糖廠蒸發冷凝水微糖實時檢測方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子類的微糖檢測領域，具體是指一種糖廠蒸發工段中，冷凝水所含微量糖分的實時檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]為節約能源和減少排污，糖廠在生產過程中，通常將蒸發工段中前一級蒸發罐蒸發出的蒸汽作為熱源，去加熱下一級蒸發罐，同時將冷凝水補給到鍋爐中重新產生蒸汽。當冷凝水含糖量較低時，重復利用這些冷凝水是安全的。如果冷凝水中糖分含量超過一定限額(例如，大于50ppm)，會引起鍋爐結垢與腐蝕，不僅影響鍋爐效率，甚至可能造成事故。因此必須對冷凝水的含糖量進行檢測，避免含糖高的冷凝水進入鍋爐。
[0003]傳統的冷凝水含糖量測量方法是依賴化學處理及人工比色測量。發明專利CN103234964A和CN101532949A實現了化學處理和比色測量的自動化，其測量過程和傳統的人工方法類似，需加入化學試劑并加熱反應，再利用顯色劑顯色后進行顏色測量，加熱過程和冷卻過程都需花費一定時間。發明專利CN101393154A提出了用電導率檢測糖分的方法，無需添加任何試劑，能夠在線實時檢測。由于糖不屬電解質，其電導特性不明顯，冷凝水中其他雜質對測量結果干擾很大，影響測量精度。
【發明內容】
[0004]本發明根據含糖溶液的光譜透過特性，提出糖廠蒸發工段冷凝水含糖量實時檢測方法及裝置。
[0005]糖溶解在水中，糖液就帶有糖的顏色，糖液含糖量越大，顏色就越深。在可見光光譜范圍內，糖液呈淡淡的黃色，在500納米到700納米的波長范圍內，光譜吸收率很小，不能用于含糖量的測量。在波長大于900納米的波段，糖液具有明顯的負吸收特性(即糖液的光透過率大于純凈水的光透過率)，糖液含糖量越大，負吸收系數就越大，可以通過測量糖液的負吸收系數，確定糖的含量。在波長小于450納米的波段，糖液具有明顯的正吸收特性，糖液含糖量越大，正吸收系數就越大，可以通過測量糖液的正吸收系數，確定糖的含量。
[0006]根據測量位置的不同，糖廠蒸發工段冷凝水含糖量實時檢測方法可分為兩種方案:第一種方案是通過測量蒸發罐內糖液的光吸收系數，再綜合考慮蒸發速度和糖液的液位等因素，計算蒸發冷凝水的含糖量；第二種方案是直接測量冷凝水的光吸收系數，計算冷凝水的含糖量。
[0007]首先說明第一種方案。
[0008]一種糖廠蒸發工段冷凝水含糖量實時檢測方法及裝置，包含測量光源、光電轉換單元和計算顯示單元，其特征是:蒸發罐內的糖液置于測量光路中，測量光源發出的光經過糖液后到達光電轉換單元，計算顯示單元根據糖液對光線的吸收系數計算冷凝水的含糖量，并顯示出來，當冷凝水的含糖量超過設定值時，輸出相應的報警和控制信號。
[0009]本發明所指的測量光源，是指能發出特定波長光的光源，包括比較簡單的單體光源(例如，發光二極管、激光二極管和固態激光器等)，也包括比較復雜的光源模塊(例如，鎢絲燈與帶通濾光器的組合模塊、氘燈與分光光柵的組合模塊等)。根據糖液的光譜吸收特性,可用峰值波長在940納米至980納米間的光源作測量光源，例如，用峰值波長為960納米的發光二極管作測量光源，也可用峰值波長小于450納米的光源作測量光源，例如，可用藍色發光二極管、紫色發光二極管作測量光源。
[0010]光電轉換單元包含光電轉換器件(如光電管，光電二極管等)和相應的放大電路，通常還包含A/D轉換器等，其作用是將光信號轉化為電信號，并放大到一定的電平，供計算顯示單元分析計算。
[0011]根據郎伯比爾定律，蒸發罐內糖液濃度測量值和光的吸收系數成線性關系(當吸收系數為負時，應取絕對值進行運算)。實驗表明，在蒸發條件變化不大的情況下，蒸發冷凝水含糖量和蒸發罐糖液濃度測量值成線性關系，糖液濃度測量值越大，蒸發冷凝水含糖量就越高。經過簡單的數學變換可知，蒸發冷凝水含糖量和蒸發罐內糖液對光的吸收系數成線性關系，即
[0012]H=A*Xg+B(I)
[0013]其中，H為冷凝水含糖量，Xg為蒸發罐內糖液對光的吸收系數，A和B是常數，可由實驗來確定。
[0014]當蒸發罐蒸發速度變化很大時，為提高測量精度，可在測量系統中加裝蒸發速度測量單元，對冷凝水含糖量進行修正。當蒸發罐中糖液的液位變化很大時，為提高測量精度，可在測量系統中加裝蒸發罐糖液的液位測量單元，對計算出的冷凝水含糖量進行修正。簡單可行的修正方法是采用比例系數法，修正后的含糖量等于修正前的含糖量乘以相應的比例系數，即
[0015]Hx=Ks*Ky*H(2)
[0016]其中，Hx是修正后的蒸發冷凝水含糖量，Ks為蒸發速度修正系數，對不同的蒸發速度，Ks取不同的值，可由實驗確定。Ky是液位修正系數，對不同的液位，Ky取不同的值，可由實驗確定。
[0017]上述的蒸發速度測量單元，可以是安裝在蒸發罐蒸汽出口的蒸汽流量測量單元，也可以是蒸汽冷凝后的冷凝水流量測量單元。
[0018]蒸發罐糖液蒸發速度測量單元的安裝和蒸發罐糖液液位測量單元的安裝是相互獨立的，可同時安裝，也可任選一種安裝。
[0019]計算顯示單元的計算量并不大，可用普通的單片機或DSP完成實時計算顯示和控制任務。
[0020]蒸發罐內糖液濃度較大，測量比較容易，這是本方案的優點所在。
[0021]本發明的第二方案是直接測量冷凝水的光吸收特性，計算冷凝水的含糖量。
[0022]一種糖廠蒸發工段冷凝水含糖量實時檢測方法及裝置，包含測量光源、光電轉換單元和計算顯示單元，其特征是:被測冷凝水置于測量光路中，測量光源發出的光經過冷凝水后到達光電轉換單元，計算顯示單元根據冷凝水對光線的吸收系數計算冷凝水的含糖量，并顯示出來，當冷凝水的含糖量超過設定值時，輸出相應的報警和控制信號。
[0023]本發明第二方案所述的測量光源和第一方案所述的測量光源相同。
[0024]本發明第二方案所述的光電轉換單元和第一方案所述的光電轉換單元相同。
[0025]根據郎伯比爾定律，冷凝水含糖量和光的吸收系數成線性關系(當吸收系數為負時，應取其絕對值進行運算)。計算公式如下:
[0026]H=A*Xs+B(3)
[0027]其中，H為冷凝水含