一种用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置及其检测方法
【专利摘要】本发明公开一种用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置及其检测方法，用于吸附材料连续吸收液体质量检定。包括步进电机控制系统、电子天平系统、吸油性能测定系统和数据采集系统。通过控制步进电机带动不锈钢网托盘上下移动，通过吸油性能测定系统对设有的水浴锅内温度的连续采集，经数据采集系统完成对不锈钢网托盘质量，以及吸油性能测定系统的温度信号信息的连续采集、处理和存储。对测得的吸附材料前后的质量，计算得出吸附材料的吸油倍率，实现对吸附材料性能的测定。本发明实现了检定吸附材料连续吸收液体质量的自动称量，考察温度变化对吸附材料系能影响，方便实验人员进行质量管理和控制，为吸附材料性能测定实验提供技术保障。
【专利说明】
一种用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置及其检测 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及吸附材料性能测试实验过程中吸附材料连续吸收液体质量检定技术 领域。
【背景技术】
[0002] 近些年，随着我国综合国力以及居民生活水平的不断提升，水中的油污排放也日 益增多。含油污水来源较广，如石油泄漏、食品、纺织、船舶运输、机械加工等很多产业都向 环境中排放大量的含油废水。这些溢油形成油膜覆盖在水面上，不但浪费了珍贵的石油资 源，还会阻隔水气交换的过程，影响到生物链循环，破坏水体的生态平衡，对水体生物造成 严重的危害。若不及时处理，会对我们的生态环境以及人类健康带来重大的危害。目前处理 溢油多用吸附法。采用的吸附材料主要有化学合成、天然无机、天然有机三大类。使用吸附 材料作为处理溢油的一种有效方法。对吸附材料研究是必要而有意义的。而对吸附材料吸 油性能的测试更是关键部分。
[0003] 在吸附材料性能测定实验过程中，对吸附材料吸收油/水等液体的质量的检定是 一个相当关键的环节，对于定量分析吸附材料吸油性能具有重要意义。发明人在进行实验 过程中发现存在不能观察吸附材料吸收液体质量的连续变化曲线的缺陷。目前并没有具体 进行准确测量的实验装置，并且实现装置的自动化也是当前亟待解决。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种检定吸附材料连续吸收液体质量的 自动称量装置，该称量装置方便实验人员进行质量管理和控制，为吸附材料性能测定实验 提供技术保障。同时提供一种通过该装置实现吸附材料性能测定实验检测方法。
[0005] 本发明的技术方案：
[0006] -种用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，包括步进电机控制系统，用于 控制步进电机的上下移动，从而带动电子天平系统中的带有或不带有吸附材料的不锈钢网 托盘上下移动；包括电子天平系统，用于对带有或不带有吸附材料的不锈钢网托盘质量进 行称量，并输送到数据采集系统的计算机进行连续记录;包括吸油性能测定系统，用于对设 有的水浴锅内温度的连续采集，并输送到数据采集系统中；包括数据采集系统，用于完成对 电子天平系统中的带有或不带有吸附材料的不锈钢网托盘质量，以及吸油性能测定系统的 温度信号信息的连续采集、处理和存储，以及对步进电机控制系统的步进电机和吸油性能 测定系统的温度进行控制。
[0007] 进一步的，所述的步进电机控制系统由步进电机、水平支架、步进电机导轨和步进 电机控制器组成，水平支架为中空支架，水平支架固定在步进电机上并与步进电机共同在 步进电机导轨上进行上下移动，步进电机通过导线与步进电机控制器连接，步进电机控制 器接口通过导线与计算机控制接口 IV连接，计算机通过LabVIEW软件控制步进电机上下移 动；
