CN110412232A - 一种水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及检定技术领域，公开了一种可排除人工干预，确保测量数据的真实性的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置及方法，包括以下步骤：S1、准备N个已知浓度的标准溶液或待测水样；S2、标准溶液或水样根据程序设定的顺序和体积输送到样品杯，样品杯有三个液位传感器，分别对应高、中、低三种液位，用于不同浓度的样品配制需求，以获得测试液；S3、由待检设备对测试液进行检测，以获得测试液的测量数据；S4、待检设备将测试液的测量数据传输至检定装置，检定装置通过无线网络发送至数据交换平台；S5、移动端APP可根据数据交换平台上的测量数据参照对应检定依据自动计算相应的指标数值，并自动评价所测量指标是否合格。
Description
技术领域
本发明涉及检定技术领域，更具体地说，涉及一种水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置及方法。
背景技术
水质在线监测仪广泛应用于地表水、生活饮用水及污废水的水体质量监测，作为水环境评价的重要依据。监测仪器的性能直接影响监测数据，而监测数据是否准确可比成为影响公信力的重要因素。为保证在线监测仪器的有效溯源，国家计量部门颁布了一系列检定规程对其量值溯源和周期检定，以确保测量的准确可靠，如氨氮、总磷、化学需氧量(COD)、重金属等多种参数的自动分析仪的的检定规程(JJG开头)；同时，为全面客观的评价仪器性能和现场运行情况，环保总局相继颁布了化学需氧量(COD)、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、总有机碳、六价铬等多项参数的水质自动分析仪国家环境保护标准(HJ开头)。
传统的水质在线监测仪器的检定或环保认证采用人工操作方式，按HJ或JJG规程检定每台待检设备至少需要两个工作日才能完成大部分检定或校准指标，检定前还需要配制一系列的标准溶液或水样加标，检定过程得手动记录测量数据，经过计算最终得出结论。全过程不仅效率低而且还有可能出现配制或数据记录或处理时发生错漏错误，出现问题难以定位溯源。
发明内容
本发明一方面要解决的技术问题之一是提供一种可排除人工干预，确保测量数据的真实性的水质监测的全自动检定/校准装置。
本发明另一方面要解决的技术问题是提供一种能够实现全过程留痕以及整个环节跟踪的全自动检定/校准方法。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种水质监测的全自动检定/校准方法，包括以下步骤：
S1、准备N个已知浓度的标准溶液或待测水样；
S2、所述标准溶液或待测水样根据程序设定的顺序和体积输送到样品杯，在所述样品杯内设有三个液位传感器，分别对应高、中、低三种液位，用于不同浓度的样品配制需求，以获得测试液；
S3、由待检设备对所述测试液进行检测，以获得所述测试液的测量数据；
S4、所述待检设备将所述测试液的测量数据传输至检定装置，所述检定装置通过无线网络发送至数据交换平台；
S5、移动端APP可根据所述数据交换平台上的所述测量数据参照对应检定依据自动计算相应的指标数值，并自动评价所测量指标是否合格。
在一些实施例中，所述步骤S1具体包括：
S11、准备已知浓度的所述标准溶液或待测水样，根据预设的检定规程，分别准备一定体积、不同浓度的所述标准溶液或待测水样；
S12、分别将所述标准溶液或待测水样挂到对应的试剂瓶位。
在一些实施例中，所述步骤S2具体包括：
S21、所述步骤S1准备好检定各步骤需要的所述标准溶液，无需现场配制；当需要水样加标回收试验或S1准备的浓度点不足时，需通过程序按一定的体积比在所述样品杯中配制所需的测试液，所述样品杯设有有三个液位传感器，分别对应高、中、低三种液位，用于不同浓度、不同体积的样品配制需求；
S22、运行检定程序，依次在所述样品杯中注入或配制对应浓度的的标准溶液或待测水样，每次注入或配制的体积相同，以获得所述步骤S3中所述测试液。
在一些实施例中，所述步骤S3具体包括：
所述待检设备采用连续测定模式，依次向检定装置的样品杯提取所述测试液，并对所述测试液进行检测。
在一些实施例中，所述步骤S4及步骤S5具体包括：
所述待检设备通过数据传输自动将所述测量数据反馈给所述检定装置，检定装置通过无线网络发送至数据交换平台移动端APP可根据所述数据交换平台上的所述测量数据参照对应检定依据自动计算相应的指标数值，并自动评价所测量指标是否合格。
第二方面，本发明还提供一种水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置，具备：
试样配制单元，其用于配制N个标准溶液或水样加标，以获得测试液；
