CN101004365A - 精密取样器 - Google Patents

Abstract

一种精密取样器，属于液体物质分析过程中的取样装置，包括发送装置、换向装置、驱动控制单元，发送装置主要由发送管、活塞、丝杆、步进电机构成，换向装置主要由平面阀、低速电机构成，驱动控制单元则由包括驱动、检测、输入、显示、触发、通信、电源等的硬件部分和应用软件部分组成。本发明用于液体取样、发送，在单片机控制下，由电机驱动丝杆带动活塞在发送管内进退，以及电机驱动平面阀及时换向，完成按预设量准确发送液体和随时取样补偿的工作，具有送样精确、功能完善、工作可靠，使用时间长的显著优点，能满足在线分析仪器正常工作的需要。

Description

精密取样器

技术领域

本发明涉及一种液体物质的取样装置，特别是用于在线分析仪器中的液体物质的精密取样器。

背景技术

在液体物质的取样分析中，重复性误差是指同一操作者，在相同条件下，用同一台仪器测量所带来的误差，操作者操作带来的误差在这个误差中占有很大比重，而操作者的操作误差主要是取样误差。特别是在线分析仪器中，自动取样***的稳定、可靠是在线分析仪器正常工作的关键。此外，对于一些有毒试剂的取样更是需要一种自动取样装置来完成取样工作。

目前，绝大多数在线仪器的自动取样部分都采用蠕动泵加泵管的装置取样，这种方案的缺点就是，使用时间短，因为使用一段时间后，泵管会变形，泵管变形后就会影响取样精度。此外，泵管的耐腐蚀性也不理想，在使用有一定粘性的试剂时，泵头挤压泵管处由于挤压而使泵管粘住，取样不能正常进行。同时，该装置控制功能也不完善，使用效果较差。

因此，对强腐蚀性的试剂，对有粘性的试剂，对取样重复性要求高的场合，对于在线装置的自动取样，现有取样装置不能满足在线分析仪器的正常工作需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用时间长，工作可靠、功能完善，能根据设定取样量准确取样的液体物质的精密取样器，该取样器使用效果好，能满足在线分析仪器的正常工作的需要。

本发明的技术方案是：精密取样器包括发送装置、换向装置、驱动控制单元，所述发送装置主要由发送管、活塞、丝杆、步进电机构成，活塞位于发送管内，丝杆一端与活塞相连，步进电机转子通过螺母与丝杆相配合；所述换向装置主要由平面阀、低速电机构成，平面阀的一个接口通过导管与发送管相连，平面阀的其它接口分别与出液管和进液管相连；所述驱动控制单元与上述电机电连接；上述发送管、活塞、平面阀、导管均采用耐腐蚀材料。

进一步的方案是：所述驱动控制单元由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括功率驱动模块、定位检测模块、参数输入模块、显示件、触发控制模块、通信模块、电源；软件部分为应用软件模块；所述定位检测模块为单片机还包括光电耦合器、遮光板或微动开关；所述参数输入模块为键盘；所述显示件为数码管；所述触发控制模块为触发按钮；所述通信模块为通信接口，直接或通过网络与计算机相连；所述应用软件模块包含控制软件、发送量计算、显示控制、读键、通信部分；上述遮光板装在丝杆上和平面阀转轴上，光电耦合器固定在***相应位置。

采用以上技术方案，发送装置由发送管、活塞、步进电机、丝杆和光电耦合器、遮光板组成，由单片机发出的脉冲经过驱动器(功率驱动模块)驱动步进电机带动丝杆前进或后退，丝杆的一端装有活塞，活塞在发送管内前进或后退就是推样或吸样过程。丝杆的前进量受取样量决定，取样量由精密取样器的键盘或计算机输入，当丝杆运动到发送管的最大或最小位置时，遮光板进入到光电耦合器中，或按住微动开关按片，此时有一开关信号送至单片机，单片机即可判断出丝杆的位置。当发送管中的试剂量不够取样量时，单片机自动控制换向阀换向，发送装置中步进电机反转吸样，发送管中试剂吸满后，单片机控制换向单元换向，步进电机带动丝杆前进继续发送，直到发送量等于预设取样量，发送过程停止。

吸样和发送的换向装置由低速电机、遮光板、光电耦合器、二位三通平面阀组成，电机的转动受单片机控制，电机转动位置由遮光板和光电耦合器控制，当遮光板进到光电耦合器中，光电耦合器的输出电平发生变化，单片机检测到这一变化后，即发出停止转动命令。

