一种水质总磷分析设备

技术领域

本申请涉及总磷检测分析设备技术领域，特别是涉及一种水质总磷分析设备。

背景技术

水质总磷分析是通过将水样消解至各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定磷的含量，是对水体水质检测的一项重要分析项目。传统的水样总磷分析通常采取人工操作的方式，整个过程包括水体采样、消解试剂添加、样品混匀、样品消解、显色试剂添加、分光测定以及数据分析等多个流程，上述每个流程基本都需要手工操作才能完成，尤其是在各种试剂添加以及分光测定阶段的试管开关盖时操作繁琐效率低，从而导致总磷分析效率低，并且由于操作人员的手法差异等操作问题导致总磷测定无法符合标准消解方法，从而导致水质总磷测定不够精准。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种水质总磷分析设备，具有能够全自动化模拟人工操作进行总磷测定，总磷分析效率高，且总磷测定精度高的优点。

根据本申请实施例，提供一种水质总磷分析设备，包括：机架、以及设置于机架上的试管转移装置、试管旋盖装置、试剂注入装置、样品混匀装置、样品消解装置和分光测定装置；所述机架上设置有操作平台，所述操作平台上设置有样品存放区域、样品消解区域、样品混匀区域和试剂添加区域；所述试管转移装置用于带动试管在所述样品存放区域、所述样品消解区域、所述样品混匀区域以及所述试剂添加区域之间转移；所述试管旋盖装置用于旋开或拧紧试管盖，其包括：试管盖夹持组件和试管身旋转组件；所述试管盖夹持组件安装于所述试管转移组件的悬臂末端，用于夹持试管盖；所述试管身旋转组件安装于所述试剂添加区域，用于夹持并带动试管身旋转以使试管身与试管盖松脱或拧紧；所述试剂注入装置用于在水质总磷分析的各个阶段将相应的试剂注入到装有待测样本的试管身内；所述样品混匀装置用于在试剂注入之后将试剂与待测样本摇匀混合；所述样品消解装置用于将试管内的待测样本消解成能够进行水质总磷检测的样本；所述分光测定装置用于将所述样品消解装置消解后的待测样本进行总磷检测。

本申请实施例的技术方案中，相比于传统的全程手动操作的水质总磷分析方式，通过试管转移装置在水质总磷分析的各个阶段自动转移试管；通过试管旋盖装置适时地旋开或拧紧试管盖；通过试剂注入装置在各个阶段自动将对应的试剂地注入至试管内；通过样品混匀装置在试剂注入之后模拟人工摇晃将试剂与待测样本摇匀混合；通过样品消解装置将试管内的待测样本消解成能够进行水质总磷检测的样本；通过分光测定装置将样品消解装置消解后的待测样本进行总磷检测，整个总磷分析过程通过全自动化拟人方式实现，自动化程度高，提高了总磷分析效率以及总磷测定精度。

进一步地，还通过平移单元将试管身移动至试剂注入装置的下方，同时使试剂注入装置的滴液针位于试管身内壁的正上方，滴液针向试管内壁滴液时，使得滴液针可以倚靠于试管的内壁，并由旋转单元在各个试剂注入阶段的滴液时旋转试管身，以边添加试剂边旋转试管身，降低试剂针上的试剂残留，以实现试剂的完全添加，有助于提高总磷分析精度。

进一步地，通过试管身夹持单元的各个部件之间的结构设计以及相互协同作用实现试管身的夹持与放松，从而更好地实现试管开关盖，既能够保证试管盖拧紧之后不会在高温消解的过程中松脱，也能够在需要开盖时能够顺利地开盖，提高试管开关盖效率，以提升总磷分析整体效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本申请。

附图说明

图1为本申请实施例提供的水质总磷分析设备的立体图；

图2为本申请实施例提供的水质总磷分析设备的俯视图；

图3为本申请实施例提供的试管转移装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的试管盖夹持组件的安装示意图；

图5为本申请实施例提供的试管盖夹持组件的使用示意图；

图6为本申请实施例提供的试管盖夹持组件的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的试管盖夹持组件的仰视图；

