專利名稱：一種微量糖分的檢測(cè)裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子類的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種微量糖分的檢測(cè) 裝置及其方法。
背景技術(shù)：
在制糖生產(chǎn)過(guò)程中，常用鍋爐產(chǎn)生的蒸汽將甘蔗汁中的水分蒸發(fā)，為 了節(jié)約能源，需要將從甘蔗汁中蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽，繼續(xù)去蒸發(fā)其他甘蔗汁 中的水分，這些被用來(lái)再次蒸發(fā)水分的來(lái)自甘蔗汁水分的蒸汽，被冷凝下 來(lái)后形成冷凝水，這些冷凝水要求被送到鍋爐去繼續(xù)產(chǎn)生蒸汽，由于這些 來(lái)自甘蔗汁水分的蒸汽，其中會(huì)含有微量的糖分，當(dāng)含糖量超標(biāo)的冷凝水 進(jìn)入鍋爐，輕則引起停產(chǎn)事故，重則引起嚴(yán)重安全事故，因此必須對(duì)這些 將要被送入鍋爐的冷凝水進(jìn)行含糖量的檢測(cè)。
目前，對(duì)這些冷凝水進(jìn)行含糖量的檢測(cè)基本上是依賴人工測(cè)量，其過(guò)
程如下取樣10毫升冷凝水，往里面加入0.5毫升鹽酸，加熱10-20分鐘 后，加入顯色劑通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)顏色比對(duì)，大致得到測(cè)量值。標(biāo)準(zhǔn)顏色分為12 個(gè)檔次，顏色的深淺分別代表不同的含糖量。從4萬(wàn)分之一到5千分之一。 因此人工測(cè)量的精度是較低的。人工進(jìn)行一次冷凝水的含糖量測(cè)量，需要 約10-20分鐘的時(shí)間，每隔20-30分鐘測(cè)量一次，而且其測(cè)量精度只能達(dá) 到30%-50%，如果按一般糖廠用鍋爐的蒸發(fā)量每小時(shí)60-90噸計(jì)算，當(dāng)人 工測(cè)量發(fā)現(xiàn)冷凝水的含糖量超標(biāo)時(shí)，已經(jīng)有超過(guò)5噸的冷凝水進(jìn)入了鍋爐， 因而現(xiàn)有的操作方式既不安全也不準(zhǔn)確。所以，為了確保鍋爐運(yùn)行的安全， 許多糖廠都寧愿將來(lái)自甘蔗汁水分蒸發(fā)形成的冷凝水排放掉，但是由于冷 凝水的量很大同時(shí)具有一定的溫度(每小時(shí)超過(guò)50噸，溫度接近100度)， 這樣操作亦使糖廠產(chǎn)生大量的污水排放，同時(shí)也浪費(fèi)了大量能源。
薦明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種可替代人 工檢測(cè)操作，測(cè)量速度快、精度高，自動(dòng)化程度高，可有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減
排的微量糖分的檢測(cè)裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述裝置實(shí)現(xiàn)的微量糖分的檢測(cè) 方法。 '
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種微量糖分的檢測(cè)裝置， 包括單片機(jī)控制模塊、數(shù)碼顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊、電導(dǎo)率檢測(cè)模塊， 所述數(shù)碼顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊及電導(dǎo)率檢測(cè)模塊分別與單片機(jī)控制 模塊相連接。
所述單片機(jī)控制模塊包括單片機(jī)芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊與單片機(jī)芯片相連接，所述溫度檢測(cè)模塊、電導(dǎo)率檢測(cè)模塊分別與模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連接，所述單片機(jī)芯片與數(shù)碼顯示模塊相連接。所述單片
機(jī)芯片可采用型號(hào)為ATMEL8952的芯片；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可采用型號(hào) 為ADC0809的芯片。
所述溫度檢測(cè)模塊包括溫度傳感器、直流恒流電路和精密直流放大電 路；所述溫度傳感器通過(guò)直流恒流電路與精密直流放大電路相連接；所述 精密直流放大電路與單片機(jī)的輸入端相連接。
所述電導(dǎo)率檢測(cè)模塊包括電導(dǎo)電極、高阻抗電導(dǎo)率輸入電路、高穩(wěn)定
度交流穩(wěn)壓電路、精密整流電路、精密直流電壓放大電路，所述電導(dǎo)電極、
高穩(wěn)定度交流穩(wěn)壓電路分別與高阻抗電導(dǎo)率輸入電路輸入端相連，所述精
密整流電路輸入端與高阻抗電導(dǎo)率輸入電路輸出端相連，精密整流電路的
輸出端與精密直流電壓放大電路輸入端相連，精密直流電壓放大電路輸出 端與單片機(jī)控制模塊相連。
所述數(shù)碼顯示模塊可由三組數(shù)碼管組成；分別顯示冷凝水糖分含量、 溫度及糖分含量報(bào)警值。
一種由上述裝置實(shí)現(xiàn)的通過(guò)測(cè)量水的溫度和電導(dǎo)率來(lái)檢測(cè)水中微量 糖分的方法，包括下述步驟
(1) 測(cè)量含糖冷凝水的溫度及電導(dǎo)率；
