文档介绍：基于光学折射的乳化液浓度
传感器研究
研究生
专业
机械电子工程
指导教师:
目录
课题背景,内容及意义
课题研究现状
e
总体设计
可行性分析
预期结果
课题计划
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/Ⅳ)乳化液;相反的情况就是油包水型(W/O)
乳化液
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。
12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;浓度过高不仅会增加费用,而且
会降低消泡能力和增大对橡胶密封材料的溶胀性。
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
***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。
3研究意义
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。
自动测量可实现实时测量,减小测量周期,提高测量效
率
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。

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
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冋。测量光路如图
(1)所示
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
七学
等方
米出
现
IPt100H
发射电路
去和
声衰
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
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
、PSD等)。
浑浊度法
中含有悬浮及胶体状
态的微粒(乳油;步原来无色透明的水产生
混浊现象,其混浊的程度称为混娃
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。