一种液体体积计量装置的制作方法

本发明属于液体计量技术领域，涉及一种液体体积计量装置。

背景技术：

近年来，随着“河长制”的大力推行，水环境污染问题受到了各级政府的高度重视，因此对水环境中的污染物质进行监测显得十分重要。实验室人工分析方法虽然准确度高，但需要现场取样并带回实验室进行手动分析，分析过程耗时长，操作复杂。

目前水质在线分析仪在水环境监测领域运用的越来越广泛，液体采样量的精确度是决定水质在线分析仪监测准确度非常重要的环节。从实现角度看，主要有蠕动泵计量方式和步进电机控制注射泵计量方式两种。蠕动泵方式广泛运用于各种水质分析仪，但蠕动泵的软管在使用的过程中由于受到反复挤压使得其容易老化变形，另外计量的液体如果是强酸、强碱或者氧化性强的液体时更容易导致其使用寿命缩短，因此需要定期更换蠕动泵软管，这大大增加了仪器的维护费用。步进电机控制注射泵来进行计量的方式虽然计量精度高，但注射单元磨损较快，注射进样管路比较复杂，清洗时较困难，一旦注射进样系统中吸入空气，一般比较难完全排除，会造成进样的不准确，此外注射泵的价格昂贵，以上缺点限制了其进一步推广应用。

申请人前期在专利《一种水质氨氮在线分析仪》(授权号：ZL 2017 2 0014003.X)中提到的液体体积计量采用的光电计量方式，不仅计量精度高，而且价格低廉，具有良好的效果，但其采用的是等径的透明计量管，这种计量方式的缺点在于需要严格控制蠕动泵的转速，一旦管路中产生气泡不容易自然破裂，会对计量造成干扰，导致计量不准确。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种液体体积计量装置，仅通过一台蠕动泵和一个或多个三通电磁液阀、三通电磁气阀与一条或多条进样通道连接，并采用了更为可靠的红外光电计量方式，更为关键的是在透明计量管中设计了一个球形腔体。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种液体体积计量装置，包括蠕动泵、至少一组计量组件，所述计量组件包括透明计量管、三通电磁气阀、三通电磁液阀、光电开关、容器，所述三通电磁气阀设置在透明计量管上方，所述三通电磁液阀设置在透明计量管下方，光电开关为两对，分别设置在透明计量管上端和下端两侧；蠕动泵与三通电磁气阀通过蠕动泵软管连接，透明计量管上端与三通电磁气阀、下端与三通电磁液阀相连，三通电磁液阀通过管路与容器连接；各光电开关输出信号至控制器，所述蠕动泵、三通电磁气阀、三通电磁液阀、各光电开关均与控制器具有电连接，控制器用于控制蠕动泵、三通电磁气阀和三通电磁液阀，各光电开关由控制器供电并向控制器输出信号；透明计量管上具有一球形腔体，所述球形腔体位于两对开关之间或低于下端光电开关。

进一步的，所述圆柱体和球形腔体的内半径比值范围为5～25。

进一步的，透明计量管圆柱体部分的内半径范围为1mm～5mm。

进一步的，球形腔体部分的内半径范围为8mm～25mm。

进一步的，所述蠕动泵的流量范围为10mL/min～100mL/min。

进一步的，所述透明计量管材质为石英、普通玻璃或者有机玻璃。

进一步的，所述光电开关为红外型光电开关，包括光发射端和光接收端。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

通过在透明计量管中设计的球形腔体可以有效避免抽取液体时产生气泡对体积测量造成的干扰，大幅降低误差；基于此蠕动泵也不再需要严格的控制转速，提高了计量的速度。同时，可以根据需要计量液体体积的数量，采用一个或多个三通电磁气阀、三通电磁液阀与一个蠕动泵相配合，大大减少了蠕动泵的使用数量。

附图说明

图1为实施一提供的液体体积计量装置结构示意图，其中球形腔体设置在计量管下端，用于计量较少液体。

图2为实施一提供的液体体积计量装置结构示意图，其中球形腔体设置在计量管中部两对光电开关之间，用于计量较多液体。

图3为实施二提供的液体体积计量装置结构示意图，其中球形腔体设置在计量管下端，用于计量较少液体。

图4为实施二提供的液体体积计量装置结构示意图，其中球形腔体设置在计量管中部两对光电开关之间，用于计量较多液体。

图5为实施例一装置中电子元件连接示意图。

图6为实施例二装置中电子元件连接示意图。

附图标记说明：

A-蠕动泵，B-三通电磁气阀，C：透明计量管，D：红外光电开关，其中D-1为光发射端，D-2为光接收端，E：三通电磁液阀，F：液体瓶。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例一：计量一种液体体积

