一種定量泵精度評價方法及系統與流程
2023-07-11 21:58:16 7
本發明涉及定量泵精度評價方法及系統。
背景技術：
近幾年醫療設備快速發展，其中ivd設備中用到的定量泵種類越來越多，定量泵的精度要求也越來越高，從幾十微升到幾微升，甚至百分微升；這些要求對定量泵製造廠家提出了更高的挑戰；即如何保證設計出、製造出高精密的泵，同時又能精確地檢測出各項指標水平，從而讓客戶信任。但是目前還沒有對定量泵的精度進行評價的可行的方法和裝置。
定量泵吸液、排液精度測試方法，一般來講主要由這幾個部分構成：(1)定量泵驅動精度，保證實際排液量；(2)定量泵安裝裝置不能對吸排液帶來影響；(3)排液管路影響要小；(4)精密稱液儀器；(5)記錄多次測試數據；(6)統計分析數據，給出精密度水平。
對於這個方法，實際應用會存在以下幾個問題需要解決：
(1)驅動軟體穩定性及精度；
(2)安裝裝置要平穩、不能有震動、更不能與柱塞運動有諧振；
(3)排液管路彈性、液流震蕩、毛細現象等影響排液精度；
(4)精密稱水儀器在達微升級後受周圍環境的影響較大；比如噪聲、空氣擾動、溫度、空氣流動等；
(5)測試過程需要手工參與更換，帶入測量系統影響因素；
(6)測試結果記錄、統計分析多用手工記錄，繁瑣、效率低；
當前，針對微量液體檢測系統，已有很多技術人員做了做了很多探索和發明。比如：中國專利申請號cn200910224031公開了-一種用於計量微量液體的測試裝置：主要構成為微管路、遊標卡尺以及相關附件，通過精確測量液柱長度，再乘以管內徑即可得到液量。
該測試裝置解決了液體蒸發對測試結果帶來的影響，但人工讀數、微管路毛細現象、人工統計分析等問題還存在，其主要解決了測試裝置便攜性的問題；同時測試範圍太小。另外，中國專利cn201010031354公開了微量液體體積測量的方法及裝置：在微管路內設置兩對微電極，利用液體的導電性，電極作為液流觀測的起點和終點，同時通過電極電壓的變化獲取時間；根據起點、終點距離以及時間就可以獲取流速，有了流速、時間就可以獲取所測量的液量。
該專利解決了自動讀數，以及結構簡單、容易製作等的問題，但微管路毛細現象沒有妥善解決；同時該測試需要導電粒子，增加使用條件限制。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題就是準確評價定量泵精度的測試檢驗方法。提供一種定量泵精度評價方法及系統。
本發明的技術方案：一種定量泵精度評價方法，該方法採用直接使用被評價的定量泵吸液、排液的方式進行評價，包括以下步驟：
步驟1、取得測量數據的步驟，該步驟中，控制被評價的定量泵按照設定的刻度吸液、排液，並對排出的液體進行稱量，記錄該設定的刻度和稱量結果數據對，直到事先設定的所有刻度都完成，設定的刻度中至少有一個設定的刻度需要重複規定的次數；
步驟2、對取得的測量數據進行處理的步驟，該步驟中對記錄的設定的刻度和稱量結果數據進行處理，獲得該被評價的定量泵的重複性、準確性，線性精度；
步驟3、判斷該被評價的定量泵是否符合標準的步驟，該步驟中，將步驟2中獲得的該被評價的定量泵的重複性、準確性，線性精度指標與已有的標準相比較。
本發明專利的特點是從簡單的原理入手，逐個解決工程實現中的影響因素，製作容易實現，自動化程度高，剔除了人為因素幹擾。
進一步的，上述的定量泵精度評價方法中：所述的步驟1具體包括：
步驟11、控制定量泵按照設定的刻度吸液、排液，並保存排出的液體；
步驟12、對排出的液體進行稱量，記錄該設定的刻度和稱量結果；
步驟13、檢查記錄結果，如果該設定的刻度吸液、排液次數達到設定的次數，則轉向步驟14，否則轉向步驟11；
步驟14、改變設定的刻度轉向步驟11，直到所有事先選定做的設定的刻度全部測量完畢。
進一步的，上述的定量泵精度評價方法中：被評價的定量泵吸液、排液的液體為純水，對排出的液體進行稱量所採用的量具是精密天平。
進一步的，上述的定量泵精度評價方法中：在被評價的定量泵進行吸液之前，還需要提排空其中的殘存空氣。
本發明還提供一種定量泵精度評價系統，包括用於被評價定量泵的固定的定量泵安裝固定平臺、被評價定量泵吸液排液時所採用的液體、連接在被評價定量泵兩端的管路系統、對被評價定量泵排出的液體進行稱量的量具；還包括被評價定量泵的驅動單元、控制單元、數據採集單元和數據處理單元；所述的驅動單元在控制單元控制下，驅動被評價定量泵按照設定的刻度吸液和排液，所述的數據採集單元在所述的控制單元控制下，採集所述的量具的稱量結果與被評價定量泵設定的刻度輸入到數據處理單元。
該系統是一種從簡單的原理入手，逐個解決工程實現中的影響因素，製作容易實現，自動化程度高，剔除了人為因素幹擾的定量泵評價系統。
進一步的，上述的定量泵精度評價系統中：還包括排空所述的被評價定量泵中殘存氣體的清洗泵。
進一步的，上述的定量泵精度評價系統中：所述的管路系統由剛性的管道連成。
進一步的，上述的定量泵精度評價系統中：所述的液體為純水，所述的量具為精密稱重儀器具有與所述的數據處理單元通信的接口。
