CN106799266A - 一种手持式移液器容量校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式移液器容量校准装置及移液器校准方法，通过上位机控制伺服电机转动、滚珠丝杠—滑块的相互运动等实现机械装置对移液器的取液、转移、排液操作，通过图像处理技术实现对于取液容器内液位高度的计算从而确定取液时移液器的升降高度，通过电子天平、温度传感器实现移液数据的采集，并根据检定规程《JJG 646‑2006》在上位机编写程序实现数据处理。本发明主要特点为通过机械装置的操作及上位机程序对于人工称量法校准移液器进行了改进，实现了在单点校准移液器时的自动化，减小了单点重复操作以及大数据量处理时带来的误差，同时可以对校准数据进行分析并给出校准报告。

Description

一种手持式移液器容量校准装置及校准方法

技术领域

本发明涉及移液器领域，尤其涉及一种手持式移液器容量校准装置及校准方法，该方法和装置主要涉及对移液枪容量相对误差和容量重复性进行校准(在规定的条件下，用一个可参考的标准，对包括参考物质在内的测量器具的特性赋值，并确定其示值误差)。

背景技术

移液器被广泛用于医院、卫生防疫站、输血站、生化实验室、环境实验室、食品分析实验室中，属于精密液体取样仪器，可以对少量液体样品及试液进行迅速、准确的定量取样和加样，对于可调移液器，操作人员还可以根据实际需要调整移液器的容量值。移液器作为移液时必要的设备，其容量的校准直接影响测定结果，但在长期使用过程中，操作、温度、人为因素等都会对其精度造成影响，不达标的移液器在使用过程中存在移液不足或过量，可能会导致生产事故或研究成果偏差，为保证结果数据具有良好的精密度、准确度和可信度，必须对其进行定期校准。

传统的移液器校准方法采用衡量法，即称量被检移液器某一刻度内所放出的纯水的质量，再由此及水的密度求得被检移液器的实际容积，并与检定点容量进行比对。由于根据国家规程每个容量检定点需要检测6次，检测一只可调式移液器的3个容量值需要进行18次取液和排液操作，因此，这种方法操作步骤重复、复杂，并且人工操作会带来一定的误差。

硬件方面，国外有部分公司生产的高自由度仿真机械手在一定程度上可以实现移液器的操作，然而在校准移液器的实际使用中并不需要机械过多的自由度，过多的自由度会造成浪费，并且高昂的费用也阻碍了其在移液器校准中的应用。软件方面国，内所设计的移液器校准***也在不断进步，能对采集的大量数据进行高效处理并进行分析，然而仅实现了数据处理的自动化，在移液器控制的自动化还存在空缺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手持式移液器容量校准装置及校准方法，解决背景技术校准方法存在的缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种手持式移液器容量校准装置，由以下组件组成：上位机、实验操作台、第一伺服电机、第一联轴器、第一滚珠丝杠、两个第一轴承、第一滚珠螺母、第一螺母座、第一支架、第二伺服电机、第二联轴器、第二滚珠丝杠、第二轴承、第二滚珠螺母、第二螺母座、第二支架、第四伺服电机、导杆、被校准移液器、CCD相机、圆形浮子、烧杯、电子天平、锥形烧杯、温度传感器。所述第一伺服电机、第二伺服电机、第四伺服电机、温度传感器分别通过IO模块与上位机相连接、电子天平、CCD相机分别与上位机相连；

第一伺服电机、两个第一轴承、烧杯、电子天平依次固定在实验操作台上；所述烧杯内盛有测量液，所述圆形浮子漂浮于测量液上；锥形烧杯放置于电子天平上；温度传感器安装在锥形烧杯内，实时测量锥形烧杯内液体温度。

