专利名称：乙醇水溶液组分的微波在线检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种乙醇水溶液组分的在线检测装置及其检测方法，尤其是包括网络分析仪、反射电桥、“N”型保护接头、“N”型测液体微波探头、连接电缆和计算机的一种乙醇水溶液组分的微波在线检测装置及其检测方法。其中，提出微波技术检测法，运用微波在液相媒介的分界面反射形成反射波，反射波与入射波叠加形成驻波，通过对驻波比这一特征参数测定从而实现乙醇水溶液组分的在线检测。
背景技术：
现有的乙醇水溶液组分的检测方法主要为密度瓶法、酒精计法、化学氧化法、气相色谱法、折光率法和微生物电极法等，这些方法在某些工况下进行检测均存在有局限性。 如，国家标准(GB/T10345 - 2007)中，“白酒分析方法”，酒精度的测量方法为密度瓶法和酒精计法。该“密度瓶法”是通过蒸馏法去除样品中的不挥性物质，用密度瓶测出试样(乙醇水溶液)20°C时的密度，查表求得在20°C时乙醇含量的体积分数。白酒生产厂用酒精计法检测产品的酒精度。“酒精计法”是通过精密酒精计读取乙醇体积分数示值，通过温度计测得乙醇水溶液温度，查表进行温度校正，求得20°C时乙醇含量的体积分数。这两种方法均需要测定、查表和换算得出20°C时乙醇的体积比，方法耗时较长，同时受温度影响较大且读数存在人为因素，使数据存在波动，而且无法对乙醇水溶液实现在线实时检测。“化学氧化法” 需要使样品经过一系列的氧化还原反应然后用滴定法求得乙醇的体积比。“气相色谱法”首先将试样气化后，通过载气进入色谱柱，再利用迁移速度的差异来分离试样，然后再进入氢火焰离子化检测器(FD)检测，根据色谱图上的数据与标样对照，通过内标或外标法确定乙醇的组分。这两种方法方法操作繁琐、费时，分析时间长，不能在线检测，数据分析、存储和传送不方便。折光率法仅利用了乙醇和甲醇的物理性质的差异，快速鉴别了乙醇和甲醇，通过折光率与乙醇含量的关系进行测量，但测量精度不高，不能在线检测。微生物电极法虽然可以跟踪检测但由于微生物电极寿命仅三个月不能连续长时间的在线检测。现有乙醇水溶液组分的检测装置，如专利公开(公告)号为C拟682410的一种 “白酒酒精度、酒精量在线测量仪”，该检测装置是通过注入电磁阀和排放电磁阀的定时开关来提取试样，称重传感器称出浮子的重力与其所受试样浮力的差值，再根据温度传感器测出温度，最后换算到20°C时的标准酒精度，提取的试样放入收集箱，当试样达到一定量后再回收到主管路中。该专利只是实现了酒精度测量的离散测量，不能连续实时的测量，而且试样存放时间长容易污染，导致杂质物进入主管路。再有公开(公告)号为CNM65174的一种“工业用在线酒精计”，该装置是当酒精溶液装入测量槽时，测量元件产生浮力，不同溶液浓度位移不同，经变送器把位移量转换成电信号输出，由二次显示仪再转换成相对应的浓度值。该专利有较大的延迟性，滞后时间比较长。在线测量时，酒精溶液需要经过把原测量槽的溶液排挤净后才可准确的测量实时的酒精度，而且垂直度对该仪器的影响较大， 倾斜会导致位移量的变化，使测量失真。
发明内容
本发明的目的是提供一种乙醇水溶液组分的微波在线检测装置及其检测方法，用以解决现有乙醇水溶液组分检测装置及其检测方法，在检测过程复杂费时的问题，实现乙醇水溶液组分的微波在线检测。本发明是通过以下技术方案来实现的
乙醇水溶液组分的微波在线检测装置，该装置由网络分析仪、反射电桥、“N”型保护接头、“N”型测液体微波探头、连接电缆和计算机组成。“N”型测液体微波探头通过“N”型保护接头与反射电桥连接，且“N”型测液体微波探头的探测面与乙醇水溶液接触测试，反射电桥是由输入、输出和测试端口构成的三端口微波通道结构，且输入端接收网络分析仪的微波信号，测试端通过“N”型测液体微波探头发射和接收反馈信号，输出端通过连接电缆输出输入的微波信号与反馈信号的叠加信号到网络分析仪的输入端，网络分析仪输出给计算机。