技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种自动滴定分析仪,尤其涉及一种基于溶液介电常数的自动滴定仪。
背景技术
[0002] 滴定作为一种定量分析的手段，在实际中被广泛应用。在现行的酸
碱滴定、沉淀滴定、
氧化还原滴定、配位滴定和重量法中，常使用大量、多种
试剂，特别是指示剂。大量使用多种试剂，一方面消耗资源数量，增加操作程序，加大工作量；另一方面，这些试剂的排放，污染环境。特别是使用指示剂，如，酚酞、甲基橙等，多为苯环类化合物，其对环境的污染尤为严重。而现行的自动滴定仪，主要为基于溶液电化学效应的电导自动滴定和电位自动滴定，二者都是基于溶液的电化学效应来判断滴定终点的，虽然可以减少指示剂的使用，但由于多数物质都具有
导电性或会产生电势
电极对滴定的结果产生较大影响，导致其适用性差；同时二者均为
接触式滴定，
传感器易老化，维护困难，而且电导滴定与电位滴定存在滴定速度慢的缺点，影响工作效率。
[0003] 因此，提出一种能非接触式的，能够减少试剂消耗，滴定速度快，可有效降低劳动强度，提高工作效率，消除主观误差，提高分析
精度的基于溶液介电常数变化的自动滴定仪显得尤为重要。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种基于溶液介电常数的自动滴定仪。
[0005] 本实用新型包括滴定机构、控
制模块和电源模块，其特征在于：所述滴定机构包含标准溶液瓶(3)、滴定池(6)、单
柱塞泵(1)和步进
电机(2)；所述单柱塞泵(1)设有进液口(1-1)和出液口(1-2)，所述单柱塞泵(1)的进液口(1-1)通过进样管路(4)接至标准溶液瓶(3)，所述单柱塞泵(1)出液口(1-2)通过滴定管路(5)连接至所述滴定池(6)；
[0006] 所述
控制模块至少包括
控制器C和
数据采集与处理模块，所述数据采集与处理模块至少包括一个溶液介电传感器，所述溶液介电传感器至少设有一个
信号输出端，所述步进电机(2)设有驱动
电路，所述步进电机(2)的驱动电路至少设有一个信号输入端，所述控制器C至少设有一个信号输入端和一个信号输出端，所述溶液介电传感器的信号输出端连接所述控制器C的信号输入端，所述控制器C信号输出端连接所述步进电机(2)的驱动电路的信号输入端。
[0007] 作为改进，所述溶液介电传感器包括一对平板电极(7)和电容采集与处理电路(10)，所述平板电极(7)置于所述滴定池(6)外相对的两侧与所述滴定池(6)组成一个电容，所述电容采集与处理电路(10)至少包括两个信号输入端和一个信号输出端；所述平板电极(7)的两端分别连接所述电容采集与处理电路(10)的两个输入端，所述电容采集与处理电路(10)的输出端为传感器的信号输出端。
[0008] 作为改进，所述滴定池(6)为顶部开口的长方体腔体，所述平板电极(7)为凹槽形，两个所述平板电极(7)
槽口相对但不接触，所述滴定池(6)置于两个平板电极(7)的槽内。
[0009] 作为改进，所述滴定池(6)由PLA(聚乳酸)材料制成。
[0010] 作为改进，所述步进电机(2)为贯通轴式步进电机，所述贯通轴式步进电机设有杆丝(2-1)，所述贯通轴式步进电机的杆丝(2-1)上设有
定位器(8)，所述贯通轴式步进电机的杆丝(2-1)的一端端部连接所述单柱塞泵的
活塞(1-3)。
[0011] 进一步地，所述定位器(8)包括定位滑块(8-0)和定位
导轨，所述定位滑块(8-0)设置在定位导轨上，所述定位滑块(8-0)能够在所述定位导轨上上下滑动，所述定位滑块和/或定位导轨上设有
锁定结构。所述锁定结构能够使定位滑块(8-0)固定在所述定位导轨上，进而使定位器(8)以上的结构都固定在一定的高度
基础上。
[0012] 进一步地，所述定位导轨为T型板，包括