第一滚珠丝杠的两端通过第一轴承安装在实验操作台上，第一伺服电机的输出轴通过第一联轴器与第一滚珠丝杠相连接，第一滚珠螺母套在第一滚珠丝杠上；第一伺服电机带动第一滚珠丝杠转动，使得第一滚珠螺母水平移动；第一螺母座安装在第一滚珠螺母顶部，与第一滚珠螺母同步水平移动；第一支架竖直固定在第一螺母座上，垂直于第一滚珠丝杠，第二伺服电机固定在第一支架的底部，第二滚珠丝杠的两端通过第二轴承安装在第一支架上，第二伺服电机的输出轴通过第二联轴器与第二滚珠丝杠相连接，第二滚珠螺母套在第二滚珠丝杠上，第二伺服电机带动第二滚珠丝杠转动，使得第二滚珠螺母在竖直方向上移动；第二螺母座与第二滚珠螺母相连接，与第二滚珠螺母同步移动；第二支架的一端水平固定在第二螺母座上，第四伺服电机和移液器夹持装置固定在第二支架的另一端，第四伺服电机的输出轴与导杆相连接，通过第四伺服电机带动导杆转动，实现对移液器夹持装置夹持的移液枪的按压。CCD相机固定在移液器夹持装置下端。

一种基于手持式移液器容量校准装置的移液器校准方法，包括以下步骤：

(1)通过上位机控制第一伺服电机运动，CCD相机实时采集图像，当移液器夹持装置夹持的移液枪位于烧杯上方时，关闭第一伺服电机；

(2)通过上位机控制第四伺服电机运动，带动导杆按压移液枪顶部，按压动作完成后关闭第四伺服电机；

(3)然后通过上位机控制第二伺服电机运动，使得第二滚珠螺母向下移动距离D1，移液器夹持装置夹持的移液枪枪头***到液面以下2～3mm；然后关闭第二伺服电机；

(4)反向控制第四伺服电机，直至导杆复位，关闭第四伺服电机，导杆对移液枪顶部的按压作用消失，移液枪从烧杯内吸取满量程的测量液；

(5)通过上位机控制第二伺服电机运动，使得第二滚珠螺母向上移动相同距离D1，然后关闭第二伺服电机；

(6)上位机通过电子天平获得初始重量，同时，控制第一伺服电机运动，CCD相机实时采集图像，当移液器夹持装置夹持的移液枪位于锥形烧杯上方时，关闭第一伺服电机；

(7)通过上位机控制第二伺服电机运动，使得第二滚珠螺母向下移动距离D2，移液器夹持装置夹持的移液枪枪头***到锥形烧杯下部但不接触液面；然后关闭第二伺服电机；

(8)通过上位机控制第四伺服电机运动，带动导杆按压移液枪顶部，将满量程的测量液转移到锥形烧杯内；然后反向控制第四伺服电机，直至导杆复位，关闭第四伺服电机，导杆对移液枪顶部的按压作用消失；并通过上位机控制第二伺服电机运动，使得第二滚珠螺母向上移动相同距离D2，然后关闭第二伺服电机。

(9)上位机通过电子天平获得终点重量，通过温度传感器获得锥形烧杯内液体温度。

(10)上位机通过温度传感器实际温度t，获得液体温度下所对应的校准系数相关系数K(t)，进一步根据终点重量和初始重量获得实际重量m，得到实际体积V’＝K(t)·m。

(11)按照步骤1～10进行n次测量，获得该量程V₁下测得的体积数据，为V₁₁’～V_1n’；

(12)调节移液枪量程，按照步骤1～10进行n次测量(n＝6。)，获得量程V_i下的体积数据V_i1’～V_in’；

(13)根据测量体积和实际体积，获得移液器的容量相对误差和容量重复性。其中，量程V_i下的容量相对误差为：

其中，

容量重复性为：其中

本发明的有益效果在于：本发明实现了对于单一手持式移液器的容量校准的自动化，大大减少了校准工作者的重复操作。

附图说明

图1为本发明校准装置的结构示意图；

图中，实验操作台1、第一伺服电机2、第一联轴器3、第一滚珠丝杠4、第一轴承5、第一滚珠螺母6、第一螺母座7、第一支架8、第二伺服电机9、第二联轴器10、第二滚珠丝杠11、第二轴承12、第二滚珠螺母13、第二螺母座14、第二支架15、第四伺服电机16、导杆17、被校准移液器18、CCD相机20、圆形浮子21、烧杯22、电子天平23、锥形烧杯24、温度传感器33。

