CN101979492B - 实验室白酒勾调装置及电磁阀选择方法 - Google Patents

Abstract

为了解决在实验室制备酒样过程中存在的基础酒和浆的取量误差大、效率低的问题，本发明提供了一种实验室白酒勾调装置，包括勾调酒容器及向勾调酒容器注入基础酒或浆的原料容器，原料容器上设置向勾调酒容器注入基础酒或浆的注入管道，所述注入管道上设置有电磁阀；还包括称量勾调酒容器及该容器内勾调酒的称重仪，称重仪与控制器电连接；所述控制器还与所述电磁阀电连接。本发明还提供了实验室白酒勾调装置电磁阀的选择方法。本发明可广泛应用于白酒行业的实验室勾调过程。

Description

实验室白酒勾调装置及电磁阀选择方法

技术领域

本发明涉及一种实验室装置，特别是一种实验室用液体小流量控制装置。

背景技术

现代白酒的生产工艺过程中勾兑和调味(以下简称勾调)是一个至关重要的环节，这一环节是将多种基础酒和浆进行调配，调配出的酒样在满足了目标酒的品质风格的同时，保留了各基础酒好的感官指标而平抑了不好的感官指标。只有调配出的酒样经过品酒师的鉴定并确定了该酒样的配方(基础酒和浆的配比)后，才可以将配方下达给生产车间进行批量生产。

勾调的过程需要根据初步配方先在实验室调配出酒样，对酒样进行品尝鉴定后往往需要再调整配方，然后再根据新的配方调配出新酒样，直到得到合格的酒样和相应的配方。在实验室进行的这一反复调配酒样的勾调过程，常常需要反复制备少量的酒样。由于酒样数量少，所需各基础酒和浆的量就更少，往往是几十毫克到几百毫克的量级，这在实际操作中带来的一个问题就是很难准确地获得适量的基础酒和浆。为了能够得到适量的基础酒，常常采用人工方法，即用注射用针头抽取基础酒。这虽然在一定程度上保证了获取基础酒量的精度，但人工操作带来的误差常常难以避免，且效率非常低。

发明内容

为了解决在实验室制备酒样这一勾调过程中存在的基础酒和浆的取量误差大、效率低的问题，本发明提供了一种实验室白酒勾调装置。

本发明的另一个目的是提供一种选择上述白酒勾调装置中电磁阀的方法。

本发明的技术方案如下：

实验室白酒勾调装置，包括勾调酒容器(酒样在调配完毕以前称勾调酒)及向勾调酒容器注入基础酒或浆的原料容器，原料容器上设置向勾调酒容器注入基础酒或浆的注入管道，所述注入管道上设置有电磁阀；还包括称量勾调酒容器及该容器内勾调酒的称重仪，称重仪与控制器电连接；所述控制器还与所述电磁阀电连接。

