基于色敏传感器的自动滴定仪设计

李大琳,梁家鹏,张嘉俊,邓嘉杰,谢翠峰,许志荣（吉林大学珠海学院,广东 珠海 519041）

基于色敏传感器的自动滴定仪设计

李大琳,梁家鹏,张嘉俊,邓嘉杰,谢翠峰,许志荣
（吉林大学珠海学院,广东 珠海 519041）

滴定实验是在化学实验室中最常用的实验之一，目前主要采用手动操作。其难点主要在确定试剂比例的最后半滴操作精度难以控制。本论文来源于广东省省级大学生创新创业训练计划项目，经费代码4041426112。方案的主要创新点在于通过色敏传感器作为信息反馈，以准确确认试剂比例，通过以步进电机为基础的动力传动部件作为试剂滴定执行机构，准确控制试剂滴入量。该设备目前可以完成几种典型基础实验，效果良好。

色敏传感器，滴定实验，步进电机

0 正文

滴定实验是化学实验室中最常用的实验之一。其主要用于配制试剂。当某种试剂的制成需要两种或两种以上试剂混合反应得到时，通常采用滴定实验，根据指示剂的颜色变化指示滴定终点，然后目测标准溶液消耗体积，计算分析结果。实验的特点是操作上简单重复，但是难点在于精确控制试剂比例的最后半滴操作。目前实验室通常采用手动操作，需要操作人员投入大量时间、耐性才能达到一定的熟练程度。

国际上现有的几种自动滴定设备都是采用电极式，即将一个电极放入被测液体内，当被测液体成分达到实验要求时，电极输出对应导电电流作为反馈。设备原理复杂，难以大规模推广。

项目组在设计方案时根据平时教学所获得知识，决定采用色敏传感器直接观察试剂颜色变化的方案来实现。虽然该方法也有一定的局限性，但在原理上具有突破意义。

1 系统方案

下图为自动滴定仪3D仿真方案。原有试剂量杯的摆动操作由动力区的步进电机总成提供；反应区量杯的下部安装色敏传感器，目前项目采用的是德国进口的色标传感器，能够完成从无色到红色或者无色到绿色的识别；试剂滴入量的控制则是通过途中左侧步进电机来控制，以实现半滴滴入。为了实现试剂的正确滴入，系统还在试剂滴管口上增加了气泵，将试剂口液体吹落。

下图为系统组成原理框图：系统采用STC89S52单片机为控制核心。当实验参数改变时，可以用PC上的客户端通过232接口实现参数修改，包括：色敏传感器输入参数、试剂量杯摆动幅度、单次试剂滴入量等参数。

2 控制算法

下图为程序控制逻辑：

由于色标传感器需要反应时间和特定角度才能够正确输出液体颜色，所以程序在每次加液后会使试剂量杯旋转后定在固定位置，并且等待2s让色标传感器作出正确反映。

量杯中试剂的量，由操作人员预先在程序中写入，程序由此计算出试剂滴入量，在快达到上限时，由整滴滴入转为半滴滴入。

气泵只有在半滴滴入阶段才启动，以保证半滴液体完整落入试剂量杯。

3 实验效果

目前，本设计已经实现了 NaOH+HCL+酚酞-＞液体变红 实验的验证。效果良好，试剂配比准确。

4 总结

本设计是大学生创新创业训练计划项目作品，从机械结构、控制算法、传感器原理方面都得到了验证。由于时间和色标传感器问题，该设计仍然有许多需要完善之处，会在后续设计中继续提高。

[1]彭伟. 单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真（第二版）[M]. 电子工业出版社.2012.

[2]胡建. 单片机原理及接口技术[M]. 机械工业出版社,2011.

李大琳，软件工程师,从事机械电子方向教学。