CN102513171B - 可度量的旋转蒸发仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转蒸发仪，包括水浴锅、蒸发瓶、导气管及冷凝管，导气管左端转动地与冷凝管连通，蒸发瓶与导气管的右端连通，还包括检测模块，检测模块包括测量单元、中央处理单元、存储单元及结果处理单元，测量单元用于测量所述蒸汽瓶的内剩余溶剂的信息并转换成测量信号传送给所述中央处理单元，存储单元预存有剩余溶剂的信息与相应的测量信号的数据库，中央处理单元调用数据库并决定是否给结果处理单元发送控制信号，结果处理单元根据控制信号作出响应。本发明通过测量应变片形变的方法，最终实现了测量蒸发瓶内溶液的剩余量的目的。

Description

可度量的旋转蒸发仪

技术领域

本发明属于实验器材领域，涉及一种旋转蒸发仪。

背景技术

旋转蒸发仪主要用于在减压条件下连续蒸馏大量易挥发性溶剂，尤其对萃取液的浓缩和色谱分离时的接收液的蒸馏，可以分离和纯化反应产物。旋转蒸发仪的工作原理是负压蒸馏。通过真空泵使蒸发烧瓶处于负压状态，控制蒸发瓶在最适合速度下,恒速旋转以增大蒸发面积，蒸发烧瓶置于水浴锅中恒温加热，在负压下旋转烧瓶内的溶液加热扩散蒸发。蒸发瓶的溶液蒸发后变成蒸汽，然后通过导气管的传递迅速冷凝到冷凝管里，当蒸发瓶内的液体蒸发到一定的体积时，实验停止。

实验时，浓缩的体积剩余量一般要小于5ml或10ml，以便后续定容用，一般定容到5ml或10ml，这就要求浓缩后剩余的体积要小于5ml或小于10ml。这样来说对本旋转蒸发仪的精度要求并不是很高，只要控制最后剩余量小于5ml或10ml即可。

实验室现有的蒸发装置，大都没有度量的功能。实验室人员观察实验是否达到了所要蒸发的溶液的体积时，需用肉眼来度量。又因为最后的剩余量很小，这就要求实验室人员必须一直守在旁边看着，以防蒸干。

由于现有实验室的蒸发装置在蒸发时大都要放在水浴槽里来水浴加热，因此实验室人员需在加热过程中隔一段时间就要将蒸发瓶从水浴槽内拿出来观察，来定性分析是否蒸发到指定的刻度，一方面无法准确把握时间，另一方面也无法实现机械化的度量。因此需要一种具有度量功能的旋转蒸发仪，来减少实验人员的负担。

现有的蒸发装置存在以下缺点：

1、无法实现准确的定量度量；

2、无法实现自动控制；

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种利用含有电阻应变片的弹性敏感元件的测量技术来有效克服上述不足，从而实现一种可以度量溶液剩余量的旋转蒸发仪。

本发明是采用以下方式实现的：一种可度量的旋转蒸发仪，包括：水浴锅、蒸发瓶、导气管及冷凝管，所述水浴锅位于所述蒸发瓶的下方处对蒸发瓶进行加热，所述导气管左端转动地与冷凝管连通，所述蒸发瓶与所述导气管的右端连通，还包括检测模块，所述检测模块包括测量单元、中央处理单元、存储单元及结果处理单元，所述测量单元用于测量所述蒸发瓶的内剩余溶剂的信息并转换成测量信号传送给所述中央处理单元，所述存储单元预存有剩余溶剂的信息与相应的测量信号的数据库，所述中央处理单元调用所述数据库并决定是否给所述结果处理单元发送控制信号，所述结果处理单元根据所述控制信号作出响应。所述测量单元还包括圆筒状的弹性敏感元件，且所述弹性敏感元件紧贴与蒸发瓶的瓶口相接端的导气管外壁，用于测试瓶口对所述弹性敏感元件的应力来确定蒸发瓶内剩余溶剂的信息。所述弹性敏感元件紧贴与蒸发瓶的瓶口相接端的导气管外壁，所述弹性敏感元件、蒸发瓶及导气管达到气密封。所述弹性敏感元件包括电阻应变片。所述测量单元还包括有电桥，所述电桥由固定电阻及所述电阻应变片组成，所述电桥的一对角线与电源电性连接，另一对角线的输出形成测量信号传送给所述中央处理单元。所述测量单元、中央处理单元及结果处理单元安装在所述导气管上。所述结果处理单元是报警单元。还包括电源，所述电源采用电池供电给所述测量单元和中央处理单元，也安装于所述导气管上。

