用于水质监测的测量单元及测量系统的制作方法

本发明属于水质监测设备领域，更具体而言，其涉及一种用于水质监测的测量单元及测量系统。

背景技术：

目前，为实现对特定水域的水质监测，需要设计专用的测量单元。作为水质监测的内容之一，水质氨氮监测能够为水质评估提供一项重要的参考。为满足水质氨氮监测的各项测量要求，设计该专用测量单元需从多个角度进行考量。

其中，首先，为保证监测环境的稳定，此类测量单元应当具备在测量时段内提供恒温且避光环境的功能。其次，为适应不同的测量范围，此类测量单元应当具备不同测量光程。再者，为便于测量光程，用于盛放样本的容器自身还应具备较好的透光性及便于测量的结构设计。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种能够实现监测水质氨氮的测量单元。

本发明的又一目的在于提供一种能够实现监测水质氨氮的测量系统。

为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。

按照本发明的一方面，提供一种用于水质监测的测量单元，其包括：由导热材料制成的基座及盖板，所述基座及盖板围成加热腔体支承腔体；加热组件，其用于加热所述基座及盖板；用于容纳待测试测量样本的透光比色皿，其布置在所述加热腔体支承腔体中，并与所述加热腔体支承腔体的至少一个面贴合；以及至少两组光程测量组件，其靠近所述透光比色皿布置，并为待测试测量样本提供不同的测量光程。根据本发明的用于水质监测的测量单元，通过各元件的独立设计及相互配合，满足了多种实验测量要求，因而进一步确保测量结果的精确性。例如，通过设置由基座与盖板围成的加热腔体支承腔体并将比色皿布置在其中，可以很好地避免该测量过程收到外界光线干扰。此外，由于基座与盖板为热的良导体，能够根据实际测量需求来将用于测试的透光比色皿及光程测量组件保持在恒定温度下；并且将透光比色皿布置成与加热腔体支承腔体的至少一个面贴合，这更进一步地确保了透光比色皿得到支承腔体的支承并与其保持在基本一致的温度区间的测量温度处于要求的区间内。再者，通过提供多组光程测量组件，为待测试测量样本提供了不同的测量光程，这将使得该测量单元具有更广阔的测试测量范围。

可选地，所述透光比色皿包括：比色皿主体以及分别布置在所述比色皿主体两侧的上部端口及下部端口；其中，所述比色皿主体包括至少两组对称的侧壁，各组光程测量组件对应地靠近各组对称的侧壁布置；所述下部端口用于进液、鼓气泡和/或排液；且所述上部端口用于溢流。在此提供了一种透光比色皿的具体实施方式。其中，该比色皿主体的对称的侧壁可便于光程测量组件对试样进行光程测量，这是因为光程测量组件对于设备的对中性通常具有极高的要求。此外，为将多种测量样本均匀地送入比色皿主体中，可在比色皿主体下侧设置下部端口，在将多种试样由此送入比色皿主体内之后，还可由此鼓入气泡，进而提高待测量样本混合的均匀性。而测量完成后的液体也可经由此处排出。此外，为免因发生意外而导致充入过多待测量样本，可经由布置在比色皿主体上侧的上部端口将多余样本排出，以确保整个测量过程安全进行。

可选地，所述比色皿主体的截面呈矩形，其包括两组对称并具有不同边长的侧壁。在此提供了一种关于比色皿主体的具体实施方式。在此种情形下，比色皿主体具有较低的加工难度，且其同时还能满足提供不同测量光程及便于光程测量组件对中的测量要求。

可选地，两组所述光程测量组件以其连线呈相互正交的形式靠近所述比色皿主体的侧壁布置。在此提供了一种关于布置光程测量组件的具体实施方式。在此种情形下，由于两组光程测量组件相互正交，其一方面能够降低相互之间的测量干涉，另一方面也能够与矩形的比色皿主体达成较好的匹配效果。

