一种全自动总硬度分析仪的制作方法

1.本发明涉及硬度测量仪器领域，尤其涉及一种全自动总硬度分析仪。


背景技术：

2.水总硬度是水质的一个重要监测指标，通过监测可以知道其是否可以用于工业生产和日常生活。edta络合滴定法是一种普遍使用的检测水中总硬度的化学方法，该方法大多采用人工操作，不涉及前处理过程，操作简单。但是滴定全过程需要实验人员跟进，耗费人员精力。且因实验人员技术能力和操作习惯的不同，易出现试剂加入量、指示终点、操作人员对滴定终点颜色判断等误差，难以保障实验的重现性、准确性和精密度。因此，如何开发一款全自动总硬度分析仪，以实现稳定、快速、高效的总硬度分析测定，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种全自动总硬度分析仪，解决人工操作费时费力，容易出现误差，测量结果不稳定、不一致的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
5.本发明一种全自动总硬度分析仪，包括阶梯状的工作平台，所述工作平台的低端侧顶面上设置有样品盘装置，所述工作平台的高端侧顶面上设置有样品抓取装置和试剂添加装置，所述样品抓取装置可旋转的安装在所述工作平台的高端侧的一个台阶面上，所述试剂添加装置安装在所述工作平台的高端侧的一个检测面上，所述检测面上设置有检测装置，所述工作平台的腔体内部设置有plc控制系统，所述样品抓取装置、检测装置和试剂添加装置均与所述plc控制系统连接；工作时，多个样品杯放置在所述样品盘装置内，所述样品抓取装置将其中一个样品杯抓取后放置到所述检测装置内，所述试剂添加装置旋转后向样品杯内滴液完成试剂添加，所述检测装置工作进行总硬度的检测分析。
6.进一步的，所述样品盘装置包括样品盘和第一电机，所述样品盘上设有多个容置样品杯的盲孔，所述第一电机安装在所述工作平台的腔体内部，所述第一电机的旋转杆纵向贯穿低端工作平台上的通孔口后与所述样品盘的中心连接并驱动所述样品盘旋转，所述第一电机与所述plc控制系统电连接。
7.进一步的，所述样品抓取装置位于所述样品盘的左侧，包括第二电机、第三电机、第四电机、机械臂和机械抓手，所述第二电机安装在所述工作平台的高端侧台阶面下的腔体内，第二电机的旋转杆纵向贯穿所述高端侧台阶面上的通孔口与所述机械臂一端连接，所述第三电机安装在所述机械臂的另一端，所述第四电机通过滑块连接在所述第三电机的工作杆上，所述滑块的侧面匹配设置有导轨，所述导轨连接在所述机械臂上，所述机械抓手安装在所述第四电机上；所述第二电机、第三电机、第四电机均与所述plc控制系统电连接。
8.进一步的，所述机械臂设置为l状，包括水平板和竖直板，所述水平板和竖直板的相邻端垂直布置对齐后通过角铁焊接在一起，所述水平板的另一端连接在所述第二电机的
旋转杆上，所述第三电机安装在所述竖直板的顶端。
9.进一步的，所述滑块与所述第三电机的工作杆螺纹连接在一起，所述滑块的侧壁上通过一个直角板与所述第四电机连接。
10.进一步的，所述检测装置包括槽形的检测筒，所述检测筒的中心设置为样品槽，所述检测筒的侧壁上设置有判定是否具有样品杯的光学判定系统和指标检测用的光学检测系统，所述样品杯放置在所述样品槽内；所述光学判定系统和光学检测系统均与所述plc控制系统电连接。
11.进一步的，所述试剂添加装置包括输液管路、四个注射泵、一个滴定泵和可旋转滴嘴组件，所述可旋转滴嘴组件位于所述检测装置的前面，所述注射泵和滴定泵位于所述可旋转滴嘴组件的左侧且安装在所述工作平台的腔体内部，所述注射泵、滴定泵和所述可旋转滴嘴组件通过输液管路连通；所述可旋转滴嘴组件的顶端设置为滴嘴，当所述滴嘴旋转至样品槽内的样品杯上方时，试剂通过所述滴嘴打入到样品杯内。
