范文一:【doc】在线检测与控制碱液浓度的技术
在线检测与控制碱液浓度的技术 1996拒
第26卷
9月
第3期
山东工业大学
JOURNALOESHANDONGUNIVERSITYOETECHNOLOGY Vo_.26No.3
Sep1996
在线的技
(山东亚自动化工程系济南250051)
P,摘要介绍了两种在线检测与控制碱液浓度的技术,一种是采用电极法,并辅以查表法
和插值技术;另一种是采用差压法,并辅以一定的修正.针对系统存在大滞后的特点,提出了
一
些实用的控制算法.
,Im.,3-类T
;
P29在榷劂馘7蔽黻.
cF类号0,"'".
在化工,纺织,造纸等行业,迫切需要根据工艺要求,对高浓度碱液进行在线实时检测与
控制.目前国内普遍采用手工滴定法.这不能实时反映和控制生产过程中碱液的浓度,故难
以满足连续生产的要求.
国内有些科研单位曾试图采用稀释法.这种方法要在生产过程中,取出一定量的碱
液,
然后加一定比例的水,以此降低碱液的浓度,然后采用常规的pH计进行检测?显然此法系
统误差太大,故难以实用.
多年来,根据生产的工艺要求,我们对高浓度碱液在线检测与控制进行了比较深入的研
究,并付诸于应用,获得成功.
1两种踉碱液的在线检测方珐.
1.110~4C幢,L浓碱液的在线检测与控制
选用金属锑作为检测电极,以Nernst方程为理论基础,在被检测介质中,金属锑所产生?
的电势(Es)为
一E.pH(1)
式中:E.为标准电动势;R为气体常数;T为绝对温度;F为法拉弟常数? 由(1)可知,在一定的温度下,且碱液纯净时,锑电极的电势只与pH有关,并为pH的 线性函数.
在某种工艺时,且当碱液中含有一定的杂质时,经实际检测记录如下数据: 碱液浓度/g?L481216'2024283240
pH值1313.313.4813.613.7113-7813?8513?914 第一作者简介男,副教授,l939年出生,l963年毕业于山东工学院.主要研究方向计算机应用研究
收稿日期1994—0910
,
第3期曹景森等:在线检测与控制碱渍浓度的技术
当碱浓度由8g/L变化到40g/L时,增加的值为32g/L,而pH值则由13.3变化到14,增
加的值为o.7.因此,这种近似的对数关系是用常规pH计难以测量的.当采用电极法时,溶
液温度的变化.介质中有关成分的变化,信号的干扰等等,将会使pH值偏离正常值.此时根
据所检测的pH值,是难以标定容器中碱液的实际浓度的.为此,我们采用了下列技术措施:
(1)检测信号采用低阻抗输入,以减少干扰;
(2)在测量区间进行放大,即提高分辨的能力;
(3)进行温度补偿,即当介质温度变化时,使pH值的偏移量得以补偿; (4)采用查表法和插值技术,即对实际工作中的介质进行大量的检测,将所检测的电
势,pH值与滴定法检测的碱浓度一一对应.将此数据存入计算机,以作检测过程中进行修
正的依据.
1.2lO0~350g/L浓碱液的在线测量和控制
我们采用了差压法和有关的数学模型,完成相应的数据处理和控制功能,达到预定的技
术要求.
1.2.1检测原理和方法
在被测碱液容器下端安装压力传感器A
和B,其间距离为z,F,F.分别为碱液和水控
制阀.系统结构简图如图1所示,其检测压力
()与碱液液位高度)关系为
^l一户】/P…
h2一/P
式中:^为距传感器A的液位高度;户为传感
器A的压力测量值;为距传感器B的液位
高度;为传感器B的压力测量值;P为碱藏
的密度.
: 由(2)式可得
乃
围1差压法碱液在线测控系统
P一(户一P2)fl(3)
根据文献[1]中碱液密度P和浓度z之间转换表(取浓度范围为lO0~400g/L),采用线性回
归分析方法,确定浓度对应密度P的函数
32一ap——b
口一{主(一))/{.主(一)z)一1310.446
……
b——n一一1-350.6717
其中:为碱液浓度;n,b分别为回归系数;P,分别为碱藏密度及密度参数均值,为浓度 参数均值.故
z一1310.446p一13506717(4)
1.2.2碱浓度的工程量显示
由以上线性回归方程计算的碱浓度值,是一个正比于实际碱浓度的数字量值.而按工程
山东工业大学
单位显示则必须依据实际标定值进行量程变换,其方式如下:
v一丝—一z)+Yl(5)
2一如
式中Y为实际的碱浓度值(g/L);,Y分别为标定的量程上限和下限;为测量计算中的
碱浓度数字量值;,分别为对应的上限和下限测量值.
1.2.3测量的算法补偿
根据(3)式,即由液体压力差来求密度P,这要求A,B两只传感器线性度好,且保持一 致.在理论上是可能的,但实际上每两个传感器之间特性均存在着差异,即使很小,也会使计
算的密度值随液位高度变化而变化,从而会影响整个系统的精度.设P,Pz的线性斜率分别
为d,}嘶一啦一,由(3)式可得
P一(户一Pz)/t一{(户一户).1/t)+2/t(6)
式中即为密度测量误差,现进行如下补偿:
令P=P恤一户,Pz一(1+卢)户脚一(1+卢)?户.
其中:P,P分别为传感器A,B的测量值;户,户分别为传感器A,B的标定值;为补偿 系数,一1<<+1.则
一
(户,户)?/t+户(占一卢dz)/l(7)
当取fl=d/a时,则(7)式可以完全补偿,在本系统中,当3=0.o14时,补偿效果为最佳. 1.3碱浓度的自动控制
控制一个容器中的碱液浓度精确地达到设定值,显然这是属于一个滞后的调节系统.仅
采用一般的PID算法,要获得好的效果,是困难的.因此,在本系统中,加水调节阀采用PD
(比例,微分控制)算法,而加碱液调节阀采用PID(比例,积分微分)算法和Smith预估控
制.
1.3.1加水量输出控制
Wo()=Kpl[)+de山l(t)]J
式中:Wo(t)为加水阀调节输出值足o分别为比例系数,微分时间()一 为液位高度设定值,h()为液位高度测量值).其差分方程算式为 Wl.(K)一KE(K)+K[E(K)一E(K一1)]
式中;,分别为比例和微
分系数.
1.3.2加碱过程Smith预估
控制
实践和理论证日月【Smith
算法是克服纯滞后影响的一种
有效方法.所以在本控制系统圈2控制系统方框围
中,设计一个预估器与控制对象并联.系统方框图如图2所示 "
(((
)0
第3期曹景森等:在线检测与控制碱液浓度的技术 图中:R()为对应设定值的输入量;()为误差函数;D()为系统调节器;c.()为碱液
浓度控制;()为碱液浓度的输出采样值;()为预估器I,()为控制模型的输出量.于是,
预估器与控制对象并联的传递函数为G(), G0)一G.0)+G0)(1o)
等效闭环系统的传递函数为(),
一一
器?
由于碱液浓度控制的滞后特点,近似如下模型: Gl()一(12)
DTi
式中:K为比例系数;T沩时间常数;r为纯滞后时间. 预估器的模型为
G)一(1)
于是可得
G???一+(1
由(14)式可见,系统的滞后情况得以消除. 预估控制器其时域控制特性可由下式给出: (13)
1一…)
Td—
J(
-
t)+L,()一
K[(f),"O—r)3(15)
写成差分方程为
J(KT)一e—[(一1)+K时(1一@--a)]f(一1)
一
[(K一1)T—r])(16)
式中:J(KT)为预估器本次输出控制值I)~=T/Tp.I~(K--1)73为上次由调节器来. 预估器有关参数设计主要依据是:
(1)根据parservel积分法则,即由误差平方积分法(ISE法)和误差与时间乘积的平方
积分法(ISTSE法)来确定.
(2)可以直接由系统的误差传递函数来确定.在实际应用时,调节器的输入信号在瞬时
会超过规定信号范围,使控制达不到预期效果,因此我们通过实验作进一步修正. 在图2中,D()是常规的PID调节器,其时域表达式为:
.)一Kp2[.)+.)df+T.誊生](17)
式中:K为比例系数;e()一R()--y(t)(R()为输入给定信号,(f)为碱液浓度测量值). 其增量型的差分算式为
(K)一K畦[E(K)一E(K一1)3…,
+KE(K)+KD[E(K)一2E(K一1)+E(K一2)3
式中;KK,Ko分别为比例,积分,微分系数.
山东工业大学1996
我们是通过采用多次实验数据,依据系统的目标函数和计算机参数寻优相结合的方法
来确定的.其值与各系数的理想参数接近,可满足控制精度.