可选地，所述透光比色皿包括位于所述比色皿主体上部的带纹路壁面，和/或位于所述比色皿主体下部的漏斗形壁面；其中，所述带纹路壁面用于增加接触面的静摩擦力；且所述漏斗形壁面用于促进排出样本。在此提供了透光比色皿的又一具体实施方式。在此种情形下，一方面，其上部的带纹路壁面为测量人员提供了具有较大静摩擦力的握持处，以降低因各种原因而导致比色皿滑落的可能性；另一方面，其下部的漏斗形壁面能够在测量结束阶段促使更快地排出样本，且尽可能地避免比色皿内残留样本而影响下次测量。

可选地，还包括加热组件，其用于加热所述基座及盖板；其中，所述基座及盖板由导热材料制成。此时，由于基座与盖板为热的良导体，能够根据实际测量需求来将用于测量的透光比色皿及光程测量组件保持在恒定温度下。

可选地，所述加热组件还包括：布置在所述基座和/或盖板上的加热元件以及温度传感器。在此提供了加热组件一种具体实施方式，其至少应当包括用于提供热源的加热元件以及用于为恒温控制提供感测参数的温度传感器。

可选地，所述加热组件还包括：用于断开对所述加热元件供电的热敏熔断元件。在此提供了加热组件又一具体实施方式，在前述实施例的基础上，其还可以包括热敏熔断元件，由此为该套测量单元提供了关于加热功能的安全保护措施。

可选地，还包括第一弹性元件，所述透光比色皿通过所述第一弹性元件将其在第一方向上挤压至与所述支承腔体的至少一个面贴合。在此提供了透光比色皿与支承腔体之间连接关系的一种实施方式。通过第一弹性元件，一方面可以将透光比色皿压至与支承腔体的内壁面的至少一个面紧密贴合；另一方面，在进行设备维护时，也便于取出透光比色皿进行维护或更换。

可选地，还包括第二弹性元件，所述透光比色皿通过所述第二弹性元件将其在第二方向上挤压至与所述支承腔体的至少另一个面贴合；其中，所述第一方向正交于所述第二方向。在此提供了透光比色皿与支承腔体之间连接关系的进一步的实施方式。通过第二弹性元件，可以将透光比色皿压至与支承腔体的内壁面的至少另一个面紧密贴合；且由于第一方向正交于第二方向，因此，在第二弹性元件与第一弹性元件的共同作用下，实现了透光比色皿与支承腔体多个内侧壁面的紧密贴合，以获取更优的加热恒温效果。另一方面，在进行设备维护时，也便于取出透光比色皿进行维护或更换。

可选地，所述支承腔体上设置安装通孔，所述光程测量组件经由所述安装通孔插设入所述支承腔体。在此提供了一种安装光程测量组件的具体实施方式。一方面便于该光程测量组件的装卸；另一方面也使得光程测量组件得以对透光比色皿中的光程进行测量。

可选地，每组所述光程测量组件包括：相互对中的点光源以及光敏传感器；其中，所述点光源及光敏传感器关于所述透光比色皿的中心轴线布置在所述透光比色皿两侧。在此需要明确的是，对中是指每组光程测量组件具有较高的同轴度，也即点光源与光敏传感器的中心轴线基本能够相互重合，如此能够确保点光源发射出的光线穿过透光比色皿后再被光敏传感器所接收，实现对其光程测量。

可选地，还包括由导热材料制成的第一罩壳，所述点光源经由所述第一罩壳安装在所述基座和/或盖板上；和/或由绝热材料制成的第二罩壳，所述光敏传感器经由所述第二罩壳安装在所述基座和/或盖板上。通过设计独立的第一罩壳及第二罩壳，能够实现对点光源及光敏传感器更灵活的拆装。

可选地，所述基座及盖与所述第一罩壳由相同的导热材料制成。在此种情形下，由于基座、盖板及第一罩壳由相同材料制成，因而三者具有基本相同的导热性能及其他物理性质，这将更有利于稳定的热传递。

