一种基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法
【专利摘要】一种基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法，包括步骤一，标准曲线测定；步骤二，待测乳化液密度检测；步骤三，待测乳化液温度检测；步骤四，乳化液浓度解算，并进行温度补偿；步骤五，数据通信，测量结果发布。本发明测量精度高，测量重复性好受温度影响小，采用乳化液流经传感器的流动测量方法，不存在折光法因镜头污染而导致结果偏差太大的问题，长期稳定性更好。
【专利说明】一种基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种乳化液浓度在线检测方法，尤其是煤矿液压支架用乳化液浓度的在线检测。
【背景技术】
[0002]乳化液是一种乳化油或浓缩液与水混合，油分子周围水分子团团包裹，悬浮在水中而形成的混合液。作为液压系统的工作介质，乳化液的参数，尤其是浓度，对于系统性能有很大的影响，浓度过高容易导致密封失效，乳化液泄漏。浓度过低又容易导致抗腐蚀性降低，液压部件锈蚀，最终导致系统失效。因此乳化液浓度的在线检测和控制变得日益重要。
[0003]在当前实际生产中，对于乳化液浓度的检测手段还主要是采用手持糖量仪进行离线检测。具体做法是从供液系统里人工取样，浇淋到手持糖度仪镜片上，然后从目镜里观察分界面所在的刻度进行人工读数。这种方法存在测量不准确，不方便的问题，无法实现乳化液浓度的在线闭环控制。
[0004]为实现乳化液浓度在线检侧，国内外科技工作者曾进行了各种尝试。如透光法、电磁波衰减法、超声波声速法、折光法等等。前几种方法因线性度和重复性不好没有得到应用。折光法取得了一定的成功。澳大利亚的PL&A、德国SCHMIDT+HAENSCH(简称S+H)、英国K-Patents等公司的在线式折光仪。国内的北京天健创新，基于折光法原理推出了一款乳化液浓度在线检测用传感器。然而这类产品在井下应用时又普遍碰到了测量镜头不便于清洁，产品长期工作时因乳化液皂化、析出物沉积在测量棱镜上导致测量结果偏差太大，而无法满足现场应用的问题。
【发明内容】
[0005]本专利成功发明了基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法。经过实验室测定，乳化油或浓缩液与水具有原始密度差(0.02-0.2g/cm3,随品牌、型号、温度的不同而略有差异)，配成乳化液后其密度与浓度具有线性关系，如附图2所示。因此精确测量乳化液密度、温度就能唯一算出乳化液浓度。
[0006]该在线检测方法包括:步骤一，标准曲线测定，步骤二，待测乳化液密度检测，步骤三，待测乳化液温度检测，步骤四，乳化液浓度解算，并进行温度补偿，步骤五，数据通信，测量结果发布。
[0007]其中步骤一，标准曲线测定。采用电子天平(精度:0.0Olg)称量乳化油或浓缩液
和水的质量，以I %为浓度梯度，配备浓度为O %，I %，2%，......7%的8个标准样品。然
后分别测定并记录每一种样品在以5°C为温度梯度，0_60°C (精度:0.0l0C )变化范围内的密度值(精度:0.0OOlg/cm3)，最后将测得的数据采用最小二乘法二项式拟合，得到标准曲线及其二次项、一次项、常数项三个参数(精度:0.00001)。
[0008]步骤二，采用高精度密度检测模块在线测量乳化液密度，测量结果单位为g/cm3，给出小数点后4位有效数字，即精确到0.0OOlg/cm3。[0009]步骤三，采用高精度温度检测模块在线测量乳化液温度，测量结果单位为。C，给出小数点后2位有效数字，即精确到ο.0re。
[0010]步骤四，浓度解算。根据步骤二、三测得的密度值和浓度值结果和步骤一测得的标准曲线进行数据解算和温度补偿，得到乳化液浓度。
[0011 ] 步骤五，通过标准数据通信手段，将测得的浓度值进行结果发布。
[0012]所述的高精度密度检测模块，采用了奥地利安东帕(Anton Paar)公司的型号为L-Dens3120EM模块。其采用U型管振荡法测量液体密度，但这只是本方法的一个应用实例，其余类似密度测量模块均受本专利保护。
[0013]所述的高精度温度检测模块，采用内置于L-Dens3120EM模块内的PtlOO钼电阻温
度传感器。
[0014]所述的标准通信手段，采用了 RS485接口，ModbusRTU通信协议。但这只是本方法的一个应用实例，其余类似通信接口和协议(比如RS232，电流环，以太网)均受本专利保护。
[0015]本发明的优点在于:
[0016]1、测量精度高，浓度检测绝对精度能达到0.2% ;
[0017]2、测量重复性好，绝对重复性达到0.1 % ;
[0018]3、受温度影响小，所设计的温度补偿算法保证温度在0_60°C范围内变化时，测量结果偏差小于0.2% ；
