乳化液濃度在線自動檢測系統及其方法
2023-12-01 12:23:11
專利名稱：乳化液濃度在線自動檢測系統及其方法
技術領域：
本發明涉及自動檢測領域，具體的說涉及一種乳化液濃度在線自動檢測系統和檢測方法。
背景技術：
兩種互不相溶的液體(如油和水)，當其中一種液體成為小液滴並均勻分散在另一種液體中時，由於其外觀呈乳狀，故稱這種混合液為乳化液。成為小液滴的一相叫分散相或內相，而另一相叫連續相或外相。
乳化液可分為兩大類一類是油分散於水中，即油為內相，水為外相，叫做水包油型乳化液；另一類為水分散於油中，即水為內相，油為外相，叫作油包水型乳化液。
在油包水型乳化液中，主要成分是油，其中含15～40％的水，而水成小水滴均勻分散在油裡；水包油型乳化液的主要成分是水，油只佔其中的2～15％，而油成細油滴分散在水裡。
國內外煤礦液壓支架工作液，都採用水包油型乳化液。乳化液作為液壓傳動介質經歷了以下演變過程自從十八世紀發明了水壓機以來，由於用水作傳動介質具有安全、經濟、穩定和對人體無害等優點，一直延用了一個世紀左右。但是，由於水又有粘度低、潤滑性差、容易使金屬鏽蝕等缺點，所以給水壓機的推廣應用帶來了很大困難。隨著石油工業的興起和發展，在二十世紀初，開始採用一般潤滑油作為傳動介質，繼而又發展成採用專用液壓油作為液壓傳動介質。使用液壓油作液壓傳動介質後，消除了用水作傳動介質時潤滑性差和易使金屬鏽蝕等缺點，所以液壓油廣泛應用於各種液壓傳動系統。
二十世紀五十年代初煤礦井下開始使用液壓支架支護和管理工作面頂板，並且用油作液壓傳動介質。油是易燃的，尤其是在19.6～29.4兆帕壓力的情況下，從破裂油管中噴出的液壓油往往呈細霧狀，只要遇上300～400℃的熱源就會著火，這在煤礦井下是不允許的。為了克服水做傳動介質潤滑性差、易使金屬鏽蝕、以及油作傳動介質易著火、價格高等缺點，五十年代以後，研製成功了難燃液壓液—乳化液，使液壓傳動裝置在煤礦井下得到了廣泛推廣和應用。
目前我國煤礦廣泛採用3～5％濃度的水包油型乳化液。也就是說，按重量用3～5％的乳化油，再加97～95％的水，配製成乳化液。乳化油是在基礎油中加入乳化劑、防鏽劑、偶合劑、防黴劑、抗泡劑、絡合劑等各種添加劑製成的。這種乳化液的優點是粘度小、管道阻力損失小、來源廣、價格低、不會燃燒、安全性好、不易生成泡沫、空氣的溶解度低；加入一些添加劑，能使金屬構件有足夠的防鏽性，對橡膠等密封材料有良好的適應性，有一定的潤滑性能，對人體皮膚無刺激等。
隨著煤炭生產效益的提高，在採煤工作面以綜採和高檔普採為主要手段。液壓支架是綜合機械化採煤工作面的主要設備之一，它的工作性能對綜採工作面的生產率、安全性等經濟技術指標有很多影響，而作為有諸多優點的乳化液，自然成為液壓支架的工作介質，被譽為煤礦液壓系統的血液。但是由於液壓支架尤其是單體液壓支柱的工作特點，造成乳化液的大量流失，主要表現在以下三方面(1)支架液壓系統管路長，元件和執行機構多，會造成乳化液的沿程損失；(2)在液壓支架支撐承載的恆阻階段，當頂板壓力增大時，液壓支柱活塞腔內被封閉的油液壓力就迅速升高，當壓力值超過安全閥的動作壓力時，支柱活塞腔的高壓液體經安全閥瀉出，直到壓力小於安全閥的動作壓力，才停止瀉液；(3)對於單體支柱液壓系統，液壓支柱大部分為外注式，外注式液壓支柱回柱時，由於必須將腔內的乳化液排放到外面，每一顆支柱回柱一次必須從柱內排放1～2Kg的乳化液，乳化液不回收。以上幾種情況都說明，在綜採工作面，必須及時向液壓系統補充乳化液。
乳化液泵站作為液壓動力源，源源不斷的向工作面提供工作介質-乳化液，需要乳化液的濃度保持在一定的範圍。
乳化液中乳化油的百分比，即乳化液的濃度是評價乳化液性能的一個重要指標。乳化液的濃度對乳化液的使用性能影響很大。濃度過小會影響抗硬水能力、穩定性、防鏽性和潤滑性；濃度過高不僅會增加費用，而且會降低消泡能力和增大對橡膠密封材料的溶脹性。因此，乳化液濃度的合理性和穩定性日益成為評價煤炭生產效益的一個重要指標。
在實際生產中，對乳化液的配製濃度和實際使用濃度進行檢驗的傳統檢測手段包括折光儀檢驗法和破乳法。
