專利名稱：自動調(diào)整pH值的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將化學(xué)溶液的pH值自動調(diào)整到期望值的系統(tǒng)(方法和裝置)。
pH值是生物溶液(緩沖溶液)至關(guān)重要的性質(zhì)。因而，調(diào)整pH值是制備緩沖溶液的基本程序以及實(shí)驗(yàn)室的日常工作。通常，pH值是通過使用pH計(jì)測定的。傳統(tǒng)地，將不想要的pH值調(diào)整到期望值是在pH計(jì)的監(jiān)測下通過手動向緩沖溶液中加入適量的酸或堿來完成的。然而，這樣不容易估計(jì)要加入的酸或堿溶液的量，并且難以控制所加入的酸或堿溶液的量。常常需要重復(fù)多次地交替加入酸或堿才能達(dá)到期望的pH值。因而，這使得溶液的制備過程是令人煩惱和費(fèi)時的。
許多專利(US3730615、US3769178、US4058365、US4266942、US4302299、US4859608、US4940551和US5291418)公開了不同的自動滴定的方法。雖然這些自動滴定儀可用于調(diào)整溶液的pH值，但是它們不適宜實(shí)驗(yàn)室的日常使用。所有這些已知的方法(程序)包含復(fù)雜的計(jì)算和建立某種數(shù)學(xué)曲線。它們需要輸入許多預(yù)先設(shè)定的參數(shù)。此外，它們沒有自動選擇要加入的合適的滴定劑的裝置，并且不能很好地處理過量的問題。另外，這些滴定儀價(jià)格昂貴。因而，這些局限性限制了用于調(diào)整pH值的自動滴定儀的使用。
本發(fā)明提供了一種簡單而又可行的系統(tǒng)(方法和裝置)，該系統(tǒng)可自動加入所需的適量酸或堿以獲得期望的pH值。因而，本發(fā)明將極大地簡化pH值的調(diào)整程序，使這項(xiàng)工作變得更加容易、快捷、有效和準(zhǔn)確。
本發(fā)明的主要目的是提供一種快速、有效和準(zhǔn)確地自動調(diào)整溶液pH值的系統(tǒng)(方法和裝置)。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種自動的pH值調(diào)整系統(tǒng)，它不需要復(fù)雜的計(jì)算或建立任何數(shù)學(xué)曲線，從而不用輸入許多預(yù)先設(shè)定的參數(shù)并相應(yīng)地簡化了操作程序。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能自動調(diào)整pH值的新的pH計(jì)，它簡單、便宜并容易制造。
本發(fā)明的調(diào)整過程被一個微處理器控制，該處理器能不斷地完成通過一種普通的pH計(jì)測得的溶液的實(shí)際pH值與通過操作者輸入的期望值之間的相減。所計(jì)算差值的極性(即正或負(fù))決定了要加入的試劑(酸或堿)。所計(jì)算差值的大小決定了借助一系列間斷性的矩形波電流脈沖而加入的試劑的數(shù)量，該脈沖的持續(xù)時間或強(qiáng)度隨著差值的變化而變化，從而控制調(diào)整試劑的分配器。這樣，如果算得的結(jié)果(期望值減去實(shí)際值)是負(fù)值則意味著實(shí)際的pH值高于(堿多了)期望的pH值，基于計(jì)算結(jié)果的絕對值發(fā)出所產(chǎn)生的電流脈沖信號以把酸加到溶液中，直到pH值降到期望的值。相反，如果計(jì)算結(jié)果是正的則意味著實(shí)際pH值是低于(酸多了)期望的PH值，電流脈沖被發(fā)出以把堿加至溶液中，直到pH值升到期望的值。當(dāng)計(jì)算結(jié)果是零或很接近于零時，該操作自動停止。
本發(fā)明的新特征在下面的權(quán)利要求中進(jìn)行了闡述。然而，發(fā)明的本身(包括它的結(jié)構(gòu)和它的操作方法)以及其它的目的和優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)和附圖一起閱讀時將會從下面描述的具體實(shí)施例中得到最好的理解。