乙醇水溶液组分的微波在线检测方法，该方法在检测乙醇水溶液的组分时，将“N” 型测液体微波探头垂直接触到乙醇水溶液的表面，但在厚度方向上不能淹没，网络分析仪输出微波信号到反射电桥，反射电桥通过“N”型保护接头输出检测信号到“N”型测液体微波探头，同时接收反馈信号，与输入信号叠加后输出到网络分析仪进行分析，检测被测乙醇水溶液的组分，再把信号输出到计算机记录存档。通过计算机中已由实验测得的乙醇水溶液数据库就可以得知实时工况下的乙醇与水的组分情况。在上述检测装置的技术方案中，所述“N”型测液体微波探头的探测面不能在厚度方向上完全浸没于乙醇水溶液中，所述“N”型测液体微波探头的微波信号频率与网络分析仪的输出的微波信号频率相应，所述网络分析仪与计算机连接，将数据输入计算机。本发明所提供的一种乙醇水溶液组分的微波在线检测装置及其检测方法，与现有技术相比，本发明无需取样分析，实现了对乙醇水溶液组分的实时、在线长期以及快捷的方式对乙醇水溶液组分的进行检测，并将数据记录和存档，便于数据的保存和传输，实现了自动化的快速检测，解决了在生产过程中对乙醇水溶液组分的实时检测问题，避免了由于长时检测而带来的传输、储存过程中的安全隐患。
图1本发明乙醇水溶液组分的微波在线检测装置的结构示意图； 图2本发明乙醇水溶液组分的微波在线检测装置的低频特征信号图； 图3本发明乙醇水溶液组分的微波在线检测装置的中频特征信号图； 图4本发明乙醇水溶液组分的微波在线检测装置的高频特征信号图； 图5本发明乙醇水溶液组分的微波在线检测装置的频率-驻波比图。图中1 网络分析仪；2 反射电桥；3 :“N”型保护接头；4 :“N”型测液微波探头； 5 乙醇水溶液；6 连接电缆；7 计算机。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明的具体实施方式
作出进一步的详细说明
本发明利用一种高频电磁波在媒介中传输时受媒介影响，不同的媒介电磁参数不同使微波在媒介的分界面发生反射而形成反射波，反射波与入射波叠加形成驻波，而不同媒介的反射系数不同，而驻波比由于媒介的不同而有所差别，通过对驻波比这一特征参数检测， 能够确定乙醇水溶液组分的变化，以此来检测乙醇和水在乙醇水溶液中各占的体积比，进而得到乙醇的度数。
具体实施方式
1
实施本发明所述的一种乙醇水溶液组分的微波在线检测装置，其中包括购置的“N”型测液微波探头4，通过“N”型保护接头3，与反射电桥2匹配连接，且“N”型测液微波探头4 的探测面与乙醇水溶液5接触检测，反射电桥2通过连接电缆6与网络分析仪1相连接，网络分析仪1与计算机7相连接，其中
所述反射电桥2是一由输入、输出和测试端口构成的三端口微波通道结构，且输入端接收网络分析仪1的微波信号，测试端通过“N”型测液体微波探头4发射和接收反馈信号， 输出端通过连接电缆6输出输入的微波信号与反馈信号的叠加信号到网络分析仪1的输入端。所述“N”型测液体微波探头4的探测面在垂直方向上与乙醇水溶液5面接触检测， 且“N”型测液体微波探头4的微波信号频率与网络分析仪1的输出的微波信号频率相应。所述网络分析仪1与计算机7连接，将数据输于计算机7，实现在线检测、记录和存档，实现自动化检测控制。实施本发明所述的一种乙醇水溶液组分的微波在线检测装置的实现方法，该方法是将“N”型测液微波探头4垂直接触乙醇水溶液面，网络分析仪1输出微波信号到反射电桥2，反射电桥2通过“N”型保护接头3输出检测信号到“N”型测液微波探头4，同时接收反馈信号，与输入信号叠加后输出到网络分析仪1进行分析，再将信号输出到计算机7记录存档，通过与计算机中已由实验测得的乙醇水溶液的数据库进行对比，即可分别得到实时工况下的乙醇和水的组分。实验测得的数据库的建立，首先需要根据乙醇和水的组分精度，选定检测的微波频率，然后在待测工况下，对乙醇和水的不同组分进行检测，在网络分析仪1中得到乙醇和水的不同组分所对应的驻波比，最后将测量结果储存到计算机7。下面通过附图对本发明的具体实施方式
作出进一步详细说明
如图1，将“N”型测液微波探头4通过“N”型保护接头3与反射电桥2连接，“N”型测液体微波探头4的探测面与乙醇水溶液5接触，反射电桥2的输入端与网络分析仪1的输出端相连，输出端通过连接电缆6与网络分析仪1的输入端相连接，网络分析仪1与计算机 7相连接。基于上述本发明一种乙醇水溶液组分的微波在线检测装置及其检测方法的具体实施方式