所述实验室白酒勾调装置还包括与所述控制器电连接的计算机。

所述原料容器在重力方向上设置于勾调酒容器的上方。

所述实验室白酒勾调装置还包括向所述计算机、控制器、称重仪和电磁阀供电的不间断电源。

实验室白酒勾调装置电磁阀选择方法，已知目标电磁阀应当具有的质量流量w和每一次开关的最小流出量a，包括如下步骤：

A、根据如下公式计算目标电磁阀的流通系数C_V1：

$C_{V1}=\frac{w}{2.73F_P\sqrt{(P_1-P_2)\mathrm{\γ}}}$

其中，

w——通过电磁阀的质量流量；

P₁——电磁阀前绝对压力；

P₂——电磁阀后绝对压力；

γ——流体膨胀系数；

F_P——管道几何系数，

F_P由下式得到：

$F_P={[1+\frac{\mathrm{\ΣK}}{0.00214}{\left(\frac{C_V}{d^2}\right)}^2]}^{-1/2}$

其中，

C_V——初选电磁阀在100％开度下的流通系数；

d——初选电磁阀设计口径；

∑K＝K₁+K₂+K_B1-K_B2

K₁——阀前组件阻力系数；

K₂——阀后组件阻力系数；

K_B1——阀入口伯努利系数；

K_B2——阀出口伯努利系数；

B、根据步骤A得到的C_V1，选择相应的电磁阀，该电磁阀的C_V与C_V1在精度范围内相等；

C、对步骤B选出的电磁阀进行进一步的测试，测量电磁阀开关一次最小流出量是否小于等于a，如果是则选择该电磁阀。

基础酒或浆利用重力通过所述电磁阀，根据原料容器底部到所述电磁阀之间的垂直距离h，通过如下公式

得到通过电磁阀的流速v，进而换算出w；在步骤A中在h范围内选择若干个值，对应得到若干个w；相应选择若干个电磁阀进行步骤C的测试。

步骤A中电磁阀的出口和入口口径相同，则

$\mathrm{\ΣK}=1.5{(1-\frac{d^2}{D^2})}^2$

其中，

D——基础酒或浆进入电磁阀前管道内径。

本发明的技术效果：

本发明的实验室白酒勾调装置通过控制器控制电磁阀的开关，可以通过准确的控制电磁阀的开关时间控制基础酒或浆向勾调酒容器的注入量，提高了基础酒或浆的注入量的精度。另外，本发明还设置一称重仪，称重仪称量勾调酒容器(也包含其中的勾调酒)的重量，称重仪还与控制器电连接，称重仪称得的勾调酒容器的重量增量就是当前输入的基础酒的量，这可以从重量的角度对基础酒或浆的注入量进行测量，如果称重仪测得的勾调酒的增量少于需要的量，可以再次开通相应原料容器的电磁阀进行注入，直到注入量合格。通过双重的对注入量的控制，实现了本发明的目的。

在上述实验室白酒勾调装置中电磁阀的选择非常关键，特别是在基础酒取量少，精度要求高的情况下更是如此。在实验室条件下勾调白酒会面临如下具体问题：勾调时间不能过长，过长的话勾调酒会挥发，造成实验结果不准确；向勾调酒容器注入基础酒或浆的最小量(即一滴的量)要符合精度要求，且该最小量能够持续、稳定地提供。采用本发明的选择方法选择的电磁阀能够解决上述问题，且成本较低。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明实验室白酒勾调装置中电磁阀选择方法的流程图。

图中标识说明如下：

1、原料容器；2、电磁阀；3、注入管道；4、勾调酒容器；5、称重仪；6、控制器；7、计算机。

具体实施方式

结合图1对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明的实验室白酒勾调装置包括一个勾调酒容器4和若干个原料容器1。每个原料容器1装载一种基础酒或浆，勾调酒容器4装载勾调酒。每个原料容器1上设置有通向勾调酒4的注入管道3，基础酒或浆通过注入管道3流向勾调酒容器4。注入管道3上设置有电磁阀2。勾调酒容器4放置在称重仪5上。称重仪5能够以较高的精度获得勾调酒容器4(包括其中的勾调酒，以下同)的重量，并将这一重量数据形成信号。称重仪5与控制器6电连接，称重仪5与控制器6之间采用串行通讯。控制器6为可编程控制器。控制器6还与电磁阀2电连接，向电磁阀2发送控制信号。控制器6还与计算机7通过PC/PPI电缆连接，计算机7能够向控制器6发出信号指令。

为了实现原料容器1中的基础酒或浆顺利向勾调酒容器4注入，将原料容器1在重力方向上设置在勾调酒容器4的上方，这样基础酒或浆会在重力作用下流向勾调酒容器4。当然，也可以通过在原料容器中加压的方式促使基础酒或浆进行上述流动，施加的压力可以保持恒定，这样更容易控制基础酒或浆的注入量(注入到勾调酒容器4的量，以下同)。相比较而言，采用图1所示利用重力使基础酒或浆流向勾调酒容器4这一方案的成本更低。

实验室白酒勾调装置还包括不间断电源(图1中未标示)，不间断电源向计算机7、控制器6、称重仪5和电磁阀2供电，以消除电压波动和突然断电造成损失。

以下对本发明实验室白酒勾调装置的工作过程进行说明。

称重仪5测量勾调酒容器的重量A并将这一数据发送给控制器6。控制器6根据勾调酒的初始配方逐一开启相应原料容器1对应的电磁阀2，通过控制电磁阀的开启时间确定基础酒或浆的注入量。一种基础酒或浆的注入量达到初始配方的要求，控制器6发出控制信号关闭电磁阀2。电磁阀2关闭一定时间后，也就是勾调酒容器4中的液体稳定不至于引起动态误差时，称重仪5测量出勾调酒容器4的重量B。重量B与重量A的差即为这一次基础酒或浆的实际注入量，如果该实际注入量与初始配方有偏差，则控制器6再次开启相应的电磁阀2以最小注入量方式逐次注入基础酒或浆以减小上述偏差。上述过程会重复若干次，直到基础酒或浆的实际注入量符合初始配方的要求。

