滴定液定量快速灌注的制造方法
【專利摘要】一種滴定液定量快速灌注機，包括電器、程序控制及容器，其特征在于試劑瓶通過導管連接試液抽入口，經(jīng)管道中設(shè)置的下逆止閥與三通管下端相連，三通管的中端口與定容器進出口端連接、上端通過上逆止閥與試液出口端相連，直流伺服電機的轉(zhuǎn)動軸與活塞通過軸連器機械連接；在試液出口端安裝的光感應(yīng)開關(guān)，單片機、led數(shù)碼管、輸入旋轉(zhuǎn)開關(guān)、聲光提示器與直流伺服電機的電源線及編碼器的信號線相連；程序根據(jù)設(shè)定的每次抽取即等量排出試液數(shù)值、定容器活塞的直徑，計算出直流伺服電機的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)；試液流出使光感應(yīng)開關(guān)觸發(fā)后，同時令電機轉(zhuǎn)動、定容器的活塞作往復運動；本發(fā)明設(shè)備加動力排出，克服液體流速慢的缺點，節(jié)省時間，提高實驗效率、減少試液浪費和降低環(huán)境污染。
【專利說明】滴定液定量快速灌注機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于教具，涉及化學實驗教學設(shè)施，一種滴定液定量快速灌注機，將滴定分析液灌注于滴定管中的分液機械。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)化學分析滴定實驗中的設(shè)施:試液即標準溶液，用試劑瓶或下口瓶貯存，貯存于試劑瓶內(nèi)的試液依靠液位差通過導液管注入滴定管；貯存于下口瓶中的試液也是依靠液位差自然注入滴定管中，因此，傳統(tǒng)設(shè)施都必須將試劑瓶設(shè)置在高處，以便與出液口存在勢位差。在取液過程中因?qū)б汗芊忾]不嚴或操作不當?shù)仍?，?jīng)常出現(xiàn)試液外濺在地面或操作臺上，造成腐蝕性污染。由于以上兩種試劑瓶上、下口的設(shè)置方式，標準溶液都是依靠液位差流入滴定管中，取液過程就必須耗費大量的時間，特別是在大型的教學及考試中，同一時間段內(nèi)實驗人數(shù)多，后期取標準溶液的人要損失大量的時間用于等待，擠占了實驗時間，必然造成人為的成績差別，嚴重影響教學質(zhì)量評判和對學生的公平檢驗。另外貯存標準溶液的試劑瓶或下口瓶必須放置于高處，在搬運和取液的過程中必然存在一定的危險性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種滴定液定量快速灌注機，精準、快速輸出試液，既能提高實驗操作效率，解決困擾教學質(zhì)量的主要問題、又解決了設(shè)施的安全問題，并且減少標準溶液浪費及降低環(huán)境污染。
[0004]本發(fā)明的滴定液定量快速灌注機，包括電器控制部分、程序控制部分及電器盒和容器設(shè)施，其特征在于試劑瓶在地面，通過導管連接試液抽入口，試液抽入口通過管道中設(shè)置的下逆止閥與三通管下端相連，三通管的中端口與定容器進出口端連接、上端通過上逆止閥與試液出口端相連，且與中端口在同一垂直面，直流伺服電機的轉(zhuǎn)動軸與活塞通過軸連器機械連接；電器部分:在試液出口端安裝的光感應(yīng)開關(guān)，電器盒內(nèi)有單片機、led數(shù)碼管、輸入旋轉(zhuǎn)開關(guān)、聲光提示器，整體安裝在印刷線路板上，并通過導線與直流伺服電機的電源線及尾部的編碼器的信號線相連；程序控制部分:旋轉(zhuǎn)電器盒上的輸入旋轉(zhuǎn)鈕給單片機設(shè)定的輸入值l_55mL，并將此數(shù)值顯示在led數(shù)碼管上，單片機中的作業(yè)控制程序得到啟動直流伺服電機驅(qū)動的信號、使伺服電機推動定容器，直流伺服電機正向旋轉(zhuǎn)帶動活塞完成試液的一次抽入量，試劑瓶的試液通過導管抽入到定容器中，同時編碼器把直流伺服電機驅(qū)動的狀況反饋給單片機控制程序；當計算的直流伺服電機旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與直流伺服電機旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)值相等時，直流伺服電機停止正向或反向的旋轉(zhuǎn)，之后向反方向旋轉(zhuǎn)、將抽取的試液等量排出，并使試液出口端的光感應(yīng)開關(guān)發(fā)出信號，每往復運動一次，直流伺服電機即停止，完成一次取試液過程；當再次產(chǎn)生聲光提示器和光感應(yīng)開關(guān)的信號，即是又一次啟動直流伺服電機的指令，進行下一次的往復運動。