专利名称：微糖分在线测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种蔗糖含量检测领域，具体涉及一种微糖分在线测量系统。
背景技术：
糖厂在煮糖蒸发工段，会将蔗糖溶液中的水分蒸发，为了节约能源，常常将蒸发出来的蒸汽回收利用，其冷凝后形成冷凝水，被引进锅炉中加热后产生蒸汽推动汽轮发电机发电供给糖厂设备使用，再利用发电的尾气作为蒸发蔗糖溶液中的水分，或糖厂其他生产所需的蒸汽来源，达到循环利用、节能减排的目的。但这些被重新利用的蒸汽，因为是从蔗糖溶液中蒸发的，带有一定的糖分，如含糖分超过标准值(30-35T/H锅炉入炉水含糖分小于20ppm，20-25T/H锅炉入炉水含糖分小于25ppm)的冷凝水进入锅炉，会引发事故。由此可见，对蔗糖溶液中的蒸发后形成的冷凝水，要严格测量其含糖量，以保证锅炉、汽轮机的安全运行，并延长其使用寿命。现有当中，人们一直致力于对微量糖分测量的研究，如公开号为CN101393154B的中国发明专利，其通过测量含糖冷凝水的温度及电导率，利用冷凝水在不同温度和电导率的情况下对应于相应的含糖量数值关系L=A*TD2+B*D/T+C，其中L为水含糖量，T为水温度，D为水电导率，A、B、C为曲线拟合常数，其测量时间短，能够实时监控冷凝水的含糖量，但由于其依赖于温度和电导率的测量值，而由于水的导电性弱，及水电导率对温度的敏感性，并且冷凝水的含糖量较小，对水的电导率测量的精确度有限，存在一定的误差，而锅炉对冷凝水含糖量的可接受范围为小于25ppm，这样的测量装置和测量方法，依然存在安全隐患。还有用光电分析的方法测量冷凝水的微糖分含量，如公开号为CN101532949B的中国发明专利，通过光电比色进行冷凝水中糖含量的检测，其测量值精确度高，虽然其是在线测量，但其加热速度慢，往往需要数分钟，延长了测量一次数据值花费的时间，其检测是间断性的，按此计算，当发现糖含量超标后，已经有几吨的冷凝水进入锅炉，造成对锅炉的破坏，形成巨大的安全隐患。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种测量时间快、安全性高的微糖分在线测量系统。为解决上述技术问题，本实用新型设计的微糖分在线测量系统，包括对汽凝水和钥酸铵进行反应处理的预处理装置、光电检测模块和单片机控制模块，所述预处理装置输出端连接光电检测模块，光电检测模块输出端连接单片机控制模块；所述预处理装置包括依次连接的混合器、加热器和第一冷却器，所述混合器入口分别连接汽凝水和钥酸铵出口，所述第一冷却器出口连接光电检测模块入端，所述加热器为光波红外加热器，该光波红外加热器的加热管为碳纤维短波加热管和/或碳纤维中波加热管，所述光电检测模块包括单色器、装有经预处理后混合液的吸收池和光电检测电路，吸收池与预处理装置出口连接，所述光电检测电路包括2组发射接收对管，每组发射接收对管均包括光源和检测元件，第一组发射接收对管之间依次放置有第一单色器和吸收池，第二组发射接收对管之间放置有第二单色器；单片机控制模块输出端分别连接第一光源和第二光源，第一检测元件和第二检测元件分别与单片机控制模块输入端连接。光波红外加热器可以在短时间(几秒到几十秒)内将汽凝水和钥酸铵混合液加热，使汽凝水中含有的糖份与钥酸铵发生反应，显示出颜色，实现了在线连续检测；糖份的含量不同，颜色的深浅程度也就不同，以此来检测出汽凝水中的糖分含量。光波红外加热器是解决光电比色检测汽凝水糖分含量中时间长短的关键，光波红外加热器克服了现有技术中需要加热数分钟甚至十几分钟这一难题。为了在提高检测速度的情况下，进一步提高检测精确度，所述光源可以为超高亮发光二极管，所述检测元件为光敏二极管，所述单片机控制模块的输出端经输入放大电路分别连接第一超高亮发光二极管和第二超高亮发光二极管，第一光敏二极管和第二光敏二极管分别经输出放大电路与单片机控制模块输入端连接。在混合液的预处理过程中，对混合液的快速冷却，也是提高检测速度的重要因素，为了进一步提高检测速度，所述第一冷却器包括不锈钢圆管和紫铜管，所述紫铜管沿不锈钢圆管内壁螺旋盘绕；紫铜管入端连接光波红外加热器出口，紫铜管出端连接光电检测模块；不锈钢圆管内流动冷却水。