完成所有基础酒或浆的注入后，则获得了符合初始配方的勾调酒，该勾调酒供鉴定用。

通过计算机7可以输入初始配方，这样不同的勾调酒配方可以重复应用本发明的实验室白酒勾调装置。

本发明的实验室白酒勾调装置也可以进行如下的手动操作：手动开关电磁阀2，并结合称重仪5测定的重量数据重复开关电磁阀，使得基础酒或浆的注入量符合配方的要求。

图1所示实施例中控制器6选用西门子S7-200CPU。

图2简略示出了本发明实验室白酒勾调装置中电磁阀选择方法的程序，以下结合实例对这一方法进行详细说明。

本发明优选重力法方案实现向勾调酒容器输送基础酒或浆，即原料容器(承载基础酒或浆)在重力方向上位于勾调酒容器的上方。这一方案的成本比较低，本部分以下的论述与说明均以此方案为基础。

对于本发明的实验室白酒勾调装置，在选择电磁阀时要考虑勾调酒的量和勾调的时间，以及勾调精度(即电磁阀稳定流出一滴的量)。假定实验室白酒勾调装置设计要求如下：勾调酒的量为2000克(假定基础酒或浆的密度与水的密度相同)，勾调时间(即基础酒或浆向勾调酒容器注入、称重仪称重直至得到目标勾调酒的时间)小于20分钟，勾调精度小于1‰。

根据上述设计要求，得到勾调速度，即勾调量/勾调时间，由于勾调过程中需要暂停注入基础酒或浆，以便称重仪能够得到准确的勾调酒重量数据，因此，需要在20分钟的时间内留出6种基础酒和浆的暂停时间。具体勾调速度的计算结果是：2000/(20-6)＝142克/分钟＝2.4克/秒。实验室空间较小，原料容器底部到电磁阀之间在重力方向上的垂直距离为500～1200毫米之间，而根据经验，原料容器到电磁阀的管道内径可选择6毫米。根据流体力学经验公式

可获得6毫米管道内水的高度500～1200毫米时，管道出口流速在3.05～4.7米/秒之间，可知，当管道内径为6毫米时流量在86～132克/秒之间，若考虑到阀和管道的阻力以及白酒的黏度影响，内径6毫米的管道在高度为500～1200时的实际流量要小于86～132克/秒，但大于2.4克/秒，由此可以确定，管道内径为6毫米时满足勾调时间小于20分钟的要求。

勾调精度要求小于1‰，采用重力法方案时最小控制量为一滴，根据经验，在6毫米管道上的一滴白酒约为100毫克左右，若勾调量为2000克时，相对误差为0.05‰，满足精度小于1‰的要求。

(1)在得到勾调速度后，根据如下公式计算目标电磁阀的流通系数C_V1：

$C_{V1}=\frac{w}{2.73F_P\sqrt{(P_1-P_2)\mathrm{\γ}}}---\left(1\right)$

其中，

w——通过电磁阀的质量流量，即勾调速度，单位kg/h；

P₁——电磁阀前绝对压力，原料容器到电磁阀的管道内压力，单位kPa，可测量得到；

P₂——电磁阀后绝对压力，实验室内大气压，单位kPa，可测量得到；

γ——流体膨胀系数；

F_P——管道几何系数。

F_P由下式得到：

$F_P={[1+\frac{\mathrm{\ΣK}}{0.00214}{\left(\frac{C_V}{d^2}\right)}^2]}^{-1/2}$

其中，

C_V——初选电磁阀在100％开度下的流通系数，即根据经验初步选择的一些电磁阀的流通系数；

d——初选电磁阀设计口径，即根据经验初步选择的一些电磁阀的口径；

∑K＝K₁+K₂+K_B1-K_B2

K₁——阀前组件阻力系数；

K₂——阀后组件阻力系数；

K_B1——阀入口伯努利系数；

K_B2——阀出口伯努利系数。

当电磁阀出口和入口管径一致时，K_B1-K_B2＝0，所以，

$\mathrm{\ΣK}=K_1+K_2+K_{B1}-K_{B2}=\mathrm{\ΣK}=K_1+K_2=1.5{(1-\frac{d^2}{D^2})}^2$

