专利名称：乳化液浓度在线自动检测系统及其方法
技术领域：
本发明涉及自动检测领域，具体的说涉及一种乳化液浓度在线自动检测系统和检测方法。
背景技术：
两种互不相溶的液体(如油和水)，当其中一种液体成为小液滴并均匀分散在另一种液体中时，由于其外观呈乳状，故称这种混合液为乳化液。成为小液滴的一相叫分散相或内相，而另一相叫连续相或外相。
乳化液可分为两大类一类是油分散于水中，即油为内相，水为外相，叫做水包油型乳化液；另一类为水分散于油中，即水为内相，油为外相，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，而水成小水滴均匀分散在油里；水包油型乳化液的主要成分是水，油只占其中的2～15％，而油成细油滴分散在水里。
国内外煤矿液压支架工作液，都采用水包油型乳化液。乳化液作为液压传动介质经历了以下演变过程自从十八世纪发明了水压机以来，由于用水作传动介质具有安全、经济、稳定和对人体无害等优点，一直延用了一个世纪左右。但是，由于水又有粘度低、润滑性差、容易使金属锈蚀等缺点，所以给水压机的推广应用带来了很大困难。随着石油工业的兴起和发展，在二十世纪初，开始采用一般润滑油作为传动介质，继而又发展成采用专用液压油作为液压传动介质。使用液压油作液压传动介质后，消除了用水作传动介质时润滑性差和易使金属锈蚀等缺点，所以液压油广泛应用于各种液压传动系统。
二十世纪五十年代初煤矿井下开始使用液压支架支护和管理工作面顶板，并且用油作液压传动介质。油是易燃的，尤其是在19.6～29.4兆帕压力的情况下，从破裂油管中喷出的液压油往往呈细雾状，只要遇上300～400℃的热源就会着火，这在煤矿井下是不允许的。为了克服水做传动介质润滑性差、易使金属锈蚀、以及油作传动介质易着火、价格高等缺点，五十年代以后，研制成功了难燃液压液—乳化液，使液压传动装置在煤矿井下得到了广泛推广和应用。
目前我国煤矿广泛采用3～5％浓度的水包油型乳化液。也就是说，按重量用3～5％的乳化油，再加97～95％的水，配制成乳化液。乳化油是在基础油中加入乳化剂、防锈剂、偶合剂、防霉剂、抗泡剂、络合剂等各种添加剂制成的。这种乳化液的优点是粘度小、管道阻力损失小、来源广、价格低、不会燃烧、安全性好、不易生成泡沫、空气的溶解度低；加入一些添加剂，能使金属构件有足够的防锈性，对橡胶等密封材料有良好的适应性，有一定的润滑性能，对人体皮肤无刺激等。
随着煤炭生产效益的提高，在采煤工作面以综采和高档普采为主要手段。液压支架是综合机械化采煤工作面的主要设备之一，它的工作性能对综采工作面的生产率、安全性等经济技术指标有很多影响，而作为有诸多优点的乳化液，自然成为液压支架的工作介质，被誉为煤矿液压系统的血液。但是由于液压支架尤其是单体液压支柱的工作特点，造成乳化液的大量流失，主要表现在以下三方面(1)支架液压系统管路长，元件和执行机构多，会造成乳化液的沿程损失；(2)在液压支架支撑承载的恒阻阶段，当顶板压力增大时，液压支柱活塞腔内被封闭的油液压力就迅速升高，当压力值超过安全阀的动作压力时，支柱活塞腔的高压液体经安全阀泻出，直到压力小于安全阀的动作压力，才停止泻液；(3)对于单体支柱液压系统，液压支柱大部分为外注式，外注式液压支柱回柱时，由于必须将腔内的乳化液排放到外面，每一颗支柱回柱一次必须从柱内排放1～2Kg的乳化液，乳化液不回收。以上几种情况都说明，在综采工作面，必须及时向液压系统补充乳化液。
乳化液泵站作为液压动力源，源源不断的向工作面提供工作介质-乳化液，需要乳化液的浓度保持在一定的范围。
乳化液中乳化油的百分比，即乳化液的浓度是评价乳化液性能的一个重要指标。乳化液的浓度对乳化液的使用性能影响很大。浓度过小会影响抗硬水能力、稳定性、防锈性和润滑性；浓度过高不仅会增加费用，而且会降低消泡能力和增大对橡胶密封材料的溶胀性。因此，乳化液浓度的合理性和稳定性日益成为评价煤炭生产效益的一个重要指标。
在实际生产中，对乳化液的配制浓度和实际使用浓度进行检验的传统检测手段包括折光仪检验法和破乳法。