12.进一步的，所述可旋转滴嘴组件还包括滴液臂、束液管和第六电机，所述滴液臂的底端通过束液管连接在所述第六电机的旋转端，所述第六电机安装在工作平台的腔体内部，所述滴嘴通过输液管路与所述注射泵、滴定泵连通，所述输液管路从所述束液管定位并延伸至滴液臂上。
13.进一步的，所述检测装置的正下方设置有搅拌装置，所述搅拌装置的位于所述工作平台的腔体内部。
14.进一步的，所述搅拌装置包括磁块和第五电机，所述第五电机安装在所述工作平台的腔体内部，所述磁块连接在所述第五电机的旋转杆上，所述样品杯内放置有转子，所述磁块带动所述转子旋转完成搅拌作业。
15.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
16.本发明全自动总硬度分析仪，包括阶梯状的工作平台，工作平台上设置有样品盘装置、样品抓取装置、试剂添加装置和检测装置，工作平台的腔体内部设置有plc控制系统，样品抓取装置、检测装置和试剂添加装置均与plc控制系统连接；工作时，多个样品杯放置在样品盘装置内，样品抓取装置将其中一个样品杯抓取后放置到检测装置内，试剂添加装置旋转后向样品杯内滴液完成试剂添加，检测装置工作进行总硬度的检测分析。
17.本发明构思巧妙，布局紧凑合理，通过多个电机的设置，实现了试剂自动添加、自动滴定、自动搅拌及自动检测，从而实现了水样总硬度的全自动检测，操作方便快捷，测量结果更加稳定准确。
附图说明
18.下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
19.图1为本发明全自动总硬度分析仪主视图；
20.图2为本发明全自动总硬度分析仪俯视图；
21.图3为本发明全自动总硬度分析仪示意图；
22.图4为本发明样品盘装置示意图；
23.图5为本发明样品抓取装置示意图；
24.图6为本发明的检测装置与搅拌装置示意图；
25.图7为本发明试剂添加装置示意图；
26.附图标记说明：1、样品盘装置；2、样品抓取装置；3、检测装置；4、试剂添加装置；5、搅拌装置；
27.11、样品盘；12、第一电机；13、盲孔；
28.21、第二电机；22、第三电机；23、第四电机；24、机械臂；25、滑块；26、机械抓手；27、工作杆；28、导轨；
29.31、光学检测系统；32、光学判定系统；33、样品槽；
30.41、滴嘴；42、注射泵；43、滴定泵；
31.411、滴液臂；412、束液管；413、第六电机；
32.51、磁块；52、第五电机。
具体实施方式
33.如图1-7所示，一种全自动总硬度分析仪，包括阶梯状的工作平台6，所述工作平台的低端侧顶面上设置有样品盘装置1，所述工作平台的高端侧顶面上设置有样品抓取装置2和试剂添加装置4，所述样品抓取装置2可旋转的安装在所述工作平台的高端侧的一个台阶面601上，所述试剂添加装置4安装在所述工作平台的高端侧的一个检测面602上，所述检测面602上设置有检测装置3，所述工作平台的腔体内部设置有plc控制系统，所述样品抓取装置2、检测装置3和试剂添加装置4均与所述plc控制系统连接；工作时，多个样品杯放置在所述样品盘装置1内，所述样品抓取装置2将其中一个样品杯抓取后放置到所述检测装置3内，所述试剂添加装置4旋转后向样品杯内滴液完成试剂添加，所述检测装置3工作进行总硬度的检测分析。