可选地，所述点光源经由热熔胶与所述第一罩壳连接；和/或所述光敏传感器经由热熔胶与所述第二罩壳连接。在此提供了一种易于固定且能够保持良好的对中性的连接实施方式。

可选地，所述基座及盖板上分别设置定位销孔，且所述基座及盖板通过至少两个定位销来实现对中。通过两对定位销孔的设置，可以快速便捷地实现基座与盖板的对准，并进而实现安装在其上的光程测量组件的对中。

按照本发明的又一方面，还提供一种用于水质监测的测量系统，其包括如前所述的测量单元；以及安装板与紧固件，所述测量单元通过相互配合的安装板与紧固件接入所述测量系统。根据本发明的该测量系统，能够为待测量样本与试剂提供恒温避光的反应空间，且提供了不同光程的测量方式，能够优质快速地完成整个水质氨氮测量过程。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是按照本发明的用于水质监测的测量单元的一个实施例的主视图。

图2是图1所示实施例的后视图。

图3是图1所示实施例的侧视图。

图4是图1所示实施例的D-D视角剖视图。

图5是图1所示实施例的A-A视角剖视图。

图6是图5所示实施例填充热熔胶后的示意图。

图7是图1所示实施例的C-C视角剖视图。

图8是按照本发明的用于水质监测的测量单元的透光比色皿的一个实施例的立体视图。

图9是图8所示实施例的主视图。

图10是图8所示实施例的侧视图。

图11是图10所示实施例的B-B视角剖视图。

图12是图9所示实施例的D-D视角剖视图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

参见图1至图8，其分别以不同视角或不同状态示出了本发明的用于水质监测的测量单元1的一个实施例。该测量单元1整体上由几大部件组成，包括：壳体，置于壳体内的测量容器、布置在壳体上的测量组件及加热组件。

具体而言，壳体由两个半壳组成，包括基座100及盖板200。其中，基座100大致上呈盒状，盖板200可以通过螺栓安装在基座100上并与其在二者的内侧共同围成用于容纳样本载体的支承腔体300。由于基座100及盖板200的作用是为测量样本提供一个恒温且避光的环境，由此可知，其应当由具有良好导热性的材料制成。为使两者的物理性质贴合，基座100及盖板200应当由性质相同的导热材料制成。

另外，此处的测量容器为透光比色皿500，其应当具有一定硬度、光滑度及透光度。因此，作为一个实施方式，可采用石英比色皿来作为此处透光比色皿500。该透光比色皿500用于容纳待测量样本并提供试剂进行化学反应的空间。其可以直接布置在支承腔体300中，且与支承腔体300的至少一个面贴合，以确保恒温加热效果。其作为水样和试剂进行化学反应的容器，是整个仪器流路中的重要组成部分。因此，后文中将结合附图对此元件单独进行详述。

此外，该实施例中还存在加热组件400，其用于加热基座100及盖板200，进而间接加热透光比色皿500，使得内部水样、试剂均能在稳定的温度范围内进行完整的化学反应，从而确保仪器在不同的工作环境温度下，均能获得稳定的测量性能。

并且，为实现测量目的，还应包括至少两组光程测量组件600，其靠近透光比色皿500布置，由此当水样的浓度不同时，测量系统能够自动切换测量光程，从而达到扩展仪器的测量范围，提高测量性能的目的。

根据前述实施例中的用于水质监测的测量单元1，通过各元件的独立设计及相互配合，满足了多种测量要求，因而进一步确保测量结果的精确性。

作为对该测量单元1中各个部件的进一步改善，如下还提供了关于各个部件的具体改进细节。

例如，加热组件400还包括：布置在基座100和/或盖板200上的加热元件410、温度传感器420及热敏熔断元件430。其中，加热元件410可用于提供热源，作为一种常见示例，其可为热功率电阻；而温度传感器420可用于为恒温控制提供感测参数；且热敏熔断元件430可用于断开对加热元件410供电。例如，其可在温度失控时实时断裂，从而停止加热，由此为该套测量单元1提供了关于加热功能的安全保护措施。