[0008] 进一步的，所述的电子天平系统由电子天平和不锈钢网托盘组成，电子天平固定 在中空的水平支架上，与水平支架共同进行上下移动来调整称量位置，电子天平下端设有 挂钩，不锈钢网托盘悬挂在电子天平的挂钩上，电子天平上设有电子天平接口，电子天平接 口通过导线与计算机控制接口 I连接，并在计算机上连续记录不锈钢网托盘的质量变化；
[0009] 进一步的，所述的吸油性能测定系统由广口盛液器皿、温度传感器、水浴锅和半导 体制冷制热系统组成，广口盛液器皿及水浴锅为圆柱形容器，广口盛液器皿放置于水浴锅 与水充分接触，温度传感器设置在水浴锅内，温度传感器的一端通过导线与计算机控制接 口 n相连，另一端与半导体制冷制热系统连接，半导体制冷制热系统的半导体制冷制热系 统接口通过导线与计算机控制接口 m相连，计算机通过LabVIEW软件实现对半导体制冷制 热系统的开关控制，从而控制水浴锅温度。
[0010]进一步的，所述的数据采集系统由计算机和计算机控制接口总成组成，计算机控 制接口总成与计算机相连，所述的计算机控制接口总成设有四个计算机控制接口，并分别 与步进电机控制系统的步进电机控制器接口、电子天平系统的电子天平接口、吸油性能测 定系统的温度传感器、吸油性能测定系统的半导体制冷制热系统接口相连接。
[0011 ] 进一步的，步进电机的上下移动范围为0_50cm、移动步长l_5cm。
[0012]进一步的，所述的电子天平精度为O.OOOlg，不锈钢网托盘是由100目或200目不锈 钢网制成的2cm*2cm*2cm或3cm*3cm*3cm或5cm*5cm*5cm规格的立方体，其上端设有挂钩，不 锈钢网托盘一侧设有范围为2cm，精度为0 ? lcm的刻度，用于记录吸附材料厚度。
[0013]进一步的，所述的广口盛液器皿为直径10cm、高20cm，材质为玻璃或不锈钢，水浴 锅为直径30cm、高20cm，材质为不锈。所述的水浴锅温度变化范围为-20°C-40°C 〇
[0014] -种用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置的检测方法，利用以上所述的自 动称量实验装置对吸附材料性能进行检测，步骤如下：
[0015] 1)在广口盛液器皿中加入5cm高的原油，水浴锅内加10cm高的水，半导体制冷制热 系统的温度设定为25°C，并用LabVIEW软件控制启动进行加热；
[0016] 2)将规格为3Cm*3Cm*3cm的不锈钢网托盘悬挂在电子天平下端的挂钩上，通过电 子天平称量，在计算机上记录此时不锈钢网的质量m〇;
[0017] 3)通过LabVIEW软件控制步进电机向下移动，使不锈钢网托盘浸没在原油中，并在 计算机上实时记录不锈钢网的质量，15min± 20s后，通过LabVIEW软件控制步进电机向上移 动提起吸油后的不锈钢网托盘，当不锈钢网托盘下端离开原油表面时开始计时，将不锈钢 网托盘悬滴30s ± 3s后，在计算机上记录此时不锈钢网的质量mi;
[0018] 4)将吸附材料均匀铺在不锈钢网托盘内，厚0.5cm，在计算机上记录此时不锈钢网 的质量m2;
[0019] 5)通过LabVIEW软件控制步进电机向下移动，使不锈钢网托盘浸没在原油中，并在 计算机上实时记录不锈钢网的质量，15min± 20s后，通过LabVIEW软件控制步进电机向上移 动提起吸油后的不锈钢网托盘，当不锈钢网托盘下端离开原油表面时开始计时，将不锈钢 网托盘悬滴30s ± 3s后，在计算机上记录此时不锈钢网的质量mx;
[0020] 6)吸附材料的吸油倍率计算方法如下：
[0021] 吸附材料的吸油倍率=(吸附材料吸油后的质量-吸附材料吸油前的质量)/吸附 材料吸油前的质量
[0023] 本发明的有益效果是：本发明实现了检定吸附材料连续吸收液体质量的自动称 量，并能够考察环境温度变化对吸附材料吸收液体性能的影响，方便实验人员进行质量管 理和控制，为吸附材料性能测定实验提供技术保障。
【附图说明】
[0024] 附图1为该吸附材料性能测定实验用的自动称量装置结构示意图。
[0025] 附图1中：1.步进电机2.步进电机导轨3.步进电机控制器4.电子天平5.不锈 钢网托盘6.广口盛液器皿7.水浴锅8.水平支架9.温度传感器10.半导体制冷制热系 统11.计算机12.计算机控制接口总成13.步进电机控制器接口 14.电子天平接口 15. 计算机控制接口 I 16.计算机控制接口 n 17.计算机控制接口 m 18.计算机控制接口 IV 19.半导体制冷制热系统接口