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點:本設(shè)備是將標準溶液在多人同時試驗時的分配用具，具有分液速度快，分液量一致、無滲漏的特點，通過試液出口感應(yīng)開關(guān)啟動伺服電機將標準溶液注入滴定管中，提高實驗效率、減少試液浪費和降低環(huán)境污染，能夠滿足多人次同量實驗操作的技能考核要求。為了克服傳統(tǒng)方法依靠液位差使試液流入滴定管中，貯存試液的試劑瓶或下口瓶需放置高位存在的不足，該機增加動力將標準溶液提取至定容器兼暫存容器內(nèi)。這樣，貯存試液的試劑瓶可放置于地面或任何距離的位置，通過聯(lián)接管與灌注機相接，依靠定容器活塞的往復運動將試液注入于滴定管中。同時通過控制程序操縱伺服電機編碼器，能根據(jù)實驗器皿的規(guī)格確定每次注入滴定管中的標準溶液量，并且通過灌注出口的光感應(yīng)開關(guān)啟動電機，每次灌注完成后所產(chǎn)生的感應(yīng)信號便是再次灌注排出的電機啟動命令，與傳統(tǒng)方法比較減少了需關(guān)閉止液閥、避免試液外溢，節(jié)省時間，并且加動力排出，克服液體流速慢的缺點，從而提高實驗效率、減少試液浪費和降低環(huán)境污染。
[0006]本設(shè)備設(shè)置可選擇的量程為l_55mL,因為實驗室常用的滴定管的容量為25mL和50mL兩種，取用標準滴定液時應(yīng)多于這個容量值，即取30mL或55mL，再由操作者通過手動調(diào)整滴定管的旋塞或擠壓玻璃球?qū)⒐軆?nèi)液體量精確到25mL或50mL，再進行滴定操作。其它的量程值是為了本機可用于不精確取液的用途。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是滴定液定量快速灌注機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2a是圖1灌注機的電氣控制盒殼體前視圖；
[0009]圖2b是圖1灌注機的電氣控制盒殼體后視圖；
[0010]圖3是所述灌注機的電器原理框圖；
[0011]圖4是電器件連接示意圖；
[0012]圖5是所述灌注機的單片機控制程序示意圖。

【具體實施方式】
[0013]滴定液定量快速灌注機，包括電器部分、控制程序部分及電器盒和容器設(shè)施，見圖1，其特征在于在地面或者低位的試液瓶通過導管連通試液抽入口 1，試液抽入口 I通過管道中設(shè)置的下逆止閥2與三通管3下端相連，三通管3的中端口與定容器9進出口端連接、上端經(jīng)上逆止閥2'與試液出口 4相連，且與三通管3的中端口在同一垂直面，直流伺服電機7的轉(zhuǎn)動軸與活塞8通過軸連器機械連接。所述電器控制部分的電器件見圖2a、2b，電器盒正面有旋轉(zhuǎn)輸入開關(guān)、電源開關(guān)、2位LED數(shù)碼管。電器盒后面有伺服電機輸出插口、伺服電機編碼輸入口、電源輸入插口。電器盒內(nèi)有線路板，很小的單片機與led數(shù)碼管、旋轉(zhuǎn)輸入開關(guān)、聲光提示器5整體安裝在印刷線路板上，各電器件與直流伺服電機7的電源線及尾部的編碼器6的信號線相連。聲光提示器5展示部分設(shè)置在試液出口 4處。
