专利名称：数字显示精密吸量管校正仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种容积测量仪器，具体地说是用于对医学或化学实验室所使用的吸、量管标称刻度进行计量、校正的仪器。
在医学和化学试验中经常要用到吸、量管去计量试验中所用的各种试剂，这一类的吸、量管一般在玻璃仪器生产厂出厂之前在管壁上刻有表示其容积的刻度。为适用于各种不同的精度试验，生产厂往往根据出厂吸、量管的刻度准确性和误差精度划分为几种等级。但是，由于现行工艺上存在着缺陷，尤其是逐个校正计量不可能实现，所以即使是某些名牌产品其一级品的标准刻度也有近40％以上超过允许的误差范围。因此，给精密试验中的定量分析代来很大的误差。以医学试验为例，同一病人同时在不同医院，甚至在同一医院，不同次所做的实验结果数据存在有较大误差，这一现象造成数据很大的偏差，无法统一标准的矛盾，使全面质量管理工作实际上无法开展。目前，在实验室工作规程上对吸、量管标称刻度的校验工作均有明确的规定。新的吸、量管投入使用或者已经使用的吸、量管用过一定时间以后都要对标称刻度的准确性，刻度的均匀与线性做校正、否则科学管理或质量控制就是一句空话，实验数据也谈不到科学性。现有的校正方法称为水银称重法。所谓水银称重法，即是先按标称刻度用皮球吸入一定量的水银，再将水银泄出，放在万分之一精密天平上称重，然而根据当时温度条件下的水银的标准比重换算出吸、量管的实际容积，再通过计算得到误差系数做为实际实验中的参考，或在吸、量管外做校正标称刻度。由于这种办法操作繁琐，计算复杂，校正刻度困难，加上易水银中毒，使实验室中的工作人员往往望而生畏，或是草率了事或是根本不去校正，从而使得我国目前实验室工作中的科学化进程很受影响，各地医院无法统一各种化验指标。水银称重法是国内普遍承认的一种容积计量方法，的确据有很高的精度。做为专门计量单位，仍不失一种可行方案。但做为大量生产和大量使用的单位并不适合。目前，显然缺少一种快速精密、而且简单易行的二级计量工具。尤其是全面质量管理在各行业普遍提倡的今天，这样一种仪器的设计已经是势在必行之事。
本实用新型的目的，就是提供一种供生产单位或实验室基层经常使用的一种吸、量管快速精密的计量仪器。它不但要求操作简单，计量准确，而且要求可以直观、快速地数字显示校正的结果，为实现医院或化学实验室的全面质量控制提供一个理想的计量工具。
本实用新型的基本设想是这样构思的利用精密的柱塞式介质注入器E，将标准液态介质19匀注入被校验的吸、量管之中。在介质注入过程中将柱塞的位移量通过精密传动部件F传递到模数转换器G，通过模数转换将位移量转换为标准脉冲量或者时通过标准数模转换器，将脉冲量转化为位移量，控制柱塞的平移。然后将实际脉冲量送入微电脑监控部分处理，将处理结果通过数字显示电路直接显示出来。其具体的显示结果，测量方式，温度补偿等等各类功能均通过所设置的功能控制键盘实现操作选择。在校正过程中被测吸、量管可由插接固定部件一次完好设置，仪器启动后可以在短短的一、两分钟内实现刻度校正，误差分析、分类定级等一系列复杂的校验工作。液态介质可以选用水银，标准纯水或其它配制的标准液态物质。由于可以利用微电脑的软件功能对温度进行补偿予置，对仪器固有误差进行补偿等一系列的智能化处理本仪器可以达到较高的精度，而并不须太高的加工精度。
下面将结合附图进一步说明本实用新型的目的是如何实现的。
图1为本实用新型整体设计的结构框图；图2为一实施例的具体结构示意图；图3为手动注入的实施例示意图；图4为微电脑监控部分及显示电路的原理框图；图5为监控程序软件的逻辑框图；图6为吸、量管的插接固定示意图；图7为读标器的结构示意图。