图8本申请实施例提供的水质总磷分析设备的结构示意图；

图9-10为本申请实施例提供的试管身夹持单元、平移单元以及旋转单元的安装示意图；

图11为本申请实施例提供的试管身夹持单元的安装示意图；

图12为本申请实施例提供的试管定位模和夹持块的爆炸图；

图13为本申请实施例提供的试管定位模和夹持块的截面图；

图14为本申请实施例提供的试管夹持块的枢转示意图；

图15为本申请实施例提供的滑块安装板的结构示意图；

图16为本申请实施例提供的滴液组件的结构示意图；

图17为本申请实施例提供的样品摇匀装置的立体图；

图18为本申请实施例提供的样品摇匀装置的结构示意图；

图19为本申请实施例提供的样品摇匀装置沿图2的A-A方向的剖视图；

图20为图19中A区域的局部放大图；

图21本申请实施例提供的试管摆动状态下的使用示意图。

附图标号：

1000、水质总磷分析设备；100、机架；200、试管转移装置；300、样品混匀装置；31、摆动电机；32、主动轴；321、第一安装座；33、从动轴；331、第二安装座；34、第一安装板；341、光学传感器；342、第一轴承；35、第二安装板；351、第二轴承；36、试管座；361、安装槽；362、橡胶圈；363、排气孔；364、观察孔；365、第一安装位；366、第二安装位；37、舵盘；38、舵盘转接块；39、舵机安装板；391、安装部；392、连接部；393、支撑部；400、试管旋盖装置；41、试管盖夹持组件；411、电动夹爪；412、试管盖夹片；413、硅胶套；4131、加强筋；414、三轴机械手；4141、X轴机械手；4142、X轴电机；4143、Y轴机械手；4144、Y轴电机；4145、Z轴机械手；4146、Z轴电机；42、试管身夹持单元；421、导向圈；4211、第二定位面；422、试管夹持块；4221、夹持座；4222、夹持部；4223、夹持面；4224、第一定位面；4225、第一枢转轴安装孔；423、试管定位模；4231、定位基座；4232、定位爪；4233、连接座；4234、第二枢转轴安装孔；424、聚氨酯夹块；425、上轴承安装板；426、上轴承；4271、试管套；4272、滴液槽；428、枢转轴；43、旋转单元；431、舵机；432、动态扭力传感器；4331、第一齿轮；4332、第二齿轮；434、扭力传感器安装座；44、平移单元；441、平移电机；442、平移导轨；443、底板；444、第二螺母；445、滑块组件；45、升降单元；451、底座；452、导轨安装板；453、升降导轨；454、滑块安装板；4541、竖直安装板；4542、水平连接板；455、升降电机；456、第一螺母；457、轴承安装座；458、下轴承；4591、光电开关；4592、感应片；500、试剂注入装置；51、滴液组件；511、滴液针；52、废液清洗槽；600、样品消解装置；2000、试管；A、样品存放区域；B、样品消解区域；C、样品混匀区域；D、试剂添加区域。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

本申请实施例公开了一种水质总磷分析设备，应用于实验或工业检测的水质总磷分析中，具体可应用于环境化学、分析化学等场景中的水质总磷分析，采用拟人自动化方式实现试管开关盖以及各阶段试剂注入的步骤。

如图1和图2所示，水质总磷分析设备1000包括：机架100、以及设置于机架100上的试管转移装置200、试管旋盖装置400、试剂注入装置500、样品混匀装置300、样品消解装置600和分光测定装置。机架100上设置有操作平台，操作平台上设置有样品存放区域A、样品消解区域B、样品混匀区域C和试剂添加区域D。可选的，总磷分析设备的每一装置或组件的功能是不同的，且试管2000需要在各个装置之间转移，为了缩短试管转移路径以及提高试管转移的便捷性，操作平台上的各个区域需要合理规划。具体的，样品存放区域A和样品消解区域B可以并排设置，样品混匀区域C可以位于样品存放区域A旁，其中，试剂添加区域D至少设置有旋盖位置和滴液位置。试管转移装置200设置于操作平台上方，用于夹取试管2000并在样品存放区域A、样品消解区域B、样品混匀区域C以及试剂添加区域D之间转移。试管旋盖装置400设置于试剂注入区域的旋盖位置，其用于在试剂注入时以及分光测定等阶段旋开或拧紧试管盖。试管旋盖装置400包括：试管盖夹持组件41和试管身旋转组件；试管盖夹持组件41安装于试管转移组件的悬臂末端，用于夹持试管盖；试管身旋转组件安装于试剂添加区域D，用于夹持并带动试管身旋转以使试管身与试管盖松脱或拧紧。试剂注入装置500设置于试剂注入区域，用于在水质总磷分析的各个阶段将相应的试剂注入到装有待测样本的试管身内，例如，在样品消解阶段将消解剂注入到试管2000中，在除氯阶段将除氯剂注入到试管2000中，在显色阶段将显色剂注入到试管2000中。样品混匀装置300设置于样品混匀区域C，用于在试剂注入之后将试剂与待测样本摇匀混合。样品消解装置600设置于样品消解区域B，用于将试管2000内的待测样本消解成能够进行水质总磷检测的样本。分光测定装置用于将样品消解装置600消解后的待测样本进行总磷检测。

为了实现总磷分析设备的自动化控制，该总磷分析设备还包括主控装置(图未示)，主控装置可以设置于机架100或其他操作平台上。主控装置与试管转移装置200、试管旋盖装置400、试剂注入装置500、样品混匀装置300、样品消解装置600和分光测定装置之间建立通信连接，以实现水质总磷分析过程中的实时交互，例如，试管转移装置200、试管旋盖装置400、试剂注入装置500、样品混匀装置300、样品消解装置600和分光测定装置可以接收主控装置发送的控制信号，或向主控装置反馈检测信号。其中，主控装置与其他装置之间的通信连接方式可以为无限通信方式或有线通信方式。本实施例中，对主控装置的形式不做限定，主控装置可以为专用于实现总磷分析各个阶段控制的控制板，也可以为其他的智能设备，例如通用计算机、智能平板、智能手机、智能手环、工控机等智能设备，还可以为云端服务器或其他的虚拟计算机。

