专利名称：煮糖糖液浓度和过饱和度在线自动检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体浓度的检测系统，尤其是煮糖糖液浓度的检测系统。
背景技术：
锤度和过饱和度是制糖业上的专业用语。锤度表示糖液含糖的浓度。饱和度是表示某一克(或100克)糖液中纯糖量和在同温度下与一克(或100克)纯水中纯蔗糖的溶解量之比值；在糖液里蔗糖含量与含水的比值，与同温度下一克纯水中蔗糖的溶解量之比值，比值小于1时说明糖液处于未饱和状态，比值称之为未饱和度多少；比值大于1时说明糖液处于过饱和状态，比值称之为过饱和度是多少。过饱和度是煮糖浓缩过程中糖含量的另一种专业表示词语；在一定温度里，糖液浓度越高，过饱和度值越大，根据过饱和度值的大小，可以清楚煮糖罐中糖液的结晶情况。一般来说，蔗糖生产过程中，糖液里都含有一定的杂质成分，糖液中含糖量占固容物的比例，制糖业上用纯度表示，说明纯度是在糖液中的固容物里，蔗糖量所占的比例，用百分值表示。在煮糖浓缩过程中要经常检测其浓度及结晶情况，达到一定的锤度和过饱和度才能出罐。过饱和度值可以根据温度、锤度和纯度计算出来。目前，在国内制糖业的煮糖过程中糖液锤度的在线自动检测基本上是空白，检查煮糖糖液结晶情况都是靠人工凭经验和目测感觉，最后出罐时，化验室通过人工采样、稀释糖液，使之完全溶解后再用称重法或锤度计进行锤度检测。通过化验室人工检测糖液锤度方式，由于劳动强度大，滞后时间长，不能适应作为煮糖过程中糖液的检测使用。由于没有糖液锤度和过饱和度在线连续检测手段，煮糖过程难于实现自动化生产，只能停留在人工凭经验和感觉操作的水平上，严重制约着产量的提高和生产效率，不适应现代化生产的需要。
据了解，国外制糖业在煮糖生产上实现自动化，一般不直接检测糖液浓度，而是通过电导法和流变仪。电导法是在煮糖罐内安装发射和接受电流信号装置，通过电流信号的衰减得到两导电检测点之间差值，糖液浓度越高，差值越大，从而得到了不同的电导值。利用在线测到的电导值形成的曲线和参考的电导值曲线对比，指导相关的自动操作系统来完成整个煮糖过程。流变仪检测方式是检测糖液粘度，在煮糖过程中，糖液浓度越高，同温度下粘度越大，根据在线测到的粘度值形成的曲线和参考的曲线对比，指导相关的自动操作系统来完成整个煮糖过程。这些国外检测的整套设备，由于其价格昂贵，我国制糖生产相关条件又难于符合其要求，到目前为止我国制糖生产上仅有个别厂家购买使用过。

发明内容
本发明的目的是提供一种煮糖糖液锤度和其过饱和度在线自动检测系统。
本发明的另一个目的是提供一种煮糖糖液锤度和过饱和度在线自动检测的方法。
本发明的检测系统包括煮糖罐、控制器和计算机，其特征在于还包括从所述煮糖罐中取出固定容积糖液的采样装置；含称重容器和称重传感器，可称量出采样装置所取糖液重量的称重装置，该糖液的重量信号输给计算机处理；采样装置和称重装置构成检测器，受控于所述的控制器和计算机。
所述的采样装置还设有包括刮料器的刮料清理装置。
所述的称重装置还设有包括热水输入管的热水稀释和清洁装置。
本发明煮糖糖液锤度和过饱和度的在线自动检测方法包括以下各步骤(1)设置一个可从煮糖罐中取出固定容积糖液的采样装置；(2)设置一个可称量出采样装置所取糖液重量，并将该重量信号输给计算机处理的称重装置；(3)编制相应的计算机运算和运行程序，并将《糖液锤度及相应比重对照表》、《纯蔗糖溶解度表》和《糖液锤度温度补偿表》，输入计算机中贮存；
(4)将采样装置中的固定取出糖液的容积也输到计算机中贮存；(5)用标准砝码标定，作为重量的标准值贮存，将称重装置中的称重容器及其附加物的重量设为零，能够得到糖液的净重量；(6)设置能接受计算机发出指令，按指令执行控制采样装置和称重装置及其相应结构的控制器；(7)计算机每次对煮糖罐内糖液锤度检测的控制过程依序包括在称重容器中加入热水、称重、取得热水重量数据、糖液取样、样品稀释、称重、取得样品重量数据、糖液回收、数据处理、得出糖液比重、对照《糖液锤度及相应比重对照表》得出锤度值、对照《糖液锤度温度补偿表》得出补偿值，最终得出糖液锤度值，并在计算机屏幕上显示出各检测锤度值及其曲线图。
(8)根据测得的锤度值和即时温度，计算机通过查询同温度下《纯蔗糖溶解度》表相应的数字，利用过饱和度的计算公式得出过饱和度值，在计算机屏幕上显示。