背板(8-11)和竖板(8-1)，所述背板(8-11)一端固定连接有底座(9)，所述竖板(8-1)上设有多个固定孔(8-2)，所述定位滑块(8-0)上设有杆丝固定圈(8-4)和滑动部件(8-5)，所述锁定结构为固定杆(8-3)，所述滑动部件(8-5)通过所述固定杆(8-3)固定在所述竖板(8-1)上，所述贯通轴式步进电机的杆丝(2-1)与所述杆丝固定圈(8-4)通过
螺纹连接。
[0013] 实际使用时，所述底座(9)使整个设备立在桌面上，根据桌面的高度确定所述定位滑块(8-0)在所述定位导轨的
位置，使所述固定杆(8-3)穿过所述滑动部件(8-5)与所述竖板(8-1)上的固定孔(8-2)，从而实现定位滑块(8-0)与所述定位导轨之间的固定连接。
[0014] 作为改进，所述控制模块还包括有上位机CP、通信模块、仪器控制与参数设置模块和
液晶显示屏，所述控制器C设有一个通信
接口，三个信号输入端和两个信号输出端，所述通信模块至少设有两个
通信接口，所述上位机CP至少设有一个通信接口，所述仪器控制与参数设置模块至少设有一个启动和停止的控制按钮和一个参数设置按钮；所述控制按钮和参数设置按钮分别与所述控制器C的两个输入端口相连，所述控制器C的通信接口连接所属通信模块的一个通信接口，所述通信模块的另一个通信接口连接所述上位机CP，所述液晶显示屏连接在所述控制器C的一个信号输出端。
[0015] 实际使用时：由电源模块给整个装置供电，所述滴定机构、
液晶显示器、数据采集与处理模块、仪器控制与参数设置模块以及通信模块分别通过对应的端口接到控制器C，由控制按钮启动仪器运行，通过参数设置按钮设置仪器运行参数，控制器C发出控制命令给步进电机驱动电路驱动步进电机(2)动作，带动单柱塞泵的活塞(1-3)上下运动，从而实现标准液的
抽取和滴定，数据采集与处理模块采集滴定
进程中滴定池(6)内溶液介电常数的变化，优选为采集滴定池(6)与两个平板
电极形成的电容的变化，根据上述电容量的变化得出溶液待滴定溶液的介电常数的变化，数据采集与处理模块采集相应的数据后发送至控制器C，控制器C将仪器运行的数据发送至液晶显示屏显示，并通过通信模块发送至上位机CP，在所述上位机CP上通过相应的
软件处理分析所述滴定数据。
[0016] 与
现有技术相比，本实用新型通过测量溶液在滴定过程中的介电常数的变化来判定滴定终点，具有传感器不需接触溶液，避免传感器对溶液的污染；减少了指示剂的消耗，节约了资源；整个滴定过程自动进行，自动记录数据，自动分析，能够有效降低劳动强度，提高工作效率，消除主观误差，提高分析精度等特点。
附图说明
[0017] 图1是本实用新型结构示意图。
[0018] 图2是图1中7的俯视图。
[0020] 图4是本实用新型
实施例1中定位器和定位导轨的侧视图。
[0021] 图5是图4的俯视图。
[0022] 图6是实施例2中涉及的电路图原理图。
[0023] 图7是实施例2中步进电机的驱动电路原理图。
[0024] 图中所示：1是单柱塞泵，1-1是单柱塞泵进口，1-2是单柱塞泵出口，1-3是活塞，2是步进电机，2-1是杆丝，3是标准溶液瓶，4是进样管路，5是滴定管路，6是滴定池，7是平板电极，8是定位器，8-0是定位滑块，8-1是竖板，8-11是背板，8-2是固定孔，8-3是固定杆，8-4是杆丝固定圈，8-5是滑动部件，9底座，10是电容采集与处理电路。
具体实施方式
[0025] 实施例1：参照图1-5，图1为本实用新型实施例1的结构示意图，包括滴定机构、控制模块和电源模块，所述滴定机构包含标准溶液瓶3、滴定池6、单柱塞泵1、步进电机2以及步进电机2的驱动电路；所述单柱塞泵1的进液口1-1通过进样管路4接至标准溶液瓶3，所述单柱塞泵1出液口1-2通过滴定管路5连接至所述滴定池6的正上方；