待检设备，所述待检设备的进样口与所述检定装置的出液口连接，用于提取所述检定装置中的所述测试液，并对所述测试液进行检测；
通讯单元，其与所述待检设备的通讯口RS232或485接口连接，实时采集所述待检设备的测量数据；
控制单元，其用于中控检定装置内部含通讯单元的动作指令。
在一些实施例中，所述试样配制单元其具有样品杯、注射泵、至少一个试样瓶、往复式注射泵及蠕动泵，
所述样品杯形成为中空结构的长方体容器，其设有至少一个进液口及至少一个出液口，所述样品杯的一进液口通过管道与所述注射泵的排液口连接，所述注射泵的进液口通过管道与所述试样瓶连接；
所述所述样品杯的另一进液口与所述往复式注射泵的进水样口连接；
所述样品杯的一排液口通过管道与所述蠕动泵连接。
在一些实施例中，还包括输送器，所述输送器与所述试样配制单元通过多通阀门及管路连接，用于试剂的配制和输送。
在一些实施例中，所述通讯单元采用串口通讯，并使用标准Modbus协议进行远程数据传输。
在一些实施例中，设有显示单元，所述显示单元用于显示所述待检设备及所述控制器的工作参数及状态。
在本发明所述的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置及方法中，试样配制单元、待检设备、通讯单元及控制单元。在试样配制单元进行配制N个标准溶液或加标水样，以获得测试液。待检设备用于提取检定装置输送的测试液，并对测试液进行检测。通讯单元通过有线通信方式与待检设备连接，并自动采集待检设备对测试液的测量数据。与现有技术相比，使用发明的技术方案能够有效地解决人工检定效率低的问题，以及人工记录数据溯源难。其中，人工比对、处理大量检定数据时易发生错漏，出现问题难以定位溯源，本项目通过实时采集待检设备的检测结果，通过无线网络传输至远程数据交换平台，可排除人工干预，确保检测结果的真实性，实现全过程留痕，全环节跟踪。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置及方法一实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置一实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的样品杯的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例一
图1是本发明提供的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置及方法一实施例的流程示意图，图2是本发明提供的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置一实施例的结构示意图，图3是本发明提供的样品杯的结构示意图。如图1、图2及图3所示，在本发明的水质监测的全自动检定/校准方法第一实施例中，步骤S1、准备N个已知浓度的标准溶液。
具体而言，根据待检参数配备已有证的标准溶液或稀释的标准溶液，根据检定规程，直接输送准备好的标准溶液或水样，或智能配制所需的标准溶液或加标水样。例如：以化学需氧量在线自动监测仪的检定为例，需要进行零点漂移、示值稳定性及示值误差三个试验，因此提前配制的校准液分别为0mg/L、50mg/L、150mg/L、500mg/L的邻苯二甲酸氢钾标准溶液作为对应的COD标液。
S2、将标准溶液或水样根据程序以一定的顺序和体积输送到样品杯，在样品杯101内设有三个液位传感器(301、302、303)，分别对应高、中、低三种液位，用于不同浓度的样品配制需求，以获得测试液。
其中，液位传感器包括第一液位传感器301、第二液位传感器302及第三液位传感器303，具体地，第一液位传感器301对应高液位，第二液位传感器302对应中液位，第三液位传感器303对应低液位，其用于测量样品杯101的液位的压力，并将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，反馈至检定装置10。
具体而言，现场人员在检定装置10端安装好对应测试项目的标液，将出液口与待检设备20的进样口连接，启动对应检定参数的程序，检定装置10的样品杯(与图2的101相对应)中的测试液依次注入标液。
举例而言，以完成JJG1012检定过程为例，程序依次往样品杯中注入8次纯水(零点校准液)、3次50mg/L的COD标液、3次150mg/L的COD标液及24次500mg/L的COD标液，且每次注入的COD标液为100毫升。
S3、由待检设备20(与图2的20相对应)对测试液进行检测，以获得测试液的测量数据。
具体地，待检设备20的进样口201与检定装置10的出液口101c连接。其中，待检设备20采用连续测定模式，依次向检定装置10的样品杯101提取测试液，通过待检设备20对获取的测试液进行逐个测量，得到一组测量数据。