(2) 利用冷凝水在不同溫度和電導(dǎo)率的情況下對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的含糖量 數(shù)值關(guān)系，將所測(cè)量的溫度及電導(dǎo)率代入以下公式計(jì)算得到水的含糖量
L=A*TD2+B*D/T+C; 上式中L-水含糖量
T-水溫度 D-水電導(dǎo)率
A、 B、 C-曲線擬合常數(shù)，其取值范圍如下
A為(0.1-0.25) B為(1-1.5) C為(2-5)
步驟(1)中，測(cè)量含糖冷凝水的溫度具體為利用浸在水中的溫度傳 感器在不同溫度下具有不同的電阻，溫度越高電阻越大這一特點(diǎn)，通過(guò) 恒流電路將電阻的變化轉(zhuǎn)變成電壓的變化，并且通過(guò)精密直流放大電路將 其放大約幾百倍。最終將水的溫度的變化轉(zhuǎn)變成電壓的變化，將這個(gè)電 壓送到單片機(jī)控制模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端，經(jīng)過(guò)數(shù)字處理成為與溫度相 對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字，用它可以通過(guò)數(shù)碼管顯示溫度的數(shù)值，也可以進(jìn)行 計(jì)算。
步驟(1)中，測(cè)量含糖冷凝水的電導(dǎo)率具體為利用浸在水中的電導(dǎo) 電極將水的電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的交流電壓值，整流后，用精密直流電壓 放大電路將其放大幾十到上百倍，送到計(jì)算機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端，經(jīng)過(guò)數(shù) 字處理成為與冷凝水電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字，通過(guò)電導(dǎo)率與溫度計(jì) 算出含糖量。
本發(fā)明的作用原理是利用冷凝水在不同溫度和電導(dǎo)率的情況下對(duì)應(yīng)
于相應(yīng)的含糖量數(shù)值的客觀規(guī)律，通過(guò)單片機(jī)控制技術(shù)，構(gòu)造一種在線測(cè) 量設(shè)備，代替人工對(duì)冷凝水的含糖量進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)含糖冷凝水微量糖 分的實(shí)時(shí)不間斷精確測(cè)控。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
(1) 通過(guò)實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，每進(jìn)行一次測(cè)量只需不到1秒的時(shí)間,不僅 提高測(cè)量的效率和準(zhǔn)確度，也大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了 勞動(dòng)成本，智能化程度明顯提高；
(2) 操作安全可靠，通過(guò)持續(xù)對(duì)水的含糖量及時(shí)快速的測(cè)量， 一旦 發(fā)現(xiàn)水的含糖量將要超標(biāo)時(shí)，可以及時(shí)提示并自動(dòng)關(guān)閉閥門，有效避免 事故發(fā)生，保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定性；
(3) 采用本技術(shù)可以避免現(xiàn)有技術(shù)中大量污水排放的浪費(fèi)現(xiàn)象，有 利于節(jié)省資源，提高水的利用率和回收熱能，同時(shí)也減少了環(huán)境污染，環(huán) 保效果好。


圖1是本發(fā)明微量糖分檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中的單片機(jī)控制模塊、數(shù)碼顯示模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖1中的溫度檢測(cè)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖4是圖3所示溫度檢測(cè)模塊的電路圖5是圖1中的電導(dǎo)率檢測(cè)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖6是圖5所示電導(dǎo)率檢測(cè)模塊的電路圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的 實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例
圖1一圖4示出了本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)，由圖1可見(jiàn)，本微量糖分的檢測(cè) 裝置包括單片機(jī)控制模塊、數(shù)碼顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊、電導(dǎo)率檢測(cè) 模塊，所述數(shù)碼顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊及電導(dǎo)率檢測(cè)模塊分別與單片 機(jī)控制模塊相連接。由圖2可見(jiàn)，所述單片機(jī)控制模塊包括單片機(jī)芯片、 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)芯片相連接，所述溫度檢測(cè)模塊、 電導(dǎo)率檢測(cè)模塊分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連接，所述單片機(jī)芯片與數(shù)碼顯 示模塊相連接；所述數(shù)碼顯示模塊由三組數(shù)碼管組成；分別顯示冷凝水 糖分含量、溫度及糖分含量報(bào)警值。所述單片機(jī)芯片可采用型號(hào)為 ATMEL8952的芯片；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可采用型號(hào)為ADC0809的芯片。