所述的稀释采用了预先加入热水溶解糖液溶解的方式。
上述的本发明煮糖糖液锤度以及过饱和度在线自动监测系统和方法有如下优点和积极效果1、优点(1)测量范围广、可检测煮糖生产全过程糖液锤度值和过饱和度值；(2)测量精度高，可偏差纠正，正常误差符合生产要求；(3)安全可靠、操作简单、维护方便。(4)一套系统可多点检测；能快速、即时、全面反映出煮糖罐糖液浓度的真实性；(5)煮糖过程自动检测，无须人为操作。
2、积极效果(1)在煮糖生产上，由于受到操作工人素质、经验和责任心的影响，煮糖罐内糖液浓度变化过大，时高时低，影响糖结晶质量；浓度过高时，需要加水稀释，这样就大大增加蒸汽的使用量和延长煮糖时间。如果安装糖液锤度和过饱和度在线自动检测系统，操作人员能够了解到煮糖罐内的糖液浓度及变化情况，根据糖液锤度和过饱和度的变化，操作工作可以量化操作，以免出现上述问题。(2)为开发计算机监控自动煮糖系统操作打下良好的基础，实现自动化生产管理，代替目前传统的人工操作生产，保证质量，提高产量和效率。


图1所示，是本发明系统结构示意图。
图2所示，是图1中检测器的结构示意图。
具体实施例方式
我们知道，在实验室中测量液体的浓度，一般是先测量出一定量液体的容积，然后再测量其重量，通过计算得出该液体的比重，再对照表示该液体密度(浓度)的专业表，得出液体浓度的表示值。本发明的系统和方法原理也如此。在图1的系统结构示意图中，本煮糖糖液浓度和过饱和度在线自动检测系统主要由煮糖罐1、检测器3、控制器4和计算机5构成。其中，检测器3设在煮糖罐1的下端，该检测器3通过采样装置的采样管2从煮糖罐1中取出一定体积的糖液进行检测，得出的检测数据信息通过线路6输送给计算机5进行处理。所取的糖液样品经检测后通过回收管7送回煮糖罐内。控制器4是执行机构，执行计算机5发出的指令，进行实际操作，如操作检测器3进行糖液取样、对样品进行加热水稀释、称取样品的重量和将样品送回煮糖罐1内等。计算机5内存有事先编制的运算和运行程序和《糖液锤度及相应比重对照表》、《纯蔗糖溶解度》表和《糖液锤度温度补偿表》，指令控制器4按照程序工作，计算机5每次检测的控制过程依序包括在称重容器中加入一定量热水、取得水重数据信息、从煮糖罐1内对糖液取样、样品稀释后称重、取得称重数据信息、把取样的糖液回收到罐内、数据处理、得出糖液比重、对照《糖液锤度及相应比重对照表》给出糖液锤度值，对照《糖液锤度温度补偿表》给出的锤度补偿值，得出最终锤度值，并在计算机屏幕上显示出各测量锤度值及其曲线图。根据测得的锤度值计算机会根据检测得到的糖液温度对照《纯蔗糖溶解度》表相应的数字，利用过饱和度的计算公式得出过饱和度值，在计算机屏幕上显示。
图2所示，是图1中检测器3的结构示意图，在图中可知，检测器3包括与煮糖罐1内侧相通的方形采样管2、刮料气缸8、刮料器推杆9、方形刮料器10、方斗状采样容器11、采样容器推杆12、采样气缸13、热水管阀14、热水管15、称重传感器16及其支座17、称重容器18及其排料阀19、回收管7及其阀20和检测器3的外壳21。其中，采样装置包括采样方管2、采样容器11、刮料气缸8和刮料器10构成，其中，方形采样容器11的外形尺寸与方形采样管2的内侧尺寸相应，两者为过渡配合，即方形采样容器11可在方形采样管2中灵活进出，从煮糖罐1中取出糖液样品检测。采样容器11为上下无盖无底的方形管状体，内空容积为500～1500毫升，其前后(在图2中是左右)两侧壁22和23的壁厚为3～5厘米，可作定位之用。后侧壁23的外侧面与采样推拉杆12的一端固定联接，推拉杆12的另一端伸在采样气缸13内并受其控制，气缸13可通过推拉杆12将采样容器11推入煮糖罐1中和拉出来。前侧壁22在取出样品后停在采样方管2外口边上，使容器11的内侧完全置在称重容器18上口的上方，让取出的样品能完全落在称重容器18中。在采样容器11的内侧上方，设有可上下运动的方形刮料器10，该刮料器10的外形面尺寸与容器11内侧的尺寸相应，能在容器11的内侧及上方灵活上下运动，可将滞留在容器11内侧的糖液刮落入称重容器18中。刮料器10的上面与刮料推拉杆9的一端固定联接，推拉杆9的另一端伸在刮料气缸8内并受其控制，气缸8可通过推拉杆9把刮料器10推下拉上，在采样容器11中作刮料运动。