依据上述的控制原理和算法,在现场运行效果十分理想,测量及控制精度达到士i%,附
表为现场某天实测的虢液配制计算机检测值,设定值和滴定值的对比. 附衰碱液浓度测量
2结语
在实际应用中,必须考虑温度变化,碱液中和水中所含杂质给检测精度所带来的影响.
可以按文献E33所介绍的方法进行控制.我们采用电极法进行检测控制时,温度未进行控制,
但采取了温度补偿系数进行修正.在差压法检测控制中,我们采用控制温度的方法以保证测
量精度稳定.当碱液中和水中的杂质变化时,我们采用了模糊控制技术进行适当处理,以保
证检测和控制的精度.
上述两项技术,成功地实现了高浓度碱液的在线测量和控制.第一种方法,曾在国家"七
五"重点科技攻关项目(75—45—01—03)中获得应用(该项目获国家科技进步二等奖).第二种
方法,已应用于国家"八五"重点科技攻关项目(85—607—04—04),现场运行,效果良好(该项目
获山东省科技进步二等奖).
参考文献
1WeastRG.HandbookofChemistryandPhys~s.LondontPrent~eHallInternational?INC.,
1989
260,265
2王永初滞后过程的预估与控制北京机械工业出版社.1987,12~19 3KeiveHNAmuhivariableSelf?tuningcontroller.Auromatica?1980?16(4)t351~366
第3期曹景森等:在线检测与控制碱液浓度的技术225
TECHNOLOGYOFON—LINEDETECTING
ANDCONTROLFORLYEDENSITY
CaoJingsenLiuBoqiangHuYongmei (Dept.ofAutomEng.,ShandongUniv.ofTech.Jinan250061)
ABSTRACTTwokindsofmethodsofon—linedetectingandcontrolforlyedensity
areintroduccd.Oneistheelectrodemethodadoptedthetechnologiesofcheckingtableand insertingvalue.Anotheristhedifferencepressuremethodwithwhichsomecorrecting technologyisusedatthesametime.Basedonthefeatureoflargelagexistedinthesys—
tern,aseriesofusefulcontrolalgorithmsareproposedinthearticle. KEYWORDSAlkalinity;Automaticdetection;Computercontrol
范文二:丝光机碱液浓度检测温度补偿方法的研究
2006 年 9 月BASIC SCIENCES JO URNAL OF TEXTIL E UNIVERSITIES Sep t . ,2006
() 文章编号 :100628341 20060320279204
丝光机碱液浓度检测温度补偿方法的研究
温宗周 , 胡勇 , 蔚泉清 , 张涛
()西安工程大学 电子信息学院 , 陕西 西安 710048
摘要 :探讨电磁法碱液浓度检测中的温度补偿问题. 通过实验方法测量不同浓度在不同温度下的
电导率数据 ,利用最小二乘原理拟合浓度2温度2电导率曲线 ,从而得到具有温度补偿的不同浓
度 下电磁浓度变送器的输出函数关系表达式 . 实现了丝光机碱液浓度检测过程中温度补偿 ,使检
测 精度达到丝光工艺要求.
关键词 :碱液浓度 ;电磁法 ;温度补偿 ;曲线拟合
+ 文献标识码 : A中图分类号 : TS 144 . 23 3
0 前言
丝光是印染生产过程中的一道重要工序 ,它是指织物在紧张状态下用浓碱液处理以改善纤维性能的
[ 1 ] 加工过程. 碱液浓度的高低和稳定程度是丝光过程的重要工艺条件 ,浓度偏低达不到丝光效果 ; 浓度偏 高不仅增加碱耗 ,而且还会影响织物的染色质量 . 丝光机碱液浓度检测对提高产品质量和产量有着非常重 要的意义 .
碱液浓度的检测方法很多 ,国内电磁法传感器发展较为成熟 ,但目前所用的电磁法测量 ,对温度的影
[ 2 ] 响考虑的不足. 碱液的导电借助于离子运动 ,温度增加时 ,溶液粘度变小 ,离子运动快 ;温度升高 ,离子能 量增大 ,也促使离子运动速度变大. 所以 ,溶液的电导率会随温度的增高而增大 . 同时 ,碱液电导率的温度
[ 3 ] 系数较大,克服温度影响是浓度检测中的首要问题 . 如果在碱液浓度检测中不进行温度补偿 ,将严重影 响电导率的测量值. 由于同一浓度下碱液电导率与温度间是非线性关系 ,而且不同浓度碱液的电导率 、温 度关系不同 ,因此 ,在一个较大的浓度和温度变化范围内 ,简单的利用热敏电阻实现温度补偿难免会出现 过补偿 、欠补偿问题 ,产生较大的检测误差 . 本文通过实验测量不同浓度在不同温度下的电导率数据 ,利用 最小二乘原理拟合浓度2温度2电导率曲线 ,从而得到具有温度补偿的不同浓度下电磁浓度变送器的输出
函数关系表达式 ,较好的解决了碱液浓度检测中的温度补偿问题 . 1 电磁式碱液浓度传感器原理
采用电磁法检测碱液浓度 ,其感受元件 ———检
测头是密封在防腐材料内浸没在待测溶液中 ,避免
直接与待测溶液接触 ,属非接触测量. 同时 ,由于采
用电磁感应原理 ,避免了极化等影响精度及稳定性 图 1 电磁式浓度传感器原理图 的因素 ,因此精度较高 、稳定性较好 .
电磁式浓度传感器的原理如图 1 所示 . 主要由两个环形变压器 ———励磁变压器 T和检测变压器 T1 2
() 及液体回路 D 组成. 在励磁变压器的原边绕组 有 W 匝通以一定频率的交流电 , 设电压为 U , 在检测变 1 1
( ) 压器的副边 有 W 匝产生的电压为2
收稿日期 :2006204224
通讯作者 :温宗周 (19642) ,男 ,陕西省岐山县人 ,西安工程大学讲师 . E2mail : xgkwen @163 . co m
纺 织 高 校 基 础 科 学 学 报第 19 卷280
( ) ()U = [ KW W / W R ]U ,1 2 5 6 1 E 1
K 为与变压器结构有关的常数. 由 ( 1) 式求得溶液回路 D 的等效电阻 式中
( ) ( ) ( )Re = KW 5 W 6 / W 1 U 1 / U 2 . 2
由于 K 、W 、W 、W 、U 都是常数 , 因此 , 如果将检测变压器副边电压 U 测出来 , 就可求得回路 D 的5 6 1 1 2 等效电阻 .
浓度变送器电路如图 2 所示. 电阻 R、R、R、R及电容 C、稳压管 D W 和运放构成矩形波发生器 , 其 1 2 3 4 1
输出信号作为励磁变压器原边输入信号. 检测变压器输出信号经过有两级运放组成的放大 、检测 、滤波电
( ) 路的处理 , 得到与溶液电导相对应的直流信号 为负值, 此信号经过一级放大变成正的直流信号 , 在经过 电容滤波后作为浓度信号送入 A/ D 转换器 .
图 2 浓度变送器电路
2 温度传感器
2 . 1 温度传感器的选择
电流输出型集成电路温度传感器 AD590 利用半导体 PN 结的电压电流特性对温度依赖关系 ,与热敏 电阻 、热敏电偶等其他温度传感器相比 ,具有良好的输出线性特性 . 另外 ,这种传感器测量精度高 ,除感温 部分外 ,整个电路集成封装于小型包装外壳内 ,使用方便 . AD590 具有良好的干扰抑制比 , 当检测系统与 被测溶液距离较远时 , 不会因电压降而产生
误差 ; AD590 输出一致性非常好 ,当温度每变
μ化 1 ?对应输出电流变化 1A . 使检测精度得
到保证 ;同时 ,AD590 对电源电压飘移和纹波
不敏感 ,电路设计简单.
2 . 2 温度变送器的电路设计
温 度 变 送 器 电 路 如 图 3 所 示. 为 将
AD590 输出的信号电流转换为可供 A/ D 转
换的电 压 信 号 , 提 高 负 载 能 力 , 采 用 由 R、3
R、C、L M324 组成的一级运放 ; 为使变送器 4 1
输 出 电 压 对 应 摄 氏 温 标 温 度 , 采 用 由
M C1403 、R1 、R2 组成 的 恒 流 源 电 路 , 以 产 生 图 3 温度变送器电路图 恒定的 273 . 2μA 的直流信号 , 从而实现零点
迁移. 能隙恒压源 M C1403 用于提供精密电压 2 . 5V , 其内部噪声小 , 温度系数低 , 可保证稳定的温度电压 转换关系 . 实验证明 , 本电路具有结构简单 、调试方便 、输出稳定等优点 , 测温绝对误差最大值为 ?0 . 5 ?. 3 碱液浓度的测定方法及温度补偿基础曲线
3 . 1 碱液浓度 、温度 、电导率之间关系
碱溶液的导电能力决定于其中所含有离子的数目 、价数和移动速度 . 假定溶液中全都以离子形式存 在 , 当考虑当量电导时 , 不同的溶液中电荷的总数都是一样的 , 所以 , 不必考虑离子的数目和价数两个因 数 , 即电解质的当量电导直接反映溶液中各种离子的移动速度 . 从这个观点出发 , 不同电解质当量电导值
? 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 3 期丝光机碱液浓度检测温度补偿方法的研究281
的差别可认为是由于它们的离子移动速度不同引起的. 如果考虑温度的影响 , 对于一定浓度的电解质溶 液 , 则随着温度的升高 , 离子移动速率增大 ; 当量电导值增加 , 溶液的导电能力增加 .
