高精度阻尼式波美度在线检测装置的研制

　　1　引　　言

　　目前,国内许多乳制品厂家在生产过程中,采用玻璃漂浮式波美计或蒸发乳浆离线人工检测乳浆浓度,常出现人为漏检和测量误差大等现象,不能保证产品的质量,并且无法实现生产自动化。国外引进的浓度计价格昂贵,每台最低价格都在10万元以上,一般的中小型企业无法接受。从丹麦引进的U型管浓度计(如图1所示),根据单位体积内浓度与重量成正比的关系,可以连续的在线检测牛奶浓度,精度为0·5波美度。但是这种设备体积大(1500mm×400mm×500mm)、刷洗管路困难、重力传感机构需经常调整配重、检测精度不高,不能很好的满足乳制品工业自动化生产的需要。作者根据物体在乳浆中运动时,乳浆对物体产生阻尼摩擦的原理,研制出了低成本高精度波美度在线检测装置。现介绍该装置的工作原理、系统组成,并对该装置的特点作出了评价和展望。

　　2　基本工作原理

　　浓缩后的牛奶粘滞度逐渐增大,对在其中旋转的球型检测头产生一定的阻尼作用。球型检测头与直流电动机轴相连接,这将引起直流电动机转矩的改变。不同浓度的乳浆对直流电动机转矩产生的影响也不同。获得直流电动机转矩与乳浆浓度的关系,再将转矩变为电脉冲信号送至微处理器进行数据处理,就会取得牛奶浓度值。直流电动机的机械特性如下:

　　上式中为常数,由(1)式可知,转矩Mz和转速n之间呈线形关系,且ra越大,则n随Mz变化的斜率越大。Mz是由乳浆的摩擦力矩产生的,所以可以通过检测直流电动机的转速n来间接得到牛奶浓度的数据。该装置中使直流电动机的电枢电阻适当加大,让直流电动机工作在软特性工作状态,使得牛奶浓度微小变化产生的摩擦力矩,都会引起较大的转速变化,提高传感器的测量精度。

　　3　系统整体构成

　　该装置由机械部分和控制部分组成。机械部分主要由内取样筒、外取样筒、球型检测头、双轴身永磁直流电动机、光电转速传感器、密封圈组成,功能是完成液体的连续采样和浓度到电脉冲信号的转换;控制部分主要由MCS-51型单片处理器(8031)及2732、6264存储器和LCD显示器组成,完成对乳浆浓度的数据处理和控制信号的发出,并提供一个RS-232接口,与工业控制计算机通信。系统图如图2所示。

　　3·1　机械部分设计

　　如图3所示。设计主要根据牛奶流动浓缩的工艺特点,为缩小装置体积和保证对牛奶的连续采样,使用了双筒结构,使被采样液体从内筒进入,当液位超过A点时,自行经由外筒溢出。设计采用的是双轴身永磁直流电动机,额定功率Pe=30W,额定电压Ue=12V,空载转速n0=2800r/min。