专利名称：用于自动检测cod和清洗比色皿的集成装置及方法
技术领域：
本发明涉及COD (化学需氧量)检测技术以及用于COD检测比色皿的清洗装置，具体是用于COD检测比色皿的自动清洗和自动检测COD的装置以及比色皿清洗方法、COD检测方法。
背景技术：
化学需氧量COD是评价水体污染程度的一个重要指标。目前常用的COD检测分析方法有快速消解法、分光光度计法、比色法等，这些检测分析方法中都涉及到比色皿的使用维护与清洗工作。比色皿洁净与否是影响测定COD准确度的因素之一。比色皿清洗的原则是:一是不能损坏比色皿的结构和透光性能，二是能够达到比色皿干净如初的效果。实验室条件下对比色皿的清洗，都是用蒸馏水直接冲洗，或者先采用中和溶解的方法进行润洗，再用大量蒸馏水冲洗，清洗工序复杂，清洗时间长。而且由于使用比色皿的次数多或因使用后未洗净，常常会有有色物质粘附在比色皿的四壁，长期积累和氧化会使比色皿带上一般洗涤方法不易除掉的颜色。通常判断比色皿的清洁程度，都是依靠操作人员的经验，这就不可避免地出现比色皿内壁仍会有化学药品残留、有色残留发现不明显的情况，影响清洗质量。人工清洗过程中，在不注意的情况下，会用手直接触摸比色皿的透光面，对测定COD的准确度产生测量误差。此外，人工清洗的工作强度大，工作效率低，洗涤液使用量大，无法达到自动清洗、节约成本、清洁环保的要求。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的缺陷，提供一种带有单片机控制系统的、将超声波清洗技术应用到COD检测比色皿的在线自动清洗和在线自动检测COD的一体化集成装置，解决比色皿内壁清洗不干净以及COD测定准确度差的问题；本发明的另一目的是提供比色皿的在线自动清洗方法以及COD的在线自动检测方法，实现比色皿的自动清洗和COD的在线准确检测，减少人工操作，缩短清洗检测时间，节约成本。本发明用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置是通过以下技术方案实现的:具有比色皿，在比色皿的上敞口部位设有喷水结构，喷水结构的下部位于比色皿内部，喷水结构的上部由水流导管连接自动泵，自动泵通过水流导管分别经蒸馏水电磁阀连接盛有蒸馏水的蒸馏水瓶、经清洗剂电磁阀连接盛有清洗剂的清洗剂瓶，比色皿的底部通过排液管经废液池电磁阀连接废液池，比色皿的两个毛玻璃外侧均紧贴超声波清洗装置，比色皿的光学外侧面旁设有光学检测装置；所述自动泵、蒸馏水电磁阀、清洗剂电磁阀、废液池电磁阀、超声波清洗装置和光学检测装置以不同的端口分别连接单片机控制系统。本发明所述用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置的比色皿自动清洗方法采用的技术方案是:由单片机控制系统控制蒸馏水电磁阀、清洗剂电磁阀、废液池电磁阀、超声波清洗装置、光学 检测装置和自动泵工作，蒸馏水电磁阀和清洗剂电磁阀在自动泵的工作下，输入蒸馏水或者清洗剂到水流导管，喷水结构中的扇叶在水压的推动下转动，将蒸馏水或者清洗剂喷洒在比色皿内壁上，在超声波清洗装置的配合下对比色皿清洗。具体按如下步骤:
A、单片机控制系统开启系统定时器，同时打开废液池电磁阀，排尽比色皿内的废液，达到单片机控制系统预先设定的定时时间tl时，打开蒸馏水电磁阀、自动泵，注入蒸馏水，水流推动喷水结构内的扇叶转动，将水流喷洒到比色皿内壁进行第一次冲洗；
B、达到设定的定时时间t2时，关闭自动泵、蒸馏水电磁阀和废液池电磁阀，打开清洗剂电磁阀、自动泵，将清洗剂喷洒到比色皿内壁；
