专利名称：一种药液的定量获取方法
技术领域：
本发明属于化工、医疗技术领域，特别涉及一种药液的定量获取方法。
背景技术：
在化工及医疗领域中，常常涉及到药液的灌装、一定量药液的获取以及多种药液进行精确配比。目前，药液的定量获取的普通方法是从截面恒定的储存容器内用一定的方法取出药液，并由液位传感器检测容器内液面高度，再根据液面高度的变化与容器截面积之乘积得到所获取药液的体积。液位传感器的种类有接触式和非接触式两类，其中接触式有浮球式，静压式等，非接触式的主要有超声波液位传感器，光纤液位传感器等。接触式液位传感器现有的精度都不高，常见的精度有量程的1％、2％、5％等。在目前药液定量获取的普通方法中误差更是被储存容器的底面积成倍地放大，在一些较为精密的系统中，显然不能满足要求，而更高精度的液位传感器需要专门定做，价格十分昂贵。此外，储存容器可能存在震动，这就造成液面的波动，这样测得的液面高度误差就更大了。非接触式的液位传感器相比接触式液位传感器精度稍好，但多数高浓度、强腐蚀性的药液上方都易产生“雾化”现象，例如高浓度的盐酸、硝酸上方形成的酸雾，这样会对其产生干扰，以致测量不准确。如果用高精度计量泵来获取高强度腐蚀性药液，虽然精度可以达0.1％，甚至0.05％，但是介质液体的温度，粘度，颗粒状况对高精度计量泵影响甚大，并且高精度的计量泵价格昂贵，寿命短。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种药液精密获取方法，嵌入到控制系统中，降低成本，提高系统的精度、寿命和可靠性。
本发明的目的是这样实现的一种药液的精密获取方法，储存于规格一定的容器中的液体，只要起始高度相同，在重力作用的自然状态下，通过位置、孔径大小一定的阀口泄放，从相同初始状态开始，放出一定量液体的时间是固定不变的原理。经过测试多组实验数据，用最小二乘法(Ordinary Least Square)进行三次多项式拟合出从一定初始液面高度h0开始泄放出药液量与泄放时间的函数关系式，再衍生出从任意液面高度开始，泄放药液量与时间的函数关系式。根据该函数关系式来控制阀口的开闭时间以达到精密获取药液的目的。其具体方法如下 第一步通过试验拟合出药液在储存容器中泄放的泄放特性方程 (1)测出待获取液密度ρ，恒定截面储存容器截面积S； (2)将待获取药液装入储存容器中，液面高度达到容器的极限液位，将称重传感器、一般精度的浮球式液位传感器的输出引入到控制系统，待液面稳定后，在控制系统中读入普通液位传感器的值h0，并开启泄放口阀门连续地将药液泄放到置于称重传感器上的临时容器中，每经过时间间隔Δt将去皮后的实时重量m1，m2，…，mn记录下来； (3)用最小二乘法对n组数据进行三次曲线拟合，得出方程 t(h)＝k3h3+k2h2+k1h+k0 式中k0，k1，k2，k3—用最小二乘法拟合出的多项式系数 h—被获取的药液在储存容器中的液柱高度，由或得到 t—从液面高度h0添加质量m的药液所需的时间 (4)推出从任意液面高度H开始获取体积V的药液需要开阀时间T的药液泄放特性方程 式中t—(3)中得到的三次函数关系 H—进行定量获取前，储存容器中的液面高度 V—定量获取的药液体积 S—储存容器的横截面面积 h0—(2)中液位传感器读入的液面高度值 第二步由药液泄放特性方程实现药液的定量获取 将该药液上述泄放特性方程植入到控制系统中，由控制单元读入液位传感器实时液面高度H，再根据所需获取药液体积V，用泄放特性方程求出泄放口阀门的开启时间T，精确控制阀门的开启时间为T即可完成药液的定量获取。
本发明采用上述技术方案后，通过控制开阀时间间接地获得一定量药液，大幅度地降低了液位传感器的精度对结果的影响，可嵌入到控制系统中，直接取代通过液位传感器测试当前液位高度H，并根据药液量V计算目标液位高度H-V/S来控制电磁阀的开启与关闭的药液添加方法，对现控制系统中现有的其他内容无影响，操作简便。由于利用了控制系统本身的计时功能，在结构上并未增添任何硬件，但显著提高了药液定量获取的精度。本发明可广泛应用于化工、医疗行业中各种药液灌装、定量获取以及配比系统中，针对强腐蚀性药液更有明显优势。
图1为发明的装置主视图； 图2为测试设备主视图； 图3为液面位置关系图； 图中1—前腐蚀性待添加药液；2—容器盖；3—透气孔；4—耐腐蚀材料外壳浮头式普通精度液位传感器；5—浮头；6—耐腐蚀膜片电磁阀；7—带信号输出精密电子秤；8—称量容器；9—导液管；10—截面积恒定的待添加药液储存容器。