[0014]單片機內(nèi)存有控制程序，參見圖3，電源連接所有電器件，旋轉(zhuǎn)輸入開關(guān)給單片機內(nèi)存的控制程序輸入數(shù)值、出液口光感應(yīng)開關(guān)的信號送入控制程序，單片機的控制狀態(tài)由LED數(shù)碼管、聲光提示器顯示；單片機中的作業(yè)控制程序根據(jù)設(shè)定的每次抽取即等量排出試液數(shù)值，結(jié)合定容器活塞的直徑，計算出直流伺服電機的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)；當作業(yè)指令使光感應(yīng)開關(guān)觸發(fā)動作后，同時令直流伺服電機轉(zhuǎn)動，帶動定容器的活塞作往復運動；直流伺服電機已旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)由直流伺服電動機的編發(fā)器反饋給單片機，當計算的直流伺服電機旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與直流伺服電機旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)值相等時，直流伺服電機停止正向或反向的旋轉(zhuǎn)，直流伺服電機正向旋轉(zhuǎn)帶動活塞完成試液的一次抽入量，試劑瓶的試液通過導管抽入到定容器中，之后向反方向旋轉(zhuǎn)、將抽取的試液等量排出，試液排出時使試液出口端的光感應(yīng)開關(guān)發(fā)出信號，每往復運動一次，直流伺服電機即停止，完成一次取試液過程；當再次產(chǎn)生聲光提示器和光感應(yīng)開關(guān)的信號，即是又一次啟動直流伺服電機的指令，進行下一次的往復運動。
[0015]電器部分，參見圖4:電源選用成品開關(guān)電源，規(guī)格是5V/1AU2V/3A。在5V電源正極、接地極之間并聯(lián)的旋轉(zhuǎn)輸入開關(guān)SI，通過導線接入單片機Ul的腳12，用于輸入量計數(shù)。計數(shù)上拉電阻Rl與單片機Ul腳12和旋轉(zhuǎn)輸入開關(guān)SI相連。安裝在出液口 2處的出液口光感應(yīng)開關(guān)S2通過導線接于單片機Ul的腳13，用于啟動滴定液定量快速灌注機。出液上拉電阻R2與單片機Ul的腳13和出液口光感應(yīng)開關(guān)S2通過線纜相連。在5V電源正極、接地極之間并聯(lián)的重置電阻R3和重置電容C3與單片機Ul的腳9相連，來完成單片機Ul的復位。2位共陽LED數(shù)碼管DPY1、DPY2的abcdefg段分別接于驅(qū)動集成塊U3、驅(qū)動集成塊U2的B1—B8端；驅(qū)動集成塊U3、U2的A1—A8端通過總線接于單片機Ul的POOP07端；驅(qū)動集成塊U2的腳I接于單片機Ul的腳24 ;驅(qū)動集成塊U3的I腳接于單片機Ul的25腳；2位共陽LED數(shù)碼管DPY1、DPY2的腳3、8分別接入各自限流電阻R7、R8的一端，限流電阻R7、電阻R8的另一端接入5V電源正極；單片機Ul的腳23通過限流電阻R4連接三極管Ql ;三極管Ql集電極驅(qū)動蜂鳴器LSl和LED燈Dl來完成聲光提示器6的功能；聲光提示器6的蜂鳴器一端與提示電阻R5的一端相連接一并接入5V電源正極，另一端接三極管Ql的集電極，提示電阻R5的另一端接LED燈Dl的陽極，LED燈Dl的陰極接三極管Ql的集電極，三極管Ql的發(fā)射極接地；直流伺服電機驅(qū)動集成塊U4的腳5、6分別接于單片機Ul的腳21、22，分別控制直流伺服電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；直流伺服電機驅(qū)動集成塊U4的腳I接地、腳2接直流伺服電機的一端，直流伺服電機的另一端接電機驅(qū)動集成塊U4的腳10 ;電機驅(qū)動集成塊U4的腳3接旁路電容C4的一端，旁路電容器C4的另一端接地；電機驅(qū)動集成塊U4的腳9接旁路電容C5的一端，旁路電容器C5的另一端接地；穩(wěn)壓二極管D2的陰極接電機驅(qū)動集成塊U4的腳4，陽極接地；電機驅(qū)動集成塊U4的腳7接于12V電源正極；電機限流電阻R6的一端接于12V電源正極，電機限流電阻R6的另一端接于電機驅(qū)動集成塊U4的腳8 ;直流伺服電機7尾部編碼器的信號線腳1-8通過電纜接于單片機Ul的P10-P17端子，完成對直流伺服電機的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向的檢測。晶振Xl的兩個腳分別接于單片機Ul的腳18和腳19，起振電容Cl和起振電容C2的一腳分別接晶振Xl的一個腳，另一個腳電源負。
