專利名稱：一種藥液的定量獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工、醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種藥液的定量獲取方法。

背景技術(shù)：
在化工及醫(yī)療領(lǐng)域中，常常涉及到藥液的灌裝、一定量藥液的獲取以及多種藥液進(jìn)行精確配比。目前，藥液的定量獲取的普通方法是從截面恒定的儲(chǔ)存容器內(nèi)用一定的方法取出藥液，并由液位傳感器檢測(cè)容器內(nèi)液面高度，再根據(jù)液面高度的變化與容器截面積之乘積得到所獲取藥液的體積。液位傳感器的種類有接觸式和非接觸式兩類，其中接觸式有浮球式，靜壓式等，非接觸式的主要有超聲波液位傳感器，光纖液位傳感器等。接觸式液位傳感器現(xiàn)有的精度都不高，常見的精度有量程的1％、2％、5％等。在目前藥液定量獲取的普通方法中誤差更是被儲(chǔ)存容器的底面積成倍地放大，在一些較為精密的系統(tǒng)中，顯然不能滿足要求，而更高精度的液位傳感器需要專門定做，價(jià)格十分昂貴。此外，儲(chǔ)存容器可能存在震動(dòng)，這就造成液面的波動(dòng)，這樣測(cè)得的液面高度誤差就更大了。非接觸式的液位傳感器相比接觸式液位傳感器精度稍好，但多數(shù)高濃度、強(qiáng)腐蝕性的藥液上方都易產(chǎn)生“霧化”現(xiàn)象，例如高濃度的鹽酸、硝酸上方形成的酸霧，這樣會(huì)對(duì)其產(chǎn)生干擾，以致測(cè)量不準(zhǔn)確。如果用高精度計(jì)量泵來獲取高強(qiáng)度腐蝕性藥液，雖然精度可以達(dá)0.1％，甚至0.05％，但是介質(zhì)液體的溫度，粘度，顆粒狀況對(duì)高精度計(jì)量泵影響甚大，并且高精度的計(jì)量泵價(jià)格昂貴，壽命短。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種藥液精密獲取方法，嵌入到控制系統(tǒng)中，降低成本，提高系統(tǒng)的精度、壽命和可靠性。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種藥液的精密獲取方法，儲(chǔ)存于規(guī)格一定的容器中的液體，只要起始高度相同，在重力作用的自然狀態(tài)下，通過位置、孔徑大小一定的閥口泄放，從相同初始狀態(tài)開始，放出一定量液體的時(shí)間是固定不變的原理。經(jīng)過測(cè)試多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用最小二乘法(Ordinary Least Square)進(jìn)行三次多項(xiàng)式擬合出從一定初始液面高度h0開始泄放出藥液量與泄放時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式，再衍生出從任意液面高度開始，泄放藥液量與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式。根據(jù)該函數(shù)關(guān)系式來控制閥口的開閉時(shí)間以達(dá)到精密獲取藥液的目的。其具體方法如下 第一步通過試驗(yàn)擬合出藥液在儲(chǔ)存容器中泄放的泄放特性方程 (1)測(cè)出待獲取液密度ρ，恒定截面儲(chǔ)存容器截面積S； (2)將待獲取藥液裝入儲(chǔ)存容器中，液面高度達(dá)到容器的極限液位，將稱重傳感器、一般精度的浮球式液位傳感器的輸出引入到控制系統(tǒng)，待液面穩(wěn)定后，在控制系統(tǒng)中讀入普通液位傳感器的值h0，并開啟泄放口閥門連續(xù)地將藥液泄放到置于稱重傳感器上的臨時(shí)容器中，每經(jīng)過時(shí)間間隔Δt將去皮后的實(shí)時(shí)重量m1，m2，…，mn記錄下來； (3)用最小二乘法對(duì)n組數(shù)據(jù)進(jìn)行三次曲線擬合，得出方程 t(h)＝k3h3+k2h2+k1h+k0 式中k0，k1，k2，k3—用最小二乘法擬合出的多項(xiàng)式系數(shù) h—被獲取的藥液在儲(chǔ)存容器中的液柱高度，由或得到 