药物粘稠临界判断的研究

曹逸民 钱炳锋 田奕江 季浩然 吴振宇

摘要：搅拌作为中医药行业加工工艺过程中不可缺少的一部分，搅拌的是否足够充分，直接影响着药物成品的质量。对医用搅拌机进行研究，通过药物的粘稠度来判定是否达标

关键词：医用;搅拌机

本文主要针对药研究方面，对于中药来说，搅拌是必不可少的内容。搅拌需要达到他所需的粘度，药物的融合度。该发明将有效提高产品药性较少不必要的损耗。

搅拌终点测定仪的使用有利于中医药研究过程中对药物数据的采集，使药物科研人员能够充分了解药物所处状态，更好的开展下一步环节的研究，提高了数据的准确性，降低了药物研究的成本，也极大得降低了药学相关研究人员的工作难度，使得药物研究成功率提升了，经济投入回报率增大了。

1 产品介绍

本产品原为搅拌终点判定仪，用于测量中成药和黏稠剂的黏稠度，其中成药和黏稠剂在加水搅拌的过程中，药效和黏稠度会随搅拌的推移呈现一个sin函数

的曲线，本产品的研发为找出不同药剂和黏稠剂的不同峰值。通过我们自主研发的产品进行数据输出，与此同时，我们还设计了单独的测量装置，可以直接和独立的搅拌棒连接进行一些其他领域的黏稠度测量。实物包括搅拌机一台，自主设计的搅拌棒若干，伺服电机套装一套，扭矩传感器一个，控制板一个，屏幕一个，蠕动泵套装，电源，树脂的盖子，外壳。

2 产品功能

测量出溶液的黏稠度;自行设定单位时间的加水量，呈现出溶液的黏稠度变化曲线，一秒内能测量三十次数据，求平均值后将平均值转换到电脑屏幕上，一共有四十组这样的数据，通过通讯的方式将测量曲线发给电脑，并且自行生成Excel表格，可以保存多组数据，在需要查看数据时，可以随时调出数据进行查看。

3 产品优势

单轴传感技术的医用制药高精密搅拌设备，可以实现目前市场上具有绝对价格竞争优势的高品质服务。相比于测量黏稠度的仪器，我们的进水量精准到单位为1ml，黏稠度的单位精准到0.1牛/米，产品功能更加全面，可以精准控制加水量，可以生成黏稠度图像，还可以控制搅拌速度，比市场上现有的黏稠度测量仪器更加准确，

4 总体设计方案

基本思路，是通过搅拌设备内安装的扭矩测量仪，测量电动机主轴的转动角度，以此计算扭矩，通过扭矩、受力和粘稠度的关系，由算法计算，获得显示粘稠度的图像。

粘稠度的测算技术关键在于获取搅拌棒的受力情况。由于电动机、扭矩测量仪、搅拌棒，此三者为同心共轴，因此搅拌棒的受力情况能够传递到扭矩传感器上。扭矩传感器的转动角度通过电压信号传递到stm32开发板上，最终通过计算的数据，转换到电脑屏幕上形成一个曲线。

5 操作流程

先在搅拌盆中加入需要搅拌的材料，提供足够的纯净水水源，水会通过水泵把水灌入搅拌盆中，在屏幕上设置进水量和搅拌时间，目前的搅拌时间是30分钟一次，然后设置转速，在屏幕上点击启动按钮即可，测量的黏稠度是通过单轴传感器一分钟30组数据求最终的平均值完成其中一个黏稠度的节点，平均一场医用研究的搅拌需要40组节点数据，测量的数据十分准确，很少出现误差，并且屏幕会自动生成搅拌黏稠度的图像，可以通过联网或者蓝牙传输到电脑上（如图2），直接生成Excel表格，通过Excel表格直观的观察，所测得的数据可以保留，并且上传到电脑上。并且设备配有紧急制动按钮，当发生安全事故时，我们可以通过此按钮来强行停止机器的运作，确保了机器运作的安全性。

6 搅拌机设计

伺服电机

有方便搬运和线的接口和3D打印的特殊，搅拌杆接口，可以实现伺服电机接线的灵活插拔，同时能够准确的返回搅拌物的状态数据经过变送器的处理后传送到电压板，电压测量电压并将电压值转换成标准格式的字符串，通过蓝牙发送给控制板，控制板经过算法对字符串进行处理显示成像，以达到对搅拌终点的准确判定。

扭矩传感器

扭矩傳感器连接着搅拌棒，与搅拌棒相连接，扭矩传感器是对扭转力矩感知的检测，从而把数据传送给开发板。

搅拌杆

对应不同的搅拌物，通过3D打印设计的搅拌杆使搅拌更充分。采用ABS树脂作为材料。这种材料无毒，没有颜色，非常适合用于搅拌药物，并且有着良好的物理机械性能，有着良好的耐磨性，对于搅拌来说，耐磨性无疑是必不可少的，这大大减少了损耗从而减少了替换搅拌棒的次数，让搅拌棒能用的时间更长更久。

螺杆式搅拌棒（一代）：由于是螺杆式，药物搅拌时不能充分得到搅拌，会形成球状固体，从而打不到要求

锚式搅拌棒（现用）：搅拌棒与容器壁充分啮合，达到了充分搅拌的作用。

容器

通过3D打印设计容器用来盛放需要加工的药物，容器为深弧形的一个碗，碗的内壁光滑，完全配合搅拌杆的弧线，使搅拌更加均匀。

圆弧盖子

固定在搅拌机上不需要手动盖住，与搅拌杆配合可完成密封，从而防止搅拌物飞溅。盖子上配备通液接口，与蓄水箱配合可完成边搅拌边加液。另外，盖子上有延伸出来的观察口，既避免了搅拌物飞出又提供了视口。

蓄水箱

采用蠕动泵，把水灌入容器中。蠕动泵小巧，容易更换水管，适用于制药行业

控制板

扭矩传感器获得扭矩差，以此获得电压数据来源，数据在经过变送器的处理之后传送到电压板，电压板通过测量电压，并且将电压值转换成标准格式的字符串，通过蓝牙发送给控制板。控制板经过算法对字符串进行处理显示成图像。通过控制板选择加液次数和总加液量达到精确调节粘稠度的目的。

外壳

外壳采用3D打印技术，所用的为ABS塑料，它的电绝缘性较好，可在绝大部分的环境下使用，符合了应用广泛，普遍这个特点。并且ABS塑料这种材质为3D打印中最稳定的一种的。

7 结束语

根据扭矩传感器获得的扭矩差传送到控制板，使人们直观的看到搅拌过程中，药物的混合程度，药物的粘稠度，通过数据曲线来判断搅拌是否达到了自己所需的要求，是否达到了所需的粘度，可以使人们更加方便的对药物进行搅拌，提高了准确性，降低了药物研究的成本，也极大得降低了药学相关研究人员的工作难度。