本申请实施例的技术方案中，相比于传统的手动操作的水质总磷分析方式，通过试管转移装置200在水质总磷分析的各个阶段自动转移试管2000；通过试管旋盖装置400适时地旋开或拧紧试管盖；通过试剂注入装置500在各个阶段自动将对应的试剂地注入至试管2000内；通过样品混匀装置300在试剂注入之后模拟人工摇晃将试剂与待测样本摇匀混合；通过样品消解装置600将试管2000内的待测样本消解成能够进行水质总磷检测的样本；通过分光测定装置将样品消解装置600消解后的待测样本进行总磷检测，整个总磷分析过程通过全自动化拟人方式实现，自动化程度高，提高了总磷分析效率以及总磷测定精度。

以下从总磷分析设备的各个装置以及组件进行详细说明。

如图3所示，试管转移装置200包括三轴机械手414，三轴机械手414包括X轴机械手4141、Y轴机械手4143以及Z轴机械手4145，X轴机械手4141、Y轴机械手4143以及Z轴机械手4145分别由独立的电机或者舵机431驱动，以分别实现X、Y、Z三个方向上的运动，从而带动试管2000在X、Y、Z三个方向上转移。本实施例中，对X轴机械手4141、Y轴机械手4143以及Z轴机械手4145三者之间的安装方式不做限定。在一个可选的实施例中，Z轴机械手4145以及驱动Z轴机械手4145上下移动的Z轴电机4146安装于Y轴机械手4143上；Y轴机械手4143以及驱动Y轴机械手4143前后移动的Y轴电机4144安装于X轴机械手4141上；X轴机械手4141以及驱动X轴机械手4141上下移动的X轴电机4142安装于机架100上。转移试管2000时，由主控装置根据预设转移路径生成转移信号分别传输至各个机械手的对应电机，驱动电机运转带动机械手移动以带动试管转移。

试管旋盖装置400包括：试管盖夹持组件41和试管身旋转组件。

如图4所示，试管盖夹持组件41安装于试管转移装置200的悬臂末端，具体安装于试管转移装置200的三轴机械手414的Z轴机械手4145的末端，用于夹持试管盖。试管盖夹持组件41包括安装于Z轴机械手4145的末端的电动夹爪411；电动夹爪411上设置有相对的两个试管盖夹片412。结合图4至图7来看，两个试管盖夹片412的端部相对设置，并分别呈弧形以形成试管盖夹持空间。两个试管盖夹片412夹持试管盖后，三轴机械手414带动试管盖夹片412以及被夹持的试管2000上移至预设高度，并带动试管2000在样品存放区域A、样品消解区域B、样品混匀区域C以及试剂添加区域D之间转移，从而实现待测样品的自动化转移。

在转移试管2000或试管开关盖时，电动夹爪411接收主控装置的控制信号，带动试管盖夹片412夹紧或松开试管盖。具体的，电动夹爪411由三轴机械手414带动下降夹取试管盖时，电动夹爪411带动试管盖夹片412夹紧试管盖，从而由三轴机械手414带动整个试管2000上移并转移至预设位置；此后，由三轴机械手414带动试管2000下降放下试管2000时，电动夹爪411带动试管盖夹片412松开试管盖。

进一步的，如图7所示，试管盖夹持空间的形状以及尺寸与总磷分析所采用试管2000的形状以及尺寸匹配。为了更好的夹持试管盖，两个试管盖夹片412之间的试管盖夹持空间需要与试管盖的形状相匹配，因此，将两个试管盖夹片412分别设计成弧形，具体可以为半圆形，且两个半圆形试管盖夹片412两两相对。电动夹爪411带动两个试管盖夹片412相互靠近以夹持试管盖，带动两个试管盖夹片412相互远离以松开试管盖。可选的，两个试管盖夹片412之间的试管盖夹持空间大小可配置，从而适用于不同尺寸的试管盖夹持，即适用于不同尺寸试管转移。进一步的，在试管转移过程中为了防止试管2000滑落，在试管开关盖过程中为了防止打滑导致开盖无效或关盖不到位，在试管盖夹片412的端部分别套设有硅胶套413，并且，硅胶套413用于夹持试管盖的一面沿其纵向等间距设置有多处凸起的加强筋4131，夹持试管盖时，硅胶材质的加强筋4131能够更好的与试管盖之间产生摩擦，从而能够更好的夹紧试管盖。

如图1和图8所示，试管身旋转组件安装于试剂添加区域D，用于夹持并带动试管身旋转以使试管身与试管盖松脱或拧紧。本实施例中，试管身旋转组件包括平移单元44、升降单元45、旋转单元43和试管身夹持单元42；试管身夹持单元42安装于旋转单元43上，旋转单元43安装于升降单元45上，升降单元45安装于平移单元44上。平移单元44可以带动其上的升降单元45、旋转单元43以及试管身夹持单元42在平移单元44的平移轨道上移动，升降单元45可以带动旋转单元43以及试管身夹持单元42上下移动以夹紧或放松试管身。具体的，平移单元44带动旋转单元43以及试管身夹持单元42移动，带动试管身在试剂添加区域D内移动以使试管身位于试剂注入装置500的下方，并使试剂注入装置500的滴液针511位于试管身内壁的上方；试剂注入装置500的滴液针511向试管2000内壁滴液时，滴液针511倚靠于试管2000的内壁，且由旋转单元43带动试管身旋转，这种边滴液边旋转试管身的试剂注入方式能够减少试剂在试管2000内壁或者滴液针511上发生壁挂，使得试剂添加更加完全，有助于提高总磷分析的精度。