S4、待检设备20将测试液的测量数据传输至检定装置10，并通过无线网络发送至数据交换平台。其中，数据交换平台是指将分散建设的若干应用信息方法进行整合，通过计算机网络构建的信息交换平台，它使若干个应用子方法进行信息/数据的传输及共享，提高信息资源的利用率，成为进行信息化建设的基本目标，保证分布异构方法之间互联互通，建立中心数据库，完成数据的抽取、集中、加载及展现，构造统一的数据处理和交换。
具体地，在待检设备20对测试液进行测量之前，待检设备20与检定装置10预先通讯连接，每组测量结束时，待检设备20通过通信的方式将测量数据推送到检定装置10，检定装置10再发送至数据交互平台。
S5、移动端APP可直接查看待检设备20的测量数据，并与对应检定规程自动计算相应的指标数值进行比较，评价各检定项目是否合格。
在数据交换平台或移动端APP中，设有各参数水质在线监测仪器的检定项目及合格范围，通过移动端APP即可对应检定规程自动计算相应的指标数值进行比较，评价测量数据是否合格。如化学需氧量在线监测仪对应的检定规程为JJG1012-2006《化学需氧量(COD)在线自动监测仪检定规程》，计量性能要求：
表1
在使用本发明的水质监测的全自动检定/校准方法中，在实现上述操作步骤中，可通过预先设定检定程序，技术人员，随时随地查看待检设备20测量结果；也可由技术人员在移动端APP远程操控，临时增加检定或校准的浓度点，进而大幅地提高工作效率，还可减少人工比对、处理大量检定数据时发生的错漏，解决出现问题难以定位溯源的问题。
本项目通过实时采集待检设备20检测结果，通过无线网络传输至远程平台，排除人工干预，确保检测结果的真实性，实现全过程留痕，全环节跟踪。
在一些实施例中，S11、准备已知浓度的标准溶液或待测水样，根据预设的检定规程，分别准备一定体积、不同浓度的的标准溶液或待测水样。
举例而言：准备已知浓度的标准溶液或待测水样，根据HJ或JJG检定规程，如化学需氧量(COD)在线自动监测仪的检定规程JJG1012涉及的检定试剂分别为0mg/L、50mg/L、150mg/L及500mg/L的COD标准溶液。
S12分别将标准溶液或待测水样挂到对应的试剂瓶位。
举例而言，在一些参数对应的监测仪器检定过程，检定装置10设有至少三个试剂瓶，在检定前，需将标准溶液挂到对应的试剂瓶位置，工作前需连接检定装置10的出水口和待检设备20的进样口。此外，本检定/校准装置所带试剂均自带条码标签，包含浓度及设备参数设置等信息，现场人员只需扫描瓶身二维码，检定装置10即可识别并设置对应的参数，无需手动逐条参数设置，避免人工操作不当或错误影响检定的数据结果。
具体地，在一些实施例中，一般情况下，步骤S1已准备好检定各步骤需要的标准溶液，无需现场配制，当需要水样加标回收试验或S1准备的浓度点不足时，需通过程序按一定的体积比在样品杯(与图2中101相对应)中配制所需的测试液，在样品杯内设有三个液位传感器(301、302及303)，分别对应高、中、低三种液位，用于不同浓度、不同进样体积的试液配制需求。
S22、运行检定程序，依次在样品杯101中注入或配制对应浓度的的标准溶液或待测水样，每次注入或配制的体积相同，以获得S3所述测试液。
举例而言：以完成JJG1012检定过程为例，程序依次往样品杯101中注入8次纯水、3次50mg/L的COD标液、3次150mg/L的COD标液及24次500mg/L的COD标液，每次100毫升。
在一些实施例中，待检设备20(与图2的20相对应)通过数据传输自动将测量数据反馈给检定装置10。
检定装置10再发送至数据交互平台，技术人员可通过移动端APP查阅待检设备20的测量数据，可参照对应检定依据自动计算相应的指标数值，并自动评价各检定项目是否合格。
在使用本发明的水质监测的全自动检定/校准方法中，程序启动后人员即可离开，检定全程无需人为操作，大大提高了工作效率，脱离对手动检定的依赖，能够有效地降低运行成本。
实施例二
如图2所示，水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置主要包括试样配制单元11、控制单元12、待检设备20等组成。其中，试样配制单元11包括样品杯101、往复式注射泵102、注射泵103、蠕动泵104及试样瓶(105a-105e)。控制单元12包括控制器106a、通讯单元106b、显示单元107。
进一步地，样品杯101形成为中空结构的长方体容器，在其顶部至少设有两个进液口(101a、101b)，在其右侧形成有一个排液口101c，在其底部设有一个排液/进气口101d。样品杯101的一进液口101b通过管道与注射泵103的排液口连接，注射泵103的进液口通过管道与试样瓶(105a-105e)连接，通过注射泵103向试样瓶(105a-105e)吸液，然后注入样品杯101。
