CN102798580B - 一种乳化炸药半成品密度在线快速检测系统 - Google Patents

Abstract

一种乳化炸药半成品密度在线快速检测系统，包括：自动取样模块、串行传感器模块、数据处理与计算模块、中心控制模块、显示控制模块；自动取样模块中的取料电磁阀打开，通过出样口和样品传送管实现自动在线取样；样品通过样品传送管进入串行传感器模块，两个称量器和变送器得到样品的质量和体积信号，并传入数据处理与计算模块；称量信号转换单元、样品量判断单元、密度计算单元和密度修正单元得到密度检测值，当密度检测值在预设值范围内时，系统正常运行；当密度值大于预设值范围，报警，并改变密度调节剂给料速度，调节乳化炸药半成品密度；当密度值小于预设值范围，报警并停机，改变工艺参数后继续运行。本发明能实现自动取样、快速检测和报警停机一体化的功能。

Description

一种乳化炸药半成品密度在线快速检测系统

技术领域

本发明是乳化炸药半成品密度在线快速检测、报警停机和密度调节系统，特别是一种乳化炸药半成品密度在线快速检测系统。

背景技术

乳化炸药是我国工业炸药的主导产品，随着乳化炸药的广泛应用，其品质也越来越受到关注。密度是乳化炸药的重要性能参数，它影响乳化炸药的爆轰感度、爆速和性能，甚至影响其产品的质量。虽然乳化炸药的生产工艺经历了间断式、半连续式到连续式三个阶段的发展，但乳化炸药半成品密度检测仍在采用离线、人工的方法进行检测。

目前，用于乳化炸药半成品密度检测的方法主要是密度杯法和量筒法，这两种方法都属于离线的方法，已经不能满足自动化生产的要求。同时，乳化炸药是一种对能量较为敏感的物质，热感度和机械感度均较高，具有爆炸性；另外，还由于乳化炸药的特殊形态，现有的超声波法、振动法、光电检测法、γ射线法等在线密度检测方法均不适宜用于乳化炸药密度的测量，而且还很有可能对乳化炸药安全生产带来隐患。现有专利介绍的乳化炸药密度快速检测仪，如实用新型专利CN201020246366.4所描述的一种乳化炸药密度快速测定仪，其原理是向含有测量液的质量传感器上的样品瓶中投入样品，其中的一部分测量液排进量瓶，此时从量瓶中可读出样品的体积，而质量传感器的质量增量就是样品的质量，由此即可得到样品密度。其缺点是结构复杂，用于测量体积的液位传感器价格较高，不适用于连续检测。另一实用新型专利CN201120275672.5所描述的一种乳化炸药密度检测仪，其原理是让主质量传感器和副质量传感器线分别测量主量瓶和副量瓶的质量G1和G2，然后向含有测量液的主量瓶中放入测量物，并向副量瓶中排入一定量的测量液，主质量传感器和副质量传感器再次读取主量瓶和副量瓶质量G3和G4，利用公式ρ=(G3+G4-G1-G2)*ρ1/(G4-G2)得到样品密度，其中ρ1为测量液的密度。其缺点是没有解决自动取样、实时检测、闭环控制等功能，尤其是没有考虑由于测量液表面张力给测量结果带来的误差。因此，现有的乳化炸药密度快速检测仪不能实现自动取样、不能分析和对比密度检测结果、没有报警功能，不可实现密度的自动调节，对生产的指导具有滞后性。乳化炸药是一种胶体状态，没有固定的形状，不透明，不能流动，同时乳化炸药生产工艺要求自动化、隔离操作、远距离控制，因此，乳化炸药密度的在线检测一直是一个难题。而为了减少在线人员数量，提高乳化炸药生产安全性和生产工艺的自动化水平，设计一种乳化炸药半成品密度在线快速检测系统是非常必要的。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服了现有技术的不足，提供一种集远距离自动取样、实时检测、修正、报警控制一体化的乳化炸药密度检测系统，对乳化炸药最重要的物理参数-密度进行实时监测、分析和调节，能够提高乳化炸药生产效率，从而实现真正意义上的密度在线快速测量与控制。