t—從液面高度h0添加質(zhì)量m的藥液所需的時(shí)間 (4)推出從任意液面高度H開始獲取體積V的藥液需要開閥時(shí)間T的藥液泄放特性方程 式中t—(3)中得到的三次函數(shù)關(guān)系 H—進(jìn)行定量獲取前，儲(chǔ)存容器中的液面高度 V—定量獲取的藥液體積 S—儲(chǔ)存容器的橫截面面積 h0—(2)中液位傳感器讀入的液面高度值 第二步由藥液泄放特性方程實(shí)現(xiàn)藥液的定量獲取 將該藥液上述泄放特性方程植入到控制系統(tǒng)中，由控制單元讀入液位傳感器實(shí)時(shí)液面高度H，再根據(jù)所需獲取藥液體積V，用泄放特性方程求出泄放口閥門的開啟時(shí)間T，精確控制閥門的開啟時(shí)間為T即可完成藥液的定量獲取。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，通過控制開閥時(shí)間間接地獲得一定量藥液，大幅度地降低了液位傳感器的精度對(duì)結(jié)果的影響，可嵌入到控制系統(tǒng)中，直接取代通過液位傳感器測(cè)試當(dāng)前液位高度H，并根據(jù)藥液量V計(jì)算目標(biāo)液位高度H-V/S來控制電磁閥的開啟與關(guān)閉的藥液添加方法，對(duì)現(xiàn)控制系統(tǒng)中現(xiàn)有的其他內(nèi)容無影響，操作簡(jiǎn)便。由于利用了控制系統(tǒng)本身的計(jì)時(shí)功能，在結(jié)構(gòu)上并未增添任何硬件，但顯著提高了藥液定量獲取的精度。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)療行業(yè)中各種藥液灌裝、定量獲取以及配比系統(tǒng)中，針對(duì)強(qiáng)腐蝕性藥液更有明顯優(yōu)勢(shì)。



圖1為發(fā)明的裝置主視圖； 圖2為測(cè)試設(shè)備主視圖； 圖3為液面位置關(guān)系圖； 圖中1—前腐蝕性待添加藥液；2—容器蓋；3—透氣孔；4—耐腐蝕材料外殼浮頭式普通精度液位傳感器；5—浮頭；6—耐腐蝕膜片電磁閥；7—帶信號(hào)輸出精密電子秤；8—稱量容器；9—導(dǎo)液管；10—截面積恒定的待添加藥液儲(chǔ)存容器。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所涉及的藥液的定量獲取方法進(jìn)一步說明如下 實(shí)施例1 用本發(fā)明的方法實(shí)施對(duì)800毫升45％的燒堿溶液的定量添加 如圖1—圖3所示，恒定截面藥液儲(chǔ)存容器內(nèi)底面與出液管口垂直距離為25cm，出液導(dǎo)管口內(nèi)徑Φ15mm。本實(shí)施例利用化工過程控制系統(tǒng)中自帶的西門子可編程控制器CPU313C、液位傳感器UTB 2235(量程500mm精度±5mm)，通過本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)800毫升45％的燒堿溶液的定量添加，其方法步驟如下 第一步通過試驗(yàn)擬合出45％燒堿溶液在圖1所示規(guī)格儲(chǔ)存容器中泄放的泄放特性方程 (1)測(cè)出待獲取液密度ρ＝1.48g/cm2、恒定截面藥液儲(chǔ)存容器截面積S＝400cm2； (2)將待獲取藥液裝入儲(chǔ)存容器10中，液面高度接近容器的極限液位，將稱重傳感器的輸出引入到可編程控制器，待液面基本穩(wěn)定后，在可編程控制器中編程從相應(yīng)的模擬量輸入端讀入液位傳感器4的值h0＝48cm，并開啟電磁閥6連續(xù)地將待獲取藥液泄放到置于稱重傳感器7上的容器8中，每經(jīng)過時(shí)間間隔Δt＝5s將去皮后的實(shí)時(shí)重量m1，m2，…，m24記錄下來依次為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)用最小二乘法對(duì)24組數(shù)據(jù)(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)進(jìn)行三次曲線擬合，由下式 ..