可选地，为提供透光比色皿500与支承腔体300之间紧密且便于拆装的连接方式，还可设置第一弹性元件310及第二弹性元件320。其中，透光比色皿500通过第一弹性元件310将其在第一方向上挤压至与支承腔体300的至少一个面贴合。此时，可以将透光比色皿500压至与支承腔体300的内壁面的至少一个面紧密贴合。更进一步地，透光比色皿500还可通过第二弹性元件320将其在第二方向上挤压至与支承腔体300的至少另一个面贴合；其中，第一方向正交于第二方向。此时，通过第二弹性元件320，一方面可以将透光比色皿500压至与支承腔体300的内壁面的至少另一个面紧密贴合；且由于第一方向正交于第二方向，因此，在第二弹性元件320与第一弹性元件310的共同作用下，实现了透光比色皿500与支承腔体300的多个内侧壁面的紧密贴合，以获取更优的加热恒温效果。此外，也便于在维护期间取出透光比色皿500进行检修或更换。在此，作为一个具体示例，第一弹性元件310为弹簧片，而第二弹性元件320为泡棉。在实际应用中，可将泡棉事先贴装于支承腔体300内。随后，通过可快速安装拆卸的弹簧片将透光比色皿500先压至与基座100的一个侧壁贴合，再盖上盖板200来用泡棉将透光比色皿500压至与基座100的另一个侧壁贴合，由此实现至少两个加热面的固定，提高了加热效率。

可选地，作为一种改善的连接方式，在支承腔体300上设置安装通孔330a、330b、330c、330d，光程测量组件600经由安装通孔330a、330b、330c、330d插设入支承腔体300。例如，在此示例中，具有两组光程测量组件600，其分别具有发射光的光源元件及接收光的接收元件。此时，第一组光程测量组件600的光源元件及接收元件分别插设在安装通孔330a与330c中，而第二组光程测量组件600的光源元件及接收元件分别插设在安装通孔330b与330d中。这一方面便于该光程测量组件600的装卸；另一方面也使得光程测量组件600得以对透光比色皿500中的光程进行测量。

可选地，作为一种具体示例，光程测量组件600包括：相互对中的点光源610以及光敏传感器620；其中，点光源610及光敏传感器620关于透光比色皿500的中心轴线布置在透光比色皿500两侧。如此能够确保点光源610发射出的光线穿过透光比色皿500后再被光敏传感器620所接收，实现对其光程测量。其中，作为一种具体示例，点光源610可采用LED光源，其具有成本低廉且性能稳定等优势。

可选地，作为一种改善的连接方式，该测量单元还包括由导热材料制成的第一罩壳611，点光源610经由第一罩壳611安装在基座100和/或盖板200上；和/或由绝热材料制成的第二罩壳621，光敏传感器620经由第二罩壳621安装在基座100和/或盖板200上。通过设计独立的第一罩壳611及第二罩壳621，能够实现对点光源610及光敏传感器620更灵活的拆装。

可选地，作为改进的一个方面，第二罩壳621为由塑料制成的隔热罩壳，其与导热良好的基座100及盖板200之间形成隔离的空间，从而确保了安装于其中的光敏传感器620的工作温度尽可能少地受到来自于基座100及盖板200的影响。

可选地，作为改进的一个方面，第一罩壳、基座及盖板由相同的导热材料制成。在此种情形下，三者具有基本相同的导热性能及其他物理性质，这将更有利于稳定的热传递，使得点光源610的工作环境温度与测量单元的控制温度基本保持一致。

可选地，作为一种改善的连接方式，点光源610经由热熔胶612与第一罩壳611固定；和/或光敏传感器620经由热熔胶622与第二罩壳621固定，确保了无论在运输过程中，还是在有振动的环境下，点光源610与光敏传感器620之间始终保持良好的对中性。