[0026] 所述控制模块至少包括控制器C和数据采集与处理模块，所述电源模块为所述控制模块和滴定机构供电，所述数据采集与处理模块至少包括一对平板电极7和电容采集与处理电路10，所述平板电极7置于所述滴定池6外相对的两侧与所述滴定池6组成一个电容，所述电容采集与处理电路10至少包括两个信号输入端和一个信号输出端；所述控制器C至少设有一个信号输入端和一个信号输出端，所述平板电极7的两端分别连接所述电容采集与处理电路10的两个输入端，所述电容采集与处理电路10的输出端连接所述控制器C的输入端，所述步进电机2的驱动电路至少设有一个信号输入端，所述控制器C的信号输出端与所述步进电机2的驱动电路的信号输入端相连。
[0027] 所述控制模块还包括有上位机CP、通信模块、仪器控制与参数设置模块和液晶显示屏，所述控制器C设有一个通信接口，三个信号输入端和两个信号输出端，所述通信模块至少设有两个通信接口，所述上位机CP至少设有一个通信接口，所述仪器控制与参数设置模块至少设有一个启动和停止的控制按钮和一个参数设置按钮；所述控制按钮和参数设置按钮分别与所述控制器C的两个输入端口相连，所述控制器C的通信接口连接所属通信模块的一个通信接口，所述通信模块的另一个通信接口连接所述上位机CP，所述液晶显示屏连接在所述控制器C的一个信号输出端。
[0028] 所述滴定池6为顶部开口的长方体腔体，所述平板电极7为凹槽形，两个所述平板电极7槽口相对但不接触，所述滴定池6置于两个平板电极7的槽内。所述滴定池6由PLA聚乳酸材料制成。所述步进电机2为贯通轴式步进电机，所述贯通轴式步进电机设有杆丝2-1，所述贯通轴式步进电机的杆丝2-1上设有定位器8，所述贯通轴式步进电机的杆丝2-1的一端端部连接所述单柱塞泵的活塞1-3。
[0029] 进一步地，所述定位器8包括定位滑块8-0和定位导轨，所述定位滑块8-0设置在定位导轨上，所述定位滑块8-0能够在所述定位导轨上上下滑动，所述定位滑块和/或定位导轨上设有锁定结构。所述锁定结构能够使定位滑块8-0固定在所述定位导轨上，进而使定位器8以上的结构都固定在一定的高度基础上。
[0030] 进一步地，所述定位导轨为T型板，包括背板8-11和竖板8-1，所述背板8-11一端固定连接有底座9，所述竖板8-1上设有多个固定孔8-2，所述定位滑块8-0上设有杆丝固定圈8-4和滑动部件8-5，所述锁定结构为固定杆8-3，所述滑动部件8-5上也设有固定杆8-3的穿孔，所述滑动部件8-5与所述竖板8-1通过所述固定杆8-3固定连接，所述杆丝固定圈8-4上设有通孔8-6，所述杆丝2-1通过通孔8-6穿过所述杆丝固定圈8-4，所述杆丝固定圈8-4内设有与所述杆丝上
外螺纹相配套的
内螺纹，所述贯通轴式步进电机的杆丝2-1与所述杆丝固定圈8-4通过
螺纹连接。
[0031] 实际使用时：所述底座9使整个设备立在桌面上，根据桌面的高度确定所述定位滑块8-0在所述定位导轨的位置，使所述固定杆8-3穿过所述滑动部件8-5与所述竖板8-1上的固定孔8-2，从而实现定位滑块8-0与所述定位导轨之间的固定连接。
[0032] 由电源模块给整个装置供电，所述滴定机构、液晶显示器、数据采集与处理模块、仪器控制与参数设置模块以及通信模块分别通过对应的端口接到控制器C，由控制按钮启动仪器运行，通过参数设置按钮设置仪器运行参数，控制器C发出控制命令给步进电机驱动电路驱动步进电机2动作，带动单柱塞泵的活塞1-3上下运动，从而实现标准液的抽取和滴定，数据采集与处理模块采集滴定进程中滴定池6与两个平板电极形成的电容数据后发送至控制器C，控制器C将仪器运行的数据发送至液晶显示屏显示，并通过通信模块发送至上位机CP，在所述上位机CP上通过相应的软件处理分析所述滴定数据。
[0033] 实施例2：参照图6和图7：与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：整个仪器包括上位机CP、控制器C、滴定机构、液晶显示器、数据采集与处理模块、仪器控制与参数设置模块、通信模块以及为整个仪器供电的电源模块。
[0034] 上位机CP采用普通计算机，预装上位机CP软件。控制器C选用意法