通过上述分析 , 得到碱溶液的浓度 、温度 、电导率间的定性关系 :对于一定浓度的碱液 , 随着温度升高 ,
离子移动速率增大 , 电导率增大 ; 对于一定温度的碱液 , 在起始阶段 , 随着浓度的升高 , 离子数目增多 , 导电 能力增强 , 但同时由于离子静电作用加强 , 电导率的增量逐渐变小 . 随着浓度进一步增加 , 静电作用更强并 占主导地位 , 从而使电导率下降.
3 . 2 碱液浓度的测定方法
上述碱液浓度 、温度 、电导率三者之间的基本关系只是定性的描述 , 为了实现微机温度补偿 , 必须定量
[ 5 ] 的分析. 可以 通过 具 体实 验测 量 几种 浓度 下 的温 度 、浓 度 变送 器输 出 间的 关系. 由于 碱 液浓 度大 于 100g/ L 后 ,电导率增量减小 ,传感器分辨率明显下降 ,因此 ,只测量 20 , 100g/ L 这一浓度范围 ,100 g/ L 以 上浓度用稀释方法检测 . 被测碱液浓度从 10g/ L 起 , 增量 10 g/ L , 分别测量一组温度 、浓度变送器输出数 据 . 温度变化范围 10 , 50 ?. 考虑到 AD590 的热惯性及放置 AD590 的防腐管有一定的热阻和热容 ,所以 温度传感器响应慢 ,而浓度传感器惯性小 ,响应快. 因此 ,测定时若不能保持被测碱液温度在测试点恒定 , 将会出现两种传感器响应不同步现象 ,给测量带来误差. 为此 ,测定时采用水银温度计测量温度 . 具体测量 方法如下 :
()1 配制一定浓度的实验用碱液 ,并用滴定法验证 .
()检查温度 、浓度变送器电路. 将检测头冲洗干净 ,这时浓度传感器输出值应接近零值 ; 否则 ,通 2
过调节零电位器使其输出为零 .
()3 测量一定浓度下温度 、浓度变送器输出间关系的原始数据 . 将检测头置入待测溶液中 , 用温度 计测量溶液温度 ,记录此时温度 、浓度变送器输出值 ;然后 ,将碱液升温 ,重复以上过程 ,直到要求的最高温
() 度值 50 ?.
()另换较原浓度高 10g/ L 的碱液 ,重复上述过程.4
3 . 3 温度补偿用基础曲线族
采用上述方法得到测量数据 ,绘制出的碱液浓度 、温度 、浓度变送器输出三者关系曲线 ,如图 4 所示. 由图 4 可知 ,在 10 , 100g/ L 范围内 ,10 , 50 ?下 ,碱液浓度和传感器的输出值之间有以下关系 :
()1 在同一温度下 , 碱液浓度与
传感器的电导率输出值近似呈正比关
系 ;
()2 在同一浓度下 , 传感器的电
导率输出值和温度变化呈线性关系 ;
()3 不同 浓 度 的 碱 液 在 不 同 温
度条件 ,传感器的电导率输出值曲线近
视平行. 为了能实现温度补偿 , 拟将对
这几组数据进行计算机曲线拟合 ,从而
得到在不同浓度下用多项式表示的确 图 4 碱浓传感观器在不同浓度下的输出和温度的关系 定温度 、浓度变送器输出间关系的函数
式 .
4 数据处理 ———曲线拟合
4 . 1 曲线拟合
( ) ) ( 处的值已求得 , 便可跟据插值原理建立一个次数不, ni = 0 , 1 , 2 , 如果某函数 f x在若干点 X i
( ) ( ) 高于 n 的插值多项式 P n x作为函数 f x的近似 . 多项式是一种既简单又便于计算和分析的函数 , 可以
( ) 用来计算函数 f x在插值区间内异于 X 处的函数值 , 也可以计算函数在相应区间上的定积分 . 但是 , 如 i
( ) 果函数 f x的解析式未知 , 而在 X 处的函数值 Y 是用实验观测的方法求得的 , 情况就有所不同 , 因为这 i i
εε样得到的函数值 Y 带有一定程度的误差.具有随机的性质 , 要求在计算机处理数据的过程中设法消除i i i
? 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
纺 织 高 校 基 础 科 学 学 报第 19 卷282
误差干扰所造成的影响 .
4 . 2 最小二乘曲线拟合
在用给出的观测数据作曲线拟合时 , 一般总希望观测数据与拟合曲线的偏差的平方和最小 , 这样就使
拟合曲线更接近于真实函数 , 这个原理称为最小二乘原理. 用最小二乘原理作为衡量曲线拟合优劣标准则 称为曲线拟合的最小二乘法. 考虑用 m 次多项式
n m j ( y ) x = - + ax = a+ ax +k k m k 0 1 k ? k = 1
n j j +1 j + m j )( y x + a1 x k + + am x k - = ax k k 0 k? k = 1
n n n n j +1 j j + m j 1 + aax x + + ax = y x = 0 , 0 kkm kk x???? k = 1 k = 1 k = 1 k = 1
m jm2 ( ) ( )x y =3 = x + aa+ ax + ax+aj x .m 0 1 2 ? j = 1
( )1 2 3 , n 其中 m 远小于 n 则观测数据与拟合曲线偏差的平方和为i = ,,,,,拟合 n 个观察数据 x i , y i
n 2 ( ( )) ( ) F a, a, a,4 , a= [ y x - y ] .0 1 2 m k k ? k = 1
( ) , am 使 F a0 , a1 , a2 , , am 有最小值 , 即 a0 , a1 , a2 , 根据最小二乘法原理 , 取 a0 , a1 , a2 , , am 应满足 条件
n 5 F j) ( ( )5 = 0 , j = 0 , 1 , 2 , , m , = Z [ y x k - y k ] xk ? 5 aj k = 1
n m j ) ( y x m x k + a即+ - = = a+ ax k k 0 1 k? k = 1
n j j + m j j 1 +( )y x + ax x + a+ - = ax k k 1 k m k 0 k? k = 1
n n n n j j +1 j + m j 1 + - + aax x + ax y x = 0 .0 kkm kK x ???? k = 1 k = 1 k = 1 k = 1
所以取系数 a0 , a1 , a2 , , am 应满足方程组
n n n n j j +1 j + m j ( )+ , m . 6 ax + ax + ax = y x , j = 0 , 1 , 2 ,0 1 m k x kkk???? k = 1 k = 1 k = 1 k = 1
( )( , 然后代入 m 次多项式即可得到由观测数据点 x , y i , a由方程组可以惟一地解出 a, a, a,m i i 0 1 2
) = 1 , 2 , 3 , , n所确定的近似多项式 .
5 结束语
本文在深入研究碱液导电性能的基础上 ,针对目前碱液浓度检测中存在的温度补偿问题 ,提出了一种 新颖的具有温度补偿的检测方案 . 通过实验方法测量不同浓度在不同温度下的电导率数据 ,利用最小二乘 原理拟合浓度2温度2电导率曲线 ,从而得到具有温度补偿的不同浓度下电磁浓度变送器的输出函数关系 表达式. 实验表明 ,采用此种检测方案 ,可达到如下技术指标 :
()1 测碱液浓度范围为 10,100 g/ L .
() 检测绝对误差最大值为 ?1 g/ L ,相对误差最大值为 ?3 . 05 %. 2
()3 允许碱液温度变化范围为 15,45 ?.
因丝光工艺要求的检测最大误差为 ?12 g/ L ,所以此方法能满足丝光要求 ,是完全可行的. 本文采取
()的方案同样适用于酸 、盐的检测 ,特别对于酸 ,会有更高的检测精度.下转第 295 页
? 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 3 期论提升服装企业核心竞争力的对策295
场应变能力和竞争能力有重大的促进作用 .
