專利名稱：煮糖糖液濃度和過飽和度在線自動檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體濃度的檢測系統(tǒng)，尤其是煮糖糖液濃度的檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
錘度和過飽和度是制糖業(yè)上的專業(yè)用語。錘度表示糖液含糖的濃度。飽和度是表示某一克(或100克)糖液中純糖量和在同溫度下與一克(或100克)純水中純蔗糖的溶解量之比值；在糖液里蔗糖含量與含水的比值，與同溫度下一克純水中蔗糖的溶解量之比值，比值小于1時說明糖液處于未飽和狀態(tài)，比值稱之為未飽和度多少；比值大于1時說明糖液處于過飽和狀態(tài)，比值稱之為過飽和度是多少。過飽和度是煮糖濃縮過程中糖含量的另一種專業(yè)表示詞語；在一定溫度里，糖液濃度越高，過飽和度值越大，根據(jù)過飽和度值的大小，可以清楚煮糖罐中糖液的結(jié)晶情況。一般來說，蔗糖生產(chǎn)過程中，糖液里都含有一定的雜質(zhì)成分，糖液中含糖量占固容物的比例，制糖業(yè)上用純度表示，說明純度是在糖液中的固容物里，蔗糖量所占的比例，用百分值表示。在煮糖濃縮過程中要經(jīng)常檢測其濃度及結(jié)晶情況，達到一定的錘度和過飽和度才能出罐。過飽和度值可以根據(jù)溫度、錘度和純度計算出來。目前，在國內(nèi)制糖業(yè)的煮糖過程中糖液錘度的在線自動檢測基本上是空白，檢查煮糖糖液結(jié)晶情況都是靠人工憑經(jīng)驗和目測感覺，最后出罐時，化驗室通過人工采樣、稀釋糖液，使之完全溶解后再用稱重法或錘度計進行錘度檢測。通過化驗室人工檢測糖液錘度方式，由于勞動強度大，滯后時間長，不能適應(yīng)作為煮糖過程中糖液的檢測使用。由于沒有糖液錘度和過飽和度在線連續(xù)檢測手段，煮糖過程難于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，只能停留在人工憑經(jīng)驗和感覺操作的水平上，嚴(yán)重制約著產(chǎn)量的提高和生產(chǎn)效率，不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
據(jù)了解，國外制糖業(yè)在煮糖生產(chǎn)上實現(xiàn)自動化，一般不直接檢測糖液濃度，而是通過電導(dǎo)法和流變儀。電導(dǎo)法是在煮糖罐內(nèi)安裝發(fā)射和接受電流信號裝置，通過電流信號的衰減得到兩導(dǎo)電檢測點之間差值，糖液濃度越高，差值越大，從而得到了不同的電導(dǎo)值。利用在線測到的電導(dǎo)值形成的曲線和參考的電導(dǎo)值曲線對比，指導(dǎo)相關(guān)的自動操作系統(tǒng)來完成整個煮糖過程。流變儀檢測方式是檢測糖液粘度，在煮糖過程中，糖液濃度越高，同溫度下粘度越大，根據(jù)在線測到的粘度值形成的曲線和參考的曲線對比，指導(dǎo)相關(guān)的自動操作系統(tǒng)來完成整個煮糖過程。這些國外檢測的整套設(shè)備，由于其價格昂貴，我國制糖生產(chǎn)相關(guān)條件又難于符合其要求，到目前為止我國制糖生產(chǎn)上僅有個別廠家購買使用過。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種煮糖糖液錘度和其過飽和度在線自動檢測系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種煮糖糖液錘度和過飽和度在線自動檢測的方法。