[0016]所述的定容器9是由液體貯存缸、活塞和進出液聯(lián)接管組成，材質(zhì)為聚四氟乙烯塑料。貯存缸內(nèi)徑為輸入控制程序中的“活塞直徑”，貯存缸、活塞間達到無液體滲漏精度。
[0017]作業(yè)控制程序參見圖5:單片機內(nèi)存的控制程序根據(jù)旋轉(zhuǎn)輸入開關(guān)輸入數(shù)值的脈沖數(shù)，來確定每次抽取標準溶液數(shù)值，標準溶液最小供給為lmL，最大55mL，并將此輸入數(shù)值顯示在led數(shù)碼管上，正確則按下確認鍵。如果此時出液口感應(yīng)開關(guān)被觸發(fā)，單片機中的作業(yè)控制程序根據(jù)輸入的取液量數(shù)值、結(jié)合定容器9活塞的直徑，計算出直流伺服電機7的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，輸送指令給直流伺服電動機7的編碼器6，直流伺服電動機7帶動定容器的活塞作往復運動，再經(jīng)直流伺服電動機尾部的編碼器反饋給單片機；直流伺服電機7正向旋轉(zhuǎn)帶動活塞8使輸入量的標準溶液在定溶器9內(nèi)單向流動，當直流伺服電機7正轉(zhuǎn)帶動定容器9的活塞8抽取試液瓶中的標準溶液時，與試液入口 I相連的下逆止閥4因負壓作用開啟，同時與試液出口 4相連的上逆止閥3因自身重量和負壓作用關(guān)閉；當抽入到定容器中的標準溶液達到設(shè)定量時直流伺服電機7反向旋轉(zhuǎn)、將抽取的標準溶液等量向上端的試液出口 4排出。反向旋轉(zhuǎn)與正向旋轉(zhuǎn)圈數(shù)相同，同時與試液入口 I相連的下逆止閥2因自身重量和溶液壓力作用關(guān)閉，試液出口 4相連的上逆止閥2'因溶液的推力作用開啟，活塞8使標準溶液流向試液出口 4注入滴定管中，完成一次取液過程。每往復運動一次，直流伺服電機7即停止。當試液出口 4處的聲光提示器5和感應(yīng)開關(guān)再次被觸發(fā)時、作業(yè)控制程序指令驅(qū)動直流伺服電機7，重復上次動作。
【權(quán)利要求】
1.滴定液定量快速灌注機，包括電器控制部分、程序控制部分及電器盒和容器設(shè)施，其特征在于試劑瓶在地面，通過導管連接試液抽入口，試液抽入口通過管道中設(shè)置的下逆止閥與三通管下端相連，三通管的中端口與定容器進出口端連接、上端通過上逆止閥與試液出口端相連，且與中端口在同一垂直面，直流伺服電機的轉(zhuǎn)動軸與活塞通過軸連器機械連接；電器部分:在試液出口端安裝的光感應(yīng)開關(guān)，電器盒內(nèi)有單片機、led數(shù)碼管、輸入旋轉(zhuǎn)開關(guān)、聲光提示器，整體安裝在印刷線路板上，并通過導線與直流伺服電機的電源線及尾部的編碼器的信號線相連；程序控制部分:旋轉(zhuǎn)電器盒上的輸入旋轉(zhuǎn)鈕給單片機設(shè)定的輸入值l_55mL，并將此數(shù)值顯示在led數(shù)碼管上，單片機中的作業(yè)控制程序得到啟動直流伺服電機驅(qū)動的信號、使伺服電機推動定容器，直流伺服電機正向旋轉(zhuǎn)帶動活塞完成試液的一次抽入量，試劑瓶的試液通過導管抽入到定容器中，同時編碼器把直流伺服電機驅(qū)動的狀況反饋給單片機控制程序；當計算的直流伺服電機旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與直流伺服電機旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)值相等時，直流伺服電機停止正向或反向的旋轉(zhuǎn)，之后向反方向旋轉(zhuǎn)、將抽取的試液等量排出，并使試液出口端的光感應(yīng)開關(guān)發(fā)出信號，每往復運動一次，直流伺服電機即停止，完成一次取試液過程；當再次產(chǎn)生聲光提示器和光感應(yīng)開關(guān)的信號，即是又一次啟動直流伺服電機的指令，進行下一次的往復運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滴定液定量快速灌注機，其特征在于電路連接:電源選用成品開關(guān)電源，規(guī)格是5V/1AU2V/3A ;在5￥電源正極、接地極之間并聯(lián)的旋轉(zhuǎn)輸入開關(guān)(SI)，通過導線接入單片機(Ul)的腳(12)，用于輸入量計數(shù)；計數(shù)上拉電阻(Rl)與單片機(Ul)腳(12)和旋轉(zhuǎn)輸入開關(guān)(SI)相連；安裝在出液口(2)處的出液口光感應(yīng)開關(guān)(S2)通過導線接于單片機(Ul)的腳(13)，用于啟動滴定液定量快速灌注機；出液上拉電阻(R2)與單片機(Ul)的腳(13)和出液口光感應(yīng)開關(guān)(S2)通過線纜相連；在5乂電源正極、接地極之間并聯(lián)的重置電阻(R3)和重置電容(C3)與單片機(Ul)的腳(9)相連，來完成單片機(Ul)的復位；2位共陽LED數(shù)碼管(DPYUDPY2)的a、b、C、d、e、f、g段分別接于驅(qū)動集成塊(U3)、驅(qū)動集成塊(U2)的B1—B8端；驅(qū)動集成塊(U3、U2)的A1—A8端通過總線接于單片機(Ul)的POOP07端；驅(qū)動集成塊(U2)的腳(I)接于單片機(Ul)的腳(24);驅(qū)動集成塊(U3)的腳⑴接于單片機(Ul)的腳(25) ;2位共陽LED數(shù)碼管(DPY1、DPY2)的腳(3、8)分別接入各自限流電阻(R7、R8)的一端，限流電阻(R7、R8)的另一端接入5V電源正極；單片機(Ul)的腳(23)通過限流電阻(R4)連接三極管(Ql);三極管(Ql)集電極驅(qū)動蜂鳴器(LSI)和LED燈(Dl)來完成聲光提不器(6)的功能；聲光提不器(6)的蜂鳴器一端與提不電阻(R5)的一端相連接一并接入5V電源正極，另一端接三極管(Ql)的集電極，提示電阻(R5)的另一端接LED燈(Dl)的陽極，LED燈(Dl)的陰極接三極管(Ql)的集電極，三極管(Ql)的發(fā)射極接地；直流伺服電機驅(qū)動集成塊(U4)的腳(5、6)分別接于單片機(Ul)的腳(21、22)，分別控制直流伺服電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；直流伺服電機驅(qū)動集成塊(U4)的腳(I)接地、腳(2)接直流伺服電機的一端，直流伺服電機的另一端接電機驅(qū)動集成塊(U4)的腳(10)；電機驅(qū)動集成塊(U4)的腳(3)接旁路電容(C4)的一端，旁路電容器(C4)的另一端接地；電機驅(qū)動集成塊(U4)的腳(9)接旁路電容(C5)的一端，旁路電容器(C5)的另一端接地；穩(wěn)壓二極管(D2)的陰極接電機驅(qū)動集成塊(U4)的腳(4)，陽極接地；電機驅(qū)動集成塊(U4)的腳⑵接于12V電源正極；電機限流電阻(R6)的一端接于12V電源正極，電機限流電阻(R6)的另一端接于電機驅(qū)動集成塊(U4)的腳(8);直流伺服電機(7)尾部編碼器的信號線腳(I一8)通過電纜接于單片機(Ul)的端子(P10-P17)，完成對直流伺服電機的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向的檢測；晶振(Xl)的兩個腳分別接于單片機(Ul)的腳(18、19)，起振電容(Cl)和起振電容(C2)的一腳分別接晶振(Xl)的一個腳，另一個腳電源負極。
【文檔編號】B01L3/02GK104128217SQ201410334978
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】杜春霖, 吳瑤慶, 高友, 洪哲, 陳啟凡, 孟昭榮, 張興悅 申請人:遼東學院