C、达到设定的定时时间t3时，打开超声波清洗装置开始超声波清洗；达到设定的定时时间t4时，关闭超声波清洗装置；
D、打开废液池电磁阀，排出比色皿内的废液，达到设定的定时时间t5时，打开蒸馏水电磁阀、自动泵，注入蒸馏水，将 水流喷洒到比色皿内壁进行第二次冲洗；
E、达到设定的定时时间t6时，关闭自动泵、蒸馏水电磁阀、废液池电磁阀，完成自动清洗。本发明所述用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置的COD自动检测方法采用的技术方案包括如下步骤:
A、在清洗完比色皿之后，单片机控制系统关闭废液池电磁阀，将待测水样直接从比色皿的上敞口端注入对比色皿进行润洗；
B、当达到单片机控制系统预先设定的定时时间t7时，打开废液池电磁阀排出废液；达到设定的排尽比色皿内废液的定时时间t8时，再次关闭废液池电磁阀；
C、手动向比色皿内注入待测水样，达到设定的注入水样稳定的定时时间t9时，单片机控制系统打开光电检测装置，自动计算获取水质COD值；
D、达到设定的定时时间tlO时，检测完毕，关闭光电检测装置，同时打开废液池电磁阀排液。本发明与已有技术相比有如下优点:
1、本发明集成装置采用一种水流推动旋转式喷水结构，无需电机的驱动，利用自动泵吸入到水流导管的水流来推动喷水结构的扇叶转动，将蒸馏水或清洗剂喷洒到比色皿内壁，降低喷洒结构的机械结构复杂度
2、在水流导管的排布和自动泵的数量上采用多路复用，仅使用一个自动泵，共用水流导管，减少生产成本，降低装置的机械结构复杂度，同时在不同电磁阀的配合下，将蒸馏水或清洗剂分别吸进水流导管，产生的水压驱动喷洒结构工作。3、本发明集成装置将超声波清洗装置和光学检测装置集成在一起，合理利用比色皿的光学侧面和毛玻璃侧面，起到装置结构高度集成化、自动化、智能化、微型化的目的，有别于目前使用的常规COD检测仪需要人工操作移动比色皿到指定的检测装置。4、本发明集成装置采用一套单片机控制系统，能够有效地控制清洗装置的工作部件，自动完成水质COD参数的测定和比色皿的清洗工作，减少人工干预，提供工作效率。5、与其它清洗装置相比，本发明集成装置没有安装吹干比色皿内壁的装置，减少硬件复杂度，降低硬件成本，在不吹干比色皿的情况下可完成COD测定。6、本发明集成装置结构简单，机械构件少，可在单片机的控制下达到实时控制的目的，提高工作效率，缩短清洗时间，节省能耗，保证清洗质量，降低生产成本。
7、本发明集成装置，检测水质COD参数的处理速度快，测定值准确可靠，人工操作少，自动化程度高。
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置的主视结构示意图，图中省略掉了单片机控制系统22 ；
图2是图1中所示出的喷水结构15的安装结构放大 图3是图1中所示出的喷水结构15的主视放大 图4是图3中所示出的旋转固定轴18、直径支架19、扇叶20的俯视 图5是图2中所示出的漏斗夹持支架16和调节紧固螺母17的俯视 图6是图1中所示出的比色皿固定支架10与本发明中的光电检测装置21、超声波清洗装置8的安装结构放大 图7是图1中所示出的比色皿固定支架10与本发明中的光电检测装置21、超声波清洗装置8的俯视示意 图8是本发明用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置中单片机控制系统22的连接结构 图9是本发明用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置的自动清洗方法的流程图。附图中各部件 的序号和名称:1.蒸馏水瓶；2.清洗剂瓶；3.废液池；4.固定底板支架；5.竖立支架；6.蒸馏水电磁阀；7.清洗剂电磁阀；8.超声波清洗装置；8a、8b.换能器；9.废液池电磁阀；10.比色皿固定支架；11.水流导管；12.自动泵；13.比色皿夹持支架；14.比色皿；15.喷水结构；16.漏斗夹持支架；17.调节紧固螺母；18.旋转固定轴；