半导体公司的STM32F101C8微型控制器C，该控制器C为32位，256K字节的Flash,48个引脚,足够仪器使用。
[0035] 通信模块采用美信公司的MAX232芯片将计算机的RS232信号转换为TTL电平，实现计算机与STM32微型控制器C的通信。
[0036] 液晶显示模块采用AMPIRE公司的LCD128X64液晶显示器，可显示汉字及图形。通过两线串行与STM32微型控制器C通信，实现仪器运行状态与参数的显示。
[0037] 滴定机构包括标准溶液瓶3、单柱塞泵3、滴定池6、控制所述单柱塞泵3动作的步进电机2以及步进电机2的驱动电路。单柱塞泵1的进液口1-1通过进样管路4接至标准溶液瓶3，出液口1-2通过滴定管路5接至滴定池6。步进电机2采用二相四线步进电机，驱动电路采用步进电机驱动芯片DRV8825,DRV8825可以驱动一个两项四线的步进电机。DRV8825的引用AVREF与BVREF连接一个滑动变阻器，来调节电机绕阻上的
电流，电流的大小是电机的额定电流。引脚MODE0、MODE1和MODE2分别接接STM32控制器C的三个输出引脚，配置步进电机的驱动模式。控制引脚DIR、STEP、SLEEP、RESET和ENBL分别接STM32控制器C的5个输出引脚，控制步进电机的启动、停止和正反转。引脚FAULT通过
电阻R7接至引脚SLEEP，实现电机故障时休眠保护。输出引脚AOUT1接步进电机一相正极，AOUT2接步进电机一相负极，BOUT1接步进电机二相正极，BOUT2接步进电机二相负极，以驱动步进电机动作。
[0038] 数据采集与处理模块包括一对平板电极7和电容采集与处理电路10,电容采集使用通用电容读出集成电路MS3110,MS3110有两种工作方式：对EEPROM编程或直接写控制寄存器。本实施例采用直接写控制寄器的方式，故只需要将引脚SDATA和SCLK接至STM32微型控制器C的两个引脚，实现控制器C与MS3110的简单通信，由控制器C通过串行数据流向MS3110的控制寄存器写入各控制参数，控制MS3110动作。平板电极7的两个输出端通过去耦电容C3和C4接入MS3110的两个输入端CS1IN和CS2IN,由MS3110读取平板电极7上的电容值。MS3110读取电容值后放大转换为与该值成正比例的
电压信号通过输出端VO输出。
数据处理部分采用德州仪器的
模数转换芯片ADS1255,ADS1255的输入引脚AIN0通过滤波电容C14和去耦电容C15接芯片MS3110的输出引脚VO，时钟引脚SCLK、数据输入引脚DIN和片选引脚CS通过限流电阻R1、R2和R3分别接STM32控制器C的三个引脚，数据输出引脚DOUT接STM32控制器C的一个引脚。STM32控制器C控制时钟引脚SCLK和片选引脚CS，由数据输出引脚DOUT和输入引DIN实现控制器C与芯片ADS1255通信。
[0039] 电源模块为整个仪器提供5V、3.3V、3V、2.5V以及36V的步进电机驱动电压。
[0040] 实际使用时：由电源模块为整个仪器供电，仪器控制与参数设置模块启动仪器并设置好滴定速度和
采样时间，也可由上位机CP设置好运行参数后，STM32控制器C控制滴定机构按设置好的滴定速度进行滴定操作并根据滴定速度和时间记录消耗的标准溶液的体积，数据采集与处理模块按固定的采样时间进行采样，STM32控制器C通过通信模块将各数据发送至上位机CP，由上位机CP软件进行记录并分析，做出数学模型，判定滴定终点。
[0041] 实施例3与实施例1和2相比，本实施例的不同之处在于：所述电容采集与处理电路10采用
专用集成电路：CAV444、AD7746或D5933中的一个芯片进行设计开发。
[0042] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型的控制装置中的控制实现方式可以有很多种，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