本发明的技术解决方案为：一种乳化炸药半成品密度在线快速检测系统，包括：自动取样模块1、串行传感器模块2、数据处理与计算模块3、中心控制模块4和显示控制模块5；所述自动取样模块1与串行传感器模块2相连，再连接数据处理与计算模块3，数据处理与计算模块3分别再连接显示控制模块5和中心控制模块4，中心控制模块4再连接生产线6，生产线6与自动取样模块1相连；

所述自动取样模块1包括依次相连接的取料电磁阀单元11、出样口单元12和样品传送管单元13；同时取料电磁阀单元11与中心控制模块4中的控制中心单元41连接；控制中心单元41输出正常并周期性取样信号控制取料电磁阀单元11打开，样品即乳化炸药半成品通过出样口单元12进入样品传送管单元13，经样品传送管单元13向串行传感器模块2的第一称量器21中运送；

所述串行传感器模块2包括两个称量传感器和两个变送器，分别为第一称量器21、第二称量器22、第一变送器23和第二变送器24；第一称量器21与第一变送器23相连；第二称量22和第二变送24相连；第一称量器21和第二称量器22相连；第一称量器21、第二称量器22用于实时测量样品的质量和体积；样品进入第一称量器21上的盛有一定量水的容器之前的质量为W₁，第二称量器22上的空容器质量为W₂；样品由样品传送管13进入第一称量器21上盛有一定量水的容器中，并排出一定体积的水至第二称量器22上的容器中，此时第一称量器21测量的质量为W₃，第二称量器22测量的质量为W₄；第一称量器21和第二称量器22测量得到的质量W₁~W₄分别经过第一变送器23和第二变送器24将物理量转换为模拟信号，并送数据处理与计算模块3中的称量信号转换单元31中进行转换；

所述数据处理与计算模块3包括称量信号转换单元31、样品量判断单元32、密度计算单元33、密度修正单元34和密度判断单元35；称量信号转换单元31将串行传感器模块2测量得到模拟信号转换为数字信号；样品量判断单元32将样品质量与设定值比较，当样品质量大于或等于设定值，密度计算单元33进行密度计算得到密度检测值通过显示控制模块5中的参数显示单元51在触摸屏上实时显示，同时送至密度判断单元35；当样品质量小于设定值，密度计算单元33进行密度计算得到密度检测值后送至密度修正单元34；密度修正单元34对样品质量小于设定值时的密度检测值进行修正；修正后的密度检测值通过显示控制模块5中的参数显示单元51在触摸屏上实时显示，并送至密度判断单元35；同时，密度判断单元35将密度计算单元33或经过密度修正单元34修正后的密度检测值与预设范围比较，并将比较结果送至控制中心41中；

所述中心控制模块4包括控制中心单元41、正常运行单元42、周期性取样单元43、报警与工艺参数调节单元44和报警与停机单元45；控制中心单元41根据数据处理与计算模块3中的密度判断单元35得到的不同比较结果执行不同的过程，当密度判断单元35得到的密度检测值在预设范围内时，控制中心单元41输出控制信号，使正常运行单元42按照初始设定状态继续运行，同时周期性取样单元43按一定时间间隔控制取料电磁阀11的打开并重复取样；当密度判断单元35得到的密度检测值大于预设范围时，控制中心单元41控制报警与工艺参数调节单元44发出报警信号，同时控制加快密度调节剂的给料速度，直到生产线6生产出符合密度要求的乳化炸药半成品；当密度判断单元35得到的密度检测值小于预设范围时，控制中心单元41控制报警与停机单元45发出报警信号和停机指令；在对生产线工艺参数进行调整后，方可再继续生产；然后重复上述自动取样、称量、修正、数据处理计算、显示、判断和控制过程，直到满足要求为止；实现了集远距离自动取样、实时检测、报警控制一体化的功能，及时控制乳化炸药半成品的生产，避免乳化炸药成品不合格可能带来的严重损失；

所述显示控制模块5包括参数显示单元51和触摸屏手动控制单元52；参数显示单元51用于数据处理与计算模块3中的密度检测值结果；触摸屏手动控制单元52与报警与停机单元45连接，实现在紧急情况下的手动报警与停机操作。