以下从试管身旋转组件的各个单元进行说明。

在一优选的实施例中，为了实现试管身的支撑以及夹持，如图9至15所示，试管身夹持单元42包括上轴承安装板425、上轴承426、导向圈421、多个试管夹持块422和试管定位模423。上轴承安装板425通过立板(图未示)安装于平移单元44上，上轴承426安装于上轴承安装板425上，上轴承426的内圈套设于导向圈421的外侧壁，导向圈421可旋转，上轴承426用于对导向圈421起到支撑作用。试管定位模423包括定位基座4231，定位基座4231安装于旋转单元43上。试管夹持块422包括夹持座4221以及安装于夹持座4221上的夹持部4222，夹持座4221围合成环状并枢转安装于定位基座4231上。夹持部4222包括内侧的夹持面4223和外侧的第一定位面4224，多个夹持面4223围合形成环状的试管2000夹持空间。导向圈421的内侧壁包括第二定位面4211，夹持部4222伸入导向圈421的内侧。由于试管定位模423的定位基座4231安装于旋转单元43上，旋转单元43安装于升降单元45上，升降单元45带动旋转单元43以及其上的试管定位模423升降时，通过试管定位模423带动试管夹持块422上升或下降，此时，试管夹持块422的第一定位面4224与导向圈421的内侧壁的第二定位面4211之间产生挤压作用，使得试管夹持块422相对于定位基座4231向内侧或外侧枢转，从而带动夹持面4223所围合形成的试管2000夹持空间变小或变大，以夹紧或放松试管2000。

夹持座4221围合成环状，并通过枢转轴428枢转安装于定位基座4231上。具体的，夹持座4221上设置有第一枢转轴安装孔4225，定位基座4231上设置有第二枢转轴安装孔4234，第二枢转轴安装孔4234与第一枢转轴安装孔4225相对应，枢转轴428穿过第二枢转轴安装孔4234以及第一枢转轴安装孔4225安装，从而使得夹持座4221枢转安装于定位基座4231上，使得试管夹持块422可以相对于定位基座4231向内侧或外侧枢转，从而带动夹持面4223所围合形成的试管2000夹持空间变小或变大，以夹紧或放松试管2000。

进一步的，为了使试管夹持块422与导向圈421之间更好的配合，第二定位面4211位于导向圈421的内侧壁的下方，其形成朝向外侧倾斜的斜面；夹持部4222的第一定位面4224为与第二定位面4211对应的斜面，且夹持部4222从下方伸入导向圈421的内侧，在试管定位模423带动试管夹持块422上升或下降，试管夹持块422的第一定位面4224与导向圈421的内侧壁的第二定位面4211之间可以直接面接触，从而更好地相互配合。试管夹持块422被带动上升时，第一定位面4224向导向圈421的第二定位面4211移动，并与第二定位面4211抵接，导向圈421通过上轴承426安装于上轴承安装板425上，因此，导向圈421对试管夹持块422会产生一个反向作用力，从而使得试管2000夹持空间变小。

为了更好的夹持试管身，可选的，试管定位模423还包括安装于定位基座4231上的多个定位爪4232。多个定位爪4232呈环状围合安装于定位基座4231上；且定位爪4232与试管夹持块422间隔设置；定位爪4232的内侧壁和夹持面4223共同围合形成试管2000夹持空间。可选的，定位爪4232和试管夹持块422各为3个、或4个，或为其他数量。

夹持部4222的内侧安装有聚氨酯夹块424，聚氨酯夹块424形成夹持面4223，聚氨酯具有一定的弹性，采用聚氨酯材料制作聚氨酯夹块424能够更好的夹紧试管身，即能够较紧的夹紧试管身，又不会因为夹持过紧而导致试管身被挤压破裂。

本实施例中，为了转动试管身以实现开关盖，试管身夹持单元42安装于旋转单元43上，由旋转单元43带动试管身夹持单元42以及试管身在试管开关盖以及试剂注入时旋转。具体的，旋转单元43包括舵机431和动态扭力传感器432，旋转单元43安装于升降单元45上，可由升降单元45驱动升降。舵机431和动态扭力传感器432通过齿轮组传动连接。齿轮组包括第一齿轮4331和第二齿轮4332，其中，第一齿轮4331与舵盘固定连接，第一齿轮4331通过舵盘与舵机431的输出轴固定连接。第二齿轮4332与第一齿轮4331相互啮合传动，动态扭力传感器432通过螺钉等紧固件与第二齿轮4332固定连接，且动态扭力传感器432位于第二齿轮4332的上方，动态扭力传感器432上安装有试管定位模423，因此，舵机431转动可通过第一齿轮4331、第二齿轮4332、以及试管定位模423带动试管2000转动。

