一种火炸药成分分析的连续自动化装置

摘要

本发明公开了一种火炸药成分分析的连续自动化装置，主要涉及火炸药组分快速分析的机电一体化装置。该装置包括升降系统、搅拌系统、自动旋转滤杯架、自动添加溶剂和抽滤单元、及时加热单元、控制系统六部分，采用机电一体化设计，可实现自动化添加溶剂、加热、搅拌、抽滤等单元操作，并可以自动升降及旋转，依次进行8个样品的连续操作，将成分分析的工作效率提高了8倍以上，解决了火炸药成分分析中分析效率低、周期长、挥发的溶剂对人的危害及污染实验室环境的问题，同时避免了溶剂变冷堵塞玻璃滤杯导致测量结果偏差的问题。

说明书

技术领域

本发明属于火炸药理化分析与测试领域，主要涉及火炸药组分的快速分析 机电一体化装置。

技术背景

重量分析法在火炸药理化分析与测试领域是一种重要的定量分析方法，普 遍用于原材料、中间体、火炸药产品的检测。该方法虽然操作过程复杂繁琐， 但具有较高的准确度，尤其对于常量组分的检测，其定量结果准确度往往高于 仪器分析。在火炸药成分分析中，根据不同的分离原理，重量分析法可分为： 干燥法、溶剂分离称量法、消解法、灼烧法和沉淀法，其中溶剂分离称量法的 原理是利用选择性溶剂萃取、分离、称量待测组分，经计算得出待测组分的含 量。

溶剂分离称量法的主要工作流程为：将试样称入滤杯中→加入溶剂(或热 溶剂)→搅拌溶解→抽滤，操作过程需反复进行，直到被溶物完全溶解，再萃 取完全→溶剂洗涤残渣→烘干→称量。目前这个操作过程比较繁琐，并存在以 下问题：

1、按照现有国家军用标准火炸药试验方法进行样品检测时，一个样品要求 进行两个平行样检测，人工操作一次只能做平行样中的一个，检测效率较低。

2、检测过程时常需要加热溶剂，传统操作方式是将盛有溶剂的烧杯放在电 炉上直接加热，趁热倒入装有试样的玻璃滤杯后长时间搅拌、溶解、过滤。由 于整个操作过程是在开放式环境中进行，有毒、有害的溶剂蒸汽经皮肤、呼吸 道等途径进入人体，对健康造成极大危害，也污染了环境。

3、检测过程中抽滤步骤是在室温下进行，试验时玻璃滤杯无加热和保温功 能，热的溶液遇冷滤杯后会析出，出现堵塞玻璃滤杯的现象，导致测量结果偏 差。

发明内容：

本发明解决的主要技术问题是，针对目前火炸药成分分析中存在的不足之 处，提供一套自动搅拌、加热、抽滤的装置。本装置由升降系统、搅拌系统、 自动旋转滤杯架、自动添加溶剂和抽滤单元、及时加热单元、控制系统六部分 组成。

升降系统由蜗轮电机组件、蜗杆、起降臂组成，蜗杆镶嵌在起降臂内，蜗 轮电机组件和蜗杆齿轮咬合，起降臂上下可以移动。采用由pic16F877A单片机 控制的小型电机升降，低速轻载，蜗杆经调质处理，蜗轮转速不超过300转/分， 蜗杆圆周速度V≧1.5m/s，蜗轮蜗杆齿面5，极限偏差±0.15。

搅拌系统由直流电机、可伸缩夹头、玻璃棒组成。直流电机用螺栓固定在 起降臂上，可伸缩夹头安装在直流电机下端，玻璃棒夹固在可伸缩夹头上。采 用由pic16F877A单片机控制的12V直流电机进行自动搅拌，专用可伸缩夹头可 以满足夹紧直径不同的玻璃棒的要求，机电一体化执行整个分析过程。

自动旋转滤杯架由滤杯孔、硅橡胶加热套、滤杯架、温度传感器、步进电 机、抽滤嘴组成。硅橡胶加热套与滤杯孔同心，固定在滤杯架上，温度传感器 镶嵌在滤杯孔和硅橡胶加热套孔壁之间，步进电机和滤杯架中心轴连接。滤杯 架转动时，滤杯架盘面依照工艺需求，在滤杯架盘面平均等分点处设置8个圆 孔，用来放置装有试样的滤杯。所采用的步进电机等分旋转，每次旋转45度， 恰好对应一个滤杯。