所述密度修正单元34对样品质量小于设定值时的密度检测值进行修正的过程实现如下：事先通过串行传感器模块2检测得到多次样品质量与密度检测值误差之间关系的实验数据，再将实验数据进行拟合得到公式y=0.00008m²-0.0129m+0.6178，其中y表示密度检测值误差，m表示样品质量，将用于计算密度检测值时的样品质量的数字量N_m转换为样品质量的实际值，以通过y=0.00008m²-0.0129m+0.6178计算密度检测值误差y，并加入至密度检测值以修正误差，其中样品质量的数字量N_m由公式N_m=R*m+6400计算得到，因此，求解样品质量的实际值公式可变换为m=(N_m-6400)/R，系数R由控制中心单元41具有的数字量变化范围与称量器的量程相除确定。

所述样品量判断单元32中的设定值为86g。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明可实现集远距离自动取样、数据修正、实时检测、报警控制一体化的乳化炸药半成品密度检测，自动远距离控制取样，对乳化炸药最重要的物理参数-密度进行实时监测、分析和调节，实现真正意义上的乳化炸药半成品密度的测量与控制，提高了乳化炸药生产效率。而且可及时发现质量问题，以便及时采取相应的措施，克服了现有的乳化炸药密度快速检测仪不能实现自动取样、不能分析和对比密度检测结果、没有报警功能、不能进行密度的自动调节且对生产的指导具有滞后性的缺点。

（2）本发明在数据处理与计算模块中增加了密度修正单元，考虑了串行传感器模块中称量容器中液体存在的表面张力给样品质量测量结果带来的误差，保证了密度检测精度；同时使整个系统检测精度能够达到5%以下。

（3）本发明适用于介于固体和流体之间、含有气泡的黏稠状物质的密度在线快速检测，适用于任意形状、未知体积物质的密度检测。

附图说明

图1为本发明装置的组成框图；

图2为本发明串行传感器模块检测数据关系图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：自动取样模块1、串行传感器模块2、数据处理与计算模块3、中心控制模块4、显示控制模块5。自动取样模块1与串行传感器模块2相连，再连接数据处理与计算模块3，数据处理与计算模块3分别再连接显示控制模块5和中心控制模块4（位于远程），中心控制模块5再连接生产线6，生产线6与自动取样模块1相连。

自动取样模块1包括依次相连接的取料电磁阀单元11、出样口单元12和样品传送管单元13；同时取料电磁阀单元11与中心控制模块4中的控制中心单元41连接；控制中心单元41输出正常并周期性取样信号控制取料电磁阀单元11打开，样品即乳化炸药半成品通过出样口单元12进入样品传送管单元13，经样品传送管单元13向串行传感器模块2的第一称量器21中运送；

串行传感器模块2包括两个称量传感器和两个变送器，分别为第一称量器21、第二称量器22、第一变送器23和第二变送器24；第一称量器21与第一变送器23相连；第二称量22和第二变送24相连；第一称量器21和第二称量器22相连；第一称量器21、第二称量器22用于实时测量样品的质量和体积；样品进入第一称量器21上的盛有一定量水的容器之前的质量为W₁，第二称量器22上的空容器质量为W₂；样品由样品传送管13进入第一称量器21上盛有一定量水的容器中，并排出一定体积的水至第二称量器22上的容器中，此时第一称量器21测量的质量为W₃，第二称量器22测量的质量为W₄；第一称量器21和第二称量器22测量得到质量W₁~W₄分别经过第一变送器23和第二变送器24将物理量转换为模拟信号，并送数据处理与计算模块3中的称量信号转换单元31中进行转换；

