苯-沥青溶液浓度的自校正测量方法及实现

　　在柏油马路的铺设中必须对铺料中的油石比进行控制,使其浓度满足质量指标,保证路面冬天不裂,夏天不软,于是需要对苯-沥青浓度进行测量。采用吸收测量法可以实现苯-沥清溶液浓度的自动分析。但是,由于干扰因素较多,往往分析精度不高。其中影响最大的是硅光电池的温度特性。

　　1　吸收测量

　　将单色红光穿过混合后的苯-沥青溶液,投射到硅光电池上;硅光电池输出一个相应的电流信号,它与光电池的入射光光强成正比,即由输出电流可以计算出入射光的光强,进而确定溶液的浓度。计算方法如下:

　　式中C为测得的浓度,A为吸收系数,可由已知浓度的标准样本的透射光强计算出,B为未知浓度的光强。

　　由于硅光电池的输出信号对环境温度很敏感,当环境温度发生变化时,其输出电流也变化,从而使计算出的入射光强出现偏差,最终导致浓度测量的不准确。

　　2　自校正原理

　　在50Ω负载下,硅光电池的输出电流与其入射光强有很好的线性关系,见图1。

　　式中X为入射光强;Y为输出电流;K为放大倍数;Y0为暗电流,即当入射光强为零时的输出电流。

　　当硅光电池所在的环境温度变化时,其输出的电流特性也变化,见图2。这时不仅放大倍数变化,暗电流也变化,如果仍按固定的参数(K,Y₀)计算入射光强度必然有很大的偏差。

　　但是,在每一次测量前,如果能确定硅光电池当前的温度特性,即求出当前的放大倍数和暗电流,就可准确检测出其输出电流所对应的光强,从而准确测量出苯-沥青的浓度,这就是自校正的方法。这种方法在实际测量过程中是分步完成的。首先进行预测量,测出(计算出)暗电流和斜率。根据测量结果建立输出电流与入射光强的关系方程并计算出吸收系数。然后测量未知的苯-沥青溶液浓度。

　　3　仪器实现

　　该方法在以MCS-51单片机为核心的测量仪器中得到实现,克服了环境温度的影响,测量精度大大提高。

　　硬件部分主要包括:放大电路、采样与A/D转换电路、单片机及外围电路、键盘与显示电路。单片机采用MCS-51系列的8751,A/D转换采用AD574以保证采样精度,键盘和显示部分采用8279,使软件编程相对容易一些。

　　软件工作流程见图3。首先进行主机和8279的初始化,然后运行自检程序。通过自检后,查到1号键按下,即进行预测量,对光电池输出采样、滤波,求出即时温度下的斜率和暗电流。预测量时可采用标准试剂或非标准试剂进行。采用标准试剂,一次测量既可得到斜率和暗电流;采用非标准试剂,需要两次测量,曲线的拟合采用最小二乘法,以提高斜率和暗电流的测量精度。斜率和暗电流在LED显示后,按下2号键对被测溶液采样,根据测得的斜率值和暗电流值和被测溶液新的采样值,既可求得浓度并在LED上显示,该浓度值消除了环境温度的影响,测量精度明显提高。