由圖3可見(jiàn)，所述溫度檢測(cè)模塊包括溫度傳感器(PT100)、直流恒 流電路和精密直流放大電路；所述溫度傳感器通過(guò)直流恒流電路與精密直 流放大電路相連接；所述精密直流放大電路與單片機(jī)控制模塊相連接。所 述溫度檢測(cè)模塊的具體電路圖見(jiàn)圖4 。
由圖5可見(jiàn)，所述電導(dǎo)率檢測(cè)模塊包括電導(dǎo)電極、高阻抗電導(dǎo)率輸入 電路、高穩(wěn)定度交流穩(wěn)壓電路、精密整流電路、精密直流電壓放大電路， 所述電導(dǎo)電極、高穩(wěn)定度交流穩(wěn)壓電路分別與高阻抗電導(dǎo)率輸入電路輸入 端相連，所述精密整流電路輸入端與高阻抗電導(dǎo)率輸入電路輸出端相連， 精密整流電路的輸出端與精密直流電壓放大電路輸入端相連，精密直流電 壓放大電路輸出端與單片機(jī)控制模塊相連。所述電導(dǎo)率檢測(cè)模塊的具體電 路圖見(jiàn)圖6。
由上述裝置實(shí)現(xiàn)的通過(guò)測(cè)量水的溫度和電導(dǎo)率來(lái)檢測(cè)水中微量糖分
的方法，包括下述步驟
(1) 測(cè)量含糖冷凝水的溫度及電導(dǎo)率；
(2) 利用冷凝水在不同溫度和電導(dǎo)率的情況下對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的含糖量 數(shù)值關(guān)系(具體見(jiàn)圖5)，將所測(cè)量的溫度及電導(dǎo)率代入以下公式計(jì)算得到
水的含糖量
L=A*TD2+B*D/T+C;
上式中L-水含糖量
T-水溫度 D-水電導(dǎo)率
A、 B、 C-曲線擬合常數(shù)，其取值范圍如下 A為(0.1-0.25) B為(1-1.5) C為(2-5)
步驟(1)中，測(cè)量含糖冷凝水的溫度具體為利用浸在水中的溫度傳 感器(PT100)在不同溫度下具有不同的電阻，溫度越高電阻越大這一特 點(diǎn)，通過(guò)直流恒流電路將電阻的變化轉(zhuǎn)變成電壓的變化，并且通過(guò)精密直 流放大電路將其放大約幾百倍。最終將水的溫度的變化轉(zhuǎn)變成電壓的變 化，將這個(gè)電壓送到單片機(jī)控制模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過(guò)數(shù)字處理成 為與溫度相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字，用它可以通過(guò)數(shù)碼顯示模塊的數(shù)碼管顯 示溫度的數(shù)值，也可以進(jìn)行計(jì)算。
步驟(1)中，測(cè)量含糖冷凝水的電導(dǎo)率具體為利用浸在水中的電導(dǎo) 電極將水的電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的交流電壓值，經(jīng)精密整流電路整流后， 用精密直流電壓放大電路將其放大幾十到上百倍，送到單片機(jī)控制模塊的 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過(guò)數(shù)字處理成為與冷凝水電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字， 即可利用步驟(2)中的公式，通過(guò)電導(dǎo)率與溫度計(jì)算出含糖量。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所 述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改 變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種微量糖分的檢測(cè)裝置，其特征在于包括單片機(jī)控制模塊、數(shù)碼顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊、電導(dǎo)率檢測(cè)模塊，所述數(shù)碼顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊及電導(dǎo)率檢測(cè)模塊分別與單片機(jī)控制模塊相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微量糖分的檢測(cè)裝置，其特征在于所述 單片機(jī)控制模塊包括單片機(jī)芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與單片 機(jī)芯片相連接，所述溫度檢測(cè)模塊、電導(dǎo)率檢測(cè)模塊分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊相連接，所述單片機(jī)芯片與數(shù)碼顯示模塊相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微量糖分的檢測(cè)裝置，其特征在于所述單片機(jī)芯片型號(hào)為ATMEL8952;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是型號(hào)為ADC0809的 