CN101393154A - 一种微量糖分的检测装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微量糖分的检测装置及其方法，该检测装置包括单片机控制模块、数码显示模块、温度检测模块、电导率检测模块，所述数码显示模块、温度检测模块及电导率检测模块分别与单片机控制模块相连接；其检测方法包括下述步骤：(1)测量含糖冷凝水的温度及电导率；(2)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，将所测量的温度及电导率代入公式计算得到水的含糖量。本发明可以实现在线测量微量糖分，提高了检测的精度和效率，不仅解决了目前甘蔗汁水分蒸发形成的冷凝水再次利用的安全性问题，提高水的利用率和回收热能，也减轻了冷凝水排放的污染，环保效果好。

Description

一种微量糖分的检测装置及其方法
技术领域
本发明涉及电子类的测量技术领域，具体是指一种微量糖分的检测装置及其方法。
背景技术
在制糖生产过程中，常用锅炉产生的蒸汽将甘蔗汁中的水分蒸发，为了节约能源，需要将从甘蔗汁中蒸发出来的蒸汽，继续去蒸发其他甘蔗汁中的水分，这些被用来再次蒸发水分的来自甘蔗汁水分的蒸汽，被冷凝下来后形成冷凝水，这些冷凝水要求被送到锅炉去继续产生蒸汽，由于这些来自甘蔗汁水分的蒸汽，其中会含有微量的糖分，当含糖量超标的冷凝水进入锅炉，轻则引起停产事故，重则引起严重安全事故，因此必须对这些将要被送入锅炉的冷凝水进行含糖量的检测。
目前，对这些冷凝水进行含糖量的检测基本上是依赖人工测量，其过程如下：取样10毫升冷凝水，往里面加入0.5毫升盐酸，加热10-20分钟后，加入显色剂通过与标准颜色比对，大致得到测量值。标准颜色分为12个档次，颜色的深浅分别代表不同的含糖量。从4万分之一到5千分之一。因此人工测量的精度是较低的。人工进行一次冷凝水的含糖量测量，需要约10-20分钟的时间，每隔20-30分钟测量一次，而且其测量精度只能达到30％-50％，如果按一般糖厂用锅炉的蒸发量每小时60-90吨计算，当人工测量发现冷凝水的含糖量超标时，已经有超过5吨的冷凝水进入了锅炉，因而现有的操作方式既不安全也不准确。所以，为了确保锅炉运行的安全，许多糖厂都宁愿将来自甘蔗汁水分蒸发形成的冷凝水排放掉，但是由于冷凝水的量很大同时具有一定的温度(每小时超过50吨，温度接近100度)，这样操作亦使糖厂产生大量的污水排放，同时也浪费了大量能源。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可替代人工检测操作，测量速度快、精度高，自动化程度高，可有效地实现节能减排的微量糖分的检测装置。
本发明的另一目的在于提供一种由上述装置实现的微量糖分的检测方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现：一种微量糖分的检测装置，包括单片机控制模块、数码显示模块、温度检测模块、电导率检测模块，所述数码显示模块、温度检测模块及电导率检测模块分别与单片机控制模块相连接。
所述单片机控制模块包括单片机芯片、模数转换模块，模数转换模块与单片机芯片相连接，所述温度检测模块、电导率检测模块分别与模数转换模块相连接，所述单片机芯片与数码显示模块相连接。所述单片机芯片可采用型号为ATMEL8952的芯片；所述模数转换模块可采用型号为ADC0809的芯片。
所述温度检测模块包括温度传感器、直流恒流电路和精密直流放大电路；所述温度传感器通过直流恒流电路与精密直流放大电路相连接；所述精密直流放大电路与单片机的输入端相连接。
所述电导率检测模块包括电导电极、高阻抗电导率输入电路、高稳定度交流稳压电路、精密整流电路、精密直流电压放大电路，所述电导电极、高稳定度交流稳压电路分别与高阻抗电导率输入电路输入端相连，所述精密整流电路输入端与高阻抗电导率输入电路输出端相连，精密整流电路的输出端与精密直流电压放大电路输入端相连，精密直流电压放大电路输出端与单片机控制模块相连。
所述数码显示模块可由三组数码管组成；分别显示冷凝水糖分含量、温度及糖分含量报警值。
一种由上述装置实现的通过测量水的温度和电导率来检测水中微量糖分的方法，包括下述步骤：
(1)测量含糖冷凝水的温度及电导率；