① 式中n—數(shù)據(jù)空間大小，此實(shí)施例中為24 mi—由精密電子秤稱得的質(zhì)量，其中i＝1，2，…，24 ρ—待獲取藥液密度，此實(shí)施例中為1.48g/cm2 S—藥液儲(chǔ)存容器橫截面面積，此實(shí)施例中為400cm2 k0，k1，k2，k3—用最小二乘法擬合出的多項(xiàng)式系數(shù) ti—與mi對(duì)應(yīng)的泄放藥液時(shí)間，有ti＝iΔt，此實(shí)施例中Δt為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—被獲取的藥液在儲(chǔ)存容器中的液柱高度 t—從液面高度h0添加質(zhì)量m的藥液所需的時(shí)間 (4)結(jié)合圖3，由方程②推出從任意液面高度H開始獲取體積V的藥液需要開閥時(shí)間T的藥液泄放特性方程 式中H—添加藥液前液面高度，應(yīng)有H≤h0，此實(shí)施例中h0＝48cm V—所需的添加的藥液體積，應(yīng)有V<SH，此實(shí)施例中S＝400cm2 T—從液面高度為H開始，獲取體積為V的藥液所需要的開閥時(shí)間 第二步由藥液泄放特性方程實(shí)現(xiàn)800毫升45％的燒堿溶液定量獲取 將該藥液上述泄放特性方程植入到控制系統(tǒng)中，由西門子可編程控制器CPU313C讀入液位傳感器UTB 2235實(shí)時(shí)液面高度H，再根據(jù)所需獲取藥液體積V，用泄放特性方程求出泄放口閥門的開啟時(shí)間T，精確控制閥門的開啟時(shí)間為T即可完成藥液的定量獲取，為了保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，下面進(jìn)行了三次燒堿溶液定量獲取。
①第一次定量獲取讀入液面高度為47.8cm，誤差±0.5cm，由所需藥液體積800mL計(jì)算出開閥時(shí)間T＝4.210s，控電磁閥6的開啟時(shí)間為4.210s，取出所獲取藥液用量筒測(cè)量，體積為806mL，誤差為0.75％； ②第二次定量獲取讀入液面高度為46.2cm，誤差±0.5cm，由所需藥液體積800mL計(jì)算出開閥時(shí)間T＝4.210s，控電磁閥6的開啟時(shí)間為4.221s，取出所獲取藥液用量筒測(cè)量，體積為796mL，誤差為0.5％； ③第三次定量獲取讀入液面高度為43.8cm，誤差±0.5cm，由所需藥液體積800mL計(jì)算出開閥時(shí)間T＝4.210s，控電磁閥6的開啟時(shí)間為4.248s，取出所獲取藥液用量筒測(cè)量，體積為792mL，誤差為1％。
以上三次定量獲取的誤差范圍為0.5％～1％。
實(shí)施例2 用現(xiàn)有普通方法對(duì)800毫升45％的燒堿溶液進(jìn)行定量獲取 本實(shí)施例是用現(xiàn)有普通方法對(duì)800毫升45％的燒堿溶液進(jìn)行定量獲取，可作為本發(fā)明方法的一個(gè)對(duì)比例，仍然利用圖1所示的裝置，不同的是該方法是直接通過液位傳感器測(cè)試當(dāng)前液位高度H，并根據(jù)藥液量V計(jì)算目標(biāo)液位高度H-V/S來控制電磁閥的開啟與關(guān)閉的藥液添加方法完成定量獲取，下面也進(jìn)行了三次燒堿溶液定量獲取。
①第一次定量獲取讀入液面高度為47.8cm，誤差±0.5cm，由所需藥液體積800mL計(jì)算出目標(biāo)液位高度H-V/S＝45.8cm，開啟電磁閥6并實(shí)時(shí)讀取液位傳感器4的值，當(dāng)其為45.8cm時(shí)關(guān)閉電磁閥6，取出所獲取藥液用量筒測(cè)量，體積為912mL，誤差為14％； ②第二次定量獲取讀入液面高度為45.6cm，誤差±0.5cm，由所需藥液體積800mL計(jì)算出目標(biāo)液位高度H-V/S＝43.6cm，開啟電磁閥6并實(shí)時(shí)讀取液位傳感器4的值，當(dāng)其為43.6cm時(shí)關(guān)閉電磁閥6，取出所獲取藥液用量筒測(cè)量，體積為728mL，誤差為9％； ③第三次定量獲取讀入液面高度為43.8cm，誤差±0.5cm，由所需藥液體積800mL計(jì)算出目標(biāo)液位高度H-V/S＝41.8cm，開啟電磁閥6并實(shí)時(shí)讀取液位傳感器4的值，當(dāng)其為41.8cm時(shí)關(guān)閉電磁閥6，取出所獲取藥液用量筒測(cè)量，體積為742mL，誤差為7.25％。
