一种用于水质化学需氧量检测的自动进样装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于水质化学需氧量检测的自动进样装置，包括机箱、Y轴运动组件、X轴运动组件和进样模块，其特征在于机箱的底板上设有固定试管架的卡槽，机箱侧面设有固定支架，Y轴运动组件通过螺钉固定在机箱的固定支架的上端，X轴运动组件固定在Y轴运动组件的Y滑块上，进样模块固定在固定支架的下端。本发明采用定量管装置，实现了进液量的准确控制，定量管与液位传感器的配合使用，使进液量达到液位传感器时，注射泵停止进液过程，试剂只存在于定量管和管路中，不会流入到注射泵中，因此避免了液体对注射泵的污染腐蚀。本发明不仅实现了增大进液量，而且能够实现同时对两种液体的进样。
【专利说明】一种用于水质化学需氧量检测的自动进样装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种进样系统，尤其涉及一种用于水质化学需氧量检测的自动进样装 置。
【背景技术】
[0002] 随着人们对环境质量的关注，水质监测也受到了环境部门的日益重视，目前实验 室水质化学需氧量检测进样采取的大都是手动进样，即操作人员在试样中加入所需的重铬 酸钾和浓硫酸试剂进行后续检测；这种手动进样的方式由于操作者的人为误差会影响进样 量，不能保证进样精度，而且操作浓硫酸还具有一定的危险性，手动进样方式进样时间长， 工作效率比较低；目前，虽然市场上有各种不同的自动进样的装置，但是这些装置大都是用 在化学分析、医疗器械等领域，还没有针对水质化学需氧量实验室检测的自动进样装置，现 有的自动进样装置一般都是微量进样，而且装置不具有耐腐蚀性，不能实现对浓硫酸的进 样，这就限制了目前水质化学需氧量的实验室检测只能手动进样。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种用于水质化学需 氧量检测的自动进样装置，该装置具有结构简单易操作，进样精度高，重复性好等优点，有 效克服了实验室人工进样操作时间长、操作复杂、进样精度得不到保证的问题。
[0004] 本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是，提供一种用于水质化学需氧量检 测的自动进样装置，包括机箱、Y轴运动组件、X轴运动组件和进样模块，其特征在于机箱的 底板上设有固定试管架的卡槽，机箱侧面设有固定支架，Y轴运动组件通过螺钉固定在机箱 的固定支架的上端，X轴运动组件固定在Y轴运动组件的Y滑块上，进样模块固定在固定支 架的下端；
[0005] 所述Y轴运动组件包括Y底板、左支架、右支架、Y向步进电机、Y同步带、两个Y同 步带轮、Y连接轴、Y导轨、Y滑块、连接支架和Y限位开关，左支架、右支架、Y导轨和Y限位 开关固定在所述Y底板上，Y向步进电机固定于左支架上，并与左边Y同步带轮连接固定， 右Y同步带轮通过Y连接轴固定于右支架上，左边和右边Y同步带轮通过Y同步带连接，Y 滑块与Y同步带通过连接支架固定在一起；
[0006] 所述X轴运动组件包括X支架、X向步进电机、X同步带、两个X同步带轮、X连接 轴、X导轨、X滑块、连接板和X限位开关，X支架与连接支架通过X导轨连接，X向步进电机 和X限位开关固定于连接支架上，并与左边X同步带轮连接固定，右边X同步带轮通过X连 接轴固定于X支架上，左边和右边X同步带轮通过X同步带连接，X滑块与X同步带通过连 接板固定在一起；
[0007] 所述进样模块包括注射泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、定 量管、液位传感器、三通接头和两个进液管，所述两个进液管分别与第四电磁阀的左接头、 第三电磁阀的右接头相连，第四电磁阀的右接头与第三电磁阀的左接头通过三通接头连接 起来，三通接头通过螺钉固定于连接板上，第四电磁阀的上接头与第三电磁阀的上接头分 别与第二电磁阀的左、右接头相连，第二电磁阀的上接头与定量管下端相连；所述定量管上 端设有液位传感器，且定量管上端通过第一电磁阀与注射泵相连；