本发明是一种可度量的旋转蒸发仪，主要是利用测量单元中包含电阻应变片的环状弹性敏感元件在受到蒸发瓶和导气管的挤压的情况下发生变形，从而产生应变信号，然后通过对比信号与之相比较，来看是否达溶液的剩余量。环状弹性敏感元件的受力的大小与其变形存在一定的关系式，由于在旋转蒸发仪工作的过程中，环状弹性敏感元件、蒸发瓶和导气管同时在旋转，因此环状弹性敏感元件受到蒸发瓶口径和导气管的挤压力与蒸发瓶及其内溶液的重量正相关。所以，可以通过测量环状弹性元件内部应变片的应变值得到蒸发瓶内溶液的重量，从而确定蒸发瓶内溶液的剩余量，达到控制蒸发过程的目的。

本发明与现有技术相比较有如下有益效果：

1、可以对实验进行监控，准确的控制实验的进行；

2、仪器操作简单、方便；

3、仪器的精确度高

附图说明

图1是本发明检测模块的电路原理框图；

图2为本发明的检测模块中测量单元的电桥连接图；

图3是本发明的一个实施例的结构图；

其中：

11为测量单元，12为中央处理单元，13为存储单元，14结果处理单元，15为电源；

R1、R2、R3、R4为电阻，U0为供桥电压，U为输出电压；

21为水浴锅，22为蒸发瓶，23为环状弹性敏感元件，24为检测模块，25为导气管，26为电机，27为冷凝管。

具体实施方式

本发明的检测模块的电路原理框图如图1所示。其电路图包括测量单元11、中央处理单元12、存储单元13、结果处理单元14和电源15。测量单元11包括环状弹性敏感元件，测量单元11与中央处理单元12相连。测量单元11将测量信号传递给中央处理单元12，中央处理单元12调用存储单元13预存的剩余溶液信息与相应的测量信号的数据库，并与测量单元11发送的测量信号相比较，再决定是否给结果处理单元14发送控制信号。电源15为测量单元11和中央处理单元13供电。在实施例中，测量单元11采用应变电阻片和电桥结构，中央处理单元12和存储单元13采用单片机，结果处理单元14采用报警器，电源15采用电池供电。

图2为检测模块中测量单元的电桥连接图。其连接方式如图所示，四个桥臂由电阻R1、R2、R3、R4组成，U0是供桥电压。

输出电压为:

$U=\frac{R1\×R3-R2\×R4}{(R1+R2)(R3+R4)}\×U0$

当R1×R3=R2×R4时，输出电压U为零，电桥处于平衡状态。如果将R4换成应变片，应变片随受力变形而变形，引起应变片电阻R4的变化，平衡被破坏，输出电压U发生变化。当臂工作时，电桥只有R4桥臂为应变片，即电桥由第一电阻、第二电阻、第三电阻及所述电阻应变片组成，电阻变为R＋△R，其余各臂仍为固定阻值R,代入上式有：

$\mathrm{\ΔU}=\frac{\mathrm{\ΔR}}{4\×R}\×U0$

由于测量单元11采用的是电阻应变片来测量蒸发瓶瓶口与导气管之间的挤压力的，电阻应变片在环状弹性敏感元件中，可以是一个或多个。所以通过上述电桥电路可以将电阻应变片因形变产生的电阻变化转化为电压信号的变化，从而反映蒸发瓶内溶液的剩余量。

本实施例中测量单元的设计原理为：设体积为V₀的液体的质量为m_n，其对应的密度为ρ_n，设环状弹性敏感元件受到的应变力为F_n，蒸发瓶的质量为m_a。在工作时，液体与蒸发瓶质量之和与环形弹性敏感元件23的应变力存在一定的关系。