为了使试管定位模423与动态扭力传感器432更好的连接，试管定位模423还包括位于定位基座4231下方的连接座4233，连接座4233通过动扭转接轴与动态扭力传感器432传动连接。因此，舵机431驱动第一齿轮4331转动时带动第二齿轮4332转动以及动态扭力传感器432转动，并带动试管定位模423以及其上的试管身转动。在试管身转动过程中，动态扭力传感器432能够检测试管定位模423转动时的扭矩，并反馈至控制器，从而更好地控制舵机431的扭力输出，并且当试管定位模423上未放置试管2000时，动态扭力传感器432检测到的扭力值发生变化，从而可以控制舵机431停止运转，防止空转。本实施例中，在试管盖旋开的过程中，舵机431输出的扭矩为第一扭矩值，即能够保证试管身与试管盖刚好旋开的扭矩，第一扭矩值可以由发明人经过多次的试管开关盖实验获得。在试管盖拧紧的过程中，舵机431输出的扭矩为第二扭矩值，即能够保证试管身与试管盖拧紧到合适紧度的扭矩，在高温消解时能够防止试管盖被蒸汽顶出。可选的，第二扭矩值为试管2000在高温消解过程中加热至120度依旧能够锁紧试管盖的扭矩值，由发明人经过研究并进行多次开关盖试验以及高温消解试验获得。

在一可选的实施例中，如图11和图12所示，升降单元45包括底座451、导轨安装板452、升降导轨453、滑块安装板454和升降电机455。底座451设置于平移单元44上，用于安装升降电机455。导轨安装板452竖直设置在平移单元44上，升降导轨453竖直安装于导轨安装板452上，滑块安装板454滑动安装于升降导轨453上。升降电机455安装于底座451上，且其电机轴竖直设置，升降电机455的电机轴上套设有第一螺母456，滑块安装板454通过第一螺母456与升降电机455的电机轴固定连接，同时，滑块安装板454还与旋转单元43或试管定位模423固定连接，因此，升降电机455可以带动试管身夹持单元42的试管定位模423沿升降导轨453延伸的方向上下移动，从而带动试管夹持块422靠近或远离导向圈421，使得试管夹持块422夹紧或松开试管身。

为了方便动态扭力传感器432安装，同时为了使升降单元45能够带动试管身夹持单元42升降，滑块安装板454包括相互连接的竖直安装板4541和水平连接板4542。舵机431和动态扭力传感器432分别安装于扭力传感器安装座434上；竖直安装板4541滑动安装于升降导轨453上，水平连接板4542分别连接扭力传感器安装座434和升降电机455的电机轴；水平连接板4542上还设置有轴承安装座457，轴承安装座457内设置有下轴承458；下轴承458的内圈套设于连接座4233的外侧壁，在试管身夹持单元42被旋转单元43带动旋转时，试管身夹持单元42可以相对于水平连接板4542发生旋转。

本实施例中，试管夹持块422夹紧试管身的实现方式为：升降电机455带动试管身夹持单元42的试管定位模423沿升降导轨453延伸的方向上移，带动试管夹持块422靠近导向圈421，试管夹持块422在导向圈421的反向压力下向中间收紧夹紧试管身。为了能够检测试管身是否被夹紧，可在竖直方向上设置位移检测单元以检测试管夹持块422是否上升到预设位置。具体的，如图13所示，位移检测单元可以包括光电开关4591和感应片4592，其中，光电开关4591通过一立板安装于平移单元44的底板443上，感应片4592则安装于水平连接板4542上。光电开关4591上具有感应区域，当升降单元45带动试管身夹持单元42升降时，可以带动水平连接板4542上下移动，从而使感应片4592靠近或远离光电开关4591上的感应区域。当感应片4592位于光电开关4591上的感应区域时，光电开关4591会检测到并产生感应信号传输至总磷分析设备上的控制器，从而可以控制升降单元45停止上升，且在当前时刻试管夹持块422已经上升到预设位置并夹紧试管身。

如图9和10所示，在一可选的实施例中，平移单元44包括平移电机441、平移导轨442和底板443，平移电机441的电机轴和平移导轨442水平设置。具体的，平移导轨442包括两条平行设置的导轨，优选的，平移电机441的电机轴可以位于两条平行导轨的之间，另外，平移电机441的电机轴还可以位于两条平行导轨的外侧。平移电机441可以为直线电机。平移电机441的电机轴上套设有第二螺母444，底板443与第二螺母444固定连接，从而将底板443固定连接于电机轴上，同时，底板443还通过滑块单元滑动安装于平移导轨442上，平移电机441通过电机轴带动底板443滑动于平移导轨442，以带动底板443上的升降单元45、旋转单元43、以及试管身夹持单元42移动。

结合图8和图15来看，在旋开或拧紧试管盖的过程中，需要三轴机械手414末端的电动夹爪411来夹紧试管盖，而三轴机械手414位于操作平台的上方，为了便于操作，各个装置以及部件的位置关系需要适配以避免相互干扰，因此，试剂注入区域D的旋盖位置和滴液位置沿平移导轨442延伸的方向设置于平移导轨442的上方，尤其是将旋盖位置设置于平移导轨442端部对应的上方，滴液位置则设置于平移导轨442中部对应的上方，滴液位置位于滴液单元的下方。底板443上安装有升降单元45，升降单元45上安装有旋转单元43，旋转单元43上安装有试管身夹持单元42，因此，平移电机441驱动电机轴运转，可以带动底板443以及其上的升降单元45、旋转单元43以及试管身夹持单元42沿导轨延伸的方向平移，从而带动试管身夹持单元42以及其上的试管身在旋盖位置和滴液位置之间转移；进一步的，平移单元44的设置还能使得在滴液时滴液针511能够倚靠于试管身的内壁，滴液针511滴下的试剂能够顺着试管身内壁下滑至样品溶液中，从而使得试剂添加更加完全有效。

