基于色敏傳感器的自動滴定儀設計

李大琳,梁家鵬,張嘉俊,鄧嘉杰,謝翠峰,許志榮（吉林大學珠海學院,廣東 珠海 519041）

基于色敏傳感器的自動滴定儀設計

李大琳,梁家鵬,張嘉俊,鄧嘉杰,謝翠峰,許志榮
（吉林大學珠海學院,廣東 珠海 519041）

滴定實驗是在化學實驗室中最常用的實驗之一，目前主要采用手動操作。其難點主要在確定試劑比例的最后半滴操作精度難以控制。本論文來源于廣東省省級大學生創新創業訓練計劃項目，經費代碼4041426112。方案的主要創新點在于通過色敏傳感器作為信息反饋，以準確確認試劑比例，通過以步進電機為基礎的動力傳動部件作為試劑滴定執行機構，準確控制試劑滴入量。該設備目前可以完成幾種典型基礎實驗，效果良好。

色敏傳感器，滴定實驗，步進電機

0 正文

滴定實驗是化學實驗室中最常用的實驗之一。其主要用于配制試劑。當某種試劑的制成需要兩種或兩種以上試劑混合反應得到時，通常采用滴定實驗，根據指示劑的顏色變化指示滴定終點，然后目測標準溶液消耗體積，計算分析結果。實驗的特點是操作上簡單重復，但是難點在于精確控制試劑比例的最后半滴操作。目前實驗室通常采用手動操作，需要操作人員投入大量時間、耐性才能達到一定的熟練程度。

國際上現有的幾種自動滴定設備都是采用電極式，即將一個電極放入被測液體內，當被測液體成分達到實驗要求時，電極輸出對應導電電流作為反饋。設備原理復雜，難以大規模推廣。

項目組在設計方案時根據平時教學所獲得知識，決定采用色敏傳感器直接觀察試劑顏色變化的方案來實現。雖然該方法也有一定的局限性，但在原理上具有突破意義。

1 系統方案

下圖為自動滴定儀3D仿真方案。原有試劑量杯的擺動操作由動力區的步進電機總成提供；反應區量杯的下部安裝色敏傳感器，目前項目采用的是德國進口的色標傳感器，能夠完成從無色到紅色或者無色到綠色的識別；試劑滴入量的控制則是通過途中左側步進電機來控制，以實現半滴滴入。為了實現試劑的正確滴入，系統還在試劑滴管口上增加了氣泵，將試劑口液體吹落。

下圖為系統組成原理框圖：系統采用STC89S52單片機為控制核心。當實驗參數改變時，可以用PC上的客戶端通過232接口實現參數修改，包括：色敏傳感器輸入參數、試劑量杯擺動幅度、單次試劑滴入量等參數。

2 控制算法

下圖為程序控制邏輯：

由于色標傳感器需要反應時間和特定角度才能夠正確輸出液體顏色，所以程序在每次加液后會使試劑量杯旋轉后定在固定位置，并且等待2s讓色標傳感器作出正確反映。

量杯中試劑的量，由操作人員預先在程序中寫入，程序由此計算出試劑滴入量，在快達到上限時，由整滴滴入轉為半滴滴入。

氣泵只有在半滴滴入階段才啟動，以保證半滴液體完整落入試劑量杯。

3 實驗效果

目前，本設計已經實現了 NaOH+HCL+酚酞-＞液體變紅 實驗的驗證。效果良好，試劑配比準確。

4 總結

本設計是大學生創新創業訓練計劃項目作品，從機械結構、控制算法、傳感器原理方面都得到了驗證。由于時間和色標傳感器問題，該設計仍然有許多需要完善之處，會在后續設計中繼續提高。

[1]彭偉. 單片機C語言程序設計實訓100例——基于8051+Proteus仿真（第二版）[M]. 電子工業出版社.2012.

[2]胡建. 單片機原理及接口技術[M]. 機械工業出版社,2011.

李大琳，軟件工程師,從事機械電子方向教學。