【具体实施方式】 [0026] 实施例
[0027] 参见附图1，本发明用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，包括步进电机控 制系统、电子天平系统、吸油性能测定系统和数据采集系统。
[0028] 其中步进电机控制系统用于控制步进电机1的上下移动，从而带动电子天平系统 中的不锈钢网托盘5或带有吸附材料的不锈钢网托盘5上下移动。步进电机控制系统由步进 电机1、水平支架8、步进电机导轨2和步进电机控制器3组成，水平支架8为中空支架，水平支 架8固定在步进电机1上并与步进电机1共同在步进电机导轨2上进行上下移动，移动范围为 0-50cm、移动步长l-5cm，从而用来调整称量位置，步进电机1通过导线与步进电机控制器3 连接，步进电机控制器接口 13通过导线与计算机控制接口IV连接，计算机11通过LabVIEW软 件控制步进电机1上下移动；
[0029] 电子天平系统，用于对设有的不锈钢网托盘5或带有吸附材料的不锈钢网托盘5质 量进行称量，并输送到数据采集系统的计算机11进行连续记录。电子天平系统由电子天平4 和不锈钢网托盘5组成，电子天平4固定在中空的水平支架8上，与水平支架8共同进行上下 移动来调整称量位置，电子天平4精度为O.OOOlg，下端设有挂钩，不锈钢网托盘5可以为 2cm*2cm*2cm, 3cm*3cm*3cm, 5cm*5cm*5cm等规格的立方体，由100目、200目等不锈钢网制 成，在其一侧设有刻度，范围为2cm，精度为0.1cm，用于记录吸附材料厚度，其上端设有挂 钩，不锈钢网托盘5悬挂在电子天平4的挂钩上，电子天平接口 14通过导线与计算机控制接 口 115连接，并在计算机11上连续记录不锈钢网托盘5的质量变化；
[0030] 吸油性能测定系统，用于对设有的水浴锅7内温度的连续采集，并输送到数据采集 系统中。吸油性能测定系统由广口盛液器皿6、温度传感器9、水浴锅7和半导体制冷制热系 统10组成。广口盛液器皿6为直径10cm、高20cm的圆柱形容器，材质为玻璃、不锈钢等。水浴 锅7为直径30cm、高20cm的圆柱形容器，材质为不锈。广口盛液器皿6能够放置于水浴锅7与 水充分接触来调节温度。温度传感器9设置在水浴锅7内，温度传感器的一端通过导线与计 算机控制接口 n 16相连，进行温度数据的连续采集记录，另一端与半导体制冷制热系统io 连接，进行对半导体制冷制热系统10的控制，半导体制冷制热系统10的半导体制冷制热系 统接口 19通过导线与计算机控制接口 mi7相连，计算机11通过LabVIEW软件实现对半导体 制冷制热系统10的开关控制，其变化范围为-20 °C -40 °C。
[0031 ]数据采集系统由计算机11和计算机控制接口总成12组成，计算机控制接口总成12 设有计算机控制接口 115、计算机控制接口 n 16、计算机控制接口 mi7和计算机控制接口 IV 18，并与计算机11相连，计算机11设有LabVIEW控制软件，利用LabVIEW控制软件完成电子天 平系统中的不锈钢网托盘5或带有吸附材料的不锈钢网托盘5质量和吸油性能测定系统的 温度信号信息的连续采集、处理和存储，以及步进电机控制系统的对步进电机1和吸油性能 测定系统的半导体制冷制热系统10的控制。
[0032] 本发明用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置的检测方法，步骤如下：
[0033] 1)在广口盛液器皿6中加入5cm高的原油，水浴锅7内加10cm高的水，半导体制冷制 热系统10的温度设定为25°C，并用LabVIEW软件控制启动进行加热；
[0034] 2)将规格为3Cm*3Cm*3cm的不锈钢网托盘5悬挂在电子天平4下端的挂钩上，通过 电子天平4称量，在计算机11上记录此时不锈钢网的质量mo;