本实施例中，试剂注入装置500包括输液组件(图未示)和滴液组件51；输液组件用于在水质总磷分析的各个阶段将相应的试剂输出至滴液组件51；输液组件包括依次连接的输入管、输送泵和输出管；滴液组件51包括沿平移单元44的移动方向依次设置的多根滴液针511；每一滴液针511分别与对应输出管连接，每一滴液针511均位于滴液位置的上方，用于向试管身内滴液；平移单元44带动旋转单元43和试管身夹持单元42移动，带动试管身从旋盖位置移动至滴液位置；滴液针511下降至预设高度以使滴液针511倚靠于试管2000内壁滴液。

本实施例中，如图16所示，滴液组件51包括沿平移导轨442延伸的方向设置的多个滴液针511，滴液针511用于在总磷分析的各个阶段向试管身内注入对应试剂。为了使得试剂能够更完全地注入至试管2000中，在滴液组件51往试管2000里滴液时，平移单元44带动旋转单元43和试管身夹持单元42平移至滴液位置并使滴液针511位于试管2000内壁的上方，从而在控制滴液针511下降至试管身内时能够使滴液针511紧靠试管壁，进而使得滴液针511上的试剂能够沿着试管2000内壁向下流动至试管2000中的原溶液内，即使滴液针511上的试剂能够沿试管2000内壁完全注入到试管2000中，有助于提高总磷分析的精度，降低分析误差。

为了防止试剂滴到下方平移导轨442上，如图16所示，试管身夹持单元42还设置有防滴液块，防滴液块包括沿平移导轨442延伸的方向设置的试管套4271和滴液槽4272，其中，试管套4271可套设于试管2000外壁，以加强试管2000旋转时的稳定性，滴液槽4272用于接收滴液针511上滴下的残留溶液。

为了对滴液组件51进行清洗，可选的，底板443上还安装有废液清洗槽52，废液清洗槽52位于试管身夹持单元42的一侧；试管身夹持单元42位于旋盖位置时，废液清洗槽52位于滴液组件51的下方，此时可以将滴液组件51的滴液针511下降至废液清洗槽52中以对滴液针511进行清洗，防止各种试剂相互干扰对总磷分析精度造成不良影响。

本实施例中，如图17至图21所示，用于总磷分析的样品混匀装置300包括：摆动电机31、主动轴32、从动轴33、第一安装板34、第一轴承342、试管座36、第二安装板35和第二轴承351。第一轴承342安装于第一安装板34上，主动轴32套设在第一轴承342内，主动轴32的一端与摆动电机31的电机轴固定连接，主动轴32的另一端与试管座36的一侧壁固定连接。摆动电机31运转时，由电机轴带动主动轴32旋转于第一轴承342内。试管座36用于放置试管2000，摆动电机31用于通过主动轴32驱动试管座36带动试管2000摇晃，以将试管2000内的样品溶液摇匀。第二轴承351安装于第二安装板35上。可选的，第一安装板34和第二安装板35均为竖直设置于机架100上的立板，且第一安装板34和第二安装板35相对设置。从动轴33与主动轴32同轴设置，从动轴33的一端套设于第二轴承351内，从动轴33的另一端与试管座36的侧壁固定连接；试管座36沿垂直于主动轴32的方向设置有用于放置试管2000的试管腔。摆动电机31转动，通过主动轴32驱动试管座36带动试管2000以主动轴32为轴心向左侧或向右侧摆动，摇晃以将试管2000内的样品溶液摇匀。

在样品溶液混匀时，为了防止试管2000被甩出需要将试管2000固定，现有技术通常会采用防脱组件将试管2000底部和试管盖固定以防止被甩出，发明人在研究过程中发现上述防脱方式存在结构复杂、实现难度大、成本较高的问题。因此，本实施例中在试管座36内增设橡胶圈362来防止样品溶液摇匀过程中出现试管2000甩出的现象。可选的，如图18所示，在试管座36内的试管腔的上部设置有环形的安装槽361，安装槽361内设置有橡胶圈362。将试管2000放入至试管腔内时，橡胶圈362和试管腔以及试管2000外壁之间会产生挤压，从而将试管2000固定于试管腔内防止试管2000摆动时被甩出。

进一步的，为了在试管腔内产生吸附效果以将试管2000吸附防止甩出，还在试管腔的底部设置有排气孔363，排气孔363连通试管腔的底部和试管座36的外部。将试管2000放入至试管腔内时，橡胶圈362和试管腔以及试管2000外壁之间会产生挤压从而将试管腔的上部密封，试管腔内的空气则从排气孔363向外流出排尽，当试管2000插入至试管腔的底部时，以使试管座36的内腔和外部之间形成负压吸附试管2000。在样品溶液摇匀时可以更好的防止试管2000被甩出。具体的，排气孔363包括两个，两个排气孔363相对开设于试管腔底部的两侧，且排气孔363从试管腔内水平延伸至试管座36的外部，从而在将试管2000放入至试管腔底部时能够更好地将试管腔内的空气排尽，进一步防止试管2000摆动时被甩出。

本实施例中，试管座36的外形可以设计成圆筒形、方形、或者其他外形。为了在放入试管2000时可以更好的容纳，防止将试管2000碰撞导致破损，试管座36由硬质材料制作而成，例如金属材料或硬质木质材料，本实施例中，试管座36由铝材料制成。为了将试管2000稳定可靠的放置于试管座36中，在一优选实施例中，可以将试管座36内的试管腔设计成圆筒形。