其中1为被测吸、量管，2为接插软套管，3为固定夹持器，4为测量管接头，5为柱塞，6为套筒，7为精密丝杠，8为步进电机，9为导向块，10为测量管接头的发讯电极，11为被校正刻度，12为微电脑监控电路，13、14、15、16，22、23、24、25、26、27为操作键盘上的功能按键，17为液晶显示器，18为读标器，19为液态介质，20为水平调整螺栓，21为水平仪，28为用水银做介质时采用的泄出管接头，29为旋塞式开关，30为手驱动时采用的轴承，31为编码盘，32为摇把，33为发光二极管与光电三极管组成的脉冲发生器，34为平台，35为数码小键盘，36为密封垫圈，37为介质注入器前堵塞，38为后堵塞，39为蜂鸣器。
从附图给出的本实用新型的结构原理图中可以清楚的看到。本设计的关键在于采用标准介质及介质注入到被测量管内，将容积的变化转化为线性平移量，再通过模数转换器将平移量转化为电脉冲量(手动)或由脉冲量转换为平移量(步进电极)。再由单片机组成的智能监测电路，通过软件处理实现对吸、量管容积标称刻度的校验并求出一系列误差数据，同时直观显示结果。这一整体设计思想构成了一个完整的校正仪技术方案。
参看附图2可以看到，步进电极8转动可带动精密丝杠7旋转，借助于导向滑块9及活塞尾上导向槽A的配合使活塞产生前后平动，从而密封在套筒内的液态介质19被注入(或泄出)被校验的吸、量管1。整个装置被安放在平台34上，使用时要调整螺栓20，依靠水平仪21校正水平。
当液态介质被注入到发讯电极10处，刚刚开始进入吸、量管1，同时发出“校验开始”的起始信号C。单片机据予先设置的满度值(通过满度键13置入)向步进电极8发出脉冲信号个数(N1)当步进电极停转时，从读标器18中读出的刻度标称值应与数显的值相同，或者说此时介质液面的静止点应在标准容积刻度处。如果这一位置与标称刻度有误，则首先应记下校正位值，再根据误差的正负，分别启动“上升驱动”键15或“下降驱动”键16将介质液面调至标称刻度处从而找到绝对误差量，并根据软件的计算显示其相对误差值。
为对吸、量管全面测量，校验其标称刻度的线性，并找到整个吸、量管的误差修正系数，可以按动“予置校点”功能键14将全管刻度分为若干分点测量、校正。其校测的步骤基本和满刻度校验相同；从而得出每段的误差范围，并求出全满度误差的校正平均值，整个测量过程也可由满刻度向零做泄出量测。其基本步骤和注入测量过程也相同。这样，可以更准确地根据测量结果找到误差修正系数和确定吸、量管的等级。“上升测量”键22和“下降测量”键23是启动测量程序的开关，“无效启动”键24是做介质液面予置时的功能开关。“误差显示”键25按下后可以依次显示相对误差，绝对误差，与平均误差值。“温度修正”键26按下后可以将测量的温度值输入计算机从而修正其温度代来的误差，“校正参数”键27是在仪器经过一段应用磨损后在更精密计量仪器下校正后输入的综合修正系数。需要有数据输入时则配合键盘上的数码键小盘35来完成。
图3所给出的是实施例的又一方案，主要是将步进电机去掉，换上由编码盘31和发光二极管及光电三极管组成的光电脉冲发生气器33所组成的手驱动式介质注入结构，即模数转换器。主要考虑到这种结构成本低，易于推广普及，可做为普及型方案。编码盘31周边上有许多小孔，光从小孔通过时光电脉冲发生器时产生一个脉冲从而将活塞的位移量转化为脉冲量送入计算机读数。由于参与了人为因素，上升、下降等驱动功能键可以减少，软件也相应简单当然其可靠程度就会相应提高，成本也会下降。