以下將結合附圖和實施例，對本發明進行較為詳細的說明。
附圖說明
圖1為本發明定量泵評價流程圖。
圖2為本發明定量泵的評價系統結構框圖。
圖3為本發明定量泵的評價系統零位傳感器結構圖。
具體實施方式
實施例1，本發明的目的在於評價定量泵的精度，包括重複性、準確性，線性精度等指標，評價過程如圖1所示，包括以下步驟：
1、準備工作：包括定量泵安裝、電機驅動聯接、零位傳感器聯接、管路系統灌注、除氣泡、天平穩定性確認。
2、pc啟動上位機：測量泵型號、驅動精度、排液量、天平穩定時間、系統誤差補償等設置。
3、上位機軟體開始啟動。
4、驅動單元驅動定量泵按預定工作時序開始吸排液；該步驟中包括以下步驟：
41、控制定量泵按照設定的刻度吸液、排液，並保存排出的液體。
42、對排出的液體進行稱量，記錄該設定的刻度和稱量結果，如設定的刻度為x時，第一次稱量結果是x1、第二次稱量結果是x2、這樣下去x3、x4直到設定的次數n時，稱量結果是xn。
43、檢查記錄結果，如果該設定的刻度吸液、排液次數達到設定的次數，則轉向步驟44，否則轉向步驟41。
44、改變設定的刻度轉向步驟41，直到所有事先選定做的設定的刻度全部測量完畢。該設定的刻度為x＝x+d,如設定的刻度x為5％，d為10％，則可選擇的定刻度百分之5、15、25、35、45、55、65、75、85、95共十組，這樣循環十次就可以獲得整個測量數據。
5、數據採集：上位機實時讀取吸液完成時刻、排液完成時刻稱水平臺的值。
6、數據保存，按預定模板保存並進行性能水平計算，根據接受標準判定passorfail。該步驟中包括：
61、pc上位機對取得的測量數據進行處理，該步驟中對記錄的設定的刻度和稱量結果數據進行處理，獲得該被評價的定量泵的重複性、準確性，線性精度。
對每個刻度進行數據處理，可以計算出重複性cv和準確度acc；下面以刻度x為例計算該刻度的重複性cv和準確度acc。
計算標準差s：
計算平均值x0：
計算重複性cv：
計算準確度acc：
這樣可以計算出十個刻度標準差s、平均值x0、重複性cv、準確度acc。線性精度可以根據多組檢測數據進行評價：如用上面步驟44中獲得的十組數據，計算出每個刻度的平均值x10、x20、……x100按照下式計算出線性精度d：
上式中k是設定刻度之間的差值，如上面步驟44中的差是10％一樣。
62、pc上位機判斷該被評價的定量泵是否符合標準；該步驟中，將步驟61中獲得的該被評價的定量泵的重複性、準確性，線性精度指標與已有的標準相比較。
7、第一次測試結束，繼續進行第二次測試循環；直至預先設定的測試次數完成即結束。
上面評價過程採用如圖2所示的系統：包括計算機、驅動單元、定量泵安裝固定架、管路、精密稱水儀器穩定平臺結構以及數據採集系統等所構成的系統結構。利用計算機pc作為控制裝置和數據處理裝置。
因此，被評價定量泵的固定的定量泵安裝固定平臺、水源、連接在被評價定量泵兩端的管路系統、對被評價定量泵排出的液體進行稱量的精密稱水儀器；還包括被評價定量泵的驅動單元、控制單元、數據採集單元和數據處理單元；驅動單元在控制單元控制下，驅動被評價定量泵按照設定的刻度吸液和排液，數據採集單元在控制單元控制下，採集所述的精密稱水儀器的稱量結果與被評價定量泵設定的刻度輸入到數據處理單元。
具體的上系統中：
計算機，pc(上位機)用於對定量泵的驅動單元和實驗過程進行控制和對實驗數據進行處理，在計算機上包括了人機互動界面、參數設置、數據自動讀取、數據保存路徑。
驅動單元：包括定量泵電機驅動、零位傳感器信號控制、運動精度控制。本實施例中，電機由驅動單元中的兩相雙極式步進電機驅動晶片實現驅動，其輸出由dmos的雙h橋完成，輸入由驅動單元主控晶片的脈衝信號和方向信號進行電機運動控制。
零位傳感器由光敏三極體組成，當零位傳感器偵測到定量泵運行至零位時，將通過三極體的開關信號反饋至驅動單元主控晶片。如圖3所示。
零位傳感器在未偵測到零位時，三極體導通，驅動單元埠4接地為低電平；零位傳感器偵測到零位時，三極體截止，驅動單元埠4由於受到上拉作用為高電平，以此為信號作為零位判斷依據。
定量泵內部線性運動機構上具有遮光擋片，當定量泵運行排液指令且完全排空時，此遮光擋片將立即觸發零位傳感器的零位信號，代表定量泵處於完全排空狀態，此時驅動單元將停止發送排液指令，並發送吸液指令，反之遮光擋片未觸發零位傳感器的零位信號，則代表定量泵處於非完全排空狀態，此時驅動單元可繼續發送排液指令，亦可發送吸液指令。
由於定量泵線性傳動的機械特徵，使其存在無法消除的反向間隙，系統運行時，驅動單元將在定量泵吸入或排除的反向時序運行前自動插入補償時序，以實現間隙補償，確保其運動精度。
定量泵及固定架：穩定可靠的固定定量泵，具有減震等功能；同時驅動單元、電源及管路灌注等附件。
管路系統，包括特定內徑、彈性很小的管路，排液端為特製的不鏽鋼針，可以消除液流毛細現象、液流泵吸效應。
精密稱水儀器及支撐平臺，包括精密稱量電子儀器、全封閉式安放平臺、高穩定度。
數據採集系統：實時讀取稱量儀器讀數，精確選取有效數據，並完成數據記錄、分析等工作。