为了便于试管座36的安装固定，可选的，如图20所示，在试管座36的两侧分别开设有第一安装位365和第二安装位366。主动轴32的另一端设置有第一安装座321，第一安装座321在第一安装位365与试管座36的一侧壁固定连接；从动轴33的一端设置有第二安装座331，第二安装座331在第二安装位366与试管座36的另一侧壁固定连接，因此，试管座36可以通过主动轴32以及从动轴33安装于第一安装板34和第二安装板35之间，从而试管座36可以在主动轴32的带动下以主动轴32为轴心摆动。

在对样品溶液进行高温消解时有可能导致试管2000破裂，或者蒸汽将试管盖顶出，部分试管2000可能会出现空管现象，此时，需要将空管的试管2000以及相关数据剔除以免影响到整体的总磷分析数据的准确度。因此，需要设置溶液检测组件来检测试管座36内的试管2000是否为空管，或者检测试管2000内的样品溶液是否达到预设值。

在一可替换的实施例中，溶液检测组件可以包括光学传感器341，光学传感器341固定于第一安装板34上；试管座36上还开设有观察孔364，观察孔364与试管腔连通；光学传感器341通过观察孔364检测试管2000内是否有液体，从而判定当前试管2000是否为空管，或者判定当前试管2000内的样品溶液未达到预设值。

在一可替换的实施例中，溶液检测组件可以包括电容传感器(未图示)，电容传感器与总磷分析设备的控制器电连接。电容传感器安装于试管腔内，用于检测试管2000内是否有液体或用于检测试管2000内的液体含量，从而判定当前试管2000是否为空管。同时，在每一次试剂添加后或者每一次高温消解后，电容传感器还可以用于检测试管2000内的溶液量是否发生变化，若在某一次试剂添加后，试管2000内的溶液变化量未达到预设变化值或者超过预设变化值，则说明此次试剂添加无效，需要将与该试管2000相关的数据剔除，以免影响到总体的总磷分析精度。

在一可选的实施例中，摆动电机31为舵机，舵机的输出轴通过舵盘37和舵盘转接块38与主动轴32连接。具体的，舵盘37与舵机的输出轴固定连接，舵盘转接块38与舵盘37固定连接，主动轴32与舵盘转接块38固定连接，从而使得舵机的输出轴通过舵盘37、舵盘转接块38与主动轴32固定连接。

为了实现舵机的稳定安装，如图17所示，样品混匀装置300还包括舵机安装板39。舵机安装板39呈Z字形，其包括用于固定舵机的安装部391和用于与第一安装板34固定连接的支撑部393，以及连接安装部391和支撑部393的连接部392；连接部392水平设置，其表面设置有避让舵盘37和舵盘转接块38的避让槽，舵盘37和舵盘转接块38可以卡于避让槽内，从而实现舵盘37和舵盘转接块38的稳定安装。

舵机驱动输出轴转动，以驱动试管座36以及试管2000转动，试管座36的转动角度和舵机的输出轴的转动角度一致。试管2000转动角度的不同会影响到样品混匀的效果，进而影响到样品消解的效果，最终影响到总磷分析的精度。为了控制试管2000转动角度，则需要对舵机的输出轴的转动角度进行控制。具体的，舵机的输出轴的转动角度可以由总磷分析设备的控制器来控制实现，转动角度可以为60度至130度之间的任意角度，例如，可以控制输出轴转动角度为60度、90度、120度、130度、或者其他角度值，即控制试管2000转动角度为60度、90度、120度、130度，或者其他角度值。在一优选的实施例中，舵机带动试管2000转动的角度为120度，在样品摇匀时，可以配置为舵机带动试管2000以输出轴为轴心沿周向向左转动120度，然后再向右转动120度，在转动预设次数后停止转动，并控制舵机归位从而使试管2000归位，以便于试管转移装置200的夹爪夹持试管2000。

本实施例中，如图1和2所示，样品消解装置600设置于样品消解区域B上，其包括隔热层、热源和导热块；热源和导热块包裹于隔热层内部，导热块设置于热源的上方，并与热源接触，导热块上设置有试管身相匹配的若干孔位，试管2000放置于孔位内，导热块将热源传递至试管2000以加热试管2000，从而达到高温消解的目的。本实施例中，试管2000内的样品溶液被加热至预设温度，例如可以加热至110度至130度之间，优选地，加热到120度时能够获得最佳消解效果。可选地，导热块可以由铝制作而成，能够具有较好的导热效果。热源可以为金属加热棒。

本实施例中，分光测定装置用于在高温消解后对试管2000内的待测样品进行分光测定，以获得总磷测定数据，获得总磷测定数据之后可以由主控装置进行数据分析，并可以形成图表等较为直观的展示形式。

以下对水质总磷分析的步骤进行详细说明。

水质总磷分析可以包括以下步骤：S1：添加消解剂；S2：第一次摇匀；S3:高温消解；S4：冷却；S5：添加除氯剂；S6：第二次摇匀；S7：静置；S8：添加显色剂；S9：分光测定。