本發(fā)明的檢測系統(tǒng)包括煮糖罐、控制器和計算機，其特征在于還包括從所述煮糖罐中取出固定容積糖液的采樣裝置；含稱重容器和稱重傳感器，可稱量出采樣裝置所取糖液重量的稱重裝置，該糖液的重量信號輸給計算機處理；采樣裝置和稱重裝置構(gòu)成檢測器，受控于所述的控制器和計算機。
所述的采樣裝置還設(shè)有包括刮料器的刮料清理裝置。
所述的稱重裝置還設(shè)有包括熱水輸入管的熱水稀釋和清潔裝置。
本發(fā)明煮糖糖液錘度和過飽和度的在線自動檢測方法包括以下各步驟(1)設(shè)置一個可從煮糖罐中取出固定容積糖液的采樣裝置；(2)設(shè)置一個可稱量出采樣裝置所取糖液重量，并將該重量信號輸給計算機處理的稱重裝置；(3)編制相應(yīng)的計算機運算和運行程序，并將《糖液錘度及相應(yīng)比重對照表》、《純蔗糖溶解度表》和《糖液錘度溫度補償表》，輸入計算機中貯存；
(4)將采樣裝置中的固定取出糖液的容積也輸?shù)接嬎銠C中貯存；(5)用標(biāo)準(zhǔn)砝碼標(biāo)定，作為重量的標(biāo)準(zhǔn)值貯存，將稱重裝置中的稱重容器及其附加物的重量設(shè)為零，能夠得到糖液的凈重量；(6)設(shè)置能接受計算機發(fā)出指令，按指令執(zhí)行控制采樣裝置和稱重裝置及其相應(yīng)結(jié)構(gòu)的控制器；(7)計算機每次對煮糖罐內(nèi)糖液錘度檢測的控制過程依序包括在稱重容器中加入熱水、稱重、取得熱水重量數(shù)據(jù)、糖液取樣、樣品稀釋、稱重、取得樣品重量數(shù)據(jù)、糖液回收、數(shù)據(jù)處理、得出糖液比重、對照《糖液錘度及相應(yīng)比重對照表》得出錘度值、對照《糖液錘度溫度補償表》得出補償值，最終得出糖液錘度值，并在計算機屏幕上顯示出各檢測錘度值及其曲線圖。
(8)根據(jù)測得的錘度值和即時溫度，計算機通過查詢同溫度下《純蔗糖溶解度》表相應(yīng)的數(shù)字，利用過飽和度的計算公式得出過飽和度值，在計算機屏幕上顯示。
所述的稀釋采用了預(yù)先加入熱水溶解糖液溶解的方式。
上述的本發(fā)明煮糖糖液錘度以及過飽和度在線自動監(jiān)測系統(tǒng)和方法有如下優(yōu)點和積極效果1、優(yōu)點(1)測量范圍廣、可檢測煮糖生產(chǎn)全過程糖液錘度值和過飽和度值；(2)測量精度高，可偏差糾正，正常誤差符合生產(chǎn)要求；(3)安全可靠、操作簡單、維護方便。(4)一套系統(tǒng)可多點檢測；能快速、即時、全面反映出煮糖罐糖液濃度的真實性；(5)煮糖過程自動檢測，無須人為操作。
2、積極效果(1)在煮糖生產(chǎn)上，由于受到操作工人素質(zhì)、經(jīng)驗和責(zé)任心的影響，煮糖罐內(nèi)糖液濃度變化過大，時高時低，影響糖結(jié)晶質(zhì)量；濃度過高時，需要加水稀釋，這樣就大大增加蒸汽的使用量和延長煮糖時間。如果安裝糖液錘度和過飽和度在線自動檢測系統(tǒng)，操作人員能夠了解到煮糖罐內(nèi)的糖液濃度及變化情況，根據(jù)糖液錘度和過飽和度的變化，操作工作可以量化操作，以免出現(xiàn)上述問題。(2)為開發(fā)計算機監(jiān)控自動煮糖系統(tǒng)操作打下良好的基礎(chǔ)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)管理，代替目前傳統(tǒng)的人工操作生產(chǎn)，保證質(zhì)量，提高產(chǎn)量和效率。