()培育企业成为学习型组织 企业核心竞争力蕴藏于企业整体长期学习和经验积累之中 ,体现企7 业有形资源和无形资源的有机结合 ,是企业的一个学习过程 . 因此 ,服装企业要形成核心竞争力 ,就必须把
企业培育成为学习型组织. 通过学习 ,培养创新人才 ,促进知识的生产 、传播和应用 . 知识和技能是服装企 业最有价值的战略资源 ,它不会随着产品或市场的衰退而衰退 . 服装企业通过向市场学习营销技巧 ,向竞 争对手学习竞争手段与技术 ,向国外一些企业学习管理经验 ,为提升核心竞争力打下坚实基础 . 研究表明 , 企业经营者的经营和管理有生命周期 ,学习型组织良好的学习风尚 ,可以使中小企业经营者更新观念 、增 加知识存量 、改变知识结构 、提高认知水平 ,进而延长其经营和管理的生命周期 ,将经营管理水平提高到一 个新的发展阶段 ,随之而来的是企业与经营者的共同成长和发展 .
参考文献 :
() [ 1 ] 杜云月 ,蔡香梅 . 企业核心竞争力研究综述 [J ] . 经济纵横 ,2002 3: 59263 .
[ 2 ] 李咏梅 . 我国企业如何打造核心竞争力 [J ] . 经济师 ,2002 (6) :1722173 .
[ 3 ] 陈根 . 提升中小企业核心竞争力的战略思考 [J ] ,经济师 ,2003 (5) :1452146 .
Research on the core competence of garment corporat ion
N I N G L i2g on g
( )Pre sident Office , Xi′a n Polytechnic U niver sit y , Xi′an 710048 ,Chi na
Key words :ga r me nt co rpo ratio n ; co re co mp et e nce ; bra nd st rat e gy
编辑 、校对 :董军浪
()上接第 282 页
参考文献 :
洪华 . 纱线漂染基础知识 [ M ] . 南京 :江苏科技出版社 ,1983 .[ 1 ]
[ 2 ] 成钦炳 . 实用化工测量与成分分析仪表 [ M ] . 南京 :江苏科技出版社 ,1986 .
方初良 . 电导式分析仪表 [ M ] . 北京 :水利电力出版社 ,1984 . [ 3 ]
荆 涛 . 染整设备机电一体化 [ M ] . 北京 :中国纺织出版社 ,1997 . [ 4 ]
王菊生 ,孙铠 . 染整工艺原理 [ M ] . 北京 :中国纺织出版社 ,1997 . [ 5 ]
The method of temperature compensation in the mea suring
concentration of lye in mercerizing process
W E N Zon g2Z ho u , H U Y on g , Y U Q u a n2qi n g , Z H A N G T ao
( )School of Elect ro nic s a nd Info r matio n , Xi′an Polytechnic U niv. , Xi′a n 710048 ,China
Abstract : In o r der to slo ve t he p ro ble m of t e mp e rat ure co mp e n satio n i n t he det ectio n of co nductivit y of l ye sol utio n de n sit y by elect ro ma gnic met ho d , diff e re nt de n sit y u nde r diff ere nt t e mp e rat ure co nductivit y dat a i s mea sured t h ro ugh e xp eri me nt al t ec h nique . Mea nw hile , t he p ri ncip le of lea st squa re s met ho d i s u sed to fit t he c ur ve a bo ut co nductivit y of l ye , t e mp e rat ure a nd co nductivit y . Th u s ,t he o utp ut f unctio n relatio nal e xp re ssio n of t he elect ro ma gnetic co nce nt ratio n a nal yzer wa s o bt ai ned wit h t e mp e rat ure co m2 p e n satio n under t he diff e re nt de n sit y. Te mp e rat ure co mp e n satio n i s realized duri ng mea suri ng co nce nt ra2 tio n of l ye i n merce rizi ng p roce ss a nd acc uracy of det ectio n meet s t he requi re me nt of me rce rizatio n . Key words :co nductivit y of l ye ;lect ro ma gnic met ho d ; t e mp e rat ure co mp e n satio n ;c ur ve2fit ti ng
编辑 :董军浪 ;校对 :黄燕萍
? 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
范文三:电磁浓度计在纱线丝光碱液浓度检测中的应用
电磁浓度计
在纱线丝光碱液浓度检测中的
摘要: 本文主要分析了电解质溶液的电导率与其浓度的关系以及利用电磁感应原理制 造的电磁浓度计的工作原理,并对几种不同型号规格的电磁浓度计的测量范围进行了 比较;就如何利用电磁浓度计对纱线丝光碱液浓度进行检测进行分析和说明。电磁浓 度计的有效使用可以有效提高纱线丝光的质量和稳定性。 关键词:电解质溶液;电导率;电磁感应原理;丝光。
中图分类号:TP212.13 文献标识码:A 文章编号:1006-883X(2003)01-0020-04
王兴刚
李金海
一、概述
棉纤维本身光泽较差,为了使纱线产生良好的光泽效果并提高其它性能,需要对纱线 进行丝光工艺处理。不同浓度的碱液对棉纤维有不同的膨化收缩作用,当碱液浓度小于 20%时,其膨化率就会降低,丝光效果不显著;当碱液浓度大于 25%时因碱液粘度增大, 影响到碱液的渗透,其膨化率亦会降低。丝光处理时由于纱线吸附作用,要带走大量的烧 碱,使丝光液中 NaOH 浓度逐渐降低,故在连续生产中,需不断补充浓碱液,并进行在线 检测和实时控制丝光液的碱浓度,以达到稳定的良好丝光效果。目前许多生产设备和仪器 仪表都采用电磁浓度计来进行检测碱液的浓度。
二、电解质溶液浓度与电导率的关系
电解质溶液之所以能导电,是由于溶液中有离子存在。不同的电解质溶液有不同的导 电能力,当电流通过电解质溶液时呈现出与金属一样的电阻 R,溶液的电导 G 用其电阻 s
1 A R的倒数表示: G , s (1) , S RL S
式中,L—电解质溶液的导电长度(cm);
2A—电解质溶液的导电截面积(cm); ,x S—电解质溶液的电导率(S,cm)。S 与溶液的浓度有关,S , (2) 1000,
式中,,—当量电导率(Sl/cm); x—溶液浓度(g/l);
,—溶质的克当量(g)。
技术应用
从式(2)可以看出,当,、,为常数时, 电导 示。
率 S 就仅是浓度 x 的函数,而仅决定于溶质的分 ,电解质溶液中离子的多少决定溶液的导电能
子量。当溶液浓度较低时,当量电导率近似为常 ,力强弱,而电解质溶液的离子数量不仅与溶液的浓
数,故电导率 S 与浓度 x 接近线性关系,如图 1 所 度有关,还与在该浓度下的电解度有关。一般来说
溶液的电导率随浓度而增大,但有些电解质溶液当
浓度增加到一定数值后电导率开始随浓度增加而 电导率(S/cm) 0.8 减小,在浓度较高时电导率与浓度之间出现了非线
性及双值关系(图 1)。这是因为当浓度增加到一定 0.6 数值时,溶液的电离度减小,而使离子总数下降,
导致电导率下降。此外,溶液的温度对电解质溶液 硝酸
的电导率也会产生较大的影响,溶液温度不同,离 0.4
子的运动速度也不同。温度升高时溶液粘度降低, 氯化钠 硫酸 离子运动速度加快,在电磁场的作用下,离子的定 碳酸钠 0.2 向运动也加快而使溶液的电导率增大;反之,溶液
氢氧化钠 温度下降时,其电导率减小。 wt%
0 上述分析可知:溶液的电导率、电离度、浓度 10 20 30 40 60 70 90 10050 80
和温度之间的关系比较复杂,很难精确计算,通常 图 1 20:C 不同电解质溶液电导率与浓度关系
是通过实验来测定各种不同浓度溶液的电导率,然
后绘制成图表以供查阅。
导线 测量溶液的电导率有常规的电极类电导率计
和电磁浓度计,前者的电极易发生极化作用,在电 被测溶液 绝缘层 极表面形成双电层或在电极附近溶液的浓度发生
次级线圈 变化,而且电极易被污染或结垢,使其测量准确性
大大降低,甚至无法测量,尤其在强腐蚀性和高浓
度溶液中更加突出;而电磁浓度计是一种非接触式
测量,只要用合适的耐腐蚀材料将测量部件密封起 初级线圈
来,就可避免电极腐蚀、极化等问题。 感应电流
图 2 电磁浓度计结构示意图 三、电磁浓度计工作原理
电磁浓度计是利用电磁感应原理来反映电解
质溶液电导率变化,实现对溶液浓度的测量。通常 b Ta T 的电磁浓度计由初、次级线圈两个变压器模块构 "Q" 成,其结构如图 2 所示,测量工作原理如图 3 所示。 a E2 将电磁浓度计浸入被测溶液中,给初级绕组 u Q I1 W施以交流电压 u,则在 T中产生相应的交变磁 1 1a u2 W 通,据电磁原理,此交变磁通使溶液产生感应电流 1 W I,形成了交叉于 T、T的电流环“Q”,I的值与 Qab Q 图 3 电磁浓度计测量原理示意图
传感器 世 界 212003.1