D——基础酒或浆进入电磁阀前管道内径，即原料容器到电磁阀的管道内径，根据前述选择，为6毫米。

在原料容器底部到电磁阀之间在重力方向上的垂直距离范围内(500～1200毫米之间)选择高、中、低三个不同高度，得到三个不同的w，从而得到三个不同的C_V1。

(2)根据得到的三个不同的C_V1，从现有电磁阀中选择100％开度下的流通系数与此相当的电磁阀，选择的电磁阀的100％开度下的流通系数与C_V1之间的差异在一定精度范围内，这一精度范围可以根据实际情况确定，如果范围较大，则选择的电磁阀较多，测试的工作量比较大。

验证前一步所选电磁阀本发明勾调装置的实际流量，如果实际流量大于2.4克/秒，则可以选择该电磁阀。

(3)对(2)选择的电磁阀进行进一步的精度测定，即电磁阀最小开关周期下能否稳定地滴出一滴基础酒或浆，如果可以，则选择该电磁阀。

(4)步骤(3)选择的电磁阀为目标电磁阀。

本实施例采用了ASCO 8262G12电磁阀。

本实施例最后验证结果如下：当原料容器到电磁阀的管道内径为6毫米，h为800毫米时，一滴白酒或水所需的开关时间为30毫秒，每滴质量为60～110毫克；当勾调2000克白酒时，总误差小于一滴即60～110毫克，精度为0.05‰，达到了勾调精度小于1‰的要求。

Claims (4)

1.实验室白酒勾调装置，包括勾调酒容器及向勾调酒容器注入基础酒或浆的原料容器，其特征在于原料容器上设置向勾调酒容器注入基础酒或浆的注入管道，其中原料容器在重力方向上设置于勾调酒容器的上方，所述注入管道上设置有电磁阀；还包括称量勾调酒容器及该容器内勾调酒的称重仪，称重仪与控制器电连接；所述控制器还与所述电磁阀电连接；所述电磁阀选择方法是：已知目标电磁阀应当具有的质量流量w和每一次开关的最小流出量a，其包括如下步骤：

A、根据如下公式计算目标电磁阀的流通系数C_V1：

$C_{V1}=\frac{w}{{2.73F}_P\sqrt{(P_1-P_2)\mathrm{\γ}}}$

其中，

w——通过电磁阀的质量流量；

P₁——电磁阀前绝对压力；

P₂——电磁阀后绝对压力；

γ——流体膨胀系数；

F_P——管道几何系数，

F_P由下式得到：

$F_P={[1+\frac{\mathrm{\ΣK}}{0.00214}{\left(\frac{C_V}{d^2}\right)}^2]}^{-1/2}$

其中，

C_V——初选电磁阀在100%开度下的流通系数；

d——初选电磁阀设计口径；

∑K＝K₁+K₂+K_B1-K_B2

K₁——阀前组件阻力系数；

K₂——阀后组件阻力系数；

K_B1——阀入口伯努利系数；

K_B2——阀出口伯努利系数；

B、根据步骤A得到的C_V1，选择相应的电磁阀，该电磁阀的C_V与C_V1在精度范围内相等；

C、对步骤B选出的电磁阀进行进一步的测试，测量电磁阀开关一次最小流出量是否小于等于a，如果是则选择该电磁阀；

其中基础酒或浆利用重力通过所述电磁阀，根据原料容器底部到所述电磁阀之间的垂直距离h，通过如下公式

得到通过电磁阀的流速v，进而换算出w；在步骤A中在h范围内选择若干个值，对应得到若干个w；相应选择若干个电磁阀进行步骤C的测试；

在步骤A中电磁阀的出口和入口口径相同，则

其中，D是基础酒或浆进入电磁阀前管道内径。

2.根据权利要求1所述实验室白酒勾调装置，其特征在于还包括与所述控制器电连接的计算机。

3.根据权利要求2所述实验室白酒勾调装置，其特征在于还包括向所述计算机、控制器、称重仪和电磁阀供电的不间断电源。

4.根据权利要求2所述实验室白酒勾调装置，其特征在于所述称重仪与所述控制器之间的电连接为串行通讯连接。

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