19.直径支架；20.扇叶；21.光电检测装置；21a、21b.检测组件；22.单片机控制系统；
23.液晶显示模块；24.无线数据发送装置；25.漏斗形外套。
具体实施例方式参见图1-8所示，本发明用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置的结构包括蒸馏水瓶1、清洗剂瓶2、废液池3、蒸馏水电磁阀6、清洗剂电磁阀7、废液池电磁阀9、自动泵12、超声波清洗装置8、喷水结构15、光电检测装置21、各支架以及单片机控制系统22(MCU控制系统)。参见图1，固定底板支架4被水平固定，竖立支架5的底部固定在固定底板支架4上，竖立支架5的中间固定连接比色皿固定支架10，比色皿固定支架10水平固定，比色皿14放置在水平的比色皿固定支架10上，并且比色皿14还通过比色皿夹持支架13固定在竖立支架5上。在比色皿14的上敞口部设置喷水结构15。喷水结构15的上部由水流导管11连接自动泵12，喷水结构15的下部位于比色皿14内部。自动泵12通过水流导管11分别连接蒸馏水瓶I和清洗剂瓶2，蒸馏水瓶I内盛有蒸馏水，清洗剂瓶2内盛有清洗剂，在自动泵12与蒸馏水瓶I之间的水流导管11上安装蒸馏水电磁阀6，在自动泵12与清洗剂瓶2之间的水流导管11上安装清洗剂电磁阀7。蒸馏水瓶I和清洗剂瓶2均放置在固定底板支架4上。在比色皿固定支架10的正下方设置废液池3，废液池3也放置在固定底板支架4上，废液池3通过排液管连接比色皿14的底部，在比色皿14的底部与废液池3之间的排液管上安装废液池电磁阀9，比色皿14底部的排液管穿过比色皿固定支架10，将比色皿14内的废液通过废液电磁阀9排到废液池3中。参见图2-5所示的喷水结构15，喷水结构15包括漏斗形外套25、漏斗夹持支架16、紧固螺母17、旋转固定轴18、直径支架19、扇叶20。漏斗形外套25的上部是敞口小端，下部是敞口大端。漏斗形外套25通过漏斗夹持支架16固定连接竖立支架5，将漏斗夹持支架16连接在敞口小端。敞口大端的截面是圆形的，敞口大端的内部设有一个直径支架19和一个旋转固定轴18，直径支架19为杆状，沿敞口大端的直径固定，直径支架19的两端固定在敞口大端上，旋转固定轴18位于敞口大端的圆心处并且垂直固定连接在直径支架19上。有多片相同的扇叶20沿敞口大端的圆周方向均布，扇叶20的数量可根据需要选择安装，多片相同的扇叶20的中心孔均穿过旋转固定轴18，保证所有的扇叶20均能绕着旋转固定轴18自由旋转。扇叶20处于漏斗形外套25的腔体内，水流导管11从漏斗形外套25的敞口小端伸入到漏斗形外套25中，直至扇叶20的上部。参见图5，比色皿夹持支架13和漏斗夹持支架16都可以采用以下夹持结构:将比色皿14的上敞口端穿过比色皿夹持支架13的中空部分，沿比色皿14的上敞口截面圆周方向设置几个调节紧固螺母17，调节紧固螺母17穿过比色皿夹持支架13上的螺孔，通过旋紧紧固螺母17将比色皿14夹紧。漏斗形外套15的敞口小端穿过漏斗夹持支架16的中空部分，沿漏斗形外套15敞口小端的截面圆周方向设置几个调节紧固螺母17，调节紧固螺母17穿过漏斗夹持支架16上的螺孔，调节紧固螺母17用于调整漏斗形外套15与比色皿14的相对位置，通过旋紧紧固螺母17将漏斗形外套15夹紧。