数据处理与计算模块3包括称量信号转换单元31、样品量判断单元32、密度计算单元33、密度修正单元34和密度判断单元35；称量信号转换单元31将串行传感器模块2测量得到的模拟信号转换为数字信号；样品量判断单元32将样品质量与设定值比较，当样品质量大于或等于设定值，密度计算单元33利用密度计算公式ρ=(W₃+W₄-W₁-W₂)/(W₄-W₂)得到密度检测值后送至密度判断单元35，其中W₃+W₄-W₁-W₂表示样品质量m，W₄-W₂表示样品体积V；当样品的质量小于设定值，密度计算单元33也利用上述的公式得到密度检测值后，执行密度修正单元34；本发明实施例通过实验发现，当样品质量大于86g时，密度检测精度满足整个检测系统的精度要求，因此，样品质量判断单元32中的设定值为86。密度修正单元34对样品质量小于86g时的密度进行修正；如图2，即串行传感器模块2检测得到的多次样品质量与密度检测误差之间关系的实验数据拟合图，并得到公式y=0.00008m²-0.0129m+0.6178，其中y表示密度检测值误差，m表示样品质量，将用于计算密度检测值时的样品质量的数字量N_m转换为样品质量的实际值，以通过y=0.00008m²-0.0129m+0.6178计算密度检测值误差y，并加入至密度检测值以修正误差，其中样品质量的数字量N_m由公式N_m=R*m+6400计算得到，因此，求解样品质量的实际值公式可变换为m=(N_m-6400)/R，系数R由控制中心单元41具有的数字量变化范围与称量器的量程（本系统选用的两个称量器的量程相同）相除确定。密度检测值通过显示控制模块5中的参数显示单元51在触摸屏上实时显示；同时，密度判断单元35将密度检测值与预设范围比较，并将比较后的结果送至控制中心41中；

中心控制模块4包括控制中心单元41、正常运行单元42、周期性取样单元43、报警与工艺参数调节单元44和报警与停机单元45。控制中心单元41根据数据处理与计算模块3中的密度判断35输出的结果执行不同的过程。当密度检测值在预设范围内时，控制中心单元41输出控制信号，使正常运行单元42按照初始设定状态继续运行，同时周期性取样单元43按一定时间间隔控制取料电磁阀11的打开并重复取样。当密度检测值大于预设范围时，控制中心单元41控制报警与工艺参数调节单元44发出报警信号，同时控制加快密度调节剂的给料速度，直到生产线6生产出符合密度要求的乳化炸药半成品。当密度检测值小于预设范围时，控制中心单元41控制报警与停机单元45发出报警信号和停机指令，在对生产线工艺参数进行调整后，方可再继续生产。然后重复上述自动取样、称量、修正、数据处理计算、显示、判断和控制过程，直到满足要求为止。本发明实现了集远距离自动取样、实时检测、报警控制一体化的功能，及时控制乳化炸药半成品的生产，避免乳化炸药成品不合格可能带来的严重损失；

显示控制模块5包括参数显示单元51和触摸屏手动控制单元52；参数显示单元51用于数据处理与计算模块3的密度检测结果；触摸屏手动控制单元52与报警与停机单元45连接，实现在紧急情况下的手动停机操作。

下面通过实施例对本发明再进一步详细说明。

实施例1

首先，控制中心41控制取料电磁阀单元11打开，出样口单元12出样，通过样品传送管单元13进入第一称量器21上的盛满溶液的容器，并将相应体积的溶液排入第二称量器22上的空容器中，以测量得到样品的质量和体积；称量传感器与变送器相连，将物理量转换为模拟信号，模拟信号利用称量信号转换单元31转换为可用于密度计算单元33的数字信号，然后执行样品量判断单元32，当样品质量大于或等于86g时，只执行密度计算单元33得到密度检测值；密度计算单元33利用密度计算公式ρ=(W₃+W₄-W₁-W₂)/(W₄-W₂)得到密度检测值，其中W₃+W₄-W₁-W₂表示样品质量m，W₄-W₂表示样品体积V；当样品质量小于86g时，考虑第一称量器21上容器中溶液存在表面张力影响样品质量和体积的测量精度，进而影响密度检测精度，采用多次实验方法和密度修正单元34，以补偿密度检测值误差，提高检测精度；密度修正单元34通过串行传感器模块2检测得到的多次样品质量与密度检测值误差之间关系的实验数据拟合，并得到公式y=0.00008m²-0.0129m+0.6178，其中y表示密度检测值误差，m表示样品质量，将用于计算密度检测值时的样品质量的数字量N_m转换为样品质量的实际值，以通过y=0.00008m²-0.0129m+0.6178计算密度检测值误差y，并加入至密度检测值以修正误差，其中样品质量的数字量N_m由公式N_m=R*m+6400计算得到，因此，求解样品质量的实际值公式可变换为m=(N_m-6400)/R，系数R由控制中心单元41具有的数字量变化范围6400~32000与称量器的量程（两个称量器的量程相同）1000g相除确定为25.6，最后将密度检测值显示于触摸屏。