具体实施例方式 下面结合附图和实施例，对本发明所涉及的药液的定量获取方法进一步说明如下 实施例1 用本发明的方法实施对800毫升45％的烧碱溶液的定量添加 如图1—图3所示，恒定截面药液储存容器内底面与出液管口垂直距离为25cm，出液导管口内径Φ15mm。本实施例利用化工过程控制系统中自带的西门子可编程控制器CPU313C、液位传感器UTB 2235(量程500mm精度±5mm)，通过本发明方法实现800毫升45％的烧碱溶液的定量添加，其方法步骤如下 第一步通过试验拟合出45％烧碱溶液在图1所示规格储存容器中泄放的泄放特性方程 (1)测出待获取液密度ρ＝1.48g/cm2、恒定截面药液储存容器截面积S＝400cm2； (2)将待获取药液装入储存容器10中，液面高度接近容器的极限液位，将称重传感器的输出引入到可编程控制器，待液面基本稳定后，在可编程控制器中编程从相应的模拟量输入端读入液位传感器4的值h0＝48cm，并开启电磁阀6连续地将待获取药液泄放到置于称重传感器7上的容器8中，每经过时间间隔Δt＝5s将去皮后的实时重量m1，m2，…，m24记录下来依次为1.53Kg、2.97Kg、4.37Kg、5.74Kg、7.11Kg、8.43Kg、9.76Kg、11.06Kg、12.31Kg、13.56Kg、14.79Kg、16.00Kg、17.24Kg、18.29Kg、19.44Kg、20.49Kg、21.57Kg、22.71Kg、23.76Kg、24.67Kg、25.66Kg、26.66Kg、27.62Kg、28.39Kg； (3)用最小二乘法对24组数据(2.59，5)、(5.01，10)、(7.38，15)、(9.70，20)、(12.01，25)、(14.24，30)、(16.49，35)、(18.69，40)、(20.80，45)、(22.90，50)、(24.98，55)、(27.03，60)、(29.13，65)、(30.09，70)、(32.84，75)、(34.61，80)、(36.43，85)、(38.36，90)、(40.14，95)、(41.70，100)、(43.35，105)、(45.03，110)、(46.65，115)、(47.95，120)进行三次曲线拟合，由下式 ..① 式中n—数据空间大小，此实施例中为24 mi—由精密电子秤称得的质量，其中i＝1，2，…，24 ρ—待获取药液密度，此实施例中为1.48g/cm2 S—药液储存容器横截面面积，此实施例中为400cm2 k0，k1，k2，k3—用最小二乘法拟合出的多项式系数 ti—与mi对应的泄放药液时间，有ti＝iΔt，此实施例中Δt为5s解出(k0 k1 k2 k3)T＝(0.5599551 2.1020734 0.0008469 0.0001573)T，得到方程 t＝0.0001573h3+0.0008469h2+2.1020734h-0.5599551....................② 式中h—被获取的药液在储存容器中的液柱高度 t—从液面高度h0添加质量m的药液所需的时间 (4)结合图3，由方程②推出从任意液面高度H开始获取体积V的药液需要开阀时间T的药液泄放特性方程 式中H—添加药液前液面高度，应有H≤h0，此实施例中h0＝48cm V—所需的添加的药液体积，应有V<SH，此实施例中S＝400cm2 T—从液面高度为H开始，获取体积为V的药液所需要的开阀时间 第二步由药液泄放特性方程实现800毫升45％的烧碱溶液定量获取 将该药液上述泄放特性方程植入到控制系统中，由西门子可编程控制器CPU313C读入液位传感器UTB 2235实时液面高度H，再根据所需获取药液体积V，用泄放特性方程求出泄放口阀门的开启时间T，精确控制阀门的开启时间为T即可完成药液的定量获取，为了保证数据的稳定性，下面进行了三次烧碱溶液定量获取。
①第一次定量获取读入液面高度为47.8cm，误差±0.5cm，由所需药液体积800mL计算出开阀时间T＝4.210s，控电磁阀6的开启时间为4.210s，取出所获取药液用量筒测量，体积为806mL，误差为0.75％； ②第二次定量获取读入液面高度为46.2cm，误差±0.5cm，由所需药液体积800mL计算出开阀时间T＝4.210s，控电磁阀6的开启时间为4.221s，取出所获取药液用量筒测量，体积为796mL，误差为0.5％； ③第三次定量获取读入液面高度为43.8cm，误差±0.5cm，由所需药液体积800mL计算出开阀时间T＝4.210s，控电磁阀6的开启时间为4.248s，取出所获取药液用量筒测量，体积为792mL，误差为1％。