范围来进行测量,如果浓度刚好在拐点附近, 溶液的电导率成比率;同时,此电流环中交变感应
一般要先进行定量稀释后进行测量。 电流 I又使 T生成交变磁通而使次级绕组 W中产 Q b 2
生感应电势 u。 2
由电磁感应原理和变压器原理可知: 四、电磁浓度计在丝光碱液浓度检测中的应用
k W在应用电磁浓度计检测纱线丝光碱液浓度时, 2 , u S u , kI W (3) 2 Q 2 1 K W应充分考虑到下列因素: 1
(1) 干纱丝光溶液中 NaOH 浓度范围为 式中,u—输入交流电压; 1220~240g/l(湿纱为 260~280g/l);由图 1 可知,在 k—与线圈变压器材料有关的系数; 此浓度范围内电导率与浓度呈非线性关系;
K—电极常数; W—初级线1(2)由实验可知,丝光溶液的主要成分是氢氧化
圈的匝数; 钠(NaOH)、电解杂质碳酸钠(Na CO )和氯化 2 3
W—次级线圈的匝数; 2钠(NaCl)等,而图 1 显示这三种组分在不同浓度
S—溶液的电导率。 由式(3)和(2)可知:测时对溶液电导率的影响各不相同,不能直接利用
NaOH 的浓度与电导率的关系去检测溶液中的 定电势 u便可知待测溶 2
NaOH 浓度。 液浓度大小。
为此,我们可以在先期实验的基础上建立丝光 由图 1 可见,随着浓度的增大,曲线会出现拐
碱液浓度的数学模型, 在用电磁浓度计检测丝光 点,即会有同一个电导率值对应着两个浓度值的情
碱液浓度前,先取一定量的被测碱液,分别加入不 况。制造一种测量范围包括所有这些点的仪表是不
同倍率的水进行稀释三次,再分别对三次稀释的烧 可能的,因此仪表的测量范围必须分段设置以避开
碱溶液进行电导率和温度检测, 将分别检测到的 拐点。不同厂商制造的不同型号规格的电磁浓度计
电导率和温度值代入预先建立的数学模型中,通过 的测量范围不尽相同,表 1 列出了几种电磁浓度计
数值计算求出被测丝光碱液中的 NaOH 浓度值。 的测量范围。
1、数学模型的建立 一般规定丝光碱液浓度范围 1 几种电磁浓度计的测量范围 表 电磁浓度计 为 220~280g//l,含 LTH DKK Foxboro 测量 NaCO及 NaCl 的浓度允许为 0~40 g//l,故可采用 23 ECS40 MDM--300 872 样品 范围 均匀设计法、回归设计法来设计实验,具体步骤为:
0-30% (1)将 NaOH、NaCO、NaCl 三种组分按所有 230-25% 40-80% 0-25% HSO24 可能的浓度配伍制成一系列碱液; 96-99.5% 93-99.5% (2)对所配制的每种碱液稀释三次,并分别测出 0-15% 0-15% NaOH 0-16% 稀释后的碱液的电导率及温度值; 20-40% 0-20% (3)对所得的实验数据采用最小二乘法进行回 0-25% 0-10% HNO3 0-20% 归处理,便可得到碱液浓度数学模型(为非线性方 40-80% 0-20%
程组),其一般表达式为: 需要说明的是,表 1 中有些浓度区间没有
列出,从图 1 看出这些浓度段正好落在曲线的 S , f ( x , x , x , t ) 1 1 2 3 1 1 拐点附近,电导率随浓度变化非常敏感,并可 (4) S , f ( x, x, x, t) 2 21 232 发生跃迁,很可能出现一个电导率值对应两个 S, f (x, x , x, t) 3 31 23 3 浓度值,在实际应用中一般先估计被测溶液的
Sensor World 22 2003.1
技术应用
其中,x—氢氧化钠(NaOH)溶液浓度; x—碳酸钠12The applicationof an electromagnetic
(NaCO)溶液浓度; x—氯化钠(NaCl)溶液233concentration analyzer for measuring
浓度; t、t、t—三次稀释后溶液的温度; 123concentration of lye in yarn mercerizing process
S、S、S—三次稀释后溶液的电导率。 123Abstract: The article analyzes the relationship
between the conductivity of electrolyte and its 2、碱液浓度的求解 对所取一定量被测碱液稀
concentration ,and presents the working principle of 释三次,分别检测出
the electromagnetic concentration analyzer which be 相应的电导率值 S、S、S和温度值 t、t、t,并将 123 123
made according to the electromagnetic induction 其代入前述数学模型(4),经整理化简可得:
principle, then contrasts concentration measuring ,( x, x, x) , 0 1 1 2 3
ranges of some type products from different
companies. Some suggestions are given on how to
(5) , (x, x, x) , 0 apply the electromagnetic concentration analyzer to 2 1 2 3
, (x, x, x) , 0 3 1 2 3 measure the concentration of lye in yarn mercerizing
process. It can effectively improve quality and 只要能在规定的范围内求出一组 x、x、 x123
stability of yarn mercerizing products associated with 满足方程(5),则其中 x即为所求的 NaOH 浓度值。 1
求解非线性方程组(5)时,可采用最优化技术中非线 some control unit.
性规划的数值计算方法进行求解。 Keywords: Electrolyte, Conductivity ,
Electromagnetic induction , Mercerizing process
五、结论
作者简介王兴刚:东华大学机械工程学院硕士,通讯地 以前对碱液浓度的测定一般采用人工取样、化
址:上海 市东华大学机械工程学院李金海转王兴刚学滴定的方法,在环境恶劣、在线检测控制场合受
(200051)电话: 021-62373324(办) 021-62374105(宅) 到极大限制。在纱线丝光工艺中采用电磁浓度计与
email:wxg7022@etang.com 李金海:上海市东华大学机械单片机技术相结合的实施检测控制一体化系统对
工程学院副教授, 邮编:200051 电话:021-62373324 碱液的浓度进行实时监测控制,有效保证了产品质
量,操作方便,改善了劳动条件,降低了生产成本。 读者服务卡编号 005?
参考文献
[1]. 王菊生,孙铠. 染整工艺原理[M]. 中国纺织出版社,
1997.
[2]. 洪华等. 纱线漂染基础知识[M]. 江苏科技出版社,
1983.
[3]. 方初良. 电导式分析仪表 [M]. 水利电力出版社,
1984.
[4]. 荆涛. 染整设备机电一体化[M]. 中国纺织出版社,
1997.
[5]. 成钦炳等. 实用化工测量与成分分析仪表[M]. 江苏 科
技技术出版社,1986.
传感器 世 界 23 2003.1
范文四:基于zigbee的在线碱液浓度计
基于ZigBee的在线碱液浓度计董方武
基于ZigBee的在线碱液浓度计
On—line Alkali Concentration Meter Based on ZigBee
董方武 (浙江纺织服装职业技术学院,浙江宁渡315211)
摘要:针对织物丝光及后处理工艺碱浓度检测过程中对监控系统实时性的要求,根据电化学原理,提出了基于ZigBee技术的碱浓 度检测系统。系统选用r11公司基于ZigBee技术的CC2430芯片作为系统数据采集与传输、数据显示节点的控制器。设计并给出了碱 浓度数据采集电路、主节点与数据显示电路原理图和程序流程。运行结果表明,该系统具有稳定可靠、抗干扰、体积小、成本低等特 点,为化工及纺织等企业的碱浓度检测提供了一种新技术。
关键词:ZigBee CC2430碱浓度检测节点设计
中图分类号:TP212.6文献标志码:A
Abstract:In textile mercerizing and finishing technological processes.aiming at the requirement on real—time performance of monitoring system
in detecting
process
for alkali concentration.and in accordance with the principle of electrochemical,the monitoring system based on ZigBee technology is put forward.In the system,the ZigBee-based chip CC2430from TI has been selected for data acquisition and transmission,data display
and node controller.The principle and program flowcharts of concentration data collection circuit-main node-and data display circuit are given.The operational result shows that the system is stable-anti-interference-compact and low-cost;it offers且Ilew technique for detecting concentration of alkali in chemical and textile industries.