为了可以使汽凝水和钥酸铵混合更充分，所述预处理装置还可以包括药剂桶、汽凝水槽、第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵，所述药剂桶出口连接第一精密蠕动泵，第一精密蠕动泵出口连接混合器进口 ；汽凝水槽出口连接第二精密蠕动泵，第二精密蠕动泵出口连接混合器进口。为了可以更精确的控制汽凝水和钥酸铵的输入量，所述第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵均可以为蠕动计量泵，第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵均与单片机控制模块连接。由单片机控制实时检测并控制汽凝水和钥酸铵的输入量，为进一步提高检测汽凝水的糖分含量做好检测基础。上述方案所述，还可以包括液晶触摸屏和报警器，液晶触摸屏和报警器分别与单片机控制模块连接。上述方案还可以包括电导率检测装置，该电导率检测装置包括电导率检测模块和第二冷却器，第二冷却器入端连接汽凝水出口，第二冷却器出口连接电导率检测模块入端，电导率检测模块出端连接单片机控制模块。电导率检测模块检测汽凝水的电导率，再将检测得到的电导率送入单片机控制模块，根据汽凝水中微糖含量与电导率成正关系，通过查询电导率与糖分含量的关系数据表，即可得到汽凝水的糖含量，电导率检测模块检测的糖含量和光电检测模块检测的糖含量比较，在误差范围3ppm以内，则输出电导率检测模块检测的糖含量，在误差范围外，则输出光电检测模块检测的糖含量(电导率检测的时间快于光电检测的时间)，用光电检测模块检测的糖含量修正电导率检测模块检测的糖含量。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:1、利用光电检测技术在线测量微糖分含量，其测量精确度高，同时利用光波红外加热器，对汽凝水和钥酸铵混合液加热，光波红外加热器的核心为光波红外辐射器，其利用红外光能对流体进行红外辐射，产生大量的热效应，直接传递给流体进行交换加热，易于流体吸收，热惯性小，加热效率高，升温相当快，能够在几秒 几十秒的时间内，将汽凝水和钥酸铵混合液加热到反应温度，使汽凝水中含有的糖份与钥酸铵发生反应，显示出颜色，极大的缩短测量的时间，能保证对汽凝水的含糖量进行连续监测，解决了生产的安全隐患；2、光电检测模块中对光源的处理、吸收池的设计和光电检测电路的设计，是提高微糖含量检测精度的关键，其中光源采用超高亮发光二极管作为光源，光亮度高，保证经过吸收池后未被吸收的光可以被检测元件接收，减小误差量；单色器用滤光片、棱镜和光栅等对光源进行过滤，将复合光变为纯洁单色光；吸收池用无色、透明、耐腐蚀的光学玻璃制成，其为长方体型，保证其外形和透光性能完全一致，进一步减小测量误差；光电检测电路采用光敏二极管作为检测元件，接收通过吸收池后的光源，再转换为电信号，再经过多级放大处理输出光电流；整个光电检测模块的综合设计，进一步提高了检测精确度；3、汽凝水和钥酸铵的混合液紫铜管入端进入，在紫铜管沿不锈钢圆管内壁螺旋盘绕流动和在不锈钢圆管内流动冷却水进行热交换，使混合液快速冷却，其冷却速度快，进一步提闻检测时间；4、用单片机控制系统控制汽凝水和钥酸铵的输入量，为进一步提高检测汽凝水的糖分含量做好检测基础。
图1为本实用 新型一种微糖分在线测量系统的模块结构图；图2为光电检测电路图。
具体实施方式
本实用新型一种微糖分在线测量系统，如图1所示，微糖分在线测量系统，包括对汽凝水和钥酸铵进行反应处理的预处理装置、光电检测模块和单片机控制模块，所述预处理装置输出端连接光电检测模块，光电检测模块输出端连接单片机控制模块；所述预处理装置包括依次连接的混合器、加热器和第一冷却器，所述混合器入口分别连接汽凝水和钥酸铵出口，所述第一冷却器出口连接光电检测模块入端，所述加热器为光波红外加热器，该光波红外加热器的加热管为碳纤维短波加热管和/或碳纤维中波加热管，所述光电检测模块包括单色器、装有经预处理后混合液的吸收池和光电检测电路，吸收池与预处理装置出口连接，所述光电检测电路包括2组发射接收对管，每组发射接收对管均包括光源和检测元件，第一组发射接收对管之间依次放置有第一单色器和吸收池，第二组发射接收对管之间放置有第二单色器；单片机控制模块输出端分别连接第一光源和第二光源，第一检测元件和第二检测元件分别与单片机控制模块输入端连接。