参见图6-7所示的超声波清洗装置8和光学检测装置21，超声波清洗装置8为微型超声波清洗装置，超声波清洗装置8包括超声波发生器和超声波换能器8a、8b，将两个换能器8a、8b利用环氧聚脂分别紧密粘贴在比色皿14的毛玻璃外侧。环氧聚酯和比色皿12壁起到振动板的作用，将超声波的机械振动迅速传递到清洗液中。换能器能将超声波发生器产生的高频信号转换成连续不断的超声波，通过比色皿14内壁使超声波的机械振动在清洗液中高速运动，在比色皿14的内壁产生空化现象，利用超声波的空化作用对比色皿14的内壁的污物进行冲击，剥离分散污物，加速表面污物的溶解，强化清洗作用。光学检测装置21由两个检测组件21a、21b构成，分别安装在比色皿14的两个光学外侧面旁边。参见图8所示的与单片机控制系统22相连接的结构，自动泵12、蒸馏水电磁阀6、清洗剂电磁阀7、废液池电磁阀9、超声波清洗装置8和光学检测装置21以不同的端口分别连接单片机控制系统22，单片机控制系统22还分别连接液晶显示模块24和无线数据发送装置24。单片机控制系统22可控制超声波清洗装置8的工作频率、工作时间，调节相关参数以保证比色皿14的溶液中振动的密度大，提高清洗效果，减少化学药品残留。单片机控制系统22可控制光学检测装置21，采用新型光学系统，完成水质COD参数的测定。单片机控制系统22可根据预先设置好的程序，按照操作流程自动完成设定的清洗工序。参见图1-8的结构图以及图9的流程图，本发明用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置进行清洗时，由单片机控制系统22控制蒸馏水电磁阀6、清洗剂电磁阀7、废液池电磁阀9、超声波清洗装置8、光学检测装置21和自动泵12的工作状态。蒸馏水电磁阀6和清洗剂电磁阀7在自动泵12的工作下，输入蒸馏水或者清洗剂到水流导管11，喷水结构15中的扇叶20在一定水压的推动下转动，将蒸馏水或者清洗剂喷洒在比色皿14内壁上；并在超声波清洗装置8的配合工作下对比色皿14进行高质量地清洗。先注入蒸馏水初洗，再用超声波清洗装置8配合清洗剂清洗强化洗涤效果，最后用蒸馏水再冲洗。每个清洗步骤时间控制有单片机控制系统22定时器设定，清洗工序连续可靠，保证清洗的洁净度，还可以缩短清洗时间，降低人工劳动强度、工作能耗和生产成本。具体如下:
进行清洗时，单片机控制系统22开启系统定时器，同时打开废液池电磁阀9，排尽比色皿14内的废液。达到单片机控制系统22预先设定的定时时间tl时(说明:单片机控制系统22的定时时间都是根据经过多次实验测得的实际值，加上稍大偏移量后给定的估计值。下同)，打开蒸馏水电磁阀6、自动泵12，注入蒸馏水，水流推动喷水结构15内的扇叶20在一定水压的推动下转动，将水流喷洒到比色皿14内壁进行第一次冲洗。达到设定的定时时间t2时，关闭自动泵12、蒸馏水电磁阀6和废液池电磁阀9。接着打开清洗剂电磁阀7、自动泵12，跟蒸馏水冲洗方法一样，将清洗剂喷洒到比色皿14内壁，达到设定的定时时间t3时，表示一定量的清洗剂已注入到比色皿14中。打开超声波清洗装置8，开始超声波清洗，达到设定的定时时间t4时，关闭超声波清洗装置8，表示比色皿14已清洗干净。再次打开废液池电磁阀9，排出比色皿14内的废液，达到设定的定时时间t5时，打开蒸馏水电磁阀6、自动泵12，注入蒸馏水，将水流喷洒到比色皿14内壁进行第二次冲洗，达到设定的定时时间t6时，关闭自动泵12、蒸馏水电磁阀6、废液池电磁阀9。这样在单片机控制系统22的控制下，比色皿14的自动清洗顺利完成，全过程无需人工干预，按照设定的清洗流程有序地完成。