Keywords:ZigBee CC2430All【ali concentration Detection Node design
0引言
在纺织织物丝光、炼漂等前处理工艺中,需要使用 NaOH(烧碱)对织物进行处理以达到工艺要求,而在织物 漂洗后处理工艺中则需要去除织物中的残留碱…。在这 些工艺中,碱浓度的变化大,为了保证工艺的稳定性和重 现性,需要对碱浓度进行实时检测和处理。传统生产中 需要结合不同的工艺和使用不同的检测方法,如密度法、 折光法、电导法和滴定法等,而这些检测方法均具有一定 的局限性,检测时需要使用不同的检测设备拉o,结构复杂、 安装和维护也不方便、实时性较差,同时,检测设备的成本 较高,检测精度也在一定程度上受到工艺扰动的影响。 根据电化学原理,可通过测量工作液中OH一离子浓度,达 到检测碱浓度的目的。这种方法可直接检测工作液中的 碱浓度,基本不受工作液的扰动和其他因素的影响口1。 ZigBee技术作为一种新兴的无线监控技术H o,特 别适合应用在数据量小、数据格式简单、实时性要求 高、工作现场环境恶劣、布线与供电不方便、监控点多
宁波市先进纺织技术与服冀CAD重点实验室基金资助项目(缡号: 2007ZDSYS—A一002)。
修改稿收到日期:2008一11—26。
作者董方武,男.1964年生。1984年毕业于原华中农学院机械专业.获硕 且呈簇状分布的监控系统中。它可与电化学传感器组 成一种低成本、高精度、高可行性的检测设备。
1检测原理
根据电化学原理,金属在酸碱盐溶液中与溶液之 间存在一定的电位,被称为电极电势。图1所示为金 属电势测量原理图。
图1金属电势测量原理图
Fig.1Principle of metal potential measurement
金属电位的变化与溶液中离子的浓度之间存在一 定的对数关系∞]。该电势用能斯特方程表示为: E=Eo+(0.1984T/n)lgK (1) 式中:‰为标准电极电势;T为绝对温度,K;凡为电极 反应中的电子数;K为离子浓度。
根据实验可知,当温度变化到某一值时(如25℃),
士学位.副教授注要从事敷据采集与过程控制、无线传感嚣网络的研究。 金属的电势可用下式表示:
76PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION VoL 30No.8August 2009
基于Zignee的在线碱液浓度计董方武
E=(O.0592/n)lgK+C (2) 式中:C为金属常数,其值与金属材料有关。因此,根 据式(2)测量金属的电势,即可计算出溶液的浓度。 在测量插入NaOH溶液中金属的电极电势时,不 能直接测量NaOH溶液与金属间的电势差,而要使用 溶液引出电极来测量旧3。引出电极使用甘汞电极(盐 桥),通过测量甘汞电极与金属电极(Fe)之间的电势 差,根据式(2)即可计算出碱液中NaOH浓度。
2系统设计与实现
2.1浓度检测电路原理
浓度传感器电路由金属电极和盐桥组成。金属电 极采用不锈钢电极、盐桥使用甘汞电极;金属电极与甘 汞电极之间的电势差信号经过小信号处理电路处理放 大后,输入到ZigBee处理器,通过CC2430进行A/D转 换川。电势差信号由CC2430处理后以无线方式传输 到无线接收端,再由接收端的微处理器CC2430处理 后,将浓度显示在显示屏上,同时将浓度数据经数据接 口输入到计算机系统,进行存储和数据处理。碱浓度 检测系统原理如图2所示。
数据处理与显示节点
I碱浓度传感嚣}叫信号 Cc2430
l温度传感器吲处理电路 皇审 A/D转换
与数据处理 节点 图2碱浓度检测系统框图
Fig.2Block diagram of the detection
system of alkali concentration
2.2浓度检测电路设计
碱浓度与温度检测基本电路如图3所示。碱浓度 检测电路使用两个高输入、输出阻抗的斩波稳零运算 放大器ICL7650,即U。和U,组成差动放大电路”o,其 输入阻抗在1012n以上,从而使输入信号不受电路阻 抗变化的影响。由于ICL7650利用动态校零技术消除 了CMOS器件固有的失调和漂移,克服了传统斩波稳 零放大器的缺点,使该电路能够有效抑制共模噪声的 干扰,以适应工业现场复杂的环境。放大器供电电压 为5V,通过调节PR。、PR,、PR。的阻值,使U,输出电 压为0—3.3V。
图3碱浓度与温度检测基本电路
Fig.3Basic circuits for alkali concentration and temperature detection
温度检测电路采用AD590(U。)作为温度传感 器归1,温度检测范围为一55一+150℃,有较宽的电源 电压适应能力。放大器采用ICL7560(U:),通过调节 PR,和PR,来调整温度检测范围,使U:的输出在0— 3.3V,PR,用于调节U:的输入失调。电源由U,及U。 提供4-5V电压。
数据处理与传输电路采用ZigBee芯片CC2430,包 括与8051兼容的内部CPU、8/14位的ADC、128kB的 RAM及符合IEEE 802.15.4标准的RF无线收发机。 由U:和U,输出的信号分别通过P0..和P0。输入至u。 内部的ADC进行A/D转换。当u。接收到主节点的 <自动化仪表》第30卷第8期2009年8月 数据采集指令时,启动中断处理程序,在一段连续时间="" 内对浓度和温度电压信号采样,然后对所采集的数据="" 进行等精密度处理¨01;将处理后的浓度和温度数据存="" 储到指定的存储单元,并以一定的数据格式经rf模="">自动化仪表》第30卷第8期2009年8月>
2.3数据接收与处理电路设计
CC2430将接收到的浓度和温度信号存储到其指 定的存储区,然后调用数据处理子程序,采用特定的算 法对采集到的浓度数据进行处理;将处理得到的电压 数据(金属电极的电势)按式(2)计算出碱液的浓度; 最后将浓度数据输送至液晶显示器显示。液晶显示器 77
基于ZigBee的在线碱液浓度计董方武
采用TBGl28064F型带中文字库的显示模块,同时,通 过MAX232串口电路输出到计算机系统,由计算机系 统进行存储和相应的处理,基本电路如图4所示。
习■q坷1
RS.232接口
C1
R
C
液晶128显x6示4器
I
受昌jl§I
c
坠二]]丁Ⅱ
DVno_SOC≤亡‘IL二,芷
AVaO—SOt_
AVDO_DREG TXRX_SW
DVtm—ADC RF F REG OUT — XOC一2
12
RBISA
:oc州 REFG
OUT‘
Po-
…。P,,
;::u朋z枷,::
P●』 。
P。j
AVao_CHP AVDD COV
毗 ■=
纽
一f
XTz
一}
血
C_.
0%和42%浓度的液体用于调整检测电路的输出信号,
即电压为0-3.3V。滴定与检测浓度比较如表l所示。
表1滴定与检测浓度比较表
无线Tab.1
Comparision of titration and
det删on concentration
图4数据接收与处理基本电路
Fig.4
Basic circuit for data receiving and processing
2.4软件设计
碱浓度检测系统软件采用模块化设计.主要由碱 浓度数据采集、数据处理、数据显示、数据传输、无线发 射与接收等模块组成。数据采集流程如图5所示。
开始
发送加入网络信号
加入成功?
空闹状态
有指令?
蒂
接收指令
接收成功?
采集数据:浓度/温度
发送数据
图5数据采集流程
Fig.5
Flowchart of data aquisition
3检测结果分析
本浓度检测电路测试碱溶液的范围为0%一42%, 检测碱浓度的10个实验样本分别为:O%、2.5%、7%、 11.5%、17.5%、23%、27.5%、32.5%、37.5%、42%,其中
4结束语
碱浓度检测电路采用高输入阻抗的信号处理电路 和CC2430处理器;其数据传输使用无线方式,有效克服 了工业现场各种干扰,具有嵌入性强、检测浓度范围广、 测量精度高等特点,并可与计算机监控系统或与自动控 制装置配合进行碱浓度的自动控制。该设计已成功应 用在浙江某印染公司的LI-IJ3i26型号丝光机对织物的 丝光等前处理工艺中,不仅可用于检测NaOH浓度,还
可对HCI、H:SO。、NaCI、Na2C03等强电解质溶液的浓度 进行高精度的在线检测,在纺织、轻工、食品、化工等行 业生产中具有很好的应用价值。
参考文献
[1]范雪荣.纺织品染整工艺学[M].北京:中国纺织出版社,2001:
38—52.
[2]陈立秋,前处理工艺过程中碱溶液浓度的测控[J],印染,
2004(6):39.
[3]裴柳进,唐凤.碱浓度的实时在线测试[J].氯碱工业,
1999(2):34.
[4]衄正Standards
Association.IEEE
std.802.15.4-2003[EB/OL].
[2008一07一10].http:∥ieeexplore.ieee.ow,/serveletlopac?plmuln-
bet=8762.
[5]曲保中,朱炳林,周伟红.新大学化学[M].北京:科学出版社,
2002:86.
[6]上海轻工业专科学校.电化学[M].上海:上海科学技术出版
社,1978:64—71.
[7]Chipcon(Ti).cc2430.pdf[EB/OL].[2008—07一15].http:∥fo-
cUB.ti.tom.cn/cn/lit,/ds./symlink./cc2430.础.
[8]陈国杰,徐志民.基于ICL 7650程控微电流放大器的设计[J].