具体实施方式

如图1所示，一种手持式移液器容量校准装置，由以下组件组成：上位机、实验操作台1、第一伺服电机2、第一联轴器3、第一滚珠丝杠4、两个第一轴承5、第一滚珠螺母6、第一螺母座7、第一支架8、第二伺服电机9、第二联轴器10、第二滚珠丝杠11、两个第二轴承12、第二滚珠螺母13、第二螺母座14、第二支架15、第四伺服电机16、导杆17、被校准移液器18、CCD相机20、圆形浮子21、烧杯22、电子天平23、锥形烧杯24、温度传感器33。所述第一伺服电机2、第二伺服电机9、第四伺服电机16、温度传感器33分别通过IO模块与上位机相连接、电子天平23、CCD相机20分别与上位机相连；

第一伺服电机2、第一联轴器3、第一滚珠丝杠4、两个第一轴承5、第一滚珠螺母6、第一螺母座7构成水平运输***，第一支架8、第二伺服电机9、第二联轴器10、第二滚珠丝杠11、第二轴承12、第二滚珠螺母13、第二螺母座14构成竖直运输***，两个***协同作用，对待测的移液枪的位置进行紧密调节。

第一伺服电机2、两个第一轴承5、烧杯22、电子天平23依次固定在实验操作台1上；所述烧杯22内盛有测量液，所述圆形浮子21漂浮于测量液上；锥形烧杯24放置于电子天平23上；温度传感器33安装在锥形烧杯24内，实时测量锥形烧杯24内液体温度。

第一滚珠丝杠4的两端通过第一轴承5安装在实验操作台1上，第一伺服电机2的输出轴通过第一联轴器3与第一滚珠丝杠4相连接，第一滚珠螺母6套在第一滚珠丝杠4上；第一伺服电机2带动第一滚珠丝杠4转动，使得第一滚珠螺母6水平移动；第一螺母座7安装在第一滚珠螺母6顶部，与第一滚珠螺母6同步水平移动；第一支架8竖直固定在第一螺母座7上，垂直于第一滚珠丝杠4，第二伺服电机9固定在第一支架8的底部，第二滚珠丝杠11的两端通过第二轴承12安装在第一支架8上，第二伺服电机9的输出轴通过第二联轴器10与第二滚珠丝杠11相连接，第二滚珠螺母13套在第二滚珠丝杠11上，第二伺服电机9带动第二滚珠丝杠11转动，使得第二滚珠螺母13在竖直方向上移动；第二螺母座14与第二滚珠螺母13相连接，与第二滚珠螺母13同步移动；第二支架15的一端水平固定在第二螺母座14上，第四伺服电机16和移液器夹持装置18固定在第二支架15的另一端，第四伺服电机16的输出轴与导杆17相连接，通过第四伺服电机16带动导杆17转动，实现对移液器夹持装置18夹持的移液枪的按压。CCD相机20固定在移液器夹持装置18下端。

基于上述手持式移液器容量校准装置的移液器校准方法，包括以下步骤：

(1)通过上位机控制第一伺服电机2运动，CCD相机20实时采集图像，当移液器夹持装置18夹持的移液枪位于烧杯上方时，关闭第一伺服电机2；

(2)通过上位机控制第四伺服电机16运动，带动导杆17按压移液枪顶部，按压动作完成后关闭第四伺服电机16；

(3)然后通过上位机控制第二伺服电机9运动，使得第二滚珠螺母13向下移动距离D1，移液器夹持装置18夹持的移液枪枪头***到液面以下2～3mm；然后关闭第二伺服电机9；