可选地，作为一种改善的连接方式，基座100及盖板200上分别设置定位销孔110、210，且基座100及盖板200通过至少两个定位销来实现对中。而通过两对定位销孔110、210的设置，可以快速便捷地实现基座100与盖板200的对准，并进而实现安装在其上的光程测量组件600的对中，以进一步提高测量精度。

参见图8至图12，其分别以不同视角或不同状态示出了本发明的用于水质监测的测量单元1的透光比色皿500的一个实施例。

该透光比色皿500包括：比色皿主体510以及分别布置在比色皿主体510两端的上部端口520及下部端口530。其中，由图示可知，比色皿主体510大致上呈矩形，其包括两组对称并具有不同边长的侧壁510a、510b、510c、510d。由于其在造型上呈现为具有不同边长的长方形，该造型使得比色皿加工工艺简单，易于确保生产质量；同时还轻易地满足了提供不同测量光程及便于光程测量组件600对中的测量要求。事实上，长方形的侧壁510a、510b、510c、510d设计仅是一种较优的实施方案。例如，作为备选，比色皿主体510包括至少两组对称的侧壁510a、510b、510c、510d即可。此时，其已经具有便于光程测量组件600对试样进行光程测量的特性，这是因为光程测量组件600对于设备的对中性通常具有极高的要求。更进一步地，可将两组光程测量组件600呈相互正交的形式靠近比色皿主体510的侧壁510a、510b、510c、510d布置。此时，由于两组光程测量组件600相互正交，其一方面能够降低相互之间的测量干涉，另一方面也能够与矩形的比色皿主体510达成较好的匹配效果。

此外，布置在该比色皿主体510的下端的下部端口530用于进液、鼓气泡和/或排液，此种布置能将多种测量样本均匀地送入比色皿主体510中。因为，在将多种试样由此送入比色皿主体510内之后，还可由此鼓入气泡，进而提高待测量样本混合的均匀性，以便进行充分的化学反应。而测量完成后的液体也可经由此处排出。此外，为免充入过多待测量样本，可经由布置在比色皿主体510上侧的上部端口520将多余样本排出，以确保整个测量过程安全进行。

更具体而言，还在透光比色皿的比色皿主体510上部设置带纹路壁面511。该带纹路壁面511可用于增加接触面的静摩擦力，因此为组装或维护人员提供了操作或握持处，以降低因各种原因而导致比色皿滑落的可能性。此外，还在透光比色皿的比色皿主体510下部设置漏斗形壁面512；该漏斗形壁面512能够在测量结束阶段促使更快地排出样本，且尽可能地避免比色皿内残留样本而影响下次测量。

为便于本领域技术人员理解，在此结合附图进一步描述该测量单元的工作过程。首先，在整套设备开始启动新的工作循环的某一设定时刻，测量单元开始进行温度控制，直至将测量单元内部的测量温度控制于设定范围，并维持此温度直到测量结束。此后，开始从透光比色皿500的下部端口530依序注入试剂、水样；再从下部端口530鼓入气泡，促使水样与试剂混合均匀。随后，开始进行水样与试剂之间的化学反应。待充分反应后，根据水样的氨氮浓度，启动具有对应测量光程范围的光程测量组件，并着手测量各项数据。在完成测量过程后，从下部端口530排出废液，清洗比色皿，并等待进入新的工作循环。

此外，本发明还提供一种用于水质监测的测量系统的实施例。其包括任一前述实施例或其组合得到的测量单元；其还包括安装板700与紧固件800，并将该测量单元通过相互配合的安装板700与紧固件800接入测量系统中。例如，当紧固件800为滚花旋钮时，整个过程通过手拧即可完成，因此可以实现快速地装卸与维护。此外，该测量系统还能够得到前述测量单元所带来各种技术效果，进而为待测量样本与试剂提供恒温避光的反应空间，且提供了不同光程的测量方式，能够优质快速地完成整个水质氨氮测量过程。

以上例子主要说明了本发明的用于水质监测的测量单元及测量系统。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。