圖1所示，是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2所示，是圖1中檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
我們知道，在實驗室中測量液體的濃度，一般是先測量出一定量液體的容積，然后再測量其重量，通過計算得出該液體的比重，再對照表示該液體密度(濃度)的專業(yè)表，得出液體濃度的表示值。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法原理也如此。在圖1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖中，本煮糖糖液濃度和過飽和度在線自動檢測系統(tǒng)主要由煮糖罐1、檢測器3、控制器4和計算機5構(gòu)成。其中，檢測器3設(shè)在煮糖罐1的下端，該檢測器3通過采樣裝置的采樣管2從煮糖罐1中取出一定體積的糖液進行檢測，得出的檢測數(shù)據(jù)信息通過線路6輸送給計算機5進行處理。所取的糖液樣品經(jīng)檢測后通過回收管7送回煮糖罐內(nèi)?？刂破?是執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行計算機5發(fā)出的指令，進行實際操作，如操作檢測器3進行糖液取樣、對樣品進行加熱水稀釋、稱取樣品的重量和將樣品送回煮糖罐1內(nèi)等。計算機5內(nèi)存有事先編制的運算和運行程序和《糖液錘度及相應(yīng)比重對照表》、《純蔗糖溶解度》表和《糖液錘度溫度補償表》，指令控制器4按照程序工作，計算機5每次檢測的控制過程依序包括在稱重容器中加入一定量熱水、取得水重數(shù)據(jù)信息、從煮糖罐1內(nèi)對糖液取樣、樣品稀釋后稱重、取得稱重數(shù)據(jù)信息、把取樣的糖液回收到罐內(nèi)、數(shù)據(jù)處理、得出糖液比重、對照《糖液錘度及相應(yīng)比重對照表》給出糖液錘度值，對照《糖液錘度溫度補償表》給出的錘度補償值，得出最終錘度值，并在計算機屏幕上顯示出各測量錘度值及其曲線圖。根據(jù)測得的錘度值計算機會根據(jù)檢測得到的糖液溫度對照《純蔗糖溶解度》表相應(yīng)的數(shù)字，利用過飽和度的計算公式得出過飽和度值，在計算機屏幕上顯示。
圖2所示，是圖1中檢測器3的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖中可知，檢測器3包括與煮糖罐1內(nèi)側(cè)相通的方形采樣管2、刮料氣缸8、刮料器推桿9、方形刮料器10、方斗狀采樣容器11、采樣容器推桿12、采樣氣缸13、熱水管閥14、熱水管15、稱重傳感器16及其支座17、稱重容器18及其排料閥19、回收管7及其閥20和檢測器3的外殼21。其中，采樣裝置包括采樣方管2、采樣容器11、刮料氣缸8和刮料器10構(gòu)成，其中，方形采樣容器11的外形尺寸與方形采樣管2的內(nèi)側(cè)尺寸相應(yīng)，兩者為過渡配合，即方形采樣容器11可在方形采樣管2中靈活進出，從煮糖罐1中取出糖液樣品檢測。采樣容器11為上下無蓋無底的方形管狀體，內(nèi)空容積為500～1500毫升，其前后(在圖2中是左右)兩側(cè)壁22和23的壁厚為3～5厘米，可作定位之用。