一種物料添加裝置的制作方法

本發明涉及一種固體顆粒及粘稠液體的添加裝置，具體的是利用物料輸送機構和傳感器控制物料的自動添加。屬于化學實驗室自動化物料添加領域。

背景技術：

目前化學實驗室中稱量固體化學試劑大多采用分析天平手動加樣稱量。眾所周知，化學試劑樣品種類多，取樣量少，要求精度高，且此工作單調乏味，人工手動稱量效率低。

在部分實驗操作中，例如蛋白質純化采用的鹽析操作方法，需要按照一定的速度添加特定量的化學試劑，使溶液達到相應的離子濃度。目前在生物實驗室大多采用手工添加，而人工操作很難保證一致性。

US 7996107 B2 公開了一種自動稱量固體物料的裝置。該裝置采用電機驅動樣品瓶上的齒輪，進而帶動瓶內的螺桿旋轉，從而擠出物料，進行稱量。該裝置的一個弊端是在電機驅動樣品瓶旋轉的同時，瓶內的物料隨樣品瓶一同旋轉運動。在涉及到大量的樣品稱量時，首先瓶內需要儲存大量物料，隨著瓶內儲存物料重量的增加，瓶身在轉動過程中將劇烈擺動。為穩定樣品瓶，需要復雜的固定和傳動機構，這不但增加的設備的復雜度和制造難度，增加成本，還限制了快速更換樣品瓶的便捷性。

技術實現要素：

本發明的目的是為解決化學實驗室中人工稱量效率低、誤差大等問題，提供一種結構簡單、精密自動的物料添加裝置，具有保存物料、防止污染、快速更換物料，結構簡單的優點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種物料添加裝置，包括物料輸送裝置、傳感器和控制器，物料輸送裝置包括樣品瓶和驅動機構，所述的樣品瓶包括上瓶蓋、瓶身、料筒、螺桿支架、螺桿、下瓶蓋，所述的上瓶蓋及下瓶蓋分別位于瓶身的上下端，并與瓶身固定連接。所述的螺桿支架固定在樣品瓶內，所述的螺桿與所述的螺桿支架固定連接，螺桿一部分延伸至料筒內；所述下瓶蓋中空，所述的料筒與下瓶蓋同心，穿過下瓶蓋，可繞螺桿旋轉；所述的驅動機構可固定下瓶蓋、并驅動料筒旋轉；所述的控制器分別與所述的傳感器、物料輸送裝置相連接。

優選的，所述的驅動機構包括電機、齒輪組、底座，所述的電機固定在底座上，所述的齒輪組位于所述的底座內，所述的電機與所述的齒輪組相連接，所述的底座還包括一個卡槽，所述的卡槽可通過固定下瓶蓋進而固定整個樣品瓶，所述的齒輪組中位于卡槽下方齒輪的內孔與所述的料筒的外壁相扣合，可驅動料筒旋轉。

優選的，所述的控制器內有信號發射及接收裝置，并分別與傳感器與物料輸送裝置連接。

優選的，所述控制系統中可設定按照一定的速度連續或定時添加物料。

優選的，所述的傳感器為重量傳感器、電導率傳感器、溫度傳感器、pH傳感器、壓力傳感器中任一或多個的結合。

當所述傳感器為電導率傳感器、溫度傳感器，pH傳感器或壓力傳感器時，此時傳感器設置在物料輸送裝置下方的容器內，測定容器內的參數，必要時添加攪拌裝置。

使用時，物料裝于樣品瓶內部，樣品瓶通過卡槽固定在底座上。控制器根據輸入的指令，結合傳感器反饋的信號，控制物料輸送裝置中的電機驅動料筒旋轉，進而控制物料輸送。

本發明的有益效果是，本發明克服了傳統螺桿輸送機構中通常采用驅動螺桿旋轉，料筒靜止的技術偏見。創造性的采用了驅動料筒旋轉的物料輸送方式。對于同樣結構的螺桿和料筒，采用料筒旋轉的方式輸送物料，由于料筒表面光滑，與物料接觸面積相對減少，效率要低于采用螺桿旋轉的方式。但是這個特點特別適合微量物料的精密輸送和計量，對于同樣結構的螺桿、料筒、傳感器和控制系統，采用料筒旋轉的方式輸送物料，能夠顯著提高輸送精度，降低偏差。同時，對于同樣的精度要求，可以降低對零件加工精度和控制系統性能的要求度。

本發明的另外一個有益效果是，相比US 7996107 B2采用驅動樣品瓶進而驅動螺桿的方式，此時瓶內物料隨瓶身旋轉，瓶內物料增加則轉動慣量增大，如果瓶內物料分布不均衡，將引發劇烈抖動，則需要復雜的傳動和固定機構。本發明采用驅動料筒旋轉的方式，即使瓶內物料增加或換用大體積樣品瓶，由于是驅動料筒旋轉，轉動慣量基本不變。能夠避免樣品瓶內物料增加造成的穩定性降低問題，能夠增強輸送機構運轉的穩定性，降低驅動機構的復雜度。進而減少干擾，提高自動稱量精度，降低成本。