佛山科学技术学院学报:自然科学版,2001(12):8—10. [9]何俊才,薜永毅.传感器及其应用实例[M].北京:机械工业出
版社,2004:27.
[10]王宏宝.电子测量[M].北京:科学出版社,2005:27—35.
78
PROCESS
AUTOMATION INSTRUMENTATION Voi.30No.8August 2009
一Y
D T N
T
N、T
弛 一 洲 川 刚 叫 ¨删
腿一
T
R
T
R
㈨ 一 ¨讣 时 白 删 州
基于ZigBee的在线碱液浓度计
作者:董方武 , Dong Fangwu
作者单位:浙江纺织服装职业技术学院,浙江宁波,315211刊名:自动化仪表
英文刊名:PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION年,卷(期):2009,30(8)引用次数:
0次
参考文献(10条)
1. 范雪荣 纺织品染整工艺学 2001
2. 陈立秋 前处理工艺过程中碱溶液浓度的测控 2004(6)3. 裴柳进 . 唐凤 碱浓度的实时在线测试 1999(2)
4. IEEE Standards Association IEEE std.802.15.4-2003 20085. 曲保中 . 朱炳林 . 周伟红 新大学化学 20026. 上海轻工业专科学校 电化学 19787. 查看详情 2008
8. 陈国杰 . 徐志民 基于ICL7650 程控微电流放大器的设计 [期刊论文]-佛山科学技术学院学报(自然科学版) 2001(4)
9. 何俊才 . 薜永毅 传感器及其应用实例 200410. 王宏宝 电子测量 2005
相似文献(10条)
1.期刊论文 杨雪峰 . 胡荣强 基于CC2430实现ZigBee通信 -数字通信世界 2008(4)
本文在简要介绍ZigBee技术的基础与CC2430芯片之后,讨论了使用CC2430为RF收发器的ZigBee节点的硬件组成.并从ZigBee通信协议及协议栈的构架 等方面阐述了ZigBee无线通信网络的实现.
2.期刊论文 刘浩 . 陈自力 基于CC2430的ZigBee温度采集传输软件设计 -科技信息 2009(26)
本文针对ZigBee技术的发展现状、规范及其优势,提出了协调器节点及传感器节点的硬件和软件设计方法,实现了利用基于CC2430的ZigBee技术完成 温度采集传输软件的设计.
3.期刊论文 马永强 . 李静强 . 冯立营 . Ma Yongqiang. Li Jingqiang. Feng Liying 基于ZigBee技术的射频芯片CC2430
-单片机与嵌入式系统应用 2006(3)
CC2430芯片是Chipcon公司生产的首款符合ZigBee技术的2.4 GHz射频系统单芯片.适用于各种ZigBee或类似ZigBee的无线网络节点,包括调谐器、路 由器和终端设备.文中介绍CC2430芯片的主要特点和引脚功能,以及典型应用电路.
4.期刊论文 翁哲 基于CC2430的Zigbee无线通信模块设计 -黑龙江科技信息 2009(26)
介绍了一种以PIC16系列单片机为控制器,基于无线收发芯片CC2430的通信系统.对其原理和工作方式进行了分析,给出了设计思路及硬件电路.
5.期刊论文 任小洪 . 梁立飞 . 贾书香 . 王天文 . REN Xiao-hong. LIANG Li-fei. JIA Shu-xiang. WANG Tian-wen 基于 Zigbee的CC2430芯片的汽车遥控门设计 -微计算机信息 2009,25(20)
采用了具有低功耗、微体积基于Zigbee技术的CC2430芯片作为通信核心,并采用了睡眠\唤醒机制,所设计的汽车遥控门具有高可靠性和安全性.采用 点对点的通信方式,其通信网络工作在2.4GH2免费频段上.协议栈及应用程序通过了IAR7.20H环境的调试,并得到实现.
6.期刊论文 刘琼 . 周志光 . 朱志伟 基于CC2430的低功耗Zigbee无线传感器网络节点的设计 -湖南工业职业技术学院 学报 2009,9(5)
无线传感器网络是综合了传感器、微机电、网络及无线通讯等技术的一种全新信息获取和处理技术.Zigbee是一种近距离小功率无线通讯协议,其低 功耗、低成本、应用简单的特性正好是无线传感器网络需求的.在简要介绍CC2430的功能特点的基础上,对无线传感器网络节点的设计要点进行了阐述.由 该节点组成的无线传感器网络功耗低、节点体积小,可以广泛地应用于远程监控、环境监测、移动医疗等领域.
7.期刊论文 陈汉洌 . CHEN Han-lie 基于Zigbee技术的CC2430在滑触信号传输上的应用 -机电工程技术 2009,38(7)
本文结合一个实例探讨基于Zigbee技术的CC2430在滑触信号传输上的应用.
8.期刊论文 万志平 . 金永敏 . 杨亦红 . WAN Zhi-ping. JIN Yong-min. YANG Yi-hong 基于ZigBee的无线数据采集系统 的设计 -信息技术 2009,33(9)
以C8051F020和射频芯片CC2430为核心设计了低功耗的无线数据采集系统,介绍了ZigBee技术,并给出了基于ZigBee的无线数据采集系统的组成.最后 通过使用CC2430芯片完成了采集节点,主控单元的硬件与软件设计,实现了数据的采集和无线传输.
9.期刊论文 宁炳武 . LIU Jun Min. NING Bing Wu. LIU Jun Min基于CC2430的Zigbee网络节点设计 -电子技术应用
2008,34(3)
采用集射频与微控制器于一身的无线单片机CC2430作为网络节点设计的核心器件.介绍了CC2430芯片性能及特点,重点介绍了节点硬件设计,基于 MSSTATE_LRWPAN协议栈的节点应用程序软件设计,设计并规定了PC机与协调器节点间的通信约定,给出了网络节点性能测试结果.
10.期刊论文 陈旭 . 方康玲 . 李晓卉 . Chen Xu. Fang Kangling. Li Xiaohui基于CC2430的ZigBee数据采集系统设计 -
湖南工业大学学报 2008,22(6)
介绍了微处理器模块、数据采集模块、天线模块等硬件的设计方法,以及协调器节点和传感器节点(包括节点的加入,网络地址分配、数据采集等)软 件的设计,提出了如何利用基于ZigBee技术的CC2430射频芯片,实现架构一个较大范围的无线传感器网络.