[0035] 3)通过LabVIEW软件控制步进电机1向下移动，使不锈钢网托盘5浸没在原油中，并 在计算机11上实时记录不锈钢网的质量，15min± 20s后，通过LabVIEW软件控制步进电机1 向上移动提起吸油后的不锈钢网托盘5,当不锈钢网托盘5下端离开原油表面时开始计时， 将不锈钢网托盘5悬滴30s ± 3s后，在计算机11上记录此时不锈钢网的质量mi;
[0036] 4)将吸附材料均匀铺在不锈钢网托盘5内，厚0.5cm，在计算机11上记录此时不锈 钢网的质量m2;
[0037] 5)通过LabVIEW软件控制步进电机1向下移动，使不锈钢网托盘5浸没在原油中，并 在计算机11上实时记录不锈钢网的质量，15min± 20s后，通过LabVIEW软件控制步进电机1 向上移动提起吸油后的不锈钢网托盘5,当不锈钢网托盘5下端离开原油表面时开始计时， 将不锈钢网托盘5悬滴30s ± 3s后，在计算机11上记录此时不锈钢网的质量mx;
[0038] 6)吸附材料的吸油倍率计算方法如下：
[0039] 吸附材料的吸油倍率=(吸附材料吸油后的质量-吸附材料吸油前的质量)/吸附 材料吸油前的质量
[0041 ] 7)另外的，当温度传感器9测量的温度超过25°C时，温度传感器9控制半导体制冷 制热系统10关制冷；当低于25 °C时，温度传感器9控制半导体制冷制热系统10关制热，从而 使水浴温度控制在25 °C。
【主权项】
1. 一种用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，其特征是： 包括步进电机控制系统，用于控制步进电机（1)的上下移动，从而带动电子天平系统中 的带有或不带有吸附材料的不锈钢网托盘(5)上下移动； 包括电子天平系统，用于对带有或不带有吸附材料的不锈钢网托盘(5)质量进行称量， 并输送到数据采集系统的计算机(11)进行连续记录； 包括吸油性能测定系统，用于对设有的水浴锅(7)内温度的连续采集，并输送到数据采 集系统中； 包括数据采集系统，用于完成对电子天平系统中的带有或不带有吸附材料的不锈钢网 托盘(5)质量，以及吸油性能测定系统的温度信号信息的连续采集、处理和存储，以及对步 进电机控制系统的步进电机(1)和吸油性能测定系统的温度进行控制。2. 根据权利要求1所述的用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，其特征是:所述 的步进电机控制系统由步进电机（1)、水平支架(8)、步进电机导轨（2)和步进电机控制器 (3)组成，水平支架(8)为中空支架，水平支架(8)固定在步进电机(1)上并与步进电机(1)共 同在步进电机导轨(2)上进行上下移动，步进电机(1)通过导线与步进电机控制器(3)连接， 步进电机控制器接口（13)通过导线与计算机控制接口 IV( 18)连接，计算机（11)通过 LabVIEW软件控制步进电机(1)上下移动。3. 根据权利要求1所述的用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，其特征是:所述 的电子天平系统由电子天平(4)和不锈钢网托盘(5)组成，电子天平(4)固定在中空的水平 支架(8)上，与水平支架(8)共同进行上下移动来调整称量位置，电子天平(4)下端设有挂 钩，不锈钢网托盘（5)悬挂在电子天平（5)的挂钩上，电子天平（5)上设有电子天平接口 (14)，电子天平接口（14)通过导线与计算机控制接口 1(15)连接，并在计算机（11)上连续 记录不锈钢网托盘(5)的质量变化。4. 根据权利要求1所述的用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，其特征是:所述 的吸油性能测定系统由广口盛液器皿(6)、温度传感器(9)、水浴锅(7)和半导体制冷制热系 统（10)组成，广口盛液器皿(6)及水浴锅(7)为圆柱形容器，广口盛液器皿(6)放置于水浴锅 (7)与水充分接触，温度传感器(9)设置在水浴锅(7)内，温度传感器(9)的一端通过导线与 计算机控制接口 II (16)相连，另一端与半导体制冷制热系统（10)连接，半导体制冷制热系 统（10)的半导体制冷制热系统接口（ 19)通过导线与计算机控制接口 HI (17)相连，计算机通 过LabVIEW软件实现对半导体制冷制热系统（10)的开关控制，从而控制水浴锅(7)温度。