折光仪是一种检验乳化液浓度的袖珍仪器。
测定乳化液浓度时，将乳化液试样滴到测定镜上，测镜一端对准光源，人的眼睛对准折光仪的目镜观察，然后调整目镜焦距，刻度尺上的暗色与亮色部分间的隔线的显示值，就是被测定乳化液的浓度。
破乳法可以测定除了以非离子型乳化剂为主的乳化液浓度。其测定方法是用一带有100毫升刻度的有盖的筒形量筒，将待测浓度的乳化液倒入80毫升，再加上20毫升破乳液，盖上量筒盖，倒转量筒反复摇动多次，使之混合均匀，然后静置2小时左右，待油水明显分离，界面清晰后，从量筒刻度上读出油的毫升数，再乘以1.25。即为被测乳化液的浓度。
不难看出传统的检测手段比较落后，需人工取样与目测读数，精度较低，由于取样后，等待检验的时间比较长，如果在这段时间内，乳化液的浓度过低，会严重影响生产，也会直接影响液压支架和液压支柱的工作寿命；如果浓度过高，会造成乳化油的浪费，提高生产成本。因此，迫切需要一种能随时检测乳化液浓度的高精度实时监测仪器。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的。
本发明的目的是提供一种乳化液浓度在线自动检测系统，包括传感器、A/D转换单元、CPU单元、单片机和显示单元，其特征在于，传感器包括半导体激光器、散射与透射模式的检测器和电位计，传感器把浓度信号转换成相应的模拟电压信号，模拟电压信号通过A/D转换单元转换成数字信号，由CPU单元将这些数字信号传送到单片机的数据存储单元，以供单片机进行数据处理，并在显示器上显示处理结果。
其中所述传感器为光学混浊度传感器，所述A/D转换单元为AD574，所述单片机为89C51单片机，所述显示单元为LCD。
其中所述半导体激光器为850nm红外激光二极管。
本发明还提供一种乳化液浓度在线自动检测方法，包括如下步骤将光学浓度传感器放入乳化液中，传感器供电后，根据浓度的不同产生不同的模拟电压信号；所述模拟电压信号通过A/D转换器转换为数字信号，单片机从A/D转换器中取出数字信号，经过数字滤波和非线性补偿后，将乳化液的浓度实时显示在LCD上。
本发明用采用光学原理的传感器中光学的透射和折射的方法来检测乳化液的浓度，利用本发明，可以实时在线显示乳化液浓度，解决了乳化液浓度传统手工检测手段精度低、效率低的问题。此外，通常光学混浊度传感器是用于食品与卫生领域的，将测量光学混浊度的传感器用于乳化液浓度的检测也是本专利的核心之一。
图1为本发明中传感器核心元件原理图；图2为本发明乳化液浓度在线自动检测系统的系统结构图；
图3为本发明乳化液浓度在线自动检测系统的工作流程。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
乳化液浓度的实时监测仪器需要由传感器、单片机检测系统两大部分组成。其中的核心技术是乳化液浓度测试的传感器的设计。
本实施例中的传感器是一个光学装置放大和修正电位计的集成组成件，安装就位后，能够测量出溶液中的微粒含量。使用时，用户应供以满足规定偏差的5Vdc供电电源，并要求从本装置输出插脚处得到模拟输出。
传感器用来测量混浊度的核心元件是一个850nm红外激光二极管和散射模式的检测器，参见图1。传感器给出的信号和散射检测器的输出一致，输出确保高度准确性，而有较窄的灵敏度范围。传感器用可调电位计来调节放大级的增益和偏置。电位计预置后传感器的输出范围的满量程由0.5Vdc至4.5Vdc。
实验开始是对3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％7个标准浓度的乳化液进行现场配比，减少了乳化油的挥发。并按照先配制的先测量的原则分别对每瓶乳化液进行测量和记录。保证乳化液浓度的标准可靠。
为确保实验数据可靠，实验时必须保证对7种标准浓度乳化液的测量在同一个时间段依次完成，这样就保证了实验时的外界条件差异不大，使外界环境对实验的影响可以忽略不计。