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zdhyb200908025.aspx
下载时间:2010年3月8日
范文五:电磁浓度计在丝光碱液检测中的应用(可编辑)
电磁浓度计在丝光碱液检测中的应用
印 染 2003 No. 4 . cdfn. com. cn
测试与标准
电磁浓度计在丝光碱液检测中的应用
王兴刚 李金海 东华大学机械工程学院 200051
摘 要 分析电解质溶液的电导率与其浓度的关系 ,以及利用电磁感应制造的电磁浓度计的工作原理 ;对几种不同规
格型号的电磁浓度计的测量范围进行了比较 ;就如何利用电磁浓度计对纱线丝光碱液浓度进行检测进行分析 ,结合其他控
制设备可以有效提高纱线丝光的质量和稳定性。
叙 词 : 测试 浓度计 电解质 电导率 电磁感应 丝光 纱线
中图分类号 : TS197
棉纤维本身光泽较差 ,为了使纱线产生良好的光 电解质溶液中离子的多少决定溶液导电能力的强
泽效果和提高其他性能 ,需要对纱线进行丝光处理。 弱 ,而电解质溶液的离子数量不仅与溶液浓度有关 ,还
不同浓度的碱液对棉纤维有不同的膨化收缩作用 ,当 与在该浓度下的电离度有关。一般来说 ,溶液的电导
碱液浓度小于 20 %时 ,其膨化率就会降低 ,丝光效果 率随浓度而增大 ,但有些电解质溶液当浓度增加到一
定数值后电导率开始随浓度增加而减小。由图 1 所示 不显著 ;当碱液浓度大于 25 %时 ,因碱液粘度增大 ,影 几种电解质溶液浓度与电导率的关系曲线可见 ,在浓 响碱液的渗透 ,其膨化率亦会降低。丝光时由于纱线 度较高时 ,电导率与浓度之间出现了非线性关系。这 吸附作用要带走大量烧碱 ,使丝光液的 NaOH 浓度逐 是因为当溶液的浓度增加到一定数值时 ,其电离度减 渐降低 ,故在连续生产中 ,需不断补充浓碱液 ,并进行 小很多 ,使离子总数下降而导致电导率下降。与此同 在线检测和实时控制丝光液的碱浓度 ,以达到稳定的 时 ,溶液的温度对电解质溶液的电导率也会产生较大 良好丝光效果。目前许多生产设备都采用电磁浓度计 的影响 ,电解质溶液的温度不同 ,离子的运动速度也不 来检测碱液浓度。
同。温度升高时溶液粘度降低 ,离子的运动速度加快 , 在电磁场的作用下 ,离子的定向运动也加快 ,而使溶液 1 电解质溶液浓度与电导率的关系
的电导率增大 ;反之 ,溶液温度下降时 ,其电导率减小。 电解质溶液之所以能导电 ,是由于溶液中有离子 存在。不同的电解质溶液有不同的导电能力 ,当电流 通过电解质溶液时呈现出与金属一样的电阻 R ,溶 S
液的电导 G用其电阻 R 的倒数表示 :
S
1 A
G ?S 1
R L
S
式中 : A ? ? ?电解质溶液的导电长度 ,cm ; 2
L ? ? ?电解质溶液的导电截面积 ,cm ; S ? ? ?电解质溶液的电导率。
图 1 电解质溶液电导率与浓度关系 20 ? 电导率 S 与溶液的浓度有关 ,即 :
综上所述 ,溶液的电导率、 电离度、 浓度和温度之 间的关系比较复杂 ,很难精确计算 ,通常是通过实验来 λ
x
S 2
1000δ
测定各种不同浓度电解质溶液的电导率 ,然后绘制成 图表以供查阅。测量溶液的电导率有常规的电极类电 S
式中 :λ ? ? ?当量电导率 , ;
导率计和电磁浓度计。前者的电极易发生极化作用 , cm ?克当量数 / L
x ? ? ?溶液浓度 ,mg/ L ;
在电极表面形成双电层 ;或电极附近电解液的浓度发 δ
? ? ?溶质的克当量 ,g。
生变化 ;或电极被污染或结垢 ,使其测量准确性大大降 λ δ
从式 2 可以看出 ,当 、 为常数时 ,电导率 S 低 ,甚至无法测量 ,尤其在强腐蚀性和高浓度溶液中更 δ
就仅是浓度 x 的函数 ,而 仅决定于溶质的分子量。 加突出。而电磁浓度计是一种非接触式测量 ,只要用 λ
当溶液浓度较低时 ,当量电导率 近似为常数 ,故电导 合适的耐腐蚀材料
将测量部件密封起来 ,就可避免电
率 S 与浓度 x 接近线性关系。 极腐蚀、 极化等问题。 28 电磁浓度计在丝光碱液检测中的应用 印 染 2003 No. 4
尽相同 ,表 1 列出了几种电磁浓度计的测量范围。 2 电磁浓度计工作原理
表 1 几种电磁浓度计的测量范围
电磁浓度计是利用电磁感应原理来反映电解质溶
样品 L TH ECS40 D KK MDM2300 Foxboro 872
液电导率变化 ,而达到对溶液浓度的测量。通常的电 0 %~30 %
磁浓度计传感器由初、 次级线圈两个变压器模块构成 , 0 %~25 %
H SO
0 %~25 % 40 %~80 %
2 4
96 %~99. 5 %
其结构如图 2 所示 ,测量工作原理如图 3 所示。 93 %~99. 5 %
0 %~15 % 0 %~15 %
NaOH 0 %~16 %
20 %~40 % 0 %~20 %
0 %~25 % 0 %~10 %
HNO
3 0 %~20 %
40 %~80 % 0 %~20 %
3 电磁浓度计检测丝光碱液浓度
在应用电磁浓度计检测纱线丝光碱液浓度时 ,应 充分考虑下列因素 :
1 干纱丝光溶液中 NaOH浓度范围为 220~240 g/ L 湿纱为 260~280 g/ L ;由图 1 可知 ,在此浓度范 图 2 电磁浓度计传感器结构示意
围内电导率与浓度呈非线性关系 ;
2 由实验可知 ,丝光溶液的主要成分是氢氧化钠 NaOH 、 电解质碳酸钠 Na CO 和氯化钠 NaCl 等。 2 3
这些电解质溶液在低浓度和高浓度时与电导率的关系 曲线见图 1 ,这三种组分在不同浓度下对溶液电导率 的影响各不相同 ,不能直接利用 NaOH 浓度与电导率 的关系去检测溶液中的 NaOH浓度。
为此 ,我们可以在先期实验的基础上建立丝光碱 液浓度的数学模型。在用电磁浓度计检测丝光碱液浓 图 3 电磁浓度计测量原理示意
度前 ,先取一定量的被测碱液 ,分别加入不同倍率的水 将传感器浸入被测溶液中 ,给初级绕组 W 施以 1
稀释三次 ,再分别检测三次稀释的烧碱溶液电导率和 交流电压 u ,则在 T 中产生相应的交变磁通 ,据电磁 1 a
温度 ,将分别检测到的电导率和温度值代入预先建立 原理 ,此交变磁通使溶液产生感应电流 I ,形成了交 Q
的数学模型中 ,通过数值计算求出被测丝光碱液中的 叉于 T 、T 的电流环“Q”。I 值与溶液的电导率成
a b Q
氢氧化钠浓度。
比率。同时 ,此电流环中交变感应电流 I 又使 T 生 Q b
3. 1 数学模型的建立
成交变磁通而使次级绕组 W 中产生感应电势 u 。 2 2
一般规定丝光碱液浓度范围为 220~280 g/ L ,含 由电磁感应原理和变压器原理可知 :
Na CO 及 NaCl 的浓度允许为 0~40 g/ L ,故可采用均 2 3
u k
1
u kI W W S 3
2 Q 2 2
匀设计法、 回归设计法来设计实验 ,其具体步骤为 : W K
1
1 将 NaOH、 Na CO 、 NaCl 三种组分按所有可能 2 3
式中 : k ? ? ?与线圈变压器材料有关的系数 ; 的浓度配制成一系列碱液 ;
K ? ? ?电极常数 ;
2 对所配制的每种碱液稀释三次 ,并分别测出稀 W 、 W ? ? ?分别为初、 次级线圈的匝数 ; 1 2
释后碱液的电导率及温度值 ;
S ? ? ?溶液的电导率。
3对所得的实验数据采用最小二乘法进行回归 由式 3和 2可知 ,测定电势 u 便可知待测溶液 2
处理 ,便可得到碱液浓度数学模型 为非线性方程组 , 浓度大小。
其一般表达式为 :
由图 1 可见 ,随着浓度的增大 ,曲线会出现拐点 , S f x , x , x , t
1 1 1 2 3 1
即会有同一个电导率值对应着两个浓度值的情况。制 S f x , x , x , t 4 2 2 1 2 3 2
造一种测量范围涵盖所有这些点的仪表是不可能的 , S f x , x , x , t
3 3 1 2 3 3
因此仪表的测量范围必须分段设置以避开拐点。不同
式中 : x ? ? ?氢氧化钠溶液浓度 ;
1
厂商制造的不同型号规格的电磁浓度计的测量范围不 29印 染 2003 No. 4 . cdfn. com. cn
x ? ? ?碳酸钠溶液浓度 ;
2
4 结论
x ? ? ?氯化钠溶液浓度 ;
3
以前对碱液浓度的测定一般采用人工取样、 化学 t 、 t 、 t ? ? ?分别为三次稀释后溶液的温度 ; 1 2 3
滴定的方法。在纱线丝光工艺中采用电磁浓度计与单 S 、 S 、 S ? ? ?分别为三次稀释后溶液的电导 片机技术相结合的检测控
制一体化系统对碱液的浓度
1 2 3
进行实时监测控制 ,可有效保证产品质量 ,且操作方 率。
3. 2 碱液浓度的求解 便 ,改善劳动条件和降低生产成本。 参考文献
对所取一定量被测碱液稀释三次 ,分别检测出相 [1 ] 王菊生 ,孙 铠.染整工艺原理. 北京 :中国纺织出版社 ,
应的电导率值 S 、 S 、 S 和温度值 t 、 t 、 t ,并将 1 2 3 1 2 3
1997.
其代入前述所建的数学模型 4 ,经整理简化可得 : [2 ] 洪 华等合编.纱线漂染基础知识.江苏 :江苏科技出版 Ψ x , x , x 0
1 1 2 3
社 ,1983.
Ψ x , x , x 0
5
2 1 2 3
[3 ] 方初良.电导式分析仪表.水利电力出版社 ,1984. Ψ x , x , x 0
[4 ] 荆 涛主编.染整设备机电一体化.北京 :中国纺织出版 3 1 2 3
社 ,1997.
只要能在规定的范围内求出一组 x 、 x 、 x 满足 1 2 3
[5 ] 成钦炳等编.实用化工测量与成分分析仪表. 江苏 :江苏 方程 5 ,则其中 x 即为所求的 NaOH 浓度值。求解 1
科技技术出版社 ,1986.
非线性方程组 5 时 ,可采用最优化技术中非线性规划 收稿日期 :2002 - 09 - 09 的数值计算方法进行求解。
30
转载请注明出处范文大全网 » 【doc】在线检测与控制碱液