[發(fā)明專利]一種基于MEMS技術(shù)的微液量計量裝置及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910131646.2
• 申請日: 2009-04-13
• 公開（公告）號: CN101598586A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖巍;馮中寶;劉旭東;田海濤;徐劍飛;陳杰
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州市怡文科技有限公司
• 主分類號: G01F22/02
• 分類號: G01F22/02;G01L13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境保護領(lǐng)域水質(zhì)監(jiān)測儀器中液體取樣計量系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于MEMS技術(shù)的微液量計量裝置及其計量方法。

背景技術(shù)

改革開放以來，我國的經(jīng)濟快速發(fā)展，經(jīng)濟建設(shè)取得了舉世矚目的成就。然而，諸多行業(yè)卻是以犧牲環(huán)境和資源為代價來換取經(jīng)濟的暫時繁榮，一些高耗能、高污染的企業(yè)給我國的環(huán)境和資源帶來了巨大的壓力，長遠來看，這必將制約我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展。控制企業(yè)的污水排放和監(jiān)測環(huán)境水質(zhì)都需要用到大量的水質(zhì)在線監(jiān)測儀器，這些儀器需要對微量(≤5ml)的待檢水樣和試劑進行計量。計量裝置的精度與可靠性直接決定了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和儀器的可靠性。本發(fā)明屬于環(huán)境保護領(lǐng)域水質(zhì)監(jiān)測儀器中液體取樣計量系統(tǒng)。

目前，應(yīng)用于水質(zhì)在線監(jiān)測儀器的液體計量技術(shù)主要有三類：

(1)利用液體傳感器對導(dǎo)管內(nèi)液體流過瞬間的感應(yīng)，通過控制泵的流速和開關(guān)時間來實現(xiàn)對液體體積的計量，原理如圖1所示，本技術(shù)主要涉及試劑注入泵1，液體傳感器2，雙體閥3等裝置。該技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，操作、維修方便。但是，它對試劑注入泵的轉(zhuǎn)速要求苛刻，若泵運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定則嚴重影響測量準(zhǔn)確度；而且沒有補償措施，不能消除液體中的氣泡對測量結(jié)果的影響，可靠性較差；同時，傳感器易受到腐蝕性強的污水損害，整個設(shè)備的精確度受到液體傳感器精度的限制。

(2)使用具有固定容積的計量管進行計量，例如怡文科技有限公司目前的計量裝置，如圖2所示，本技術(shù)主要涉及信號線4，吹氣管5，溢流管6，蒸餾水管7，計量杯管帽8，探針9，計量杯內(nèi)水樣10，緊固螺帽11，O型密封圈12，電磁閥13等。液體由裝置下部進入計量杯，探針探測到液體后會通知控制系統(tǒng)停止進樣，計量杯里的固定體積即為所取水樣的體積。該裝置成本較低，操作方便，但所能測量的液體體積固定，靈活性較差，而且探針易受到腐蝕。

(3)利用步進電機控制注射泵的拉動行程，液體流過時，在裝置底部固定的兩個光電傳感器會接收到信號從而控制流入液體的體積，如圖3所示，本技術(shù)主要涉及注射泵14，光電傳感器15等。該裝置具有較高的取樣精度，污水中的各種雜質(zhì)會影響光信號的強弱，但裝置的可靠性過分依賴于光傳感器的敏感程度，拉動過程必須緩慢進行，單次抽取液體的體積受注射泵容積限制，而且所能測量的液體體積缺乏靈活性，每種體積測量需求都需要一對光電傳感器，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較大，如圖4所示的申請?zhí)枮?00620051095.0的實用新型專利申請，該專利利用了圖3所示的計量裝置，計量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

可見，現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的計量裝置都存在著明顯的缺點，對微量液體的計量必然會造成誤差。污水和環(huán)境水樣的水質(zhì)情況比較復(fù)雜，通常含有大量的雜質(zhì)或腐蝕性成分，傳統(tǒng)的微量液體計量技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用效果往往不佳。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明有下述目的：

(1)提供設(shè)計成本低、簡單可靠且可靈活地改變?nèi)右后w體積的計量裝置，保證對不同密度的液體都具有較高的取樣精度(計量相對誤差(FS)控制在2％以內(nèi))；

(2)對污水和濃H₂SO₄、K₂Cr₂O₇等強腐蝕性的液體進行計量時，確保計量裝置能夠可靠持久地工作；

本發(fā)明提供一種微液量計量裝置，包括：MEMS微結(jié)構(gòu)壓力傳感器、電路板、橡膠管、氣閉管道、蓄存管道；其中所述MEMS微結(jié)構(gòu)壓力傳感器封裝在所述電路板上，所述傳感器的P1管與大氣相通，P2管通過所述橡膠管與所述氣閉管道的一端相連接，所述氣閉管道的另一端與所述蓄存管道相連接，該傳感器測出大氣同氣閉管道中氣體的壓力差并輸出。

本發(fā)明可以提供兩種使用如上述微液量計量裝置計量液體體積的方法。

方法一為直接測量法，包括以下步驟：測出未加入計量液體前氣閉管道中氣體的壓力；加入被計量液體；利用MEMS微結(jié)構(gòu)壓力傳感器測量氣閉管道中的壓力變化ΔP；利用ΔP計算出被計量液體的體積V。

方法二為差分測量法，包括以下步驟：在蓄存管道中加入一定量的液體，使氣閉管道中的空氣被封閉起來；加入被計量液體；利用MEMS微結(jié)構(gòu)壓力傳感器測量氣閉管道中的壓力變化ΔP；利用ΔP計算出被計量液體的體積ΔV。

本發(fā)明首次采用MEMS微結(jié)構(gòu)壓力傳感器，實現(xiàn)了對不同密度液體體積的精確計量；而且計量裝置中設(shè)計有氣閉管道，實現(xiàn)了MEMS微壓力傳感器和被計量液體之間的隔離，避免了傳感器被污水或強腐蝕性的液體損壞。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的利用液體傳感器的計量裝置；