所述光源可以为一般的发光体，如钨丝白炽灯、卤素灯、普通发光二极光、激光、超闻売发光~■极管等，但为了提闻检测精确度，在本优选实施方式中，所述光源为超闻売发光二极管。所述的检测元件光电池、光电管、光电倍增管和光敏二极管，但为了可以提高光接收率，所述检测元件为光敏二极管。所述单片机控制模块的输出端经输入放大电路分别连接第一超高亮发光二极管和第二超高亮发光二极管，第一光敏二极管和第二光敏二极管分别经输出放大电路与单片机控制模块输入端连接。所述输出放大电路的放大倍数相等。在单片机控制模块的触发下，第一超高亮发光二级管的光线通过第一单色器穿过吸收池被第一光敏二极管接收，并将光信号转化为电信号，经输出放大电路，将电信号送入单片机控制模块；第二超高亮发光二级管的光先通过第二单色器被第二光敏二极管接收，并将光信号转化为电信号，经另一路输出放大电路，将电信号送入单片机控制模块。所述单色器为滤光片、棱镜、光栅等对光源进行过滤。所述吸收池为无色、透明、耐腐蚀的光学玻璃制成，其一般为长方体型，必须保证它的外形和透光性能完全一致，以减小测量误差。所述第一冷却器可以为一般结构的冷却器，在冷凝器中，将汽凝水和钥酸铵的混合液与冷凝器中的冷水等进行热交换，对混合液进行降温处理，在本优选实施方式中，所述第一冷却器包括不锈钢圆管和紫铜管，所述紫铜管沿不锈钢圆管内壁螺旋盘绕；紫铜管入端连接光波红外加热器出口，紫铜管出端连接光电检测模块；不锈钢圆管内流动冷却水。所述预处理装置还包括药剂桶、汽凝水槽、第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵，所述药剂桶出口连接第一精密蠕动泵，第一精密蠕动泵出口连接混合器进口 ；汽凝水槽出口连接第二精密蠕动泵，第二精密蠕动泵出口连接混合器进口。所述第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵可以为普通的精密蠕动泵，也可以为蠕动计量泵，为了可以实现自动化控制，第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵均为蠕动计量泵，第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵均与单片机控制模块连接。本系统还包括液晶触摸屏和报警器，液晶触摸屏和报警器分别与单片机控制模块连接。液晶触摸屏用于显示汽凝水中的微糖含量，和数值输入。报警器用于在汽凝水中的微糖含量超过预设值时，发出光报警和/或声音报警。本系统还包括电导率检测模块，该电导率检测模块入端连接一第二冷却器，该第二冷却器入口连接一第二汽凝水槽，电导率检测模块出端连接单片机控制模块。电导率检测模块用于检测汽凝水的电导率，再将检测得到的电导率送入单片机控制模块，根据汽凝水中微糖含量与电导率成正关系，通过查询电导率与糖分含量的关系数据表，即可得到汽凝水的糖含量，电导率检测模块检测的糖含量和光电检测模块检测的糖含量比较，在误差范围内，则输出电导率检测模块检测的糖含量，在误差范围外，则输出光电检测模块检测的糖含量。通过微糖分在线测量系统实现的微糖分在线测量方法，其步骤为:I)将汽凝水和钥酸铵混合后，用光波波长为I 40 μ m的光波红外加热器进行快速加热，然后用第一冷却器进行快速冷却，再用光电检测模块检测反应生成物钥蓝的光电流；所述汽凝水与钥酸铵体积比为2.5:1.0,反应时间为3 7min ；2)单片机控制模块根据检测到钥蓝的光电流，计算得到表示钥蓝颜色深度的吸光度；3)根据吸光度与汽凝水中微糖浓度含量成正比关系，并根据伯朗-比耳公式转换为微糖浓度含量，伯朗-比耳公式为A=-log(I/10)=-lgT=kLC，其中A为吸光度，IO为入射的单色光强度，I为透射的单色光强度，T为物质的透射率，K为摩尔吸收系数，L为被分析物质的光程，即液体的厚度，C为物质的浓度。最后单片机控制模块将运算处理后的汽凝水中的微糖含量送入液晶触摸屏中显示，在测量得到的汽凝水中的微糖含量超过预设值时，发出光报警和/或声音报警。另外，还可以同时用电导率检测模块检测汽凝水的电导率，再将检测得到的电导率送入单片机控制模 块，根据汽凝水中微糖含量与电导率成正关系，通过查询电导率与糖分含量的关系数据表，即可得到汽凝水的糖含量，电导率检测模块检测的糖含量和光电检测模块检测的糖含量比较，在误差范围内，则输出电导率检测模块检测的糖含量，在误差范围外，则输出光电检测模块检测的糖含量。