(4)通过上位机反向控制第四伺服电机16，直至导杆17复位，关闭第四伺服电机16，导杆17对移液枪顶部的按压作用消失，移液枪从烧杯内吸取满量程的测量液；

(5)通过上位机控制第二伺服电机9运动，使得第二滚珠螺母13向上移动相同距离D1，然后关闭第二伺服电机9；

(6)上位机通过电子天平23获得初始重量，同时，控制第一伺服电机2运动，CCD相机20实时采集图像，当移液器夹持装置18夹持的移液枪位于锥形烧杯24上方时，关闭第一伺服电机2；

(7)通过上位机控制第二伺服电机9运动，使得第二滚珠螺母13向下移动距离D2，移液器夹持装置18夹持的移液枪枪头***到锥形烧杯24下部但不接触液面；然后关闭第二伺服电机9；

(8)通过上位机控制第四伺服电机16运动，带动导杆17按压移液枪顶部，将满量程的测量液转移到锥形烧杯24内；然后通过上位机反向控制第四伺服电机16，直至导杆17复位，关闭第四伺服电机16，导杆17对移液枪顶部的按压作用消失；并通过上位机控制第二伺服电机9运动，使得第二滚珠螺母13向上移动相同距离D2，然后关闭第二伺服电机9。

(9)上位机通过电子天平23获得终点重量，通过温度传感器33获得锥形烧杯24内液体温度。

(10)上位机通过温度传感器33实际温度t，获得液体温度下所对应的校准系数相关系数K(t)，进一步根据终点重量和初始重量获得实际重量m，得到实际体积V’＝K(t)·m。

(11)按照步骤1～10进行n次测量，获得该量程V₁下测得的体积数据，为V₁₁’～V_1n’；

(12)调节移液枪量程，按照步骤1～10进行6次测量，获得量程V_i下的体积数据V_i1’～V_in’；

(13)根据测量体积和实际体积，获得移液器的容量相对误差和容量重复性。其中，量程V_i下的容量相对误差为：

其中，

容量重复性为：其中

Claims (3)

1.一种手持式移液器容量校准装置，由以下组件组成：上位机、实验操作台(1)、第一伺服电机(2)、第一联轴器(3)、第一滚珠丝杠(4)、两个第一轴承(5)、第一滚珠螺母(6)、第一螺母座(7)、第一支架(8)、第二伺服电机(9)、第二联轴器(10)、第二滚珠丝杠(11)、第二轴承(12)、第二滚珠螺母(13)、第二螺母座(14)、第二支架(15)、第四伺服电机(16)、导杆(17)、被校准移液器(18)、CCD相机(20)、圆形浮子(21)、烧杯(22)、电子天平(23)、锥形烧杯(24)、温度传感器(33)等。所述第一伺服电机(2)、第二伺服电机(9)、第四伺服电机(16)、温度传感器(33)分别通过IO模块与上位机相连接；电子天平(23)、CCD相机(20)分别与上位机相连；

第一伺服电机(2)、两个第一轴承(5)、烧杯(22)、电子天平(23)依次固定在实验操作台(1)上；所述烧杯(22)内盛有测量液，所述圆形浮子(21)漂浮于测量液上；锥形烧杯(24)放置于电子天平(23)上；温度传感器(33)安装在锥形烧杯(24)内，实时测量锥形烧杯(24)内液体温度。