折光儀是一種檢驗乳化液濃度的袖珍儀器。
測定乳化液濃度時，將乳化液試樣滴到測定鏡上，測鏡一端對準光源，人的眼睛對準折光儀的目鏡觀察，然後調整目鏡焦距，刻度尺上的暗色與亮色部分間的隔線的顯示值，就是被測定乳化液的濃度。
破乳法可以測定除了以非離子型乳化劑為主的乳化液濃度。其測定方法是用一帶有100毫升刻度的有蓋的筒形量筒，將待測濃度的乳化液倒入80毫升，再加上20毫升破乳液，蓋上量筒蓋，倒轉量筒反覆搖動多次，使之混合均勻，然後靜置2小時左右，待油水明顯分離，界面清晰後，從量筒刻度上讀出油的毫升數，再乘以1.25。即為被測乳化液的濃度。
不難看出傳統的檢測手段比較落後，需人工取樣與目測讀數，精度較低，由於取樣後，等待檢驗的時間比較長，如果在這段時間內，乳化液的濃度過低，會嚴重影響生產，也會直接影響液壓支架和液壓支柱的工作壽命；如果濃度過高，會造成乳化油的浪費，提高生產成本。因此，迫切需要一種能隨時檢測乳化液濃度的高精度實時監測儀器。
發明內容
本發明就是為了解決上述問題而提出的。
本發明的目的是提供一種乳化液濃度在線自動檢測系統，包括傳感器、A/D轉換單元、CPU單元、單片機和顯示單元，其特徵在於，傳感器包括半導體雷射器、散射與透射模式的檢測器和電位計，傳感器把濃度信號轉換成相應的模擬電壓信號，模擬電壓信號通過A/D轉換單元轉換成數位訊號，由CPU單元將這些數位訊號傳送到單片機的數據存儲單元，以供單片機進行數據處理，並在顯示器上顯示處理結果。
其中所述傳感器為光學混濁度傳感器，所述A/D轉換單元為AD574，所述單片機為89C51單片機，所述顯示單元為LCD。
其中所述半導體雷射器為850nm紅外雷射二極體。
本發明還提供一種乳化液濃度在線自動檢測方法，包括如下步驟將光學濃度傳感器放入乳化液中，傳感器供電後，根據濃度的不同產生不同的模擬電壓信號；所述模擬電壓信號通過A/D轉換器轉換為數位訊號，單片機從A/D轉換器中取出數位訊號，經過數字濾波和非線性補償後，將乳化液的濃度實時顯示在LCD上。
本發明用採用光學原理的傳感器中光學的透射和折射的方法來檢測乳化液的濃度，利用本發明，可以實時在線顯示乳化液濃度，解決了乳化液濃度傳統手工檢測手段精度低、效率低的問題。此外，通常光學混濁度傳感器是用於食品與衛生領域的，將測量光學混濁度的傳感器用於乳化液濃度的檢測也是本專利的核心之一。
圖1為本發明中傳感器核心元件原理圖；圖2為本發明乳化液濃度在線自動檢測系統的系統結構圖；
圖3為本發明乳化液濃度在線自動檢測系統的工作流程。
具體實施例方式
以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
乳化液濃度的實時監測儀器需要由傳感器、單片機檢測系統兩大部分組成。其中的核心技術是乳化液濃度測試的傳感器的設計。
本實施例中的傳感器是一個光學裝置放大和修正電位計的集成組成件，安裝就位後，能夠測量出溶液中的微粒含量。使用時，用戶應供以滿足規定偏差的5Vdc供電電源，並要求從本裝置輸出插腳處得到模擬輸出。
傳感器用來測量混濁度的核心元件是一個850nm紅外雷射二極體和散射模式的檢測器，參見圖1。傳感器給出的信號和散射檢測器的輸出一致，輸出確保高度準確性，而有較窄的靈敏度範圍。傳感器用可調電位計來調節放大級的增益和偏置。電位計預置後傳感器的輸出範圍的滿量程由0.5Vdc至4.5Vdc。
實驗開始是對3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％7個標準濃度的乳化液進行現場配比，減少了乳化油的揮發。並按照先配製的先測量的原則分別對每瓶乳化液進行測量和記錄。保證乳化液濃度的標準可靠。
為確保實驗數據可靠，實驗時必須保證對7種標準濃度乳化液的測量在同一個時間段依次完成，這樣就保證了實驗時的外界條件差異不大，使外界環境對實驗的影響可以忽略不計。