心片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微量糖分的檢測(cè)裝置，其特征在于所述 溫度檢測(cè)模塊包括溫度傳感器、直流恒流電路和精密直流放大電路；所述 溫度傳感器通過(guò)直流恒流電路與精密直流放大電路相連接；所述精密直流 放大電路與單片機(jī)控制模塊相連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微量糖分的檢測(cè)裝置，其特征在于所述 電導(dǎo)率檢測(cè)模塊包括電導(dǎo)電極、高阻抗電導(dǎo)率輸入電路、高穩(wěn)定度交流穩(wěn) 壓電路、精密整流電路、精密直流電壓放大電路，所述電導(dǎo)電極、高穩(wěn)定 度交流穩(wěn)壓電路分別與高阻抗電導(dǎo)率輸入電路輸入端相連，所述精密整流 電路輸入端與高阻抗電導(dǎo)率輸入電路輸出端相連，精密整流電路的輸出端 與精密直流電壓放大電路輸入端相連，精密直流電壓放大電路輸出端與單 片機(jī)控制模塊相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微量糖分的檢測(cè)裝置，其特征在于所述數(shù)碼顯示模塊由三組數(shù)碼管組成；分別顯示冷凝水糖分含量、溫度及糖 分含量報(bào)警值。
7、 一種由權(quán)利要求l一6任一項(xiàng)所述裝置實(shí)現(xiàn)的微量糖分的檢測(cè)方 法，包括下述步驟(1) 測(cè)量含糖冷凝水的溫度及電導(dǎo)率；(2) 利用冷凝水在不同溫度和電導(dǎo)率的情況下對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的含糖量 數(shù)值關(guān)系，將所測(cè)量的溫度及電導(dǎo)率代入以下公式計(jì)算得到水的含糖量L=A*TD2+B*D/T+C;上式中L-水含糖量 T-水溫度 D-水電導(dǎo)率A、 B、 C-曲線擬合常數(shù)，其取值范圍如下A為0.1-0.25 B為1-1.5C為2-5。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的微量糖分的檢測(cè)方法，其特征在于步驟(l) 中，測(cè)量含糖冷凝水的溫度具體為利用浸在水中的溫度傳感器在不同溫度 下具有不同的電阻，溫度越高電阻越大這一特點(diǎn)，通過(guò)恒流電路將電阻的變化轉(zhuǎn)變成電壓的變化，并且通過(guò)精密直流放大電路將其放大約幾百 倍，最終將水的溫度的變化轉(zhuǎn)變成電壓的變化，將這個(gè)電壓送到單片機(jī) 控制模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端，經(jīng)過(guò)數(shù)字處理成為與溫度相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制 數(shù)字，通過(guò)數(shù)碼管顯示溫度的數(shù)值或進(jìn)行計(jì)算。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的微量糖分的檢測(cè)方法，其特征在于步驟 (1)中，測(cè)量含糖冷凝水的電導(dǎo)率具體為利用浸在水中的電導(dǎo)電極將水的電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的交流電壓值，整流后，用精密直流電壓放大電路 將其放大幾十到上百倍，送到計(jì)算機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入端，經(jīng)過(guò)數(shù)字處理成 為與冷凝水電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字，然后通過(guò)步驟(2)進(jìn)行計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微量糖分的檢測(cè)裝置及其方法，該檢測(cè)裝置包括單片機(jī)控制模塊、數(shù)碼顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊、電導(dǎo)率檢測(cè)模塊，所述數(shù)碼顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊及電導(dǎo)率檢測(cè)模塊分別與單片機(jī)控制模塊相連接；其檢測(cè)方法包括下述步驟(1)測(cè)量含糖冷凝水的溫度及電導(dǎo)率；(2)利用冷凝水在不同溫度和電導(dǎo)率的情況下對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的含糖量數(shù)值關(guān)系，將所測(cè)量的溫度及電導(dǎo)率代入公式計(jì)算得到水的含糖量。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量微量糖分，提高了檢測(cè)的精度和效率，不僅解決了目前甘蔗汁水分蒸發(fā)形成的冷凝水再次利用的安全性問(wèn)題，提高水的利用率和回收熱能，也減輕了冷凝水排放的污染，環(huán)保效果好。
文檔編號(hào)G01N27/06GK101393154SQ20081021879
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者伍明華 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)