即：

F_n∝(m_a+m_n)g

所以：

F_n∝(m_a+V₀ρ_n)g

所以每一种密度的溶液与蒸发瓶的质量之和与应变力成比例关系。本实施例是在设定溶液的剩余量为所要求的V₀时，是利用蒸发瓶内装V₀溶液旋转但不蒸发的情况下，测定应变力是多少，然后对每一种溶液和蒸发瓶的组合所对应的应变力进行标定，再对其编程，形成一个数据库。单片机通过程序来设定数据库中在某种溶液和蒸发瓶时应变信号的比较值。

在实际实验中，先预先选定所用蒸发瓶和所要蒸发到V0的溶液所对应的应变信号值，在旋转蒸发时，电阻应变片将应变信号发送给测量单元11，测量单元11将电阻值转化成电压信号，经过放大后，发送给单片机，单片机与预存数据的比较信号相比较，当溶液蒸发到指定的剩余量V₀时，单片机发出控制信号给报警器，报警器进行报警。

如图3所示，为本发明的一个实施例的结构图。此实施例的结构包括水浴锅21、蒸发瓶22、环状弹性敏感元件23、检测模块24、导气管25、电机26和冷凝管27。其中，23环状弹性敏感元件内包含电阻应变片，属于检测模块24的一部分，检测模块采用电池供电。导气管25一端与冷凝管27相连，一端连接蒸发瓶22，电机26带动导气管25转动，从而带动蒸发瓶22在水浴锅21里旋转，对蒸发瓶22内液体进行旋转蒸发。检测模块24安装在导气管25上，采用电池供电。其中检测模块24的环状弹性敏感元件紧贴与蒸发瓶22的瓶口相接端的导气管25外壁，环状弹性敏感元件23、蒸发瓶22及导气管25达到气密封。检测模块24包括电阻应变片的电桥结构、单片机及报警器。在旋转蒸发时，蒸发瓶与导气管对环状弹性敏感元件23产生一个挤压力，使得环状弹性敏感元件23产生形变信号给检测模块24中具有中央处理及数据存储的单片机，单片机通过对此信号处理、比较来检测是否达到所要的值，随着蒸发瓶内溶液的减少，挤压力变小，最终达到所要的信号值，单片机发送控制信号给报警单元，使得电路进行报警。

本发明对所公开的一种可度量的旋转蒸发仪进行了特别描述，但上述是示意性的不是限定性的，本领域技术人员在不偏离本发明范围内所作的修改，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种可度量的旋转蒸发仪，包括：水浴锅、蒸发瓶、导气管及冷凝管，所述水浴锅位于所述蒸发瓶的下方处对蒸发瓶进行加热，所述导气管左端转动地与冷凝管连通，所述蒸发瓶与所述导气管的右端连通，其特征在于，还包括检测模块，所述检测模块包括测量单元、中央处理单元、存储单元及结果处理单元，所述测量单元包括环状弹性敏感元件，所述环状弹性敏感元件紧贴与蒸发瓶的瓶口相接端的导气管外壁，用于测量瓶口对所述环状弹性敏感元件的应力来确定蒸发瓶内溶液的剩余量V₀并转换成测量信号传送给所述中央处理单元，所述存储单元预存有溶液的剩余量V₀与相应的测量信号的数据库，所述中央处理单元调用所述数据库并决定是否给所述结果处理单元发送控制信号，所述结果处理单元根据所述控制信号作出响应。

2.根据权利要求1所述的可度量的旋转蒸发仪，其特征在于：所述环状弹性敏感元件紧贴与蒸发瓶的瓶口相接端的导气管外壁，所述环状弹性敏感元件、蒸发瓶及导气管达到气密封。

3.根据权利要求1所述的可度量的旋转蒸发仪，其特征在于：所述环状弹性敏感元件包括电阻应变片。

4.根据权利要求3所述的可度量的旋转蒸发仪，其特征在于：所述测量单元还包括有电桥，所述电桥由固定电阻及所述电阻应变片组成，所述电桥的一对角线与电源电性连接，另一对角线的输出形成测量信号传送给所述中央处理单元。

5.根据权利要求1所述的可度量的旋转蒸发仪，其特征在于：所述测量单元、中央处理单元及结果处理单元安装在所述导气管上。

6.根据权利要求1所述的可度量的旋转蒸发仪，其特征在于：所述结果处理单元是报警单元。

7.根据权利要求1所述的可度量的旋转蒸发仪，其特征在于：还包括电源，所述电源采用电池供电给所述测量单元和中央处理单元，安装于所述导气管上。

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