防爆倾点自动分析仪的研制

　　1　测量原理

　　油品在规定条件下冷却并进行检查时,观察到能流动的最低温度叫做倾点,用其来判断油品的低温流动性,是石油产品加工过程一个重要的指标。经实验得出石油产品丧失流动性的原因主要是油品在低温条件下,发生粘度凝固和结构凝固,使得油品结晶间的吸引力迅速增加,粘阻力显著上升。因此,判断油品低温流动性,实质上是检测油品粘度达到某一值时的温度。我们根据斯托克斯定律,采用自由落体式粘度检测法,进行了油品倾点的在线测量研究。将待测油品置于杯中,油品中置一重锤小球,小球以自由落体式下降,穿过油品中固定距离L,小球在油品中作自由落体运动时,受到3个竖直力的作用。

　　(1)重力:

　　F重=mg=4/3πR3ρ1g (1—1)

　　(2)浮力:

　　F浮=Sρ2g=4/3πR3ρ2g (1—2)

　　(3)粘阻力:

　　F粘=F重-F浮(1—3)

　　式中　S:球体体积;　　　　　ρ1:球的密度;

　　R:球半径;ρ2:流体密度;

　　g:重力加速度; m:小球质量。

　　由斯托克斯定律知:阻力与流体的运动粘度γ,球体的半径R以及流体的相对速度V有关。其粘阻力为:

　　式(1—5)表明了小球运动速度与油品粘度的关系。由于小球R固定,ρ1不变,而油品达到倾点时ρ2可视为常数。当油品温度高于倾点时,处于流动状态,小球自由下降速度快,穿过油品中固定距离L的时间短;温度下降达到倾点时,粘度急速增大,油品丧失流动性,小球穿过固定距离L的时间加长,如穿过固定距离L的时间达到预定值时,此时测到的温度值即为油品的倾点值。在冷却功率足够大并且足够稳定时,对于不同倾点的油品在冷却过程中,则达到倾点时的冷却时间不同。冷却时间越长,测得的倾点就越低。测量杯示意图如图1—1所示。小球运动时间检测原理:小球用细杆连在导轨上运动,细杆上设置有一宽度为5mm的遮光板,遮光板通过光电检测头时,将遮住光敏管的光源,因而随着小球运动速度不同,遮光板遮住光源的时间也不同。小球提升靠同步电机带动,因拉力远大于油品粘阻力和小球重力之和,因此提升时间T不受油品的粘阻力的影响,提升时间T是不变的,而小球的下降时间t将随着油品粘阻力即油品流动性而变。波形检出后经整形电路整形后送单片机8031处理。

　　2　测量控制电路

　　所设计的测量控制电路的方框图如图2—1所示。测量电路有:单片机电路;小球下降时间检测、温度采样及转换测量电路;小球下落时间检测的光电隔离电路;进/排油、制冷,温度驱动隔离的隔离电路;进油、排油、制冷、显示、温度保护驱动电路;键盘及显示器电路;温度采样及打印输出接口;测试保护、水压保护电路;电源电路;仪器校正电路;时间电路等组成。