[0008] 所述注射泵包括：固定底板、左支座、右支座、轴承支座、丝杠、注射器、步进电机和 两个注射器限位开关，左支座、右支座及两个注射器限位开关均固定在固定底板上，步进电 机与左支座连接，所述注射器跨接在轴承支座和右支座之间，注射器的活塞固定于轴承支 座上，丝杠一端与左支座连接，另一端与右支座固定在一起。
[0009] 与现有技术相比，本发明中X轴运动组件和Y轴运动组件采用的是同步带、同步轮 的传动方式，并用导轨实现导向，从而减少了运动噪声，增加了运动的平稳性，提高了运行 速度；进样模块采用注射泵控制，利用液位传感器对进样量精确控制，避免手动进样的人为 误差，同时提高了进样效率；采用定量管装置，实现了进液量的准确控制，定量管与液位传 感器的配合使用，使进液量达到液位传感器时，注射泵停止进液过程，试剂只存在于定量管 和管路中，不会流入到注射泵中，因此避免了液体对注射泵的污染腐蚀。本发明不仅实现了 增大进液量，而且能够实现同时对两种液体的进样。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是本发明用于水质化学需氧量检测的自动进样装置一种实施例的立体结构 示意图；
[0011] 图2是本发明用于水质化学需氧量检测的自动进样装置一种实施例的X轴运动组 件3和Y轴运动组件2的结构示意图；
[0012] 图3是本发明用于水质化学需氧量检测的自动进样装置一种实施例的进样模块4 的结构不意图；
[0013] 图4是本发明用于水质化学需氧量检测的自动进样装置一种实施例的注射泵41 的结构不意图；
[0014] 图中，1.机箱、2. Y轴运动组件、3. X轴运动组件、4.进样模块、5.固定支架、6.卡 槽、200. Y底板、201.左支架、202.右支架、203. Y向步进电机、204. Y同步带、205. Y同步带 轮、206. Y连接轴、207. Y导轨、208. Y滑块、209.连接支架、210. Y限位开关、301. X支架、 302. X向步进电机、303. X同步带、304. X同步带轮、305. X连接轴、306. X导轨、307. X滑块、 308.连接板、309. X限位开关、41.注射泵、42.第一电磁阀、43.定量管、44.液位传感器、 45.三通接头、46.进液管、47.第二电磁阀、48.第三电磁阀、49.第四电磁阀、411.固定底 板、412,左支座、413,右支座、414.轴承支座、415.丝杠、416.注射器、417.步进电机、418. 注射器限位开关。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述：
[0016] 本发明设计的用于水质化学需氧量检测的自动进样装置（简称装置，参见图1-4) 包括机箱1、Y轴运动组件2、X轴运动组件3、进样模块4,其中机箱1的底板上设有固定试 管架的卡槽6,机箱侧面设有固定支架5, Y轴运动组件2通过螺钉固定在机箱的固定支架5 的上端，X轴运动组件3固定在Y轴运动组件的Y滑块208上，进样模块4固定在固定支架 5的下端；
[0017] 所述Y轴运动组件2包括Y底板200、左支架201、右支架202、Y向步进电机203、 Y同步带204、两个Y同步带轮205、Y连接轴206、Y导轨207、Y滑块208、连接支架209和 Y限位开关210,左支架201、右支架202、Y导轨207和Y限位开关210固定在所述Y底板 200上，Y向步进电机203固定于左支架201上，并与左边Y同步带轮205连接固定，右Y同 步带轮205通过Y连接轴206固定于右支架202上，左边和右边Y同步带轮205通过Y同 步带204连接，Y滑块208与Y同步带204通过连接支架209固定在一起；