用量筒法（排水法）测量的乳化炸药半成品样品的密度1.41g/cm³作为标准密度。运用本发明系统对乳化炸药半成品密度的检测数据表1所示。

表1乳化炸药半成品密度检测实验数据表

其中，W₁=802.059g，W₂=173.273g；表1中，ρ－样品密度检测值；E－样品密度检测值误差精度。表1的密度检测结果表明，该检测系统满足检测精度要求。

实施例2

利用本发明对任意形状的钢材的密度检测，以验证本发明密度检测的通用性。首先，直接将一定量的样品放入第一称量器21上的盛满溶液的容器，并将相应体积的溶液排入第二称量器22上的空容器中，以测量得到样品的质量和体积；称量传感器与变送器相连，将物理量转换为模拟信号，模拟信号利用称量信号转换单元31转换为可用于密度计算单元33的数字信号，然后执行样品量判断单元32，当样品质量大于或等于86g时，只执行密度计算单元33得到密度检测值；密度计算单元33利用密度计算公式ρ=(W₃+W₄-W₁-W₂)/(W₄-W₂)得到密度检测值，其中W₃+W₄-W₁-W₂表示样品质量m，W₄-W₂表示样品体积V；当样品质量小于86g时，考虑第一称量器21上容器中溶液存在表面张力影响样品质量和体积的测量精度，进而影响密度检测精度，采用多次实验方法和密度修正单元34，以补偿密度检测值误差，提高检测精度；密度修正单元34通过串行传感器模块2检测得到的多次样品质量与密度检测值误差之间关系的实验数据拟合，并得到公式y=0.00008m²-0.0129m+0.6178，其中y表示密度检测值误差，m表示样品质量，将用于计算密度检测值时的样品质量的数字量N_m转换为样品质量的实际值，以通过y=0.00008m²-0.0129m+0.6178计算密度检测值误差y，并加入至密度检测值以修正误差，其中样品质量的数字量N_m由公式N_m=R*m+6400计算得到，因此，求解样品质量的实际值公式可变换为m=(N_m-6400)/R，系数R由控制中心单元41具有的数字量变化范围6400~32000与称量器的量程（两个称量器的量程相同）1000g相除确定为25.6，最后将密度检测值显示于触摸屏。

表2钢密度检测实验数据表

其中，W₁=751.251g，W₂=172.254g；表2中，ρ－钢的密度检测值。表2的密度检测结果表明，该检测系统也可用于其他材料的密度检测。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种乳化炸药半成品密度在线快速检测系统，其特征在于包括：自动取样模块(1)、串行传感器模块(2)、数据处理与计算模块(3)、中心控制模块(4)和显示控制模块(5)；所述自动取样模块(1)与串行传感器模块(2)相连，再连接数据处理与计算模块(3)，数据处理与计算模块(3)分别再连接显示控制模块(5)和中心控制模块(4)，中心控制模块(4)再连接生产线(6)，生产线(6)与自动取样模块(1)相连；

所述自动取样模块(1)包括依次相连接的取料电磁阀单元(11)、出样口单元(12)和样品传送管单元(13)；同时取料电磁阀单元(11)与中心控制模块(4)中的控制中心单元(41)连接；控制中心单元(41)输出正常并周期性取样信号控制取料电磁阀单元(11)打开，样品即乳化炸药半成品通过出样口单元(12)进入样品传送管单元(13)，经样品传送管单元(13)向串行传感器模块(2)的第一称量器(21)中运送；