以上三次定量获取的误差范围为0.5％～1％。
实施例2 用现有普通方法对800毫升45％的烧碱溶液进行定量获取 本实施例是用现有普通方法对800毫升45％的烧碱溶液进行定量获取，可作为本发明方法的一个对比例，仍然利用图1所示的装置，不同的是该方法是直接通过液位传感器测试当前液位高度H，并根据药液量V计算目标液位高度H-V/S来控制电磁阀的开启与关闭的药液添加方法完成定量获取，下面也进行了三次烧碱溶液定量获取。
①第一次定量获取读入液面高度为47.8cm，误差±0.5cm，由所需药液体积800mL计算出目标液位高度H-V/S＝45.8cm，开启电磁阀6并实时读取液位传感器4的值，当其为45.8cm时关闭电磁阀6，取出所获取药液用量筒测量，体积为912mL，误差为14％； ②第二次定量获取读入液面高度为45.6cm，误差±0.5cm，由所需药液体积800mL计算出目标液位高度H-V/S＝43.6cm，开启电磁阀6并实时读取液位传感器4的值，当其为43.6cm时关闭电磁阀6，取出所获取药液用量筒测量，体积为728mL，误差为9％； ③第三次定量获取读入液面高度为43.8cm，误差±0.5cm，由所需药液体积800mL计算出目标液位高度H-V/S＝41.8cm，开启电磁阀6并实时读取液位传感器4的值，当其为41.8cm时关闭电磁阀6，取出所获取药液用量筒测量，体积为742mL，误差为7.25％。
上述三次用现有普通方法对800毫升45％的烧碱溶液进行定量获取的误差范围为7.25％～14％，显然其误差远远大于本发明所采用的药液定量获取方法的误差。
权利要求
1.一种药液的定量获取方法，其特征在于方法步骤如下
第一步通过试验拟合出药液在储存容器中泄放的泄放特性方程
(1)测出待获取液密度ρ，恒定截面储存容器截面积S；
(2)将待获取药液装入储存容器中，液面高度达到容器的极限液位，将称重传感器、一般精度的浮球式液位传感器的输出引入到控制系统，待液面稳定后，在控制系统中读入普通液位传感器的值h0，并开启泄放口阀门连续地将药液泄放到置于称重传感器上的临时容器中，每经过时间间隔Δt将去皮后的实时重量m1，m2，…，mn记录下来；
(3)用最小二乘法对n组数据
进行三次曲线拟合，得出方程
t(h)＝k3h3+k2h2+k1h+k0
式中k0，k1，k2，k3—用最小二乘法拟合出的多项式系数
h—被获取的药液在储存容器中的液柱高度，由或得到
t—从液面高度h0添加质量m的药液所需的时间
(4)推出从任意液面高度H开始获取体积V的药液需要开阀时间T的药液泄放特性方程
式中t—(3)中得到的三次函数关系
H—进行定量获取前，储存容器中的液面高度
V—定量获取的药液体积
S—储存容器的横截面面积
h0—(2)中液位传感器读入的液面高度值
第二步由药液泄放特性方程实现药液的定量获取
将该药液上述泄放特性方程植入到控制系统中，由控制单元读入液位传感器实时液面高度H，再根据所需获取药液体积V，用泄放特性方程求出泄放口阀门的开启时间T，精确控制阀门的开启时间为T即可完成药液的定量获取。
全文摘要
一种药液定量获取方法，属于化工、医疗技术领域，特别涉及一种药液的定量获取方法。本发明方法利用控制系统自带的控制单元，通过测试几组待获取液体从储存容器中泄放出来的实验数据，拟合出从一定液面高度获取任意量药液所需的开阀泄放时间的三次曲线，再衍生出从任意液面高度开阀泄放任意量药液二元函数。通过该函数计算出从当前液面高度添加一定量药液所需的时间，由此时间控制阀门的开启，完成药液的精密获取。本发明方法大幅度降低了液位传感器精度对结果的影响，并未采用高精密硬件，嵌入到控制系统中精度高，寿命长，经济性好。本发明可广泛应用于化工领域中药液的灌装、一定量药液的获取以及多种药液进行精确配比，针对强腐蚀性药液更有明显优势。
文档编号G05D7/06GK101446833SQ20081023309
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者王时龙, 杰 周, 玲 康, 李永兵, 何云静, 威 姚 申请人:重庆大学