傳統自動稱量解決方案的目的一般是盡可能快的稱量一定量的物料。本發明可以在控制系統中設定按照一定的速度連續或定時添加特定量的物料。此功能對于鹽析一類的實驗操作，能提高操作精度和節省人力。

對于鹽析類實驗操作，不僅可以使用重量傳感器控制添加特定重量的化學試劑，還可以單獨采用或結合電導率傳感器，直接測量溶液中離子濃度，進而更精確的控制鹽析過程。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明：

圖 1為實施例1的物料添加裝置的結構示意圖；

圖 2為實施例1中的樣品瓶的示意圖；

圖 3為實施例1中的樣品瓶的內部結構示意圖；

圖 4為實施例1中的驅動機構的結構示意圖；

圖 5為實施例2的物料添加裝置的結構示意圖。

1.支架；2.重量傳感器；3.容器；4.物料輸送裝置；41.樣品瓶；411.上瓶蓋；412.瓶身；413.螺桿支架；414.螺桿；415.料筒；4151.攪拌棒；4152.密封結構；4153.卡槽；416.下瓶蓋；4161.卡槽；421.電機；422.卡槽；423.齒輪；424.卡槽；425.軸承。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進一步說明。

實施例1：

由圖1-4可見：物料輸送裝置4位于支架1頂部，容器3置于重量傳感器2上表面。樣品瓶41由上瓶蓋411、瓶身412、螺桿支架413、螺桿414、料筒415、下瓶蓋416組成，各部分由瓶身上的螺紋連接一體；螺桿414固定于螺桿支架413上；料筒415與下瓶蓋416同心，能在下瓶蓋416內自由旋轉；料筒415頂部有攪拌棒4151，與下瓶蓋416對應處有密封結構4152，料筒415外周有卡槽4153用于驅動料筒旋轉；下瓶蓋416外周是有一定錐度的卡槽4161，該卡槽與驅動機構底座上的卡槽422相對應，用于固定樣品瓶41，一定的錐度能保證料筒415與驅動機構上的卡槽424同心。本實施例中的螺桿414和料筒415可以是螺桿414表面有螺紋槽，料筒415內壁光滑，也可以是螺桿414表面光滑，料筒415內壁有螺紋槽。

驅動機構由電機421、驅動機構底座上的卡槽422、齒輪組423、軸承425和位于齒輪上的卡槽424構成。

使用本發明時，物料儲存于樣品瓶內部。將樣品瓶的料筒415插入驅動機構的卡槽424內，料筒415的卡槽4153與驅動機構的卡槽424扣合。與此同時樣品瓶41通過下瓶蓋416上的卡槽4161與驅動機構底座上的卡槽422扣合，達到固定樣品瓶的目的。控制器將設定的稱量值與重量傳感器2的反饋值相比較，進而控制電機421驅動料筒415旋轉擠出物料至容器3，直到設定值與重量傳感器2的差值在可接受范圍內。

稱量不同的物料時可以直接更換相應的樣品瓶41，不同物料之間沒有接觸，能夠避免交叉污染。在樣品瓶41的料筒415的端部添加瓶塞，能夠密封樣品瓶，剩余的物料可以在樣品瓶內長期儲藏存放。

實施例2：

由圖5可見：重量傳感器2位于支架1上部，物料輸送機構懸掛于重量傳感器2下部。此時驅動機構內集成電源并通過無線信號與控制器相連接。重量傳感器根據物料輸送機構重量的變化計算物料的輸出量和輸出速度。采用無線方式連接驅動機構與控制器，可以避免線纜連接對重量傳感器的影響。對于電磁力重量傳感器則不必考慮線纜連接對傳感器的影響。

當容器內存在攪拌裝置時，本安裝方式可將攪拌對容器產生的影響與重量傳感器隔離。保證加樣精度。

實施例3：

容器位于物料輸送裝置下部，容器內存在一定液體，并設置攪拌裝置。電導率傳感器測定容器內相應參數，并反饋給控制器，控制器根據設定的指令和反饋的參數控制物料輸送機構添加物料。

實施例一、實施例二、實施例三都可以在控制器中設定按照一定的速度添加物料、定時添加物料等程序。方便對物料添加的控制。

雖然已經參照一些優選實例來對本發明進行公開，但是在不偏離所附的權利要求書中限定的本發明的領域和范圍的情況下，所描述的實施例的許多修改、變化和改變是可行的。因此，意圖的是本發明不限于所描述的實施例，而是本發明具有所附的權利要求書的語言及其等效物所限定的全部范圍。