实验分别对3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％7个标准浓度的乳化液进行检测。对每个标准浓度的乳化液进行5次测量，取平均值，表1为实验数据。
表1实验数据
由上图可以明显地看出，在测量浓度范围为3％-6％的7个浓度的乳化液时，传感器的输出电压随乳化液浓度的增大逐渐降低，向横坐标逼近，并严格地呈半双曲线分布。这就使我们可以把这个结论推广为在一定的乳化液浓度范围内，传感器的输出电压随乳化液浓度的增大逐渐降低。因此我们根据对传感器输出电压的测定来检测乳化液的浓度。
本发明的乳化液浓度在线自动检测系统包括乳化液浓度检测单元、A/D转换单元、CPU单元、单片机和显示单元，其系统结构如图2所示，其中的乳化液浓度检测单元即为传感器。
系统的前端是浓度检测传感器探头，负责把浓度信号转换成相应的模拟电压信号，模拟电压信号通过A/D转换器转换成数字信号。由CPU将这些浓度信号传送到单片机的数据存储单元，以供单片机进行分析、比较、计算等数据处理，然后将处理结果显示与显示器，另外还可以利用显示器进行对系统的控制操作。本系统最终采用APMS-11GVCF-KIT传感器为测量乳化液浓度的光学混浊度传感器，以89C51单片机为控制核心，以AD574作为A/D转换器，以LCD为系统的显示。
本发明所述乳化液浓度在线自动检测系统的具体工作流程如图3所示步骤S1初始化步骤，设定各执行单元的输入输出接口状态，选择ADC的INO为模拟数据的输入口，Msb2-1到Isb2-8，8个接口为数字信号的输出口；步骤S2传感器输出的模拟电压信号送A/D转换器，A/D转换器进行采样和量化，将转换后的数字信号放入缓冲器；步骤S3单片机从A/D转换器的缓冲器中读取数字信号，在四个连续的采样周期内采集四个数字信号；步骤S4对测定的4个数据求平均值；步骤S5平均值经标度变换，与给定的标准电压值相比较，提取与其最相近的标准电压值所对应的乳化液浓度作为输出；步骤S6通过调用显示子模块，将测得的乳化液浓度显示在LCD上。
权利要求
1.乳化液浓度在线自动检测系统，包括传感器、A/D转换单元、CPU单元、单片机和显示单元，其特征在于，传感器包括半导体激光器、散射与透射模式的检测器和电位计，传感器把浓度信号转换成相应的模拟电压信号，模拟电压信号通过A/D转换单元转换成数字信号，由CPU单元将这些数字信号传送到单片机的数据存储单元，以供单片机进行数据处理，并在显示器上显示处理结果。
2.如权利要求1所述的乳化液浓度在线自动检测系统，其特征在于所述传感器为光学混浊度传感器，所述A/D转换单元为AD574，所述单片机为89C51单片机，所述显示单元为LCD。
3.如权利要求1所述的乳化液浓度在线自动检测系统，其特征在于所述半导体激光器为850nm红外激光二极管。
4.一种乳化液浓度在线自动检测方法，包括如下步骤将光学浓度传感器放入乳化液中，传感器供电后，根据乳化液浓度的不同产生不同的模拟电压信号；所述模拟电压信号通过A/D转换器转换为数字信号；单片机从A/D转换器中取出数字信号，经过数字滤波和非线性补偿后，将乳化液的浓度实时显示在显示器上。
5.如权利要求4所述的乳化液浓度在线自动检测方法，其特征在于所述传感器为光学混浊度传感器，所述A/D转换单元为AD574，所述单片机为89C51单片机，所述显示单元为LCD。
全文摘要
本发明涉及自动检测领域，具体涉及乳化液浓度在线自动检测系统及其方法，包括传感器、A/D转换单元、CPU单元、单片机和显示单元，其特征在于，传感器包括一个850nm红外激光二极管、散射与透射模式的检测器和电位计，传感器把浓度信号转换成相应的模拟电压信号，模拟电压信号通过A/D转换单元转换成数字信号，由CPU单元将这些数字信号传送到单片机的数据存储单元，以供单片机进行数据处理，并在显示器上显示处理结果。
文档编号G01N21/47GK1924558SQ20061011265
公开日2007年3月7日 申请日期2006年8月28日 优先权日2006年8月28日
发明者赵四海 申请人:赵四海