如图1所示，本例计量一种较小体积的液体，装置包括蠕动泵A和一组计量组件，计量组件包括透明计量管C、设置在透明计量管C上方的三通电磁气阀B、设置在透明计量管C下方的三通电磁液阀E、设置在透明计量管上端和下端两侧的两对光电开关D、与三通电磁液阀连接的液体瓶F；蠕动泵A与三通电磁气阀B通过蠕动泵软管连接，透明计量管C上端与三通电磁气阀B、下端与三通电磁液阀E相连，三通电磁液阀E通过管路与液体瓶F连接。各光电开关D输出信号至控制器间接控制三通电磁气阀和三通电磁液阀，蠕动泵A、三通电磁气阀B、三通电磁液阀E、各光电开关D均与控制器具有电连接，控制器用于控制蠕动泵A工作，各光电开关D由控制器供电并向控制器输出信号，光电开关两端施加电压，最后产生的电压跳变信号间接控制三通电磁气阀和三通电磁液阀的通断。透明计量管C上具有一球形腔体，透明计量管C中球形腔体设计在计量管偏下端一侧，两对红外光电开关D固定在球形腔体上端，根据球形腔体半径大小可计算出体积大小：

透明计量管圆柱体部分的体积可由下式进行计算：

V圆柱＝π.R².h (2)

具体的说，透明计量管竖直安装，需根据计量液体体积的大小选择合适的位置固定光电开关。控制器为PLC或者单片机。光电开关为红外型光电开关，包括光发射端和光接收端。光电开关竖直固定在透明计量管上。透明计量管材质为石英、普通玻璃或者有机玻璃。

蠕动泵的流量范围为10mL/min～100mL/min，光电开关两端施加电压为1～24V，每对光电开关包括光发射端D-1，以及光接收端D-2。透明计量管圆柱体部分的内半径范围为1mm～5mm，球形腔体部分的内半径范围为8mm～25mm，圆柱体和球形腔体的内半径比值范围为5～25。

对于较小体积的液体计量，液体的计量和球形腔体的体积大小无关，只与圆柱体部分的半径R和两个光电开关的距离h有关，因此选择合适半径的球形腔体即可。开始计量时，三通电磁气阀B打开，透明计量管C下方对应的三通电磁液阀E靠近液体瓶F一侧打开，蠕动泵A顺时针转动形成负压，使得液体被抽到对应的透明计量管C中，当液体流到透明计量管C上端光电开关D位置时会引起光电开关D两端的电压瞬间降低。光电开关D将这一信号输送到控制器中然后控制器将三通电磁气阀B对应的通道关闭，这时蠕动泵A停止转动。接下来，控制器控制蠕动泵A逆时针转动，三通电磁气阀B再次打开，液体流到对应透明计量管C下端光电开关D的位置时，光电开关D两端的电压再次降低。此时，对应的三通电磁气阀B通道关闭，这时蠕动泵A停止转动，两个光电开关D之间的液体量即为所计量液体体积大小。

当需要计量较大体积的液体时，如图2所示，需将透明计量管C中的球形腔体设计在透明计量管C的中间，两个光电开关D固定在球形腔体两侧，根据所需计量液体体积的大小来选择合适的球形腔体半径，圆柱体部分半径适中，所有操作条件和较小液体体积的计量方式相同。

实施例二：计量多种液体体积

如图3所示，本例计量多种较小液体体积，以三种液体为例。本例装置包括蠕动泵A和三组计量组件，每组计量组件内组成结构与实施例1相同，参数设置也与实施例1相同。透明计量管C中球形腔体设计在透明计量管C偏下端一侧，光电开关D固定在球形腔体上方。开始计量时，三个三通电磁气阀B打开，透明计量管C下方对应的三通电磁液阀E靠近液体瓶F一侧打开，蠕动泵A顺时针转动形成负压，使得液体被抽到对应的透明计量管C中，当液体流到透明计量管C上端光电开关D位置时会引起光电开关D两端的电压瞬间降低。光电开关D将这一信号输送到本通道内的三通电磁气阀B，使得对应的通道关闭。然后依次抽取第二个和第三个液体，直到第三个液体被抽到对应透明计量管C上端光电开关D位置时，三通电磁气阀B所有通道关闭，这时蠕动泵A停止转动。接下来，控制器控制蠕动泵A逆时针转动，三个三通电磁气阀B全部打开，液体流到各自透明计量管C下端光电开关D的位置时，光电开关D两端的电压再次降低。此时，对应的三通电磁气阀B通道关闭，直到最后一个液体流到对应透明计量管C下端光电开关D的位置时，三通电磁气阀B所有通道关闭，这时蠕动泵A停止转动。