驱动、控制单元由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括功率驱动、单片机、键盘、显示、触发按钮、通信接口、电源等。软件部分包括几种典型试剂温度与密度对照表、发送体积计算、根据发送体积与输入的密度计算发送试剂质量、发送脉冲控制进样部件转动、判断进样杆位置、控制换向单元换向、接收参数设置、控制显示、判断接收触发信号、与计算机通讯等。

本发明通过机械传动、电子电路、应用软件相互配合完成准确取样任务，功能完善、使用效果好。

该取样器由于发送管、活塞、平面阀、导管等与液体介质接触的部件均采用耐腐蚀材料，可选用聚四氟乙烯材料，因此对强腐蚀性试剂和有粘性的试剂，不会受损害和堵塞，工作可靠，使用时间长。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的驱动、控制部分的电路连接图。

具体实施方式

参照附图，本发明精密取样器的发送装置中，丝杆3在步进电机4驱动下带动活塞5在发送管6内前进或后退，丝杆伸出端装有遮光板2，丝杆***一侧相应位置固定光电耦合器1。单片机21发出的脉冲经过驱动器16驱动步进电机，单片机每发出一次脉冲叫一拍，每拍步进电机转动的角度称为步进电机的步距角，步距角的大小依所选的电机而定，假设此步进电机的步距角为β°。步进电机的正转或反转由单片机控制，正转或反转时带动丝杆前进或后退，也就是将圆周运动转为直线运动，丝杆运动的速度受螺距控制，假设步进电机转一圈丝杆前进或后退Xmm。丝杆的一端装有活塞，活塞在发送管内前进或后退就是推样或吸样过程，丝杆的前进量由设定取样量决定，假设发送管的截面积为Amm²，则单片机每发出一次脉冲，发出(吸取)的试剂量按如下计算：

换向装置中，二位三通平面阀11的转轴与电机12的输出轴相连，遮光片13装在转轴上，光电耦合器14固定在***相应位置。平面阀的一个接口由导管8与发送管的接头7相连，其余接口分别与出液管9、进液管10相连。当电机12转到设定位置时，遮光板进到光电耦合器中，光电耦合器的输出连接到单片机的I/0口，单片机接受到此信号后控制电机停转。

驱动、控制单元硬件部分由单片机21、驱动器15、16、显示件17、键盘18、触发按钮19、通信接口20、电源Vcc等组成，单片机端口通过三极管或场效应管(V1～Vn)驱动步进电机或电机进行取样和换向，显示件17用数码管显示参数、取样结果，外部启动取样通过单片机端口控制，通信接口20采用RS232和USB与计算机相连，参数设置和取样过程可通过取样器键盘和计算机完成。

应用软件部分包括几种典型试剂温度与密度对照表，用上式计算发送试剂的体积，再根据试剂密度计算发送试剂的质量，将结果送至显示器或计算机，接收参数设置，判断丝杆和换向单元的位置，与计算机通讯等。

使用时，先用取样器键盘或计算机输入待取试剂量，温度、密度等参数，然后通过键盘或外部触发或计算机启动取样过程，当发送管内试剂不够时，单片机自动吸样，吸满后发送少许进行空位补偿，后将平面阀换向到发送位置，继续发送，直到发送到设定取样量，则发送过程结束，同时将发送结果送显示或计算机。

Claims (9)

1、一种精密取样器，其特征是包括发送装置、换向装置、驱动控制单元，所述发送装置主要由发送管、活塞、丝杆、步进电机构成，活塞位于发送管内，丝杆一端与活塞相连，步进电机转子通过螺母与丝杆相配合；所述换向装置主要由平面阀、低速电机构成，平面阀的一个接口通过导管与发送管相连，平面阀的其它接口分别与出液管和进液管相连；所述驱动控制单元与上述电机电连接；上述发送管、活塞、平面阀、导管均采用耐腐蚀材料。

2、按权利要求1所述的精密取样器，其特征是所述驱动控制单元由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括功率驱动模块、定位检测模块、参数输入模块、显示件、触发控制模块、通信模块、电源；软件部分为应用软件模块。

3、按权利要求2所述的精密取样器，其特征是所述定位检测模块为单片机以及光电耦合器、遮光板。

4、按权利要求2所述的精密取样器，其特征是所述参数输入模块为键盘。

5、按权利要求2所述的精密取样器，其特征是所述显示件为数码管。

6、按权利要求2所述的精密取样器，其特征是所述触发控制模块为触发按钮。

7、按权利要求2所述的精密取样器，其特征是所述通信模块为通信接口，直接或通过网络与计算机相连。

8、按权利要求2所述的精密取样器，其特征是所述应用软件模块包含控制软件、发送量计算、显示控制、读键、通信部分。

9、按权利要求3所述的精密取样器，其特征是遮光板装在丝杆上和平面阀转轴上，光电耦合器固定在***相应位置。