乳化液浓度测量教学内容

此外还有采用光栅法、阻容法、光吸收法等测量 乳化液浓度的设想和研究，但以上大多数方法都存在 测量系统复杂、精度不高等缺点，很多还仅仅处于实 验室阶段，能应用于井下测量的高精度商业化浓度传 感器还比较少。
3.研究内容
本课题的研究目标为：针对以往和现行检测乳化液浓 度的方法和手段，基于光学折射原理和位置传感器来设计 一种简单可靠的乳化液浓度传感器。新型乳化液浓度传感 器能在井下环境中应用，实现乳化液浓度在线自动检测。
激光在A牌号乳化 来自百度文库中发生折射
光路放大部分
PSD位置传感器
信号整流、滤波、 放大、A/D转换
上位机处理 液晶显示
按键选择测量A牌 号乳化液
1
n2
1s
cos
in
d2
2
2
sin
如图所示，式中：n2-乳化液的折射率； θ-激光光束入射角； d2-样品池前后壁之间的距离； Δ-激光光束穿过空样品池与穿
基于光学折射的乳化液浓度 传感器研究
• 研究生： 专业： • 指导教师：
机械电子工程
目录
1
课题背景，内容及意义
2
课题研究现状
3
总体设计
4
可行性分析
5
预期结果
6
课题计划
1.1 课题背景
两种互不相溶的液体（如油和水），通过搅拌、 超声波作用或其他机械分散作用使两种流体充分混合， 使一种液体以球形小液滴的形式精细地分散到另一种 液体中，由于早期的这种液体混合物呈乳白色，故就 被称为乳化液。其中，以小液滴形式存在的液体被称 为分散相（也称作内相），另外一种连续液体被称为 连续相（也称作外相） 。如果将油分散到水中，即油 作分散相，水作连续相，得到的乳化液就叫做水包油 型（O/W）乳化液；相反的情况就是油包水型（W/O） 乳化液。
（1）考虑温度和静置时间等参数，测量不同牌号不同浓 度乳化液的折射率，建立在不同温度和静置时间下乳化液 浓度与折射率的关系模型。
（2）分析光学折射原理在测量乳化液浓度检测方面的应 用。
（3）使用B-P神经网络方法对一维PSD传感器做标定。
（4）PSD传感器微小电流的整流、放大、滤波以及与上位机 通信设计。
随着电子测量技术和传感器技术的发展以及 井下液压系统对乳化液质量要求的提高，井下乳 化液浓度检测也朝着自动检测、自动读数、高精 度的方向发展，采用超声波、电容电阻法、光学 等方法自动检测乳化液浓度的系统和装置相继出 现。
超声波法测量乳化液浓度分两种：声速法和 声衰减法。声速法就是通过测量超声波穿过一定 厚度的乳化液所消耗的时间（即间接测量声速） 来反映乳化液的浓度。声衰减法是通过测量超声 波穿过一定厚度的乳化液后的强度变化来反映乳 化液的浓度 。
供
而当前井下乳化液检测的手段一般为手持式折 光仪测量，这种方法需要人工操作、人眼读数，造 成人为误差、整体精度低等缺点。而随着井下综采 自动化水平越来越高，研制新型能够在井下自动测 量、高精度的乳化液传感器成为乳化液检测的趋势。
1.3研究意义
1. 研究设计能够自动检测的乳化液浓度传感器能够实现在 线检测、无需人工操作，避免人为误差，提高测量精度。
光全反射法：采用光全反射法的测量光路与前文折 光仪法相同，只是将分划板换成能检测出射光光强或位 置的光电传感器（硅光溶液电中颗粒池、CCD、PSD等）。
浑浊度法：乳光化源 液实际上为水中含有悬浮及胶体状 态的微粒（乳化油油滴散射）检测，器 使得原来无色透明的水产生 混浊现象，其混浊的程度称为混浊度壳体 。通过光学散射方 法检测液体中颗粒的散射光强度,从而反映出液体的混浊 度变化，即乳化液中乳化油的浓度。
（5）使用VB语言做乳化液浓度检测上位机接口程序。
（6）扩展上位机程序和硬件设计，使该乳化液浓度传感器 能通过按键的方式测量多种常用牌号的乳化液浓度。
（7）对测量装置进行工业化设计，使其达到MA认证标准， 能在井下环境中应用。
4.技术路线
本文将选用阿贝折光仪测定乳化液的浓度作为测量的 标准数据。基于光学折射方法，使用激光作为光源，通过 激光在不同浓度乳化液的折射率不同，用位置传感器来检 测激光出射光线的落点，输出信号经电路整流、滤波、放 大后在上位机进行处理，从而确定测定乳化液的浓度，结 果用液晶显示。
过充满乳化液样品池的偏移量的差值；
1.2问题的提出
乳化液的性能对液压系统工作的可靠性和安全 性以及使用寿命有着很大的影响。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。浓度过小会影响抗硬水能力、稳定性、 防锈性和润滑性由防；爆浓度过高不仅会增加费用，而且 会降低消泡能力外壳和提增大对橡胶密封材料的溶胀性。。
破乳法检测是在乳化液样品中加入破乳剂（一种 表面活性物质），它能使乳化液的分散体系破坏，以 达到乳化液中各成分分离出来的目的，利用其化学作 用将乳化状的油水混合液中的油和水分离开来，从而 得到乳化液中油和水的比例值，计算出其浓度值。
折光仪法基于光的全反射定理，即：光从光密介质射 入光疏介质时，当出射角为90°（掠入射）时，入射角达 到最大，这个角度被称为临界角。所有的出射光线，其入 射光线均在临界角内，而临界角外没有光线。这样就形成 了一个亮区，一个暗区，他们的分界线就是临界角处的光 线。而介质的浓度不同，折射率不同，临界角也就不同， 这样亮区和暗区分界线的位置也就不同。测量光路如图 （1）所示。
乳化液在煤矿生产活动中有广泛的应用，尤其是作为 煤矿综采工作面的采煤机、液压支架和液压支柱等液压系 统的工作介质，它不仅起传递动力、润滑、冷却的作用， 而且还对腐蚀和锈蚀有抑制作用，乳化液被成为液压系统 的“血液”。
目前我国煤矿广泛采用质量浓度为3%-5%的水包油型 乳化液，即按重量用3%-5%的乳化油，再加97%-95%的水， 配制成乳化液。
2. 自动测量可实现实时测量，减小测量周期，提高测量效 率。
3. 实时检测系统与乳化液泵站的配比系统结合可以形成乳 化液自动配比检测系统，该系统可以自动控制乳化液浓 度在一定浓度范围内，实现乳化液自动配比。
2. 研究现状
煤矿井下乳化液的浓度检测方式最初广泛采用破乳 法，现在井下使用的检测装置大多是基于折光仪法的 便携式折光仪。