(2)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，将所测量的温度及电导率代入以下公式计算得到水的含糖量：
L＝A*TD2+B*D/T+C；
上式中：L-水含糖量
T-水温度
D-水电导率
A、B、C-曲线拟合常数，其取值范围如下：
A为(0.1-0.25)
B为(1-1.5)
C为(2-5)
步骤(1)中，测量含糖冷凝水的温度具体为利用浸在水中的温度传感器在不同温度下具有不同的电阻，温度越高电阻越大这一特点，通过恒流电路将电阻的变化转变成电压的变化，并且通过精密直流放大电路将其放大约几百倍。最终将水的温度的变化转变成电压的变化，将这个电压送到单片机控制模块的模数转换输入端，经过数字处理成为与温度相对应的二进制数字，用它可以通过数码管显示温度的数值，也可以进行计算。
步骤(1)中，测量含糖冷凝水的电导率具体为利用浸在水中的电导电极将水的电导率转换成相对应的交流电压值，整流后，用精密直流电压放大电路将其放大几十到上百倍，送到计算机的模数转换输入端，经过数字处理成为与冷凝水电导率相对应的二进制数字，通过电导率与温度计算出含糖量。
本发明的作用原理是：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的客观规律，通过单片机控制技术，构造一种在线测量设备，代替人工对冷凝水的含糖量进行测量，实现对含糖冷凝水微量糖分的实时不间断精确测控。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)通过实现在线测量，每进行一次测量只需不到1秒的时间，不仅提高测量的效率和准确度，也大大减轻了操作人员的劳动强度，节省了劳动成本，智能化程度明显提高；
(2)操作安全可靠，通过持续对水的含糖量及时快速的测量，一旦发现水的含糖量将要超标时，可以及时提示并自动关闭阀门，有效避免事故发生，保证生产的安全稳定性；
(3)采用本技术可以避免现有技术中大量污水排放的浪费现象，有利于节省资源，提高水的利用率和回收热能，同时也减少了环境污染，环保效果好。
附图说明
图1是本发明微量糖分检测装置的结构示意图；
图2是图1中的单片机控制模块、数码显示模块的结构示意图。
图3是图1中的温度检测模块的结构示意图；
图4是图3所示温度检测模块的电路图；
图5是图1中的电导率检测模块的结构示意图；
图6是图5所示电导率检测模块的电路图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
图1—图4示出了本发明的具体结构，由图1可见，本微量糖分的检测装置包括单片机控制模块、数码显示模块、温度检测模块、电导率检测模块，所述数码显示模块、温度检测模块及电导率检测模块分别与单片机控制模块相连接。由图2可见，所述单片机控制模块包括单片机芯片、模数转换模块，模数转换模块与单片机芯片相连接，所述温度检测模块、电导率检测模块分别与模数转换模块相连接，所述单片机芯片与数码显示模块相连接；所述数码显示模块由三组数码管组成；分别显示冷凝水糖分含量、温度及糖分含量报警值。所述单片机芯片可采用型号为ATMEL8952的芯片；所述模数转换模块可采用型号为ADC0809的芯片。
由图3可见，所述温度检测模块包括温度传感器(PT100)、直流恒流电路和精密直流放大电路；所述温度传感器通过直流恒流电路与精密直流放大电路相连接；所述精密直流放大电路与单片机控制模块相连接。所述温度检测模块的具体电路图见图4。
由图5可见，所述电导率检测模块包括电导电极、高阻抗电导率输入电路、高稳定度交流稳压电路、精密整流电路、精密直流电压放大电路，所述电导电极、高稳定度交流稳压电路分别与高阻抗电导率输入电路输入端相连，所述精密整流电路输入端与高阻抗电导率输入电路输出端相连，精密整流电路的输出端与精密直流电压放大电路输入端相连，精密直流电压放大电路输出端与单片机控制模块相连。所述电导率检测模块的具体电路图见图6。
由上述装置实现的通过测量水的温度和电导率来检测水中微量糖分的方法，包括下述步骤：
(1)测量含糖冷凝水的温度及电导率；
(2)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(具体见图5)，将所测量的温度及电导率代入以下公式计算得到水的含糖量：
L＝A*TD2+B*D/T+C；