当计量多种较大体积的液体时，将透明计量管C中的球形腔体设置在透明计量管C的中间，如图4所示，根据所需计量液体体积的大小来选择合适的球形腔体半径，圆柱体部分半径适中，其它条件不变。

由于透明计量管C中含有一个球形腔体，因此不需要严格控制蠕动泵A的转速，且是三个通道同时工作，大大提高了液体的计量速度，缩短了整体检测的时间，且彼此互不干扰。

以前的装置中，透明计量管中不具有球形腔体，当透明计量管内径为4mm，为了避免气泡产生，蠕动泵流量不超过9.6mL/min；当计量管内径为3mm时，蠕动泵流量不超过7.2mL/min，完成1mL计量需要2分钟左右。

以下列出几组实施数据，进一步说明本发明装置达到的良好效果。

采用本发明中图1所示装置，透明计量管圆柱体部分内径为3mm，球形腔体的内径为24mm时(壁厚均为1.5mm，下同)，计量1mL液体时，两个光电开关固定在球形腔体上端一侧，距离为14.15cm，当设置蠕动泵流量为10mL/min，完成一次计量仅耗时70s，连续测试25次，平均计量误差0.09％。当设置蠕动泵流量为20mL/min，完成一次计量仅耗时43s，连续测试25次，平均计量误差0.10％。当设置蠕动泵流量为50mL/min，完成一次计量仅耗时19s，同样连续测试25次，平均计量误差0.12％。当设置蠕动泵流量为100mL/min，完成一次计量仅耗时12s，同样连续测试25次，平均计量误差0.14％。

采用本发明中图2所示装置，透明计量管圆柱体部分内径为3mm，球形腔体的内径为24mm时，计量8mL液体时，两个光电开关固定在透明计量管球形腔体两侧，距离为13.48cm，当设置蠕动泵流量为50mL/min，完成一次计量仅耗时18s，连续测试25次，平均计量误差-0.09％。当设置蠕动泵流量为100mL/min，完成一次计量仅耗时11s，同样连续测试25次，平均计量误差0.14％。

采用本发明中图1所示装置，透明计量管圆柱体部分内径为2mm，球形腔体的内径为25mm时，计量1mL液体时，当设置蠕动泵流量为10mL/min，完成一次计量耗时82s，连续测试25次，平均计量误差-0.08％。当设置蠕动泵流量为50mL/min，完成一次计量仅耗时22s，同样连续测试25次，平均计量误差0.05％。当设置蠕动泵流量为100mL/min，完成一次计量仅耗时14s，同样连续测试25次，平均计量误差0.12％。

采用本发明中图1所示装置，透明计量管圆柱体部分内径为4mm，球形腔体的内径为16mm时，计量1mL液体时，当设置蠕动泵流量为10mL/min，完成一次计量耗时38s，连续测试25次，平均计量误差-0.08％。当设置蠕动泵流量为50mL/min，完成一次计量仅耗时11s，同样连续测试25次，平均计量误差0.05％。当设置蠕动泵流量为100mL/min，完成一次计量仅耗时6s，同样连续测试25次，平均计量误差0.10％。

采用本发明中图2所示装置，透明计量管圆柱体部分内径为5mm，球形腔体的内径为25mm时，计量10mL液体时，当设置蠕动泵流量为50mL/min，完成一次计量仅耗时28s，同样连续测试25次，平均计量误差0.12％。当设置蠕动泵流量为100mL/min，完成一次计量仅耗时15s，同样连续测试25次，平均计量误差0.15％。

可见，以上实验总体平均计量误差不超过±0.15％，而目前常见蠕动泵的体积计量误差在±0.5％左右，注射泵的体积计量误差在±0.3％左右，可以看出本发明的液体体积计量精度明显优于采用蠕动泵和注射泵的现有液体体积计量装置。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。