圖1是一個描述本發(fā)明的程序和pH值調(diào)整系統(tǒng)的組成的流程圖。
圖2描述的是本發(fā)明的機(jī)械組成的結(jié)構(gòu)。
圖3是本發(fā)明的裝置的全部外觀示意圖。
本發(fā)明主要包括兩個主要部件一個微處理器(電子部件)和兩個液體分配器(機(jī)械部件)。
微處理器包括以下功能構(gòu)件(參照圖1)計(jì)算器1、電流脈沖發(fā)生器2和輸出控制器3。
計(jì)算器1不斷地完成期望值(A)和測量值(B)之間的相減(A-B＝？)，其中A被操作者輸入，B被一個內(nèi)部相連的pH計(jì)測量。該測量值在pH調(diào)整的過程中隨時變化?？梢缘玫饺N不同的測量結(jié)果51)0 (如果A＝B)2)正值(0.5、1、2……) (如果A＞B)3)負(fù)值(-0.5、-1、-2……) (如果A＜B)計(jì)算結(jié)果5的輸出作為一種信號去控制接續(xù)操作。
電流脈沖發(fā)生器2能不斷地產(chǎn)生不同波形的DC電流脈沖6，該不同波形電流的持續(xù)時間或強(qiáng)度隨著該差值的絕對值的大小變化而變化。如果計(jì)算結(jié)果是零(當(dāng)A＝B)，電流發(fā)生器2被關(guān)閉以致于沒有電流輸出產(chǎn)生。這里用作實(shí)施例的是持續(xù)時間不一樣的三種不同的矩形脈沖波形。對于這三種不同的輸出波形，電流脈沖持續(xù)時間7隨著絕對值的減小而從長變短，但是兩脈沖之間的間隔8是同樣大小的。電流脈沖持續(xù)時間7被用來控制液體分配器的開關(guān)的打開時間。在每次分配之后，電流脈沖的間隔8為加入的酸或堿試劑與被實(shí)驗(yàn)溶液(subject solution)相混合提供時間。
輸出(線路)控制器3用來控制輸出信號的目的地。有兩條輸出線路9和10直接將信號傳遞給能把酸或堿加入到緩沖溶液中的機(jī)械系統(tǒng)。一條線路(如線路9)傳遞信號實(shí)現(xiàn)加堿；另一條線路(線路10)傳遞信號實(shí)現(xiàn)加酸。是打開線路9還是線路10取決于由上面計(jì)算得到的A-B差值的極生(+或-)。
如果A-B是正值(0.5、1、2……)，這意味著溶液的pH值低于期望的pH值，需要加入堿。在這種情況下，線路9是開的而線路10是關(guān)的。
如果A-B是負(fù)值(-0.5、-1、-2……)，這意味著溶液的pH值高于期望的pH值，需要加入酸。在這種情況下，線路10是開的而線路9是關(guān)的。
這兩種線路之間的變換可隨著+/-的變化而自動發(fā)生。
上面所描述的三種構(gòu)件可整裝為一個單個的電子循環(huán)回路，或者被分成具有相似功能的多個部件。
機(jī)械部件(參照圖2)主要包括一對液體容器11和一對開-關(guān)開閉器12。
液體容器11被用于貯存調(diào)整pH值所需的液體。一個裝酸溶液，另一個裝堿溶液。兩者都安裝在架臺的頂部，但是可以取下。每個瓶子的底部連有一個管子或?qū)Ч?3用來將酸液或堿液加入到緩沖溶液中。這兩個管子在底部被連在一起成為一個單管14并和電極15平行。
用位于每個瓶子和管子之間的兩個開閉器12控制連接(管道)的開和關(guān)。開閉器12控制向緩沖溶液中放出(加入)的酸或堿。它們通常在處于關(guān)閉位置時被彈簧頂著。壓緊彈簧以打開管道的力來自電流輸出(脈沖)引發(fā)的電磁感應(yīng)。開閉器的打開時間取決于電流脈沖的持續(xù)時間。開閉器的打開可使容器中的液體在重力作用下下降。因而，電流輸出(信號)能控制向緩沖溶液里加入的適量的酸或堿溶液的量。
上面所提到的開閉器的結(jié)構(gòu)只是起說明作用。因而，對于傳送要加入的酸或堿(進(jìn)行酸或堿的加入)的方法，還有其它的裝置能令人滿意地達(dá)到同樣的結(jié)果。一種這樣的裝置(代替開閉器)是被相同電流輸出推動的機(jī)械泵。
根據(jù)本發(fā)明方法一種pH調(diào)整的操作程序如下所示如圖3所示的是總裝配和連接方式。