自动添加溶剂和抽滤单元由软管、蠕动泵、抽滤软管、抽滤泵、电磁阀门 组件、抽滤嘴组成。电磁阀门组件安装在整个箱体的底部，抽滤嘴焊接在滤杯 架侧面，抽滤嘴和抽滤泵用抽滤软管连接，蠕动泵、抽滤泵同电磁阀门组件软 管连接，软管一端连接蠕动泵，另一端穿过起降臂正对滤杯中心。本装置自动 添加溶剂，选择单通道软管输送流体流量型蠕动泵，通过pic16F877A单片机控 制电磁阀门组件使溶剂流量在15-20ml内，自动搅拌完成后，对饱和溶剂进行抽 滤，代替了人工操作，避免了溶剂对人的伤害。

及时加热单元由加热开关、加热板组成。加热开关位于操作面板的左下端， 加热板安装在滤杯架底部，通过加热板对溶剂进行加热。

控制系统由操作面板、电源开关、液晶操控台、操作键盘、电源指示灯、 电源保险丝、电源板、步进电机驱动板、主控板、驱动板组成，均用螺栓固定 安装在机箱底部侧面。步进电机驱动板，驱动板均与电源板及主控板用软导线 连接，全部链接在pic16F877A单片机上。电源板包括低压部分和高压两部分， 其中高压部分为电加热板、电源保险丝、电源开关、指示灯提供电源；低压部 分为操作面板、液晶操控台、操作键盘、步进电机驱动板提供电源。通过液晶 操控台和操作键盘实现人机对话。

本发明的优点有以下几个方面：

1、本装置提供的自动旋转滤杯架每次可做8个样品，相比于人工操作一次 只能做一个样品，分析检测效率提高了8倍。

2、本装置解决了人工长时间搅拌操作的弊端，避免了有毒、有害的溶剂蒸 汽经皮肤、呼吸道等途径进入人体，对健康带来极大危害。

3、本装置采用硅橡胶电加套方式加热滤杯中的溶剂，确保在整个分析过程 中溶剂的温度保持不变，解决了整个分析过程中因溶剂变冷，滤杯产生析出、 堵塞滤杯，而导致测量结果偏差的问题。

附图说明

图1一种火炸药成分分析的连续自动化装置的单片机程序流程图

图2一种火炸药成分分析的连续自动化装置的单片机结构组成图

图3一种火炸药成分分析的连续自动化装置的整体结构图

图4一种火炸药成分分析的连续自动化装置的控制系统图

图5一种火炸药成分分析的连续自动化装置的操作面板图

附图中图标：1、起降臂；2、直流电机；3、三夹头；4、玻璃棒；5、蜗杆； 6、滤杯孔；7、硅橡胶加热套；8、玻璃滤杯架；9、蠕动软管；10、蠕动泵； 11、温度感应器；12、抽滤软管；13、抽滤泵；14、步进电机；15、涡轮电机 组件；16、电磁阀门组件；17、操作面板；18、抽滤嘴；19、电源开关；20、 液晶操作台；21、操作键盘；22、电源指示灯；23、保险丝；24、可调温度器 开关；25、电源板；26、步进电机驱动板；27、主控板；28、驱动板；29、加 热板。

具体实施方式：

下面结合附图，具体介绍本装置；本装置由升降系统、搅拌系统、自动旋 转滤杯架、自动添加溶剂和抽滤单元、及时加热单元、控制系统六部分组成。

本装置的升降系统由蜗轮电机组件[15]、蜗杆[5]、起降臂[1]组成。蜗杆[5] 镶嵌在起降臂[1]内，蜗轮电机组件[15]和蜗杆[5]齿轮咬合转动，起降臂[1]上下 可以移动，实现了自动升降。

本装置的搅拌系统由直流电机[2]、可伸缩夹头[3]、玻璃棒[4]组成。直流电 机[2]用螺栓固定在起降臂[1]上，可伸缩夹头[3]安装在直流电机[2]下端，玻璃棒 [4]夹固在可伸缩夹头[3]上。采用pic16F877A单片机控制12V直流电机[2]进行 旋转，使玻璃棒实现搅拌。

