線，1位極性信號，而8031數(shù)據(jù)總線只有8位，如何接口才能以最簡單的硬件電路完整的讀取所有的信息呢？由于字位選通信號是依次出現(xiàn)的，因此，對于5位字選通信號，只要讀取互相隔開的三位，即只要讀取D5、D3、D1即可，因此，這樣只需8位接口即可讀取10位信號。
現(xiàn)結(jié)合附圖2對本實用新型的工作原理作進(jìn)一步的描述。當(dāng)待測溶液注入測量杯，并放入由測量電極與參比電極組成的電極測量裝置后，啟動微機。由鍵盤輸入待測樣品的重量值，微機通過光電耦合器GD3及繼電器啟動磁力攪拌器開始攪拌，并自動控制攪拌時間，同時，微機通過測量電極，高阻測量電路，測選電路，4 1/2 高精度A／D變換電路，不斷測量并顯示待測溶液的PH值或電位值，當(dāng)攪拌時間一到，微機即通過光耦GD2發(fā)出啟動信號，電子蠕動泵開始運轉(zhuǎn)，不斷往待測溶液中注入滴定劑，同時蠕動泵控制電路通過光耦GD1，不斷向微機發(fā)出計數(shù)脈沖信號，微機通過內(nèi)部定時／計數(shù)器及支持軟件將脈沖信號轉(zhuǎn)換為實時累積耗液量，與此同時，微機還不斷通過測量系統(tǒng)測量待測溶液的PH值或電位值。并與設(shè)定終點進(jìn)行比較，處理后，通過光耦GD2不斷調(diào)整滴定速度，并自動調(diào)整滴定間歇延時時間，以保證整個滴定反應(yīng)充分進(jìn)行。當(dāng)待測溶液PH值或電位值被滴定至設(shè)定終點后，微機通過光耦GD2停止滴定，并自動延時一段時間，同時不斷測量溶液PH值或電位值，如在延時之間內(nèi)，PH值或電位值回升至終點值以上，微機將控制所有外設(shè)重復(fù)前述滴定過程，直至滴定到穩(wěn)定的終點值，此時，微機支持軟件將根據(jù)測得溶液的耗液量值及樣品重量值自動計算出待測溶液的總堿值并顯示出來，通過連續(xù)按下“輸出”鍵。還可以連續(xù)循環(huán)顯示待測液的初始PH值和耗液量值。微機并將測得結(jié)果存入帶掉電保護(hù)的SRAMC(數(shù)據(jù)存貯器)中，以便隨時查詢。通過“輸入”鍵與“啟動”鍵結(jié)合，系統(tǒng)還能實現(xiàn)PH值連續(xù)測試，電位值連續(xù)測試，電極斜率及定位校準(zhǔn)，電子蠕動泵耗液量校準(zhǔn)，內(nèi)部常數(shù)保護(hù)及恢復(fù)等功能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1、本儀器是一種換代型的新型檢測儀器，由于采用了8051系統(tǒng)單片微機控制的整套測控裝置，采用了4 1/2 位高精度A／D轉(zhuǎn)換器，對PH測定，電極電位測定及耗液量測定都采用了軟件定標(biāo)及誤差修正，測量終點控制及數(shù)據(jù)處理依靠軟件實現(xiàn)，因此，控制、測量精度較高，并可簡化硬件電路。
2、通過對目前市場用的電子蠕動泵滴定裝置加以改進(jìn)，使其實現(xiàn)與計算機接口，較好地實現(xiàn)了滴定裝置的自動控制、耗液量的自動測定，數(shù)字顯示及誤差修正。在性能價格比中，本儀器在同類自動滴定儀中居領(lǐng)先地位。并且更適用于內(nèi)燃機機油的堿值測定。
3、本儀器設(shè)計為多功能型，不僅可直接用于堿值測定，還可用作高精度酸度計，進(jìn)行PH值及電極電位的測定；用作自動電位滴定儀進(jìn)行容量分析。因此，該儀器不僅適用于鐵路化驗部門，而且可推廣到地方有關(guān)單位使用。具有較寬的使用范圍。
權(quán)利要求1.一種堿值自動測定儀，它包括單片微機系統(tǒng)，可調(diào)高阻測量電路，A/D轉(zhuǎn)換器，電子蠕動泵，磁力攪拌器，開關(guān)穩(wěn)壓電源，發(fā)光數(shù)碼管顯示器，鍵盤以及機殼，其特征在于A/D轉(zhuǎn)換器采用高精度4 1/2 位雙積分電路，電子蠕動泵其滴定控制及耗液量脈沖計量全部采用光電耦合器隔離，脈沖信號直接由反相驅(qū)動器取出，脈沖經(jīng)整形后直接由單片機定時/計數(shù)器計量，磁力攪拌器由微機通過控制接口控制繼電器，攪拌器的攪拌時間由程序精確設(shè)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種堿值自動測定儀，其特征在于磁力攪拌器、電子蠕動泵、顯示器以及鍵盤組合為一個整體，顯示器和鍵盤位于儀器前方并且斜置，磁力攪拌器電機、電子蠕動泵電機以及行星擠壓裝置位于儀器上部，測控主機板及開關(guān)穩(wěn)壓電源位于儀器下部，電極接口和電源插口位于儀器背部。
專利摘要本實用新型涉及一種單片微機控制的自動電位滴定裝置，它包括擴(kuò)充功能的單片微機系統(tǒng)，可調(diào)高阻計量電路、高精度
文檔編號G01N27/416GK2141084SQ92238548
公開日1993年8月25日 申請日期1992年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月24日
發(fā)明者吳順生, 胡永河 申請人:上海鐵路局南昌科學(xué)技術(shù)研究所