在一个可选的实施例中，上述步骤可以具体为：试管转移装置200夹持样品存放区域A上的装有原液的试管2000并移动至试剂添加区域D，此时，试管旋盖装置400的试管盖夹持组件41夹紧试管盖，试管身旋转组件带动试管身旋转以使试管身与试管盖松脱以实现开盖；试管身旋转组件的平移单元44带动试管身移动至试剂注入装置500的下方的滴液位置；控制试剂注入装置500的对应滴液针511下降以将消解剂添加至试管身中，并由旋转单元43在试剂注入时带动试管身旋转；平移单元44带动试管身移动至旋盖位置，此时，试管旋盖装置400的试管盖夹持组件41夹紧试管盖下降至试管2000开口处，旋转单元43带动试管身相对于试管盖旋转以拧紧试管盖，其中，拧紧试管2000时旋转单元43带动试管身旋转的方向与旋开试管2000时的旋转方向相反；拧紧试管盖之后，试管转移装置200夹持试管2000从试剂添加区域D的旋盖位置转移至样品混匀装置300；样品混匀装置300将试剂与待测样本摇匀混合后，试管转移装置200夹持并将样品混匀后的试管2000从样品混匀装置300上转移至样品消解区域B；按照上述步骤将各个试管转移至样品消解区域B进行高温消解。

样品消解装置600将试管2000内的待测样本消解成能够进行水质总磷检测的样本，试管转移装置200夹持并将消解后的试管2000从样品消解区域B移动至样品存放区域A冷却；冷却之后还需要依次添加除氯剂，试管身旋转组件再次夹持试管2000并移动至旋盖位置旋开试管盖；平移单元44将开盖后的试管2000从旋盖位置转移至滴液位置；此时，控制试剂注入装置500的对应滴液针511下降以将除氯剂添加至试管身中，并由旋转单元43在试剂注入时带动试管身旋转；完成除氯剂的添加后，平移单元44将试管转移至旋盖位置以拧紧试管盖；再次拧紧试管盖之后，试管转移装置200夹持试管2000从旋盖位置转移至样品混匀装置300摇匀，并转移至样品存放区域A静置，按照上述步骤将各个试管转移至样品存放区域A静置。

静置预设时间后，试管转移装置200将试管转移至旋盖位置再次开盖，并转移至滴液位置；试剂注入装置500依次对各个试管2000添加显色剂，然后等待分光测定；最后由分光测定装置对各个试管2000内的待测样品依次进行总磷检测，获得总磷检测数据后传输至主控装置进行数据分析处理，最终获得总磷分析数据。相对于现有技术，本实施例的总磷分析设备具有以下优点。

相比于传统的手动开关试管盖的方式，通过试管盖夹持单元夹紧试管盖，通过多个试管夹持块围合形成试管夹持空间以夹紧试管身，再由升降单元通过试管定位模带动试管夹持块上升或下降，带动第一定位面与第二定位面之间产生挤压作用，使得试管夹持块相对于定位基座向内侧或外侧枢转，以带动夹持面所围合形成的试管夹持空间变小或变大，从而夹紧或放松试管身，进而带动试管身相对于试管盖旋转从而旋开或拧紧试管盖，不再依赖于人工手动旋开或拧紧试管盖，提高了试管开关盖效率，有助于提高总磷分析效率；同时，合适扭力值的设置保证了试管盖盖合的密封程度，防止在高温消解时试管盖被蒸汽顶出，且能保证在需要开盖时能够顺利开盖。

相比于传统的试管手动开关盖以及手持试剂针添加试剂的方式，通过试管盖夹持单元夹紧试管盖，同时通过试管身夹持单元夹紧试管身，再由旋转单元带动试管身夹持单元转动，以带动试管身相对于试管盖旋转从而旋开或拧紧试管。自动化试管开关盖的方式提高了试管开关盖效率，有助于提高总磷分析效率；试管盖旋开之后，平移单元带动试管身从旋盖位置移动至滴液位置，即将试管身移动至滴液组件下方，然后再通过旋转单元在滴液组件向试管身滴液时带动试管身旋转，使得滴液时试管身可以相对于滴液针旋转，从而降低滴液针上的试剂残留，防止试剂壁挂，试剂注入更加有效完全，有助于提高水质总磷分析效率以及分析精度。进一步地，还通过平移单元将试管身移动至滴液位置时，同时使试剂注入装置的滴液针位于试管身内壁的正上方，滴液针向试管内壁滴液时，使得滴液针可以倚靠于试管的内壁，并由旋转单元在各个试剂注入阶段的滴液时旋转试管身，以边添加试剂边旋转试管身，降低试剂针上的试剂残留，以实现试剂的完全添加，有助于提高总磷分析精度。

相比于传统的人工手动摇晃试管以摇匀试管内的样品溶液，本实施例将试管座通过第一轴承和第二轴承安装于第一安装板和第二安装板之间，试管座通过主动轴与摆动电机的电机轴固定连接，从而使得摆动电机通过电机轴直接驱动试管座带动试管往左右两个方向转动，从而将试管内的样品混匀；并且能够避免由于人工操作误差带来的混匀效果误差，有助于提高水质总磷分析效率以及分析精度；同时，相对于来回移动摇晃试管的方式，本实施例采用以摆动电机输出轴为轴心，以预设角度摆动试管的摇匀方式具有更好的摇匀效果，单支试管的摇匀时间更短，有助于提高总磷分析效率。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。