需要说明的是，在注射泵103吸液之前，需提前在试样瓶(105a-105e)位置准备相应的标准溶液或水样，例如：如化学需氧量(COD)在线自动监测仪的检定规程JJG1012涉及的检定试剂分别为0mg/L、50mg/L、150mg/L及500mg/L的邻苯二甲酸氢钾标准溶液作为COD标液，分别挂到相应的试样瓶(105a-105e)位置。其中，在任意一个试样瓶(105a-105e)装有纯水。
更进一步地，样品杯101的另一进液口101a与往复式注射泵102的进样口连接，通过往复式注射泵102抽取待测水样，注入样品杯101，与注射泵103吸入的标准溶液进行预处理(混合或拌匀)，以获得加标水样的测试液。
例如：以实施HJ 915-2017《地表水自动监测规范(试行)》的氨氮(光度法原理)监测性能评价为例，评价指标如下表2。其中，加标回收率和实际水样比对试验需要的水样经由进液口101a进入。更具体地，当实际水样比对时，水样经进液口101a进入，通过往复式注射泵102抽取进入待样品杯101，到达程序预先设定的液位高度303时停止，获得测试液。与此同时，样品杯101的排液口101C通过管路与待检设备20的进样口201连接，将测试液输入待检设备20。当进行加标回收率试验时，需准备浓度为500mg/L的氨氮标准溶液、纯水和实际水样。其中，装有500mg/L氨氮标准溶液和纯水的试剂瓶分别对应试样瓶(105a-105e)。
首先，水样经由进液口101a，通过往复式注射泵102抽取进入待样品杯101，到达程序预先设定的液位高度303时停止；接着，500mg/L氨氮标准溶液经注射泵103抽取，从进液口101b进入预装有水样的样品杯101，抽取的体积由程序预先设定；混合后的水样即为待测的加标水样。
表2HJ 915-2017对氨氮(光度法原理)的性能要求
与此同时，样品杯101的排液口101C通过管路与待检设备20的进样口201连接，将测试液输入待检设备20。
待检设备20的进样口201通过管路与试样配制单元11的出液口连接，具体为，样品杯101的排液口101C与待检设备20的进样口201连接，使得待检设备20能够提取试样配制单元11中的测试液，进行测量。每次测量结束时，待检设备20通过通信的方式将测量数据推送到检定装置10，检定装置10再发送至数据交互平台。需要说明的是，数据交互平台为现有技术中的数据平台，可实时与移动端APP同步数据。技术人员可通过移动端APP可直接查看待检设备20的测量数据，并与对应检定规程自动计算相应的指标数值进行比较，评价各检定项目是否合格。
本项目中检定装置10通过实时采集待检设备20检测结果，通过无线网络传输至远程数据平台，排除人工干预，确保检测结果的真实性，实现全过程留痕，全环节跟踪。
显示与控制单元12包括控制器106a、通讯单元106b及显示单元107。其中，控制器106a能将操作控制信号变成指令放到存储器(内存条或SD卡)里，并且在机器运行时能够读出指令形成控制信号分给各部分执行。具体为，可在控制器106a运行检定程序。
控制器106a与待检设备20通讯连接，自动采集待检设备20对测试液的测量数据。
通讯单元106b与待检设备20及传输协议通讯连接，通过远程软件或移动端APP直接控制控制器106a。
在一些实施方式中，通讯单元采用串口通讯，并使用标准Modbus协议进行远程数据传输。其中，控制器106a的指令部分执行信号传输也通过上述通讯传输协议完成。
在一些实施方式中，样品杯101的一排液口/进气口101d通过管道与蠕动泵104连接。具体地，在待检设备20完成一个周期的检定时，需将样品杯101内的测试液排出以及对样品杯101进行换气。
同时，为了提高检定结果数据的准确度，需通过注射泵103向装有纯水的试样瓶(105a-105e)抽取一定容量的清水对样品杯101进行清洗，然后再蠕动泵104进行排出，已完成对样品杯101的清洁。
其中，样品杯101的容积设置为300mL至500mL，在抽取校准液以及待检水样时，不宜超过样品杯101容积的三分之二的刻度。
在一些实施方式中，检定装置10还包括输送器(图2中未示出)，输送器与试样配制单元11通过多通阀门及管路连接，用于试剂的配制和输送。具体地，多通阀门安装在管路上。多通阀门为电控元件，多通阀门的受控端与控制单元12电连接，在检定过程中，根据实验的需要，由控制单元12控制多通阀门的导通或截止，进而提高检定装置10自动化及智能化。
在一些实施方式中，显示单元107用于显示检定装置10当前工作状态及工作参数，还可在显示单元107设置检定程序的参数。。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种水质在线监测仪器的全自动检定/校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备N个已知浓度的标准溶液或待测水样；
S2、所述标准溶液或待测水样根据程序设定的顺序和体积输送到样品杯，在所述样品杯内设有三个液位传感器，分别对应高、中、低三种液位，用于不同浓度的样品配制需求，以获得测试液；