[0019]4、采用乳化液流经传感器的流动测量方法，不存在折光法因镜头污染而导致结果偏差太大的问题，长期稳定性更好。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]附图1为本发明所述乳化液浓度在线检测方法示意图；
[0021]附图2为常用乳化油(浓缩液)配成的乳化液浓度与密度关系；
[0022]附图3为根据该方法所研制的密度法乳化液浓度传感器样机硬件框图；
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。如附图3所示，一种基于密度差异的乳化液浓度在线检测装置，包括:密度检测模块，温度检测模块，中央主控板，数据通信接□。
[0024]其中密度检测模块采用奥地利安东帕(Anton Paar)公司的型号为L_Dens3120EM模块，其采用U型管振荡法测量液体密度。给出单位为g/cm3的包含小数点后4位有效数字的液体密度值。
[0025]其中温度检测模块采用内置于L-Dens3120EM模块内的PtlOO钼电阻温度传感器来实现。
[0026]其中中央主控板采用LPC1758为核心的嵌入式系统。其通过串口外设连接密度检测模块，获取测量到的密度值和温度值；通过标准曲线拟合出来的传感器参数、浓度解算公式、温度补偿算法的软件都在该主控板上执行，通过每次测量的密度和温度值算出来待测液的浓度，最后通过数据通信接口按规定的格式和协议将测量结果发布出去。[0027]其中数据通信接口采用RS485标准的硬件接口和ModbusRTU软件协议。所发布的数据可以被任何支持该接口和协议的设备所解析，显示。
[0028]测试的流程如附图1所示。具体的测试实例及密度法样机与市面常规折光法产品的测试结果对比如下:
[0029]首先用极索品牌的牌号为MS10-5 (G)型浓缩液(一种常用矿用乳化液)和清水，采用电子天平精确到0.0Olg称量油和水的质量，配置1% -7%，以1%为浓度梯度的7种标准样品液。并记录每种样品的真实浓度(精确到0.001%)。然后分别用本专利所述的密度法样机和市面常规的折光法产品在相同的环境温度20°C下对样品浓度进行测量。最后将测得的结果记录于下表。
[0030]
【权利要求】
1.一种基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法，其特征在于:基于乳化液与水的原始密度差，通过测量乳化液密度来解算乳化液浓度，所述方法包括:步骤一，标准曲线测定；步骤二，待测乳化液密度检测；步骤三，待测乳化液温度检测；步骤四，乳化液浓度解算，并进行温度补偿处理；步骤五，数据通信，测量结果发布。
2.如权利要求1所述的基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法，其特征在于:其中步骤一中的标准曲线测定包括:采用电子天平称量乳化液和水的质量，以1%为浓度梯度，配备浓度为2%,......7%的8个标准样品，然后分别测定并记录每一种样品在以5°C为温度梯度，0-60°C变化范围内的密度值，最后将测得的结果采用二项式拟合法进行数据拟合，得到标准曲线及其二次项、一次项、常数项三个参数。
3.如权利要求1所述的基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法，其特征在于:其中步骤二中的待测乳化液密度检测包括:采用高精度密度检测模块在线测量乳化液密度，测量结果单位为g/cm3，给出小数点后4位有效数字，即精确到0.0OOlg/cm3。
4.如权利要求1所述的基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法，其特征在于:其中步骤三中的待测乳化液温度检测包括:采用高精度温度检测模块在线测量乳化液温度，测量结果单位为。C，给出小数点后2位有效数字，即精确到0.01°C。
5.如权利要求1所述的基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法，其特征在于:其中步骤四包括:根据步骤二、三中测得的密度值和浓度值结果和步骤一中测得的标准曲线进行数据解算和温度补偿，得到乳化液浓度。
6.如权利要求3所述的基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法，其特征在于:所述高精度密度检测模块采用了奥地利安东帕(Anton Paar)公司的型号为L-Dens3120EM模块。
7.如权利要求1所述的基于密度差异的乳化液浓度在线检测方法，其特征在于:所述数据通信采用RS485接口，ModbusRTU通信协议。
【文档编号】G01N9/36GK103913400SQ201410103836
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】李森, 郭卓越, 邱成鹏 申请人:北京天地玛珂电液控制系统有限公司