后側(cè)壁23的外側(cè)面與采樣推拉桿12的一端固定聯(lián)接，推拉桿12的另一端伸在采樣氣缸13內(nèi)并受其控制，氣缸13可通過推拉桿12將采樣容器11推入煮糖罐1中和拉出來。前側(cè)壁22在取出樣品后停在采樣方管2外口邊上，使容器11的內(nèi)側(cè)完全置在稱重容器18上口的上方，讓取出的樣品能完全落在稱重容器18中。在采樣容器11的內(nèi)側(cè)上方，設(shè)有可上下運動的方形刮料器10，該刮料器10的外形面尺寸與容器11內(nèi)側(cè)的尺寸相應(yīng)，能在容器11的內(nèi)側(cè)及上方靈活上下運動，可將滯留在容器11內(nèi)側(cè)的糖液刮落入稱重容器18中。刮料器10的上面與刮料推拉桿9的一端固定聯(lián)接，推拉桿9的另一端伸在刮料氣缸8內(nèi)并受其控制，氣缸8可通過推拉桿9把刮料器10推下拉上，在采樣容器11中作刮料運動。采樣裝置的采樣方法為采樣氣缸13通過推桿12推動采樣容器11進入采樣方管2和煮糖罐1后，如圖2中的虛線框所示，容器11不能完全進入糖罐1，保持余有2厘米的后壁23在采樣方管2內(nèi)口上，作為采樣容器11的定位，退回亦然。等糖液填充滿采樣容器11內(nèi)空后，一般為幾秒鐘，采樣容器11后退，采樣方管2內(nèi)沿四周將采樣容器11上多余的糖液抹除，可以保證每次采樣容器11采到的糖液樣品的容量都能和采樣容器11內(nèi)空體積相同。采樣氣缸13使推拉桿12往回縮，采樣容器11回到采樣管2外口邊原來位置，前壁22有約2厘米的定位位置，采樣容器11內(nèi)的糖液自然掉入稱重容器18內(nèi)。刮料器缸8使其中的刮料推桿9帶動刮料器10往下運動將采樣容器11內(nèi)壁上滯留的糖液刮進稱重容器18內(nèi)。刮料器缸8通過推桿9使刮料器10往上回縮，采樣裝置可進入下一次采樣過程。
在圖2中，采樣裝置的下方設(shè)有稱重裝置，該稱重裝置包括稱重傳感器16及其支座17、稱重容器18及其排料閥19以及回收管7及其控制閥。其中，稱重容器18的上口設(shè)在采樣容器11的下方，下端為斗狀，其出口上設(shè)有排料閥19并與回收管7相通，在回收管7上也設(shè)有回收管閥20，控制與煮糖罐1相通的管道7。稱重傳感16設(shè)在稱重容器18的外側(cè)邊上，當(dāng)稱重容器18裝物受力下沉后，傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的向下位移，這個位移電壓信號經(jīng)線路6傳給控制器4，控制器4對該信號進行放大、A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換后再傳送給計算機5處理。傳感器16是現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品，在市場上可選購到。為了能夠很好地在容器18中稀釋通過采樣裝置取出的糖液樣品和排出該樣品，在稱重容器18上方還設(shè)置了輸送熱水來的水管15及其控制閥14。可先在稱重容器18中注入一定量的70～90度的熱水，待糖液進入后能迅速溶解稀釋，以及能將糖液順暢排回到煮糖罐1中，防止糖液粘滯在稱重容器18的內(nèi)壁上。
采樣裝置和稱重裝置組成檢測器3，每個煮糖罐配置一個或二個，而控制器4和計算機5可同時控制多個煮糖罐。