所述串行传感器模块(2)包括两个称量传感器和两个变送器，分别为第一称量器(21)、第二称量器(22)、第一变送器(23)和第二变送器(24)；第一称量器(21)与第一变送器(23)相连；第二称量器(22)和第二变送器(24)相连；第一称量器(21)和第二称量器(22)相连；第一称量器(21)、第二称量器(22)用于实时测量样品的质量和体积；样品进入第一称量器(21)上的盛有一定量水的容器之前的质量为W₁，第二称量器(22)上的空容器质量为W₂；样品由样品传送管单元(13)进入第一称量器(21)上盛有一定量水的容器中，并排出一定体积的水至第二称量器(22)上的容器中，此时第一称量器(21)测量的质量为W₃，第二称量器(22)测量的质量为W₄；第一称量器(21)和第二称量器(22)测量得到的质量W₁～W₄分别经过第一变送器(23)和第二变送器(24)将物理量转换为模拟信号，并送数据处理与计算模块(3)中的称量信号转换单元(31)中进行转换；

所述数据处理与计算模块(3)包括称量信号转换单元(31)、样品量判断单元(32)、密度计算单元(33)、密度修正单元(34)和密度判断单元(35)；称量信号转换单元(31)将串行传感器模块(2)测量得到模拟信号转换为数字信号；样品量判断单元(32)将样品质量与设定值比较，当样品质量大于或等于设定值，密度计算单元(33)进行密度计算得到密度检测值通过显示控制模块(5)中的参数显示单元(51)在触摸屏上实时显示，同时送至密度判断单元(35)；当样品质量小于设定值，密度计算单元(33)进行密度计算得到密度检测值后送至密度修正单元(34)；密度修正单元(34)对样品质量小于设定值时的密度检测值进行修正；修正后的密度检测值通过显示控制模块(5)中的参数显示单元(51)在触摸屏上实时显示，并送至密度判断单元(35)；同时，密度判断单元(35)将密度计算单元(33)得到的密度检测值或经过密度修正单元(34)修正后的密度检测值与预设范围比较，并将比较结果送至控制中心单元(41)中；

所述中心控制模块(4)包括控制中心单元(41)、正常运行单元(42)、周期性取样单元(43)、报警与工艺参数调节单元(44)和报警与停机单元(45)；控制中心单元(41)根据数据处理与计算模块(3)中的密度判断单元(35)得到的不同比较结果执行不同的过程，当密度判断单元(35)得到的密度检测值在预设范围内时，控制中心单元(41)输出控制信号，使正常运行单元(42)按照初始设定状态继续运行，同时周期性取样单元(43)按一定时间间隔控制取料电磁阀单元(11)的打开并重复取样；当密度判断单元(35)得到的密度检测值大于预设范围时，控制中心单元(41)控制报警与工艺参数调节单元(44)发出报警信号，同时控制加快密度调节剂的给料速度，直到生产线(6)生产出符合密度要求的乳化炸药半成品；当密度判断单元(35)得到的密度检测值小于预设范围时，控制中心单元(41)控制报警与停机单元(45)发出报警信号和停机指令；在对生产线工艺参数进行调整后，方可再继续生产；重复上述自动取样、称量、修正、数据处理计算、显示、判断和控制过程，直到满足要求为止；

所述显示控制模块(5)包括参数显示单元(51)和触摸屏手动控制单元(52)；参数显示单元(51)用于数据处理与计算模块(3)中的显示密度检测值结果；触摸屏手动控制单元(52)与报警与停机单元(45)连接，实现在紧急情况下的手动报警与停机操作。

2.根据权利要求1所述的乳化炸药半成品密度在线快速检测系统，其特征在于：所述密度修正单元(34)对样品质量小于设定值时的密度检测值进行修正的过程实现如下：事先得到通过串行传感器模块(2)检测得到多次样品质量值与密度检测值误差之间关系的实验数据，再将实验数据进行拟合得到公式y＝0.00008m²-0.0129m+0.6178，其中y表示密度检测值误差，m表示以g为单位的样品质量值，将用于计算密度检测值时的以g为单位的样品质量值的数字量N_m转换为以g为单位的样品质量值，以通过y＝0.00008m²-0.0129m+0.6178计算密度检测值误差y，并加入至密度检测值以修正误差，其中以g为单位的样品质量值的数字量N_m由公式N_m＝R*m+6400计算得到，因此，求解以g为单位的样品质量值公式可变换为m＝(N_m-6400)/R，系数R由控制中心单元(41)具有的数字量变化范围与称量器的量程相除确定。

3.根据权利要求1所述的乳化炸药半成品密度在线快速检测系统，其特征在于：所述样品量判断单元(32)中的设定值为86g。