本发明用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置还可在光电检测装置21的工作下完成水质COD的检测，检测方法如下:在清洗完比色皿14之后，单片机控制系统22关闭废液池电磁阀9，开启系统定时器，将一定量的待测水样直接从比色皿14的上敞口端注入，对比色皿14进行润洗，当达到单片机控制系统22预先设定的定时时间t7时，打开废液池电磁阀9排出废 液，达到设定的定时时间t8时，表示已排尽比色皿内14内的废液。再次关闭废液池电磁阀9，手动向比色皿14内注入待测水样，达到设定的定时时间t9，表示注入的水样已稳定，单片机控制系统22打开光电检测装置21，自动计算获取水质COD值，并将测定数据通过液晶显示模块23显示，或者经过无线数据发送装置24发送到接收终端。达到设定的定时时间tlO时，表示检测完毕，关闭光电检测装置21，同时打开废液池电磁阀9排液。
权利要求
1.一种用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置，具有比色皿(14)，其特征是:在比色皿(14)的上敞口部位设有喷水结构(15)，喷水结构(15)的下部位于比色皿(14)内部，喷水结构(15)的上部由水流导管(11)连接自动泵(12)，自动泵(12)通过水流导管(11)分别经蒸馏水电磁阀(6 )连接盛有蒸馏水的蒸馏水瓶(I)、经清洗剂电磁阀(7 )连接盛有清洗剂的清洗剂瓶(2)，比色皿(14)的底部通过排液管经废液池电磁阀(9)连接废液池(3)，比色皿(14)的两个毛玻璃外侧均紧贴超声波清洗装置(8)，比色皿(14)的光学外侧面旁设光学检测装置(21);所述自动泵(12)、蒸馏水电磁阀(6)、清洗剂电磁阀(7)、废液池电磁阀(9)、超声波清洗装置(8 )和光学检测装置(21)以不同的端口分别连接单片机控制系统(22 )。
2.根据权利要求1所述的集成装置，其特征是:喷水结构(15)包括漏斗形外套(25)、旋转固定轴(18)、直径支架(19)、扇叶(20);漏斗形外套(25)的上部是敞口小端，下部是截面是圆形的敞口大端，直径支架(19)沿敞口大端的直径固定连接在敞口大端上，敞口大端的圆心处是垂直固定连接在直径支架(19)上的旋转固定轴(18)，均穿过旋转固定轴(18)的多片相同的扇叶(20)沿敞口大端的圆周方向均布在漏斗形外套(25)内，所有的扇叶(20)均可绕旋转固定轴(18)自由旋转，水流导管(11)从漏斗形外套(25)的敞口小端伸入到漏斗形外套(25)中直至扇叶(20)的上部。
3.根据权利要求1所述的集成装置，其特征是:比色皿(14)放置在水平的比色皿固定支架(10)上，比色皿固定支架(10)连接竖立支架(5)的中间，竖立支架(5)的底部固定连接水平的固定底板支架(4 )，比色皿(14 )通过比色皿夹持支架(13 )固定连接竖立支架(5 );蒸馏水瓶(I)、清洗剂瓶(2 )、废液池(3 )均放置在固定底板支架(4 )上。
4.根据权利要求2所述的集成装置，其特征是:漏斗形外套(25)通过漏斗夹持支架(16)固定连接竖立支架(5)，漏斗形外套(15)的敞口小端穿过漏斗夹持支架(16)的中空部分，沿漏斗形外套(15)敞口小端的截面圆周方向设置几个调节紧固螺母(17)，调节紧固螺母(17)穿过漏斗夹持支架(16 )上的螺孔，调整漏斗形外套(15)与比色皿(14)的相对位置和夹紧漏斗形外套(15)。
5.根据权利要求3所述的集成装置，其特征是:比色皿(14)的上敞口端穿过比色皿夹持支架(13)的中空部分，沿比色皿(14)的上敞口截面圆周方向设置几个调节紧固螺母(17)，调节紧固螺母(17)穿过比色皿夹持支架(13)上的螺孔夹紧比色皿(14)。