34.如图4所示，所述样品盘装置2包括样品盘11和第一电机12，所述样品盘11上设有多个容置样品杯的盲孔13，所述盲孔13设置有环形的两组，每组的多个盲孔13呈圆周均布，所述第一电机12安装在所述工作平台的腔体内部，所述第一电机12的旋转杆纵向贯穿低端工作平台上的通孔口后与所述样品盘11的中心连接并驱动所述样品盘11旋转，所述第一电机12与所述plc控制系统电连接。具体的，多个所述样品杯均为敞口状态，用于盛放待测样品，所述第一电机12采用步进电机，工作时，所述第一电机12驱动所述样品盘11旋转设定的角度，使得相邻的一个样品杯旋转至取样位置上，所述样品盘11在所述第一电机的驱动下可360
°
旋转。
35.如图3、5所示，所述样品抓取装置2位于所述样品盘11的左侧，包括第二电机21、第三电机22、第四电机23、机械臂24和机械抓手26，所述第二电机21安装在所述工作平台6的高端侧台阶面下的腔体内，第二电机21的旋转杆纵向贯穿所述高端侧台阶面上的通孔口与所述机械臂24一端连接，所述第三电机22通过螺栓组件安装在所述机械臂24的另一端，所述第四电机23通过滑块25连接在所述第三电机22的工作杆27上，所述滑块25的侧面匹配设置有导轨28，所述导轨28连接在所述机械臂24上，所述机械抓手26安装在所述第四电机23上；所述第二电机21、第三电机22、第四电机23均与所述plc控制系统电连接，以实现自动化控制。工作时，所述第二电机21旋转带动机械臂24带动机械抓手26在取样位置和滴定位位置之间来回移动，第三电机22启动通过滑块带动机械抓手26完成上下升降运动，第四电机23启动实现机械抓手26对样品杯的抓取和放下的动作。
36.具体的，所述机械臂24设置为l状，包括水平板和竖直板，所述水平板和竖直板的相邻端垂直布置对齐后通过角铁焊接在一起，所述水平板的另一端连接在所述第二电机21的旋转杆上，所述第三电机22安装在所述竖直板的顶端。所述滑块25与所述第三电机22的工作杆27螺纹连接在一起，所述滑块25的侧壁上通过一个直角板与所述第四电机23连接。当所述第四电机23旋转时，通过螺纹连接转化为滑块25的上下直线移动，且移动过程中通过导轨28实现定位导向，保证运行的平稳性。
37.如图6所示，所述检测装置3包括槽形的检测筒，所述检测筒的中心设置为样品槽33，所述检测筒的侧壁上设置有判定是否具有样品杯的光学判定系统32和指标检测用的光学检测系统33，所述样品杯放置在所述样品槽内；所述光学判定系统32和光学检测系统33均与所述plc控制系统电连接。具体的，所述光学判定系统32为光电开关控制装置，用于确定样品槽内是否有样品杯，并将检测到的信号及时的传递给plc控制系统，plc控制系统再发出指令给下一个工作部件；所述光学检测系统33包括光源、滤光片和检测器，光源发出的光经过滤光片后，筛选出特定波长的光经过样品杯后，未被吸收的光被检测器接收，从而得到相应的信号值。
38.如图3所示，所述试剂添加装置4包括输液管路、四个注射泵42、一个滴定泵43和可旋转滴嘴组件，所述可旋转滴嘴组件位于所述检测装置3的前面，所述注射泵42和滴定泵43位于所述可旋转滴嘴组件的下方且安装在所述工作平台6的腔体内部，所述注射泵42、滴定泵43和所述可旋转滴嘴组件通过输液管路连通；所述可旋转滴嘴组件的顶端设置为滴嘴41，当所述滴嘴41旋转至样品槽33内的样品杯上方时，试剂通过所述滴嘴41打入到样品杯内。具体的，如图7所示，所述可旋转组件包括滴液臂411、束液管412和第六电机413，所述滴液臂411的底端通过束液管412连接在所述第六电机413的旋转端，所述第六电机413安装在工作平台6的腔体内部，所述滴嘴41通过输液管路与所述注射泵42、滴定泵43连通，所述输液管路从所述束液管412定位并延伸至滴液臂411上。具体的，四个注射泵的设计，用于向样品杯内依次加入铬黑t指示剂溶液、碱性缓冲液、硫化钠溶液、盐酸羟胺溶液，用于样品检测前的处理，滴定泵用于向滴定位样品杯内滴加滴定液。