5. 根据权利要求1所述的用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，其特征是:所述 的数据采集系统由计算机（11)和计算机控制接口总成（12)组成，计算机控制接口总成（12) 与计算机（11)相连，所述的计算机控制接口总成（12)设有四个计算机控制接口，并分别与 步进电机控制系统的步进电机控制器接口（13 )、电子天平系统的电子天平接口（14)、吸油 性能测定系统的温度传感器(9)、吸油性能测定系统的半导体制冷制热系统接口（19)相连 接。6. 根据权利要求2所述的用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，其特征是:步进 电机（1)的上下移动范围为0-50cm、移动步长l-5cm。7. 根据权利要求3所述的用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，其特征是:所述 的电子天平(4)精度为O.OOOlg，不锈钢网托盘(5)是由100目或200目不锈钢网制成的2cm* 2cm*2cm或3cm*3cm*3cm或5cm*5cm*5cm规格的立方体，其上端设有挂钩，不锈钢网托盘(5) 一侧设有范围为2cm，精度为0 ? 1 cm的刻度，用于记录吸附材料厚度。8. 根据权利要求4所述的用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，其特征是:所述 的广口盛液器皿(6)为直径10cm、高20cm，材质为玻璃或不锈钢，水浴锅(7)为直径30cm、高 20cm，材质为不锈。9. 根据权利要求4所述的用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置，其特征是:所述 的水浴锅(7)温度变化范围为-20 °C -40 °C。10. -种用于吸附材料性能测定的自动称量实验装置的检测方法，其特征是:利用权利 要求1 一9任一项所述的自动称量实验装置对吸附材料性能进行检测，步骤如下： 1) 在广口盛液器皿(6)中加入5cm高的原油，水浴锅(7)内加10cm高的水，半导体制冷制 热系统（10)的温度设定为25°C，并用LabVIEW软件控制启动进行加热； 2) 将规格为3Cm*3Cm*3cm的不锈钢网托盘(5)悬挂在电子天平(4)下端的挂钩上，通过 电子天平(4)称量，在计算机(11)上记录此时不锈钢网的质量mo; 3) 通过LabVIEW软件控制步进电机（1)向下移动，使不锈钢网托盘(5)浸没在原油中，并 在计算机（11)上实时记录不锈钢网的质量，15min± 20s后，通过LabVIEW软件控制步进电机 (1)向上移动提起吸油后的不锈钢网托盘(5)，当不锈钢网托盘(5)下端离开原油表面时开 始计时，将不锈钢网托盘(5)悬滴30s±3s后，在计算机(11)上记录此时不锈钢网的质量nu; 4) 将吸附材料均匀铺在不锈钢网托盘(5)内，厚0.5cm，在计算机（11)上记录此时不锈 钢网的质量m2; 5) 通过LabVIEW软件控制步进电机（1)向下移动，使不锈钢网托盘(5)浸没在原油中， 并在计算机（11)上实时记录不锈钢网的质量，15min ± 20s后，通过LabVIEW软件控制步进电 机（1)向上移动提起吸油后的不锈钢网托盘(5)，当不锈钢网托盘(5)下端离开原油表面时 开始计时，将不锈钢网托盘(5)悬滴30s±3s后，在计算机（11)上记录此时不锈钢网的质量 m x； 6) 吸附材料的吸油倍率计算方法如下： 吸附材料的吸油倍率=(吸附材料吸油后的质量-吸附材料吸油前的质量)/吸附材料 吸油前的质量
【文档编号】G01N5/02GK106053282SQ201610347720
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】王晓丽, 王晓婷, 彭士涛, 张嘉琪, 张华勤
【申请人】天津理工大学