[0018] 所述X轴运动组件3包括X支架301、X向步进电机302、X同步带303、两个X同步 带轮304、X连接轴305、X导轨306、X滑块307、连接板308和X限位开关309, X支架301 与连接支架209通过X导轨306连接，X向步进电机302和X限位开关309固定于连接支 架209上，并与左边X同步带轮304连接固定，右边X同步带轮304通过X连接轴305固定 于X支架301上，左边和右边X同步带轮304通过X同步带303连接，X滑块307与X同步 带303通过连接板308固定在一起；
[0019] 所述进样模块4包括注射泵41、第一电磁阀42、第二电磁阀47、第三电磁阀48、第 四电磁阀49、定量管43、液位传感器44、三通接头45和两个进液管46,所述两个进液管46 分别与第四电磁阀49的左接头、第三电磁阀48的右接头相连，第四电磁阀49的右接头与 第三电磁阀48的左接头通过三通接头45连接起来，三通接头45通过螺钉固定于连接板 308上，第四电磁阀49的上接头与第三电磁阀48的上接头分别与第二电磁阀47的左、右接 头相连，第二电磁阀47的上接头与定量管43下端相连；所述定量管43上端设有液位传感 器44,且定量管43上端通过第一电磁阀42与注射泵41相连；
[0020] 所述注射泵41包括：固定底板411、左支座412、右支座413、轴承支座414、丝杠 415、注射器416、步进电机417和两个注射器限位开关418,左支座412、右支座413及两个 注射器限位开关418均固定在固定底板411上，步进电机417与左支座412连接，所述注射 器416跨接在轴承支座414和右支座413之间，注射器416的活塞固定于轴承支座414上， 丝杠415 -端与左支座412连接，另一端与右支座413固定在一起。
[0021] 本发明装置的进一步特征在于所述Y限位开关、X限位开关是机械触点式开关或 光电开关。
[0022] 本发明装置的进一步特征在于所述第一电磁阀42、第二电磁阀47、第三电磁阀 48、第四电磁阀49均为防强酸的三通电磁阀。
[0023] 本发明装置的进一步特征在于所述液位传感器44为超声波传感器。
[0024] 本发明装置的进一步特征在于所述定量管43所用材料为聚四氟乙烯或玻璃。
[0025] 本发明中Y轴运动组件2和X轴运动组件3的具体结构（参见图2)及功能为：Y 底板200是为了固定支撑Y轴运动组件2,左支架201、右支架202、Y导轨207和Y限位开 关210安装在Y底板200上。Y向步进电机203固定于左支架201上，并与左边Y同步带轮 205固定连接，通过Y同步带204与右边Y同步带轮205连接在一起，右边Y同步带轮205 通过Y连接轴206固定于右支架202上，Y滑块208与Y同步带204通过连接支架209固 定在一起。Y向步进电机203带动两个Y同步带轮205转动，从而带动Y滑块208沿着Y导 轨207做直线运动，进一步带动X轴运动组件3沿着X导轨306水平移动。连接支架209 不仅起到固定连接滑块208和Y同步带204的作用，还用于固定X向步进电机302和X限 位开关309。
[0026] 进一步的，Y底板200上设有Y限位开关210,当Y滑块208触碰到Y限位开关210 时，Υ向步进电机203停止工作，Υ滑块208和Υ限位开关210用于实现对Υ轴的零点定位。