調(diào)整緩沖溶液的pH值，1)將裝在容器17(如燒杯)中的緩沖溶液放在磁力攪拌器18上并打開攪拌器。
2)將電極15和酸/堿傳送管14浸入緩沖溶液中并打開pH計(jì)4。(所用的pH計(jì)通常包括校準(zhǔn))。
3)輸入期望的pH值并按下“ON”以啟動pH自動調(diào)整系統(tǒng)。
4)當(dāng)緩沖pH值(通過pH計(jì)讀取)等于期望的pH值，關(guān)閉自動調(diào)整功能。
上面所詳細(xì)描述的設(shè)備的安裝和使用方法構(gòu)成本發(fā)明人的優(yōu)選的實(shí)施方案以及本發(fā)明的替代實(shí)施方案。本發(fā)明人知道能夠提供預(yù)期結(jié)果的設(shè)備的許多構(gòu)件作為一個整體或其組成部件的一部分是可以得到的。雖然本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)具體的實(shí)施方案作了描述和說明，應(yīng)該理解到那些要借助本發(fā)明的其它實(shí)施方案沒有背離本發(fā)明。因而上面所描述的本發(fā)明的方式只是為了說明本發(fā)明而不應(yīng)理解為對下列權(quán)利要求范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于將化學(xué)溶液的pH值調(diào)整到期望值的自動控制方法，所述方法包括以下步驟a.測量所述溶液的起始pH值，監(jiān)測所述溶液pH值的后續(xù)變化；b.計(jì)算所述被實(shí)驗(yàn)溶液的pH測量值和所述pH期望值之間的差值，由此給出了所述測量值和所述期望值的差值以及所述計(jì)算差值的極性；c.根據(jù)所述pH測量值和所述期望值之間的差值，產(chǎn)生一系列電流脈沖；d.根據(jù)所述計(jì)算差值的極性將所述電流脈沖施加到要加入酸試劑或者堿試劑的分配器上，根據(jù)所述電流脈沖將所述試劑分配到所述被實(shí)驗(yàn)溶液中；其中上面所述步驟在所述pH測量值和所述pH期望值的差值以及所述電流脈沖輸出之間形成一個負(fù)反饋循環(huán)；不斷進(jìn)行所述循環(huán)，以逐漸地縮小所述溶液的pH值與所述期望值之間的差值；其中上面所述步驟在所述分配器之間還裝有一個串?dāng)_(cross-talk)裝置，以根據(jù)所述極性的變化自動控制要加入的所述試劑，因而可有效地處理過量問題。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述溶液的pH值的測量是通過pH計(jì)來進(jìn)行的。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述計(jì)算是減法運(yùn)算，因而所述計(jì)算差值是所述減法值的絕對值，所述差值的極性是正的或負(fù)的。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述計(jì)算是根據(jù)所述溶液的pH測量值的每次變化而不斷地進(jìn)行的。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述電流脈沖是以矩形波的形式并操作所述分配器以控制要加入的所述試劑的劑量。
6.權(quán)利要求5的方法，其中在矩形脈沖之間有固定的時間間隔，從而在每次分配之后為將所加入的所述酸試劑或堿試劑與所述被實(shí)驗(yàn)溶液充分混合提供時間。
7.權(quán)利要求1的方法，在pH值的調(diào)整期間，其中所述電流脈沖的大小(持續(xù)時間或強(qiáng)度)隨著pH測量值和期望值之間的計(jì)算差值的變化而隨時變化。