本装置的自动旋转滤杯架由滤杯孔[6]、硅橡胶加热套[7]、滤杯架[8]、温度 传感器[11]、步进电机[14]组成。硅橡胶加热套[7]与滤杯孔[6]同心，固定在滤杯 架[8]上，采用硅橡胶电加套[7]加热滤杯中的溶剂，确保在整个分析过程中溶剂 的温度保持不变。温度传感器[11]镶嵌在滤杯孔[6]和硅橡胶加热套[7]孔壁之间 进行在线温度监测。滤杯架[8]中心轴和步进电机[14]连接，步进电机[14]由 pic16F877A单片机控制，以“步”为单位旋转，每隔5分钟旋转45°，恰好从一 个滤杯转到另一个滤杯。滤杯架[8]上均匀排布着8个滤杯孔[6]，每次可做8个 样品，相比于人工操作一次只能做一个样品，分析检测效率提高了8倍。

本装置的自动添加溶剂和抽滤单元由软管[9]、蠕动泵[10]、抽滤软管[12]、 抽滤泵[13]、电磁阀门组件[16]、抽滤嘴[18]组成。电磁阀门组件[16]安装在整个 箱体的底部，抽滤嘴[18]焊接在滤杯架[8]侧面，抽滤嘴[18]和抽滤泵[13]用抽滤 软管[12]连接，蠕动泵[10]、抽滤泵[13]同电磁阀门组件[16]软管连接，软管[9] 一端连接蠕动泵[10]，另一端穿过起降臂[1]正对滤杯中心。自动添加溶剂时，先 通过液晶操控台[20]和操作键盘[21]设置参数，由pic16F877A单片机控制电磁阀 门组件[16]，再通过蠕动泵[10]将溶剂添加到滤杯中。抽滤方式采取单片机控制 电磁阀门组件[16]，再通过抽滤泵[13]执行抽滤动作。

本装置加热单元由加热开关[24]、加热板[29]组成，加热开关[24]位于操作 面板[17]的左下端，加热板[29]安装在滤杯架[8]底部。

本装置的控制系统由操作面板[17]、电源开关[19]、液晶操控台[20]、操作 键盘[21]、电源指示灯[22]、电源保险丝[23]、电源板[25]、步进电机驱动板[26]、 主控板[27]、驱动板[28]组成。步进电机驱动板[26]，驱动板[28]均与电源板[25] 及主控板[27]用软导线连接，全集中在pic16F877A单片机上。其中电源开关[19]， 液晶操控台[20]，操作键盘[21]，电源指示灯[22]，电源保险丝[23]均安装在操作 面板[17]上，通过主控板[27]与各个驱动板[28]的连接，可实现自动化升降、旋 转以及添加溶剂、搅拌、抽滤等单元操作。电源板[25]包括低压部分和高压两部 分，其中高压部分为电加热板[29]、电源保险丝[23]、电源板[25]、电源指示灯 提[22]供电源；低压部分为操作面板[17]、电源开关[19]、液晶操控台[20]、操作 键盘[21]、步进电机驱动板[26]提供电源。通过液晶操控台[20]和操作键盘[21] 实现人机对话。

操作规程如下：

1、将设备放入通风橱中，检查通风橱抽排风。

2、接通设备总电源，打开控制液晶屏，检查各部件的运行是否灵活，让设 备预热30分钟。

3、按照军用火炸药成分分析检测规程要求，在玻璃滤杯中称取试样克数。

4、将需要加热的溶剂倒入500毫升锥形瓶中进行加热。

5、将装有试样的玻璃滤杯，依次放入支架盘上的8个孔中，并检查滤杯和 硅橡胶的密封性。

6、在操控软件中，点击‘运行’，设备开始工作。

7、将剩余的溶剂及时收回到储存间，饱和溶剂及时添加试剂。

8、清洁保养，以备下次始用。

注意事项：

1、整体设备放入通风橱中，以便溶剂味及时排出。

2、在使用强酸，强碱时，应注意不要让其溅出玻璃滤杯外，以免腐蚀设 备。

3、蠕动泵管有渗漏或其它情况时，应及时更换。