在上述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，還應(yīng)包括檢測罐1內(nèi)糖液溫度的溫度傳感器及其輸給計算機和控制器數(shù)據(jù)信息的線路、殼體23的支承架、稱重容器19的支承架、采樣氣缸14和熱水管15的定位和動力結(jié)構(gòu)等，熱水管閥14、排料閥19和回收管閥20為氣動閥，所有氣缸和氣動閥受到電磁閥的控制，各電磁閥與控制器和計算機之間的連線在圖2中也沒標(biāo)出，但在實際結(jié)構(gòu)中是有的。其中，溫度傳感器和氣動閥、電磁閥為現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品，在市場上可選購到。
本發(fā)明系統(tǒng)的具體實施和使用方法為(1)事先做好稱重檢測器、控制器制作，完成計算機運行軟件的編制工作，演示整套系統(tǒng)的運行測試。
(2)在蒸煮糖罐1下端的罐側(cè)壁割開與采樣管2外尺寸相當(dāng)?shù)目谧?，以及在該口子的下方相?yīng)處的罐壁上也設(shè)一個與回收管7相應(yīng)的透孔。安裝檢測器3，用焊接或螺釘方式將采樣管2和回收管7與煮糖罐1密封固定聯(lián)接。在蒸煮糖罐1下端的罐側(cè)壁上鉆一個與溫度傳感器大小相同小孔，將溫度傳感器伸進去并固定密封好。將計算機5和控制器4放在控制室內(nèi)，連接好系統(tǒng)之間的線路和所需的電、氣線路管道。
(3)安裝工作完成后，接通所有電、氣路，打開計算機開關(guān)，讓計算機工作，點擊屏幕上“糖液濃度和過飽和度檢測系統(tǒng)”，窗口打開，根據(jù)畫面顯示，先人工輸入采樣容器的容量值、糖液純度，輸入各氣動或電動執(zhí)行機構(gòu)開關(guān)的時間量，經(jīng)確認(rèn)后計算機貯存。砝碼校準(zhǔn)用1000g標(biāo)準(zhǔn)砝碼放在稱重容器砝碼校準(zhǔn)板上，經(jīng)計算機去皮重，人為輸入標(biāo)定值為1000g，卸下砝碼，重量顯示值為000.0g，人為確認(rèn)后計算機貯存相應(yīng)數(shù)據(jù)。
(4)點擊窗口上“自動運行”，整套系統(tǒng)就可以根據(jù)計算機事先編好存入的程序周而復(fù)始自動工作了。每次糖液濃度和過飽和度的檢測工作過程為首先采樣氣缸13推動采樣容器11進入煮糖罐1內(nèi)，熱水管閥14打開，熱水進入稱重容器18；得到設(shè)定的熱水重量值后，計算機指令關(guān)閉熱水管閥14，計算機開始采集、處理并貯存熱水重量值；采樣氣缸13將采樣容器11收縮復(fù)位，采樣容器11內(nèi)糖液落下稱重容器18內(nèi)，幾秒鐘后刮料氣缸8往下推動刮料器10將采樣容器11內(nèi)壁粘附的糖液刮入稱重容器18中。然后刮板氣缸8將刮料器10收縮復(fù)位。計算機5采集和處理糖液重量信號、得出糖液熱水混合體重量值，經(jīng)計算機進行數(shù)據(jù)處理，顯示出糖液錘度值、過飽和度值和檢測過程錘度曲線圖。計算機指令打開排料和回收管道閥19和22，煮糖罐1因為負(fù)壓將稱重容器18內(nèi)的物料經(jīng)回收管道7吸入。等待下一次檢測。
例如，煮糖罐內(nèi)糖液溫度為56度，純度為85％，采樣容器11的容積為1050ml，其取出的糖液的樣品也為1050m1，放入稱重容器18中，注入稱重容器18的熱水重量值為1020.0g，糖液和熱水混合體的重量值為2523.0g.