6.一种如权利要求1所述集成装置的比色皿自动清洗方法，其特征是:由单片机控制系统(22)控制蒸馏水电磁阀(6)、清洗剂电磁阀(7)、废液池电磁阀(9)、超声波清洗装置(8 )、光学检测装置(21)和自动泵(12 )工作，蒸馏水电磁阀(6 )和清洗剂电磁阀(7 )在自动泵(12)的工作下，输入蒸馏水或清洗剂到水流导管(11)，喷水结构(15)中的扇叶(20)在水压的推动下转动，将蒸馏水或清洗剂喷洒在比色皿(14)内壁上，在超声波清洗装置(8)的配合下对比色皿(14)清洗。
7.根据权利要求6所述的比色皿自动清洗方法，其特征是具体按如下步骤: A、单片机控制系统(22)开启系统定时器，同时打开废液池电磁阀(9)，排尽比色皿(14)内的废液，达到单片机控制系统(22)预先设定的定时时间tl时，打开蒸馏水电磁阀(6 )、自动泵(12 )，注入蒸馏水，水流推动喷水结构(15 )内的扇叶(20 )转动，将水流喷洒到比色皿(14)内壁进行第一次冲洗； B、达到设定的定时时间12时，关闭自动泵(12)、蒸馏水电磁阀(6 )和废液池电磁阀(9)，打开清洗剂电磁阀(7)、自动泵(12)，将清洗剂喷洒到比色皿(14)内壁； C、达到设定的定时时间t3时，打开超声波清洗装置(8)开始超声波清洗；达到设定的定时时间t4时，关闭超声波清洗装置(8)； D、打开废液池电磁阀(9)，排出比色皿(14)内的废液，达到设定的定时时间t5时，打开蒸馏水电磁阀(6)、自动泵(12)，注入蒸馏水，将水流喷洒到比色皿(14)内壁进行第二次冲洗； E、达到设定的定时时间t6时，关闭自动泵(12)、蒸馏水电磁阀(6)、废液池电磁阀(9)，完成自动清洗。
8.—种如权利要求1所述集成装置的COD自动检测方法，其特征是包括如下步骤: A、在清洗完比色皿14之后，单片机控制系统(22)关闭废液池电磁阀(9)，将待测水样直接从比色皿(14)的上敞口端注入对比色皿(14)进行润洗； B、当达到单片机控制系统(22)预先设定的定时时间t7时，打开废液池电磁阀(9)排出废液；达到设定的排尽比色皿(14)内废液的定时时间t8时，再次关闭废液池电磁阀(9)； C、手动向比色皿(14)内注入待测水样，达到设定的注入水样稳定的定时时间t9时，单片机控制系统(22)打开光电检测装置(21)，自动计算获取水质COD值； D、达到设定的定时时间tlO时，检测完毕，关闭光电检测装置(21)，同时打开废液池电磁阀( 9)排液。
全文摘要
本发明公开一种用于自动检测COD和清洗比色皿的集成装置及方法，在比色皿的上敞口部位设有喷水结构，喷水结构的上部由水流导管连接自动泵，自动泵通过水流导管分别经蒸馏水电磁阀连接盛有蒸馏水的蒸馏水瓶、经清洗剂电磁阀连接盛有清洗剂的清洗剂瓶，比色皿的两个毛玻璃外侧均紧贴超声波清洗装置，比色皿的光学外侧面旁设有光学检测装置；由单片机控制系统控制蒸馏水电磁阀、清洗剂电磁阀、废液池电磁阀、超声波清洗装置、光学检测装置和自动泵工作，输入蒸馏水或清洗剂，喷洒在比色皿内壁上，在超声波清洗装置的配合下对比色皿清洗，在清洗之后，在光电检测装置的工作下完成COD检测，保证清洗质量，测定值准确可靠，自动化程度高。
文档编号B08B3/12GK103230912SQ201310128090
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月15日 优先权日2013年4月15日
发明者张荣标, 孙晓军, 李文胜 申请人:江苏大学