上式中：L-水含糖量
T-水温度
D-水电导率
A、B、C-曲线拟合常数，其取值范围如下：
A为(0.1-0.25)
B为(1-1.5)
C为(2-5)
步骤(1)中，测量含糖冷凝水的温度具体为利用浸在水中的温度传感器(PT100)在不同温度下具有不同的电阻，温度越高电阻越大这一特点，通过直流恒流电路将电阻的变化转变成电压的变化，并且通过精密直流放大电路将其放大约几百倍。最终将水的温度的变化转变成电压的变化，将这个电压送到单片机控制模块的模数转换模块，经过数字处理成为与温度相对应的二进制数字，用它可以通过数码显示模块的数码管显示温度的数值，也可以进行计算。
步骤(1)中，测量含糖冷凝水的电导率具体为利用浸在水中的电导电极将水的电导率转换成相对应的交流电压值，经精密整流电路整流后，用精密直流电压放大电路将其放大几十到上百倍，送到单片机控制模块的模数转换模块，经过数字处理成为与冷凝水电导率相对应的二进制数字，即可利用步骤(2)中的公式，通过电导率与温度计算出含糖量。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种微量糖分的检测装置，其特征在于：包括单片机控制模块、数码显示模块、温度检测模块、电导率检测模块，所述数码显示模块、温度检测模块及电导率检测模块分别与单片机控制模块相连接。
2、根据权利要求1所述的微量糖分的检测装置，其特征在于：所述单片机控制模块包括单片机芯片、模数转换模块，模数转换模块与单片机芯片相连接，所述温度检测模块、电导率检测模块分别与模数转换模块相连接，所述单片机芯片与数码显示模块相连接。
3、根据权利要求2所述的微量糖分的检测装置，其特征在于：所述单片机芯片型号为ATMEL8952；所述模数转换模块是型号为ADC0809的芯片。
4、根据权利要求1所述的微量糖分的检测装置，其特征在于：所述温度检测模块包括温度传感器、直流恒流电路和精密直流放大电路；所述温度传感器通过直流恒流电路与精密直流放大电路相连接；所述精密直流放大电路与单片机控制模块相连接。
5、根据权利要求1所述的微量糖分的检测装置，其特征在于：所述电导率检测模块包括电导电极、高阻抗电导率输入电路、高稳定度交流稳压电路、精密整流电路、精密直流电压放大电路，所述电导电极、高稳定度交流稳压电路分别与高阻抗电导率输入电路输入端相连，所述精密整流电路输入端与高阻抗电导率输入电路输出端相连，精密整流电路的输出端与精密直流电压放大电路输入端相连，精密直流电压放大电路输出端与单片机控制模块相连。
6、根据权利要求1所述的微量糖分的检测装置，其特征在于：所述数码显示模块由三组数码管组成；分别显示冷凝水糖分含量、温度及糖分含量报警值。
7、一种由权利要求1—6任一项所述装置实现的微量糖分的检测方法，包括下述步骤：
(1)测量含糖冷凝水的温度及电导率；
(2)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，将所测量的温度及电导率代入以下公式计算得到水的含糖量：
L＝A*TD2+B*D/T+C；
上式中：L-水含糖量
        T-水温度
        D-水电导率
        A、B、C-曲线拟合常数，其取值范围如下：
        A为0.1-0.25
        B为1-1.5
        C为2-5。
8、根据权利要求7所述的微量糖分的检测方法，其特征在于：步骤(1)中，测量含糖冷凝水的温度具体为利用浸在水中的温度传感器在不同温度下具有不同的电阻，温度越高电阻越大这一特点，通过恒流电路将电阻的变化转变成电压的变化，并且通过精密直流放大电路将其放大约几百倍，最终将水的温度的变化转变成电压的变化，将这个电压送到单片机控制模块的模数转换输入端，经过数字处理成为与温度相对应的二进制数字，通过数码管显示温度的数值或进行计算。
9、根据权利要求7所述的微量糖分的检测方法，其特征在于：步骤(1)中，测量含糖冷凝水的电导率具体为利用浸在水中的电导电极将水的电导率转换成相对应的交流电压值，整流后，用精密直流电压放大电路将其放大几十到上百倍，送到计算机的模数转换输入端，经过数字处理成为与冷凝水电导率相对应的二进制数字，然后通过步骤(2)进行计算。
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