所得的不同频率下的结果如图2 图5所示，图示曲线说明如下
从图2可见，三个频率(143MHz、146MHz和149MHz)驻波比与组分呈线性关系同时三条线有很高的重合度(146MHz与149MHz完全重合)，但由于水和乙醇的驻波比仅相差1. 4，导致在该频率下区分的精度不是很高。由于频率低对于设备的成本相应可以降低，所以对于精度要求不高于10%的情况下可以采用。从图3可见，该组频率(760MHz至820MHz)驻波比与组分已由线性关系开始向非线性关系转变，乙醇含量高时线性比较好，但含量低时已明显呈非线性。由于频率相对于第一组已经提高，在乙醇的驻波比基本不变的情况下，水的驻波比明显提高，所以该组曲线出现明显的分离，同时可以看出对于组分的区分精度已经提高，可以达到2. 5%至3. 5%之间。从图4可见，该组频率(950MHz至1010MHz)驻波比与组分呈非线性关系，由于频率相对于第二组又有所提高，在乙醇的驻波比基本不变的情况下，水的驻波比进一步提高，所以该组曲线分离情况明显，同时可以看出对于组分的区分精度进一步提高，可以达到0. 5% 至2. 5%之间。在各组组分不变的情况下，从图5可以看出驻波比随频率的增加的变化情况。水的变化最为明显，从4. 8变为12. 1，而乙醇的变化基本不变维持在1. 6。其他各个组分的变化情况介于水与乙醇之间，可以清楚的看出高频率区间区分精度明显高于中频率区间。通过综合研究微波对乙醇水溶液反射后驻波比的变化，得出如下结论通过检测驻波比的变化可以实现对乙醇水溶液组分的实时在线检测。
权利要求
1.一种乙醇水溶液组分的微波在线检测装置，包括网络分析仪、反射电桥、微波探头和计算机；其特征在于“N”型测液微波探头(4)通过“N”型保护接头(3)与反射电桥(2)连接，反射电桥(2) 是由输入、输出和测试端口构成的三端口微波通道结构，且输入端接收网络分析仪(1)的微波信号，检测端通过“N”型测液微波探头(4)发射和接收反馈信号；输出端通过连接电缆 (6)输出输入的微波信号与反馈信号的叠加信号到网络分析仪(1)的输入端，网络分析仪 (1)将信号输出给计算机(7)。
2.一种用于权利要求1所述的乙醇水溶液组分的微波在线检测装置的检测方法，该方法是将“N”型测液微波探头(4)垂直接触乙醇水溶液面，网络分析仪(1)输出微波信号到反射电桥(2)，反射电桥(2)通过“N”型保护接头(3)输出检测信号到“N”型测液微波探头 (4)，同时接收反馈信号，与输入信号叠加后输出到网络分析仪(1)进行分析，检测被测乙醇水溶液的组分，再将信号输出到计算机(7)记录存档，通过计算机中已由实验测得的乙醇水溶液数据库就可以得知实时工况下的乙醇与水的组分。
3.如权利要求1所述的乙醇水溶液组分的微波在线检测装置的检测方法，其所述“N” 型测液微波探头(4)的微波信号频率与网络分析仪(1)的输出微波信号频率相应。
全文摘要
一种乙醇水溶液组分的微波在线检测装置及其检测方法，所述N型测液微波探头通过N型保护接头与反射电桥连接，反射电桥的输入端接收网络分析仪的微波信号，输出端输出输入的微波信号，并与反馈信号叠加到网络分析仪并输给计算机；所述方法是将N型测液微波探头与乙醇水溶液面接触，网络分析仪输出微波信号到反射电桥，反射电桥通过N型保护接头输出检测信号到N型测液微波探头并接收反馈信号，与输入信号叠加输出到网络分析仪，再将信号输出到计算机，由实验测得乙醇水溶液数据库即得乙醇组分。本发明无需取样分析，能够实时、在线、快捷、准确对乙醇水溶液组分进行检测。
文档编号G01N22/00GK102495082SQ201110413769
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月10日 优先权日2011年12月10日
发明者张禄林, 李力驳, 杨晨, 段滋华, 王胜坤, 田菲, 邢贺民, 马海桃, 马耀 申请人:太原理工大学