39.具体的，所述输液管路包括第一输液管路和第二输液管路，第一输液管路与注射泵和滴定泵的进液口连接，用于将试剂输送到泵体内；第二输液管路与注射泵和滴定泵的出液口连接，用于将泵体内的试剂输送到样品杯内；其中第二输液管路的终端可嵌在滴嘴41上。所述第一输液管路共有五条管路，其中四条管路连接四个注射泵的进液口，一条管路连接一个滴定泵的进液口；第二输液管路共有五条管路，且采用毛细管，其中四条管路连接四个注射泵的出液口，一条管路连接一个滴定泵的出液口；所述滴嘴上有五条长凹槽，用于放置第二输液管路的五条管路，实现试剂的添加。其中，滴液臂411上开设有若干长凹槽，用于固定毛细管；束液管412上开有小孔，毛细管通过束液管上的小孔然后安置到滴液臂411上的长凹槽上；滴液臂411的底部通过螺钉或销钉连接于束液管412上，束液管412通过螺钉或销钉连接在第六电机413的旋转杆上，第六电机413可通过束液管412带动转动滴液臂411旋转，实现滴嘴41在等待位和滴定位之间移动。
40.如图6所示，所述检测装置3的正下方设置有搅拌装置5，所述搅拌装置5的位于所述工作平台的腔体内部。具体的，所述搅拌装置5包括磁块51和第五电机52，所述第五电机52安装在所述工作平台的腔体内部，所述磁块51连接在所述第五电机52的旋转杆上，所述
样品杯内放置有转子，所述磁块51高速旋转时通过磁力影响带动所述转子旋转，从而完成样品杯内试样的搅拌作业。
41.本发明的使用过程，在一个具体的实施例中，主要包括以下步骤：
42.第一步，取50ml高浓度水样或100ml低浓度水样，倒入样品杯中，将样品杯放入样品盘11上的盲孔13中；
43.第二步，第二电机12驱动样品盘11转动，将放有样品杯的盲孔13转至样品位，与此同时，第二电机21驱动机械臂24带动机械抓手26转移至样品位的上方；
44.第三步，第三电机22控制机械抓手26向下运动且第四电机23控制机械抓手26处于打开状态；然后，到达指定高度后第四电机23控制机械抓手26关闭，抓紧样品杯；再将第三电机22控制机械抓手26向上运动至顶端，然后第二电机21驱动机械臂24带动机械抓手26转移至滴定位的上方；第三电机22再次控制机械抓手26向下运动，将样品杯放入检测装置3的样品槽33内；此时，第四电机23控制机械抓手26打开，松开样品杯；最后第三电机22控制机械抓手26向上运动至顶端，第二电机21驱动机械臂24旋转返回至样品位；
45.第四步，滴嘴41转动至滴定位，注射泵向样品杯内依次加入铬黑t指示剂溶液、碱性缓冲液、硫化钠溶液、盐酸羟胺溶液；然后，搅拌装置5启动，所述磁块51高速旋转时通过磁力影响带动所述转子旋转，将样品杯内液体搅拌均匀，直至滴定完成；
46.第五步，滴定泵43向样品杯内逐滴加入na2edta溶液，与此同时检测装置3工作，通过光学检测系统33检测样品信号，并将检测结果传送至plc控制系统内；
47.第六步，滴定完成后，滴嘴41复位，样品抓取装置2将样品槽33内的样品杯取回样品盘11上的样品位盲孔13中。
48.按照第一步到第六步的步骤循环作业，完成所有样品的检测作业。其中，样品槽33中是否放置好样品杯通过光学判定系统32感应，并将信号传递给plc控制系统并发出下一步指令。
49.本发明装置结合程序语言，实现水全硬度分析中的样品杯取样、自动添加、自动滴定、自动搅拌及自动检测及样品杯复位多个步骤的自动化作业。
50.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。