[0027] X轴运动组件3包括X支架301、X向步进电机302、X同步带303、两个X同步带 轮304、X连接轴305、X导轨306、X滑块307、连接板308和X限位开关309。其中，X向步 进电机302固定于连接支架209上，并与左边X同步带轮304固定连接。右边X同步带轮 304通过X连接轴305固定在X支架301上，X支架301与连接支架209通过X导轨306连 接在一起，X连接板308不仅用于将X同步带303和X滑块307固定在一起，还用于三通接 头45的安装定位，实现对试管进样的动作。X向步进电机302带动两个X同步带轮304转 动，从而带动X滑块307沿着X导轨306作直线运动，实现三通接头45的往复运动对不同 试管的进样。
[0028] 进一步的，连接支架209上设有X限位开关309,当X滑块307触碰到X限位开关 309时，X向步进电机302停止运动，X滑块307和X限位开关309用于实现对X轴的零点 定位。
[0029] 本发明中进样模块4的具体结构（参见图3)及功能为：包括注射泵41、第一电磁 阀42、定量管43、液位传感器44、三通接头45、两个进液管46、第二电磁阀47、第三电磁阀 48和第四电磁阀49。注射泵41通过第一电磁阀42与定量管43上端相连，定量管43上安 装有液位传感器44,用于实现对进液量的精确控制。定量管43下端与第二电磁阀47的上 接头连接，第二电磁阀的左、右接头分别与第四电磁阀49、第三电磁阀48的上接头连接，切 换电磁阀的通路，从而控制对不同液体的进液与排液。两个进液管46分别与第四电磁阀49 的左接头、第三电磁阀48的右接头相连，用于完成吸液的过程。第四电磁阀49的右接头、 第三电磁阀48的左接头分别连接到三通接头45的两个接口上，三通接头45的另一个接口 与X连接板308相连，进而完成对不同试管的进样过程。
[0030] 进一步的，液位传感器44和定量管43的使用，既保证了注射泵41不受液体污染， 又能实现对进液量的精确控制。
[0031] 本发明中注射泵41的具体结构（参见图4)及功能为：固定底板411、左支座412、 右支座413、轴承支座414、丝杠415、注射器416、步进电机417和两个注射器限位开关418。 左支座412和右支座413、两个注射泵限位开关418固定安装在固定底板411上，步进电机 417固定在左支座412上，丝杠415分别与左支座412和右支座413连接，步进电机417带 动丝杠415转动，从而驱动轴承支座414作直线运动，注射器416的活塞与轴承支座414固 定在一起，轴承支座414的运动推动注射器416的活塞的推拉，注射器416在推拉过程产生 负压，推进管路中液体的吸入与排出。
[0032] 进一步的，注射器限位开关418分别控制注射器推拉的最大行程。当轴承支座414 与左边注射器限位开关418接触时，表明吸液过程达到最大量程，进液结束，步进电机417 反转，开始排液过程，当轴承支座414与右边注射器限位开关418接触时，表明排液过程结 束。
[0033] 本发明装置主要针对于水质化学需氧量检测所需的两种试剂重铬酸钾和浓硫酸 的进样，该装置相对于现有技术相比，不仅进液量大，而且能够实现同时对两种液体的进 样。本发明装置的进样位置和流速控制等都是在计算机控制下完成的。
[0034] 本发明中机箱1的底板上设有固定试管架的卡槽6,用来实现对试管架的定位，从 而实现对16个试管的位置的准确定位，同时，使用卡槽6能够使操作人员方便地对试管架 进行替换；本发明可以依次完成对16个以内的试管的进样过程。
[0035] 本发明中X轴运动组件3和Y轴运动组件2采用的是同步带、同步轮的传动方式， 并用导轨实现导向，从而减少了运动噪声，增加了运动的平稳性，提高了运行速度；进样模 块4采用注射泵41控制，利用液位传感器44对进样量精确控制，避免手动进样的人为误 差，同时提高了进样效率；采用定量管43实现了进液量的准确控制，定量管43与液位传感 器44的配合使用，使进液量达到液位传感器44时，注射泵41停止进液过程，试剂只存在于 定量管和管路中，不会流入到注射泵中，因此避免了液体对注射泵的污染腐蚀。本发明采用 聚四氟乙烯或玻璃制成的定量管43,并且装置的所有管路都采用聚四氟乙烯管作为连接部 件，进而保证了装置的耐酸性和耐腐蚀性。