實驗分別對3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％7個標準濃度的乳化液進行檢測。對每個標準濃度的乳化液進行5次測量，取平均值，表1為實驗數據。
表1實驗數據
由上圖可以明顯地看出，在測量濃度範圍為3％-6％的7個濃度的乳化液時，傳感器的輸出電壓隨乳化液濃度的增大逐漸降低，向橫坐標逼近，並嚴格地呈半雙曲線分布。這就使我們可以把這個結論推廣為在一定的乳化液濃度範圍內，傳感器的輸出電壓隨乳化液濃度的增大逐漸降低。因此我們根據對傳感器輸出電壓的測定來檢測乳化液的濃度。
本發明的乳化液濃度在線自動檢測系統包括乳化液濃度檢測單元、A/D轉換單元、CPU單元、單片機和顯示單元，其系統結構如圖2所示，其中的乳化液濃度檢測單元即為傳感器。
系統的前端是濃度檢測傳感器探頭，負責把濃度信號轉換成相應的模擬電壓信號，模擬電壓信號通過A/D轉換器轉換成數位訊號。由CPU將這些濃度信號傳送到單片機的數據存儲單元，以供單片機進行分析、比較、計算等數據處理，然後將處理結果顯示與顯示器，另外還可以利用顯示器進行對系統的控制操作。本系統最終採用APMS-11GVCF-KIT傳感器為測量乳化液濃度的光學混濁度傳感器，以89C51單片機為控制核心，以AD574作為A/D轉換器，以LCD為系統的顯示。
本發明所述乳化液濃度在線自動檢測系統的具體工作流程如圖3所示步驟S1初始化步驟，設定各執行單元的輸入輸出接口狀態，選擇ADC的INO為模擬數據的輸入口，Msb2-1到Isb2-8，8個接口為數位訊號的輸出口；步驟S2傳感器輸出的模擬電壓信號送A/D轉換器，A/D轉換器進行採樣和量化，將轉換後的數位訊號放入緩衝器；步驟S3單片機從A/D轉換器的緩衝器中讀取數位訊號，在四個連續的採樣周期內採集四個數位訊號；步驟S4對測定的4個數據求平均值；步驟S5平均值經標度變換，與給定的標準電壓值相比較，提取與其最相近的標準電壓值所對應的乳化液濃度作為輸出；步驟S6通過調用顯示子模塊，將測得的乳化液濃度顯示在LCD上。
權利要求
1.乳化液濃度在線自動檢測系統，包括傳感器、A/D轉換單元、CPU單元、單片機和顯示單元，其特徵在於，傳感器包括半導體雷射器、散射與透射模式的檢測器和電位計，傳感器把濃度信號轉換成相應的模擬電壓信號，模擬電壓信號通過A/D轉換單元轉換成數位訊號，由CPU單元將這些數位訊號傳送到單片機的數據存儲單元，以供單片機進行數據處理，並在顯示器上顯示處理結果。
2.如權利要求1所述的乳化液濃度在線自動檢測系統，其特徵在於所述傳感器為光學混濁度傳感器，所述A/D轉換單元為AD574，所述單片機為89C51單片機，所述顯示單元為LCD。
3.如權利要求1所述的乳化液濃度在線自動檢測系統，其特徵在於所述半導體雷射器為850nm紅外雷射二極體。
4.一種乳化液濃度在線自動檢測方法，包括如下步驟將光學濃度傳感器放入乳化液中，傳感器供電後，根據乳化液濃度的不同產生不同的模擬電壓信號；所述模擬電壓信號通過A/D轉換器轉換為數位訊號；單片機從A/D轉換器中取出數位訊號，經過數字濾波和非線性補償後，將乳化液的濃度實時顯示在顯示器上。
5.如權利要求4所述的乳化液濃度在線自動檢測方法，其特徵在於所述傳感器為光學混濁度傳感器，所述A/D轉換單元為AD574，所述單片機為89C51單片機，所述顯示單元為LCD。
全文摘要
本發明涉及自動檢測領域，具體涉及乳化液濃度在線自動檢測系統及其方法，包括傳感器、A/D轉換單元、CPU單元、單片機和顯示單元，其特徵在於，傳感器包括一個850nm紅外雷射二極體、散射與透射模式的檢測器和電位計，傳感器把濃度信號轉換成相應的模擬電壓信號，模擬電壓信號通過A/D轉換單元轉換成數位訊號，由CPU單元將這些數位訊號傳送到單片機的數據存儲單元，以供單片機進行數據處理，並在顯示器上顯示處理結果。
文檔編號G01N21/47GK1924558SQ20061011265
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月28日 優先權日2006年8月28日
發明者趙四海 申請人:趙四海