权利要求1.微糖分在线测量系统，包括对汽凝水和钥酸铵进行反应处理的预处理装置、光电检测模块和单片机控制模块，所述预处理装置输出端连接光电检测模块，光电检测模块输出端连接单片机控制模块；所述预处理装置包括依次连接的混合器、加热器和第一冷却器，所述混合器入口分别连接汽凝水和钥酸铵出口，所述第一冷却器出口连接光电检测模块入端，其特征在于:所述加热器为光波红外加热器，该光波红外加热器的加热管为碳纤维短波加热管和/或碳纤维中波加热管，所述光电检测模块包括单色器、装有经预处理后混合液的吸收池和光电检测电路，吸收池与预处理装置出口连接，所述光电检测电路包括2组发射接收对管，每组发射接收对管均包括光源和检测元件，第一组发射接收对管之间依次放置有第一单色器和吸收池，第二组发射接收对管之间放置有第二单色器；单片机控制模块输出端分别连接第一光源和第二光源，第一检测元件和第二检测元件分别与单片机控制模块输入端连接。
2.根据权利要求1所述的微糖分在线测量系统，其特征在于:所述光源为超高亮发光二极管，所述检测元件为光敏二极管，所述单片机控制模块的输出端经输入放大电路分别连接第一超高亮发光二极管和第二超高亮发光二极管，第一光敏二极管和第二光敏二极管分别经输出放大电路与单片机控制模块输入端连接。
3.根据权利要求1所述的微糖分在线测量系统，其特征在于:所述第一冷却器包括不锈钢圆管和紫铜管，所述紫铜管沿不锈钢圆管内壁螺旋盘绕；紫铜管入端连接光波红外加热器出口，紫铜管出端连接光电检测模块；不锈钢圆管内流动冷却水。
4.根据权利要求1 3任意一项所述的微糖分在线测量系统，其特征在于:所述预处理装置还包括药剂桶、汽凝水槽、第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵，所述药剂桶出口连接第一精密蠕动泵，第一精密蠕动泵出口连接混合器进口 ；汽凝水槽出口连接第二精密蠕动泵，第二精密蠕动泵出口连接混合器进口。
5.根据权利要求4所述的微糖分在线测量系统，其特征在于:所述第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵均为蠕动计量泵，第一精密蠕动泵和第二精密蠕动泵均与单片机控制模块连接。
6.根据权利要求1 3任意一项所述的微糖分在线测量系统，其特征在于:还包括液晶触摸屏和报警器，液晶触摸屏和报警器分别与单片机控制模块连接。
7.根据权利要求1 3任意一项所述的微糖分在线测量系统，其特征在于:还包括电导率检测装置，该电导率检测装置包括电导率检测模块和第二冷却器，第二冷却器入端连接汽凝水出口，第二冷却器出口连接电导率检测模块入端，电导率检测模块出端连接单片机控制模块。
专利摘要本实用新型公开一种微糖分在线测量系统，包括预处理装置、光电检测模块和单片机控制模块，预处理装置输出端连接光电检测模块，光电检测模块输出端连接单片机控制模块；预处理装置包括依次连接的混合器、加热器和第一冷却器，混合器入口分别连接汽凝水和钼酸铵出口，所述第一冷却器出口连接光电检测模块入端，所述加热器为光波红外加热器。本实用新型利用光电检测技术在线测量微糖分含量，测量精确度高，同时利用光波红外加热器，对汽凝水和钼酸铵混合液加热，加热效率高，升温相当快，能够在几秒～几十秒的时间内，将汽凝水和钼酸铵混合液加热到反应温度，极大的缩短测量的时间，能保证对汽凝水的含糖量进行连续监测，解决了生产的安全隐患。
文档编号G01N21/78GK203164128SQ201320152999
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者陈林延, 李进勇, 陈奕璋, 杨海, 刘蔚标, 刘耿 申请人:钦州市创华工控设备有限公司