由于本实用新型增加了单片机系统组成的微电脑参与监测和计算，并设置了较强功能的软件，这就有效地补偿了由于机器本身结构的传递误差，活塞套筒的非线性尺寸误差，以及介质热膨胀引起的误差，从而可以在保证测量精度的前提下大幅度降低机加工的精度、降低了整机的制造成本，有利于做为一种基本计量工具向广大基层单位推广应用。
以下结合附图4、5进一步说明本实用新型中电脑监控及数字显示电路的设计构思及其可实现的功能。
图4所给出的是一个以单片机8031为核心的智能化监控与显示系统的结构电原理图。程序软件存贮在外存贮器2732之中，存贮器与单片机之间的数据通道上设置了暂存器74LS373，经过优化的程序通过单片机指挥着仪器测量和计算的全部过程。做为单片机的外部设备还有液晶显示器17。驱动电路74LS07，75452及控制功能键盘M，这两部分外设均通过扩展接口8155与单片机的数据总线相连。通过扩展接口由键盘向单片机发送各种操作指今，或将操作过程中的数据及计算结果通过液晶显示屏直观显示出来。单片机可通过锁存器74LS07向步进电机8(BF301045)发出旋转角度的脉冲量，控制其旋转量以保证精确的注入量，也可向蜂鸣器39发出讯号控制报警。整个单片机系统的外部电路还包括一个6M的晶体振荡电路，标准电源等。当采用手驱动式简易结构时，来自光电脉冲发生器33的计数脉冲也从扩展接口8155传送入单片机做为测量与计算的依据。通过扩展接口8155输入的还包括来自发讯电极10的校验开始信号C。以上组成的单片机监测系统，可以非常准确完成对校验整个过程的控制和测试结果计算，显示。可以有效补偿仪器本身的传递误差，主要依靠软件功能的完善。图5即给出了本系统所用软件的程序框图。结合图5可以看出，由于软件功能完善，其测量的范围和适应的吸、量管类型可以非常广泛，其测量的精度，速度和可靠性方面是传统方法无法比拟的。其操作也非常简单，将被测的吸、量管放在固定夹持器3上，选定与吸、量管口经相吻合的接插软套管2插牢，注意在与发讯电极10之间应尽量做到无间隙，启动“无效工作”键将介质液面推进到旋塞开关28以上处于待测状态，再启动测量键，介质液面即在柱塞5推动下逐步升高，接近发讯电极10，待开始进入吸、量管瞬间发讯电极发10出“测量开始”的讯号C，整个测量过程即在程序的控制之下开始自动执行。从满刻度向零泄出校验时介质液面逐渐下降，当脱离发讯电极10的瞬间，由于进入单片极的讯号C突然由高电位降为低电位则测试工作结束。全部检验工作除人为干预采取误差脉冲外，全部程序可实现自动执行。校验过程中的全部数据可以存贮在外存贮器之中，并可顺次取数字显示。
在全部测、校过程中为了消除由于视力误差造成的精度下降，专门设计了读标器18，它是一个透明材料制成的空心园柱体，可套在被校验的吸、量管外，读标器外壁上嵌入一块半凸透镜，镜面下及对面刻有红色标志线L1，L2。通过透镜观察L1、L2及介质在管内液面切线为同一平面时可有效消除视差代来的读误差。至于因介质表面张力所引起的液面弯曲误差，可以在程序中予置参数加以消除。
介质注入器的前堵塞37中开了一条通道W与泄出管接头28相通，其作用是在校验工作结束后，将液态介质水银泄出保存以防止对介质注入器的侵蚀影响仪器精度，特别是采用普通灰铁做为介质注入器材料时就显得更加重要。当然，如果采用高纯标准水做为介质这条通道以及泄出管接头28部分可以省去。为进一步保证仪器本身的可靠性与精度，介质注入器的制作材料最好选用不锈钢，也可以选低碳钢，尼龙、塑料、玻璃等材料制作。由于膨胀系数不同对本仪器代来的影响都可以根据理论计算以及成品出厂前的校验给出修正系数，置入程序中加以补偿。