上述三次用現(xiàn)有普通方法對(duì)800毫升45％的燒堿溶液進(jìn)行定量獲取的誤差范圍為7.25％～14％，顯然其誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本發(fā)明所采用的藥液定量獲取方法的誤差。
權(quán)利要求
1.一種藥液的定量獲取方法，其特征在于方法步驟如下
第一步通過試驗(yàn)擬合出藥液在儲(chǔ)存容器中泄放的泄放特性方程
(1)測(cè)出待獲取液密度ρ，恒定截面儲(chǔ)存容器截面積S；
(2)將待獲取藥液裝入儲(chǔ)存容器中，液面高度達(dá)到容器的極限液位，將稱重傳感器、一般精度的浮球式液位傳感器的輸出引入到控制系統(tǒng)，待液面穩(wěn)定后，在控制系統(tǒng)中讀入普通液位傳感器的值h0，并開啟泄放口閥門連續(xù)地將藥液泄放到置于稱重傳感器上的臨時(shí)容器中，每經(jīng)過時(shí)間間隔Δt將去皮后的實(shí)時(shí)重量m1，m2，…，mn記錄下來；
(3)用最小二乘法對(duì)n組數(shù)據(jù)
進(jìn)行三次曲線擬合，得出方程
t(h)＝k3h3+k2h2+k1h+k0
式中k0，k1，k2，k3—用最小二乘法擬合出的多項(xiàng)式系數(shù)
h—被獲取的藥液在儲(chǔ)存容器中的液柱高度，由或得到
t—從液面高度h0添加質(zhì)量m的藥液所需的時(shí)間
(4)推出從任意液面高度H開始獲取體積V的藥液需要開閥時(shí)間T的藥液泄放特性方程
式中t—(3)中得到的三次函數(shù)關(guān)系
H—進(jìn)行定量獲取前，儲(chǔ)存容器中的液面高度
V—定量獲取的藥液體積
S—儲(chǔ)存容器的橫截面面積
h0—(2)中液位傳感器讀入的液面高度值
第二步由藥液泄放特性方程實(shí)現(xiàn)藥液的定量獲取
將該藥液上述泄放特性方程植入到控制系統(tǒng)中，由控制單元讀入液位傳感器實(shí)時(shí)液面高度H，再根據(jù)所需獲取藥液體積V，用泄放特性方程求出泄放口閥門的開啟時(shí)間T，精確控制閥門的開啟時(shí)間為T即可完成藥液的定量獲取。
全文摘要
一種藥液定量獲取方法，屬于化工、醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種藥液的定量獲取方法。本發(fā)明方法利用控制系統(tǒng)自帶的控制單元，通過測(cè)試幾組待獲取液體從儲(chǔ)存容器中泄放出來的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合出從一定液面高度獲取任意量藥液所需的開閥泄放時(shí)間的三次曲線，再衍生出從任意液面高度開閥泄放任意量藥液二元函數(shù)。通過該函數(shù)計(jì)算出從當(dāng)前液面高度添加一定量藥液所需的時(shí)間，由此時(shí)間控制閥門的開啟，完成藥液的精密獲取。本發(fā)明方法大幅度降低了液位傳感器精度對(duì)結(jié)果的影響，并未采用高精密硬件，嵌入到控制系統(tǒng)中精度高，壽命長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性好。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域中藥液的灌裝、一定量藥液的獲取以及多種藥液進(jìn)行精確配比，針對(duì)強(qiáng)腐蝕性藥液更有明顯優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)G05D7/06GK101446833SQ20081023309
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者王時(shí)龍, 杰 周, 玲 康, 李永兵, 何云靜, 威 姚 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)