第一滚珠丝杠(4)的两端通过第一轴承(5)安装在实验操作台(1)上，第一伺服电机(2)的输出轴通过第一联轴器(3)与第一滚珠丝杠(4)相连接，第一滚珠螺母(6)套在第一滚珠丝杠(4)上；第一伺服电机(2)带动第一滚珠丝杠(4)转动，使得第一滚珠螺母(6)水平移动；第一螺母座(7)安装在第一滚珠螺母(6)顶部，与第一滚珠螺母(6)同步水平移动；第一支架(8)竖直固定在第一螺母座(7)上，垂直于第一滚珠丝杠(4)，第二伺服电机(9)固定在第一支架(8)的底部，第二滚珠丝杠(11)的两端通过第二轴承(12)安装在第一支架(8)上，第二伺服电机(9)的输出轴通过第二联轴器(10)与第二滚珠丝杠(11)相连接，第二滚珠螺母(13)套在第二滚珠丝杠(11)上，第二伺服电机(9)带动第二滚珠丝杠(11)转动，使得第二滚珠螺母(13)在竖直方向上移动；第二螺母座(14)与第二滚珠螺母(13)相连接，与第二滚珠螺母(13)同步移动；第二支架(15)的一端水平固定在第二螺母座(14)上，第四伺服电机(16)和移液器夹持装置(18)固定在第二支架(15)的另一端，第四伺服电机(16)的输出轴与导杆(17)相连接，通过第四伺服电机(16)带动导杆(17)转动，实现对移液器夹持装置(18)夹持的移液枪的按压。CCD相机(20)固定在移液器夹持装置(18)下端。

2.一种基于权利要求1所述的手持式移液器容量校准装置的移液器校准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)通过上位机控制第一伺服电机(2)运动，CCD相机(20)实时采集图像，当移液器夹持装置(18)夹持的移液枪位于烧杯上方时，关闭第一伺服电机(2)；

(2)通过上位机控制第四伺服电机(16)运动，带动导杆(17)按压移液枪顶部，按压动作完成后关闭第四伺服电机(16)；

(3)通过上位机控制第二伺服电机(9)运动，使得第二滚珠螺母(13)向下移动距离D1，移液器夹持装置(18)夹持的移液枪枪头***到液面以下2～3mm；然后关闭第二伺服电机(9)；

(4)通过上位机反向控制第四伺服电机(16)，直至导杆(17)复位，关闭第四伺服电机(16)，导杆(17)对移液枪顶部的按压作用消失，移液枪从烧杯内吸取满量程的测量液；

(5)通过上位机控制第二伺服电机(9)运动，使得第二滚珠螺母(13)向上移动相同距离D1，然后关闭第二伺服电机(9)；

(6)上位机通过电子天平(23)获得初始重量，同时，控制第一伺服电机(2)运动，CCD相机(20)实时采集图像，当移液器夹持装置(18)夹持的移液枪位于锥形烧杯(24)上方时，关闭第一伺服电机(2)；

(7)通过上位机控制第二伺服电机(9)运动，使得第二滚珠螺母(13)向下移动距离D2，移液器夹持装置(18)夹持的移液枪枪头***到锥形烧杯(24)下部但不接触液面；然后关闭第二伺服电机(9)；

(8)通过上位机控制第四伺服电机(16)运动，带动导杆(17)按压移液枪顶部，将满量程的测量液转移到锥形烧杯(24)内；然后通过上位机反向控制第四伺服电机(16)，直至导杆(17)复位，关闭第四伺服电机(16)，导杆(17)对移液枪顶部的按压作用消失；并通过上位机控制第二伺服电机(9)运动，使得第二滚珠螺母(13)向上移动相同距离D2，然后关闭第二伺服电机(9)。

(9)上位机通过电子天平(23)获得终点重量，通过温度传感器(33)获得锥形烧杯(24)内液体温度。

(10)上位机通过温度传感器(33)实际温度t，获得液体温度下所对应的校准系数相关系数K(t)，进一步根据终点重量和初始重量获得实际重量m，得到实际体积V’＝K(t)·m。

(11)按照步骤1～10进行n次测量，获得该量程V₁下测得的体积数据，为V₁₁’～V_1n’；

(12)调节移液枪量程，按照步骤1～10进行n次测量，获得量程V_i下的体积数据V_i1’～V_in’；

(13)根据测量体积和实际体积，获得移液器的容量相对误差和容量重复性。其中，量程V_i下的容量相对误差为：

其中，

容量重复性为：其中

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，n＝6。