聚合反应过程溶液电导率测量方法的研究

　　0　引言

　　在聚异丁烯(PIB)、丁基橡胶( IIR)的工业生产中,聚合反应的转化率是非常重要的检测参数,实时检测该参数对于优化控制聚合反应过程,掌握生产状况是非常必要的[1]。通过测量反应过程中溶液电导率及电导电极极板间电容的变化来控制聚合反应过程的方法,具有快速、准确、操作方便等优点。因此,研究用智能化测控仪器测量聚合过程中反应溶液电导率,进而控制生产过程中产品转化率,具有重要的应用价值[2-4]。在分析聚合反应过程中反应溶液电导率测量原理的基础上,提出通过测量交流电压信号真有效值TRMS(True RootMean Square)的方法[5-6]来测量电导率,并设计了用于实验测试的智能化电导率测量仪。

　　1　测量方法原理

　　图1为电导测量电路原理图。在电路中,电阻R和一个电容串联。在实际中,电容表示带有测量电极的溶液容器,其中r表示电容内部电阻部分,它的倒数就是溶液的电导,待测的量就是图中电容参数C以及未知的内部电阻r,电阻R为给定量。加在电路中的电压信号U&为一个交流信号,其有效值和角频率均为已知量。电导测量的原理表达式推导如下:给定输入电压信号为：

　　式中: l/A表示电极常数; l为两块极板之间的液柱长度;A为测量电极的有效极板面积。因此,要测量溶液电导率,就要检测交流电压信号的真有效值A1。

　　2　测量仪系统设计

　　根据测量原理,提出了用于实验测试的智能化电导率测量仪的整体系统设计方案。系统主要由两大部分组成:下位机部分和上位机部分。下位机部分主要完成信号的采集、数据处理和显示功能。上位机部分则完成和下位机的实时通讯并实现对下位机的控制。

　　2. 1　测量仪的硬件设计

　　智能化电导率测量仪的硬件框图如图2所示。

　　交流直流转换模块电路采用AD736芯片,将交流电压信号转化为直流电压信号。因为AD736的输入电压不能超过200mV,所以在AD736输入端前面加入了一个衰减器;信号调理模块电路将前端TRMS转换模块的输出信号进行放大调理,提高了输入信号的信噪比和分辨率;模数转换电路采用ADS7508芯片,完成模拟信号到数字信号的转换;微控制器系统采用AT89C51单片机系统,实现采集数据的处理、输出驱动数码管显示和与上位机的通讯功能。为了满足网络化测量和利用上位机进行实时显示分析的要求,采用串口RS-232构成通信接口与上位机进行通讯。

　　2. 2　测量仪的软件设计

　　智能化电导率测量装置软件由上位机程序和下位机程序两部分组成。下位机软件开发程序采用C语言平台实现,包括数据采集、数据处理、数码管显示驱动和通讯接口等子程序。下位机的数据采集子程序主要完成信号从模拟物理量到数字信息量的转换;数据处理子程序主要包括数字信号的滤波处理;数码管显示子程序完成交流电真有效值的动态四位显示;通讯接口子程序用于完成检测仪与其他智能设备的通讯任务。微控制器的主干程序在KeilμVision3的集成开发环境下编写后完成编译,然后利用E2000/L仿真器在硬件电路上仿真调试。图3为下位机软件开发的整体流程框图。