S3、由待检设备对所述测试液进行检测，以获得所述测试液的测量数据；
S4、所述待检设备将所述测试液的测量数据传输至检定装置，所述检定装置通过无线网络发送至数据交换平台；
S5、移动端APP可根据所述数据交换平台上的所述测量数据参照对应检定依据自动计算相应的指标数值，并自动评价所测量指标是否合格。
2.根据权利要求1所述的环境水质在线监测的检定方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11、准备已知浓度的所述标准溶液或待测水样，根据预设的检定规程，分别准备一定体积、不同浓度的所述标准溶液或待测水样；
S12、分别将所述标准溶液或待测水样挂到对应的试剂瓶位。
3.根据权利要求1所述的环境水质在线监测的检定方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21、所述步骤S1准备好检定各步骤需要的所述标准溶液，无需现场配制；当需要水样加标回收试验或S1准备的浓度点不足时，需通过程序按一定的体积比在所述样品杯中配制所需的测试液，所述样品杯设有有三个液位传感器，分别对应高、中、低三种液位，用于不同浓度的样品配制需求；
S22、运行检定程序，依次在所述样品杯中注入或配制对应浓度的的标准溶液或待测水样，每次注入或配制的体积相同，以获得所述步骤S3中所述测试液。
4.根据权利要求1所述的环境水质在线监测的检定方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
所述待检设备采用连续测定模式，依次向检定装置的样品杯提取所述测试液，并对所述测试液进行检测。
5.根据权利要求1所述的环境水质在线监测的检定方法，其特征在于，所述步骤S4及步骤S5具体包括：
所述待检设备通过数据传输自动将所述测量数据反馈给所述检定装置，检定装置通过无线网络发送至数据交换平台移动端APP可根据所述数据交换平台上的所述测量数据参照对应检定依据自动计算相应的指标数值，并自动评价所测量指标是否合格。
6.一种水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置，其特征在于，具备：
试样配制单元，其用于配制N个标准溶液或水样加标，以获得测试液；
待检设备，所述待检设备的进样口与所述检定装置的出液口连接，用于提取所述检定装置中的所述测试液，并对所述测试液进行检测；
通讯单元，其与所述待检设备的通讯口RS232或485接口连接，实时采集所述待检设备的测量数据；
控制单元，其用于中控检定装置内部含通讯单元的动作指令。
7.根据权利要求6所述的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置，其特征在于，所述试样配制单元其具有样品杯、注射泵、至少一个试样瓶、往复式注射泵及蠕动泵，
所述样品杯形成为中空结构的长方体容器，其设有至少一个进液口及至少一个出液口，所述样品杯的一进液口通过管道与所述注射泵的排液口连接，所述注射泵的进液口通过管道与所述试样瓶连接；
所述所述样品杯的另一进液口与所述往复式注射泵的进水样口连接；
所述样品杯的一排液口通过管道与所述蠕动泵连接。
8.根据权利要求6或7所述的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置，其特征在于，还包括输送器，所述输送器与所述试样配制单元通过多通阀门及管路连接，用于试剂的配制和输送。
9.根据权利要求6所述的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置，其特征在于，所述通讯单元采用串口通讯，并使用标准Modbus协议进行远程数据传输。
10.根据权利要求6所述的水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置，其特征在于，设有显示单元，所述显示单元用于显示所述待检设备及所述控制器的工作参数及状态。
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| CN201910783897.2A CN110412232A (zh) | 2019-08-23 | 2019-08-23 | 一种水质在线监测仪器的全自动检定/校准装置及方法 |
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| CN112881727A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-06-01 | 湖南大学 | 一种精准加液与定容用液体处理机的自动校准方法 |
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