[0036] 实施例1
[0037] 本实施例中用于水质化学需氧量检测的自动进样装置能够实现两路进液，主要针 对于水质化学需氧量检测所需的两种试剂：重铬酸钾和浓硫酸。装置上电后，能够设置1? 16个不同的进样试管数量，设置完成后根据实际检测的需要，依次对每个试管进样10ml重 铬酸钾和30ml浓硫酸。该装置能够在19分钟以内完成16个试管的进样，进样误差小于 lml，进样精度在2. 5%以内。
【权利要求】
1. 一种用于水质化学需氧量检测的自动进样装置，包括机箱、Y轴运动组件、X轴运动 组件和进样模块，其特征在于机箱的底板上设有固定试管架的卡槽，机箱侧面设有固定支 架，Υ轴运动组件通过螺钉固定在机箱的固定支架的上端，X轴运动组件固定在Υ轴运动组 件的Υ滑块上，进样模块固定在固定支架的下端； 所述Υ轴运动组件包括Υ底板、左支架、右支架、Υ向步进电机、Υ同步带、两个Υ同步 带轮、Υ连接轴、Υ导轨、Υ滑块、连接支架和Υ限位开关，左支架、右支架、Υ导轨和Υ限位开 关固定在所述Υ底板上，Υ向步进电机固定于左支架上，并与左边Υ同步带轮连接固定，右Υ 同步带轮通过Υ连接轴固定于右支架上，左边和右边Υ同步带轮通过Υ同步带连接，Υ滑块 与Υ同步带通过连接支架固定在一起； 所述X轴运动组件包括X支架、X向步进电机、X同步带、两个X同步带轮、X连接轴、X 导轨、X滑块、连接板和X限位开关，X支架与连接支架通过X导轨连接，X向步进电机和X 限位开关固定于连接支架上，并与左边X同步带轮连接固定，右边X同步带轮通过X连接轴 固定于X支架上，左边和右边X同步带轮通过X同步带连接，X滑块与X同步带通过连接板 固定在一起； 所述进样模块包括注射泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、定量 管、液位传感器、三通接头和两个进液管，所述两个进液管分别与第四电磁阀的左接头、第 三电磁阀的右接头相连，第四电磁阀的右接头与第三电磁阀的左接头通过三通接头连接起 来，三通接头通过螺钉固定于连接板上，第四电磁阀的上接头与第三电磁阀的上接头分别 与第二电磁阀的左、右接头相连，第二电磁阀的上接头与定量管下端相连；所述定量管上端 设有液位传感器，且定量管上端通过第一电磁阀与注射泵相连； 所述注射泵包括：固定底板、左支座、右支座、轴承支座、丝杠、注射器、步进电机和两个 注射器限位开关，左支座、右支座及两个注射器限位开关均固定在固定底板上，步进电机与 左支座连接，所述注射器跨接在轴承支座和右支座之间，注射器的活塞固定于轴承支座上， 丝杠一端与左支座连接，另一端与右支座固定在一起。
2. 根据权利要求1所述的用于水质化学需氧量检测的自动进样装置，其特征在于所述 Υ限位开关、X限位开关是机械触点式开关或光电开关。
3. 根据权利要求1所述的用于水质化学需氧量检测的自动进样装置，其特征在于所述 第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀均为防强酸的三通电磁阀。
4. 根据权利要求1所述的用于水质化学需氧量检测的自动进样装置，其特征在于所述 液位传感器为超声波传感器。
5. 根据权利要求1所述的用于水质化学需氧量检测的自动进样装置，其特征在于所述 定量管所用材料为聚四氟乙烯或玻璃。
【文档编号】G01N33/18GK104062457SQ201410323871
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】张思祥, 周围, 杨朋菲, 杨新颖, 张旭, 吴迪, 朱远飞 申请人:河北工业大学