经过大量的实验与数据统计表明，本设计在医学及化学的实验和分析中可以做为容积计量仪器对吸、量管，移液管、滴定管，进行快速校验，是一个理想的基础计量工具。其较精密型可以做为生产吸、量管的厂家的检测定级仪器。其校正范围可以根据介质注入器的大小从几个微升到几十毫升。其测量误差精度远优于水银称重法。目前以制做较粗糙的实验室样机(手工加工)，与水银称重法对比，其精确度提高一倍以上。而且，其校验速度和复现性均是水银称重法无法比拟的。当投入正规化生产以后必定对改善医学或化学实验中的全面质量管理，统一化验的行业标准化起到非常有力的促进作用。
权利要求1.一种用于医学或化学实验室中对吸、量管快速校正的数字显示式容积计量仪器，其特征在于由液态介质19、介质注入器E、精密传动部分F、模数(或数模)转换器G、微电脑监控12、数字显示电路17、功能控制键盘M以及吸、量管的插接固定部件D所组成。
2.根据权利要求1所说的容积计量仪器，其特征在于介质注入器的结构包括套筒6和柱塞5组成的偶件，还包括代有介质流动通道的前堵塞37和后堵塞38，柱塞5可以在套筒6内平移将介质19注入被测吸、量管1。
3.根据权利要求1或2所说的容积计量仪器，其特征在于流态介质19可以采用水银，或配制的高纯标准水。
4.根据权利要求1或2所说的容积计量仪器，其特征在于精密传动部分F包括精密丝杠7、导向块9，精密丝杠与活塞尾内螺纹B配合以传动平动力，导向块与活塞尾导向槽A配合以防止活塞转动，精密丝杠与数模转换器8，或模数传换器31、33连接以实现平移量和脉冲数字量的转换。
5.根据权利要求1或2所说的容积计量仪器，其特征在于数模(或模数)转换器是一个步进电机8，或是一个由编码轮31、光电脉冲发生器33组成的光电编码器。
6.根据权利要求1或2所说的容积计量仪器，其特征在于微电脑监控及数显电路包括单片机8031，外存贮器2732，暂存器74LS373、双向锁存器74LS07，扩展接口8155，液晶显示器17及驱动电路74LS07，来自模数转换器的有效脉冲信号通过扩展接口8155传入单片机8031，通过贮存在外存贮器2732内监控程序实现计量运算并驱动显示、告警，或步进电机8转动，功能转换键盘M通过外扩展接口8155与单片机8031相连。
7.根据权利要求1或2所说的容积计量仪器，其特征在于功能控制键盘M上功能键包括有上升驱动15、下降驱动16、满度测量13，予置校正点14，上升测量测量22，下降测量23，误差显示25，无效工作24，温度修正26，校正参数27及数码小键盘35。
8.根据权利要求1或2所说的容积计量仪器，其特征在于插接固定部件D包括测量管接头4，接插软套管2及固定夹持器3。
9.根据权利要求1所说的容积计量仪器，其特征在于套筒6、柱塞5可采用不锈钢、铸铁、低碳钢、玻璃、尼龙或塑料制成。
专利摘要本实用新型所涉及的是一种对医学或化学实验中经常使用的吸、量管快速校正的电子计量仪器，它包括液态介质，介质注入器，模数转换器，单片机组成的监测及数字显示电路，可以对吸量管的标准刻度进行快速校正、定级，这对校正大量吸、量管标称容积刻度、提高实验数据的准确性，有重要的意义，可以取代水银称重法成为各个医学或化学实验室的基本计量工具。
文档编号G01F25/00GK2033896SQ88206690
公开日1989年3月8日 申请日期1988年6月2日 优先权日1988年6月2日
发明者吴锡铭, 张进贵, 赵富 申请人:吴锡铭, 张进贵, 赵富