8.權(quán)利要求1的方法，其中使用至少兩個液體分配器，至少一個所述分配器用于分配所述酸試劑，至少另外一個用于分配所述堿試劑。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述分配器包括一種由電磁裝置驅(qū)動的可控制的開閉器或者一種由電機(jī)驅(qū)動的用于分配液體的泵；一種與所述開閉器/泵可接上和可拆下地連接的容器，該容器用來貯存用于調(diào)整pH值的所述酸試劑或堿試劑。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述酸試劑或堿試劑指任何適于調(diào)整pH值的酸溶液或堿溶液。
11.一種用于將化學(xué)溶液的pH值調(diào)整到期望值的自動控制裝置，所述裝置包括a.用于測量所述溶液的起始pH值并監(jiān)測所述溶液的pH值的后續(xù)變化的裝置；b.用于計(jì)算所述被實(shí)驗(yàn)溶液的pH測量值和所述pH期望值之間的差值的裝置，由此給出了所述pH測量值和所述期望值的差值以及所述計(jì)算差值的極性；c.根據(jù)所述pH測量值和所述期望值之間的計(jì)算差值，產(chǎn)生一系列電流脈沖的裝置；d.根據(jù)所述計(jì)算差值的極性將所述電流脈沖施加到要加入酸試劑或者堿試劑的分配器上和根據(jù)所述電流脈沖將所述試劑分配到所述被實(shí)驗(yàn)溶液中的裝置；其中上面所述裝置在所述pH測量值和所述pH期望值的差值以及所述電流脈沖輸出之間形成一個負(fù)反饋循環(huán)；不斷進(jìn)行所述循環(huán)，以逐漸縮小所述溶液的pH值和所述期望值之間的差值；其中上面所述裝置在分配器之間還裝有一個串?dāng)_(cross-talk)裝置，以根據(jù)所述極性的變化自動控制要加入的所述試劑，從而有效地處理過量問題。
12.權(quán)利要求11的裝置，其中用于測量所述溶液pH值的裝置采用的是pH計(jì)。
13.權(quán)利要求11的裝置，其中所述計(jì)算是減法運(yùn)算，因而所述計(jì)算差值是所述減法值的絕對值，所述差值的極性是正的或負(fù)的。
14.權(quán)利要求11的裝置，其中所述計(jì)算是根據(jù)所述溶液的pH測量值的每次變化而不斷地進(jìn)行的。
15.權(quán)利要求11的裝置，其中所述電流脈沖是以矩形波的形式并操作所述分配器以控制要加入的所述試劑的劑量。
16.權(quán)利要求15的裝置，其中所述矩形脈沖相互間被時間間隔分離開，因而在每次分配之后為將所述加入的酸試劑或堿試劑與所述被實(shí)驗(yàn)溶液充分混合提供時間。
17.權(quán)利要求11的裝置，在pH值的調(diào)整期間，其中所述電流脈沖大小(持續(xù)時間或強(qiáng)度)隨著pH測量值和期望值之間的計(jì)算差值的變化而隨時變化。
18.權(quán)利要求11的裝置，其中至少兩個液體分配器被使用，至少一個所述分配器被用于分配所述酸試劑，至少另外一個用于分配所述堿試劑。
19.權(quán)利要求18的裝置，其中所述分配器包括一種由電磁裝置驅(qū)動的可控制的開閉器或者一種由電機(jī)驅(qū)動的用于分配液體的泵；一種與所述開閉器/泵可接上和可拆下地連接的容器，該容器用來貯存用于調(diào)整pH值的所述酸試劑或堿試劑。
20.權(quán)利要求11的裝置，其中所述酸試劑或堿試劑是指任何適于調(diào)整pH值的酸溶液或堿溶液。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種通過加入適量的酸或堿將化學(xué)溶液的pH值自動調(diào)整至一期望值的控制方法和裝置。該調(diào)整過程被一個能不斷完成溶液的測量值和期望值之間相減的微處理器控制。該計(jì)算差值的極性(即正或負(fù))決定了所要加入的試劑(酸或堿)。該計(jì)算差值的大小決定了所要加入的試劑的數(shù)量,借助于一系列間斷電流脈沖控制調(diào)整試劑的分配器,電流脈沖的持續(xù)時間或強(qiáng)度隨著計(jì)算差值大小的變化而變化。
文檔編號G05D21/00GK1328275SQ0013738
公開日2001年12月26日 申請日期2000年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月15日
發(fā)明者康景軒 申請人:康景軒