糖液凈重量為2523.0g-1020.0g＝1503.0g糖液比重值為1503.0÷1050＝1.43經(jīng)對照《液體錘度及相應(yīng)比重值對照表》，比重值為1.43相對應(yīng)的錘度值為82.9BX，加上對照《糖液錘度溫度補償表》，56度溫度錘度補償值為2.8BX，最終得出的錘度值為85.7BX。BX-錘度值代號。
P——表示被測糖液的純度(假如為85％)Bx——表示被測糖液的錘度糖液溫度為56度，對照《純糖溶液蔗糖溶解度》表溶解度為2.758經(jīng)計算得出過飽和度值為1.847。
權(quán)利要求
1.一種煮糖糖液錘度和過飽和度在線自動檢測系統(tǒng)，它包括煮糖罐(1)、控制器(4)和計算機(5)，其特征在于還包括從所述煮糖罐(1)中取出固定容積糖液的采樣裝置；含稱重容器(18)和稱重傳感器(16)，可稱量出采樣裝置所取糖液重量的稱重裝置，該糖液的重量信號輸給計算機(5)處理；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煮糖糖液錘度和過飽和度在線自動檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的采樣裝置還設(shè)有包括刮料器(10)的刮料清理裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煮糖糖液錘度和過飽和度在線自動檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的稱重裝置還設(shè)有包括熱水輸入管(15)的熱水稀釋和清潔裝置。
4.一種煮糖糖液錘度和過飽和度在線自動檢測的方法，其特征在于它包括以下各步驟(1)設(shè)置一個可從煮糖罐中取出固定容積糖液的采樣裝置；(2)設(shè)置一個可稱量出采樣裝置所取糖液重量，并將該重量信號傳輸給計算機處理的稱重裝置；(3)編制相應(yīng)的計算機運算和運行程序，并將《糖液錘度及相應(yīng)比重對照表》、《純糖溶液蔗糖溶解度表》輸入計算機中貯存；(4)將采樣裝置中的固定取出糖液的容積也輸?shù)接嬎銠C中貯存；(5)用標(biāo)準(zhǔn)砝碼標(biāo)定，作為重量的標(biāo)準(zhǔn)值貯存，將稱重裝置中的稱重容器及其附加物的重量設(shè)為零，以便直接檢測到糖液的凈重量；(6)設(shè)置能接受計算機發(fā)出指令，按指令執(zhí)行控制采樣裝置和稱重裝置及其相應(yīng)結(jié)構(gòu)的控制器；(7)計算機每次對照糖罐內(nèi)糖液錘度檢測的控制過程依序包括在稱重容器中加入熱水、稱水重、取糖液樣、樣品稀釋、稱糖液重、取得樣品稱重數(shù)據(jù)、糖液回收、數(shù)據(jù)處理、得出糖液比重、對照《糖液錘度及相應(yīng)比重對照表》，給出糖液錘度值，加上對照《糖液錘度溫度補償表》給出錘度補償值，得出最終錘度值；再對照《純糖溶液蔗糖溶解度表》，得出過飽和度值；并在計算機屏幕上顯示出各檢測錘度值、過飽和度值以及錘度曲線圖；(8)根據(jù)測得的錘度值和即時溫度，計算機通過查詢同溫度下《純蔗糖溶解度》表相應(yīng)的數(shù)字，利用過飽和度的計算公式得出過飽和度值，在計算機屏幕上顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述煮糖糖液錘度和過飽和度在線自動檢測的方法，其特征在于所述的稀釋采用了在稱重容器里預(yù)先加入熱水待糖液進入溶釋的方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煮糖糖液錘度及其過飽和度在線自動檢測系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括采樣裝置和稱重裝置構(gòu)成的檢測器、溫度傳感器、控制器和計算機，該系統(tǒng)測量范圍廣、可檢測煮糖生產(chǎn)全過程糖液錘度值和過飽和值；測量精度高，安全可靠，操作簡單，維護方便；一套系統(tǒng)可多點檢測；能快速、即時、全面反映出煮糖罐糖液濃度的真實性；全自動檢測系統(tǒng)，只需人工設(shè)定，檢測過程無須人工操作。該方法能使操作人員能夠了解到煮糖罐內(nèi)的糖液濃度及變化情況，根據(jù)糖液濃度的變化，操作工作可以量化操作，效率高。更主要可為開發(fā)計算機監(jiān)控自動煮糖系統(tǒng)操作提供基礎(chǔ)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)管理，代替目前傳統(tǒng)的人工操作生產(chǎn)。
文檔編號G01N9/02GK1632513SQ20041006146
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者溫武才 申請人:溫武才