采样装置的采样方法为采样气缸13通过推杆12推动采样容器11进入采样方管2和煮糖罐1后，如图2中的虚线框所示，容器11不能完全进入糖罐1，保持余有2厘米的后壁23在采样方管2内口上，作为采样容器11的定位，退回亦然。等糖液填充满采样容器11内空后，一般为几秒钟，采样容器11后退，采样方管2内沿四周将采样容器11上多余的糖液抹除，可以保证每次采样容器11采到的糖液样品的容量都能和采样容器11内空体积相同。采样气缸13使推拉杆12往回缩，采样容器11回到采样管2外口边原来位置，前壁22有约2厘米的定位位置，采样容器11内的糖液自然掉入称重容器18内。刮料器缸8使其中的刮料推杆9带动刮料器10往下运动将采样容器11内壁上滞留的糖液刮进称重容器18内。刮料器缸8通过推杆9使刮料器10往上回缩，采样装置可进入下一次采样过程。
在图2中，采样装置的下方设有称重装置，该称重装置包括称重传感器16及其支座17、称重容器18及其排料阀19以及回收管7及其控制阀。其中，称重容器18的上口设在采样容器11的下方，下端为斗状，其出口上设有排料阀19并与回收管7相通，在回收管7上也设有回收管阀20，控制与煮糖罐1相通的管道7。称重传感16设在称重容器18的外侧边上，当称重容器18装物受力下沉后，传感器内部结构产生相应的向下位移，这个位移电压信号经线路6传给控制器4，控制器4对该信号进行放大、A/D数字转换后再传送给计算机5处理。传感器16是现有技术的产品，在市场上可选购到。为了能够很好地在容器18中稀释通过采样装置取出的糖液样品和排出该样品，在称重容器18上方还设置了输送热水来的水管15及其控制阀14。可先在称重容器18中注入一定量的70～90度的热水，待糖液进入后能迅速溶解稀释，以及能将糖液顺畅排回到煮糖罐1中，防止糖液粘滞在称重容器18的内壁上。
采样装置和称重装置组成检测器3，每个煮糖罐配置一个或二个，而控制器4和计算机5可同时控制多个煮糖罐。
在上述的系统结构中，还应包括检测罐1内糖液温度的温度传感器及其输给计算机和控制器数据信息的线路、壳体23的支承架、称重容器19的支承架、采样气缸14和热水管15的定位和动力结构等，热水管阀14、排料阀19和回收管阀20为气动阀，所有气缸和气动阀受到电磁阀的控制，各电磁阀与控制器和计算机之间的连线在图2中也没标出，但在实际结构中是有的。其中，温度传感器和气动阀、电磁阀为现有技术产品，在市场上可选购到。
本发明系统的具体实施和使用方法为(1)事先做好称重检测器、控制器制作，完成计算机运行软件的编制工作，演示整套系统的运行测试。
(2)在蒸煮糖罐1下端的罐侧壁割开与采样管2外尺寸相当的口子，以及在该口子的下方相应处的罐壁上也设一个与回收管7相应的透孔。安装检测器3，用焊接或螺钉方式将采样管2和回收管7与煮糖罐1密封固定联接。在蒸煮糖罐1下端的罐侧壁上钻一个与温度传感器大小相同小孔，将温度传感器伸进去并固定密封好。将计算机5和控制器4放在控制室内，连接好系统之间的线路和所需的电、气线路管道。
(3)安装工作完成后，接通所有电、气路，打开计算机开关，让计算机工作，点击屏幕上“糖液浓度和过饱和度检测系统”，窗口打开，根据画面显示，先人工输入采样容器的容量值、糖液纯度，输入各气动或电动执行机构开关的时间量，经确认后计算机贮存。砝码校准用1000g标准砝码放在称重容器砝码校准板上，经计算机去皮重，人为输入标定值为1000g，卸下砝码，重量显示值为000.0g，人为确认后计算机贮存相应数据。
(4)点击窗口上“自动运行”，整套系统就可以根据计算机事先编好存入的程序周而复始自动工作了。每次糖液浓度和过饱和度的检测工作过程为首先采样气缸13推动采样容器11进入煮糖罐1内，热水管阀14打开，热水进入称重容器18；得到设定的热水重量值后，计算机指令关闭热水管阀14，计算机开始采集、处理并贮存热水重量值；采样气缸13将采样容器11收缩复位，采样容器11内糖液落下称重容器18内，几秒钟后刮料气缸8往下推动刮料器10将采样容器11内壁粘附的糖液刮入称重容器18中。然后刮板气缸8将刮料器10收缩复位。计算机5采集和处理糖液重量信号、得出糖液热水混合体重量值，经计算机进行数据处理，显示出糖液锤度值、过饱和度值和检测过程锤度曲线图。计算机指令打开排料和回收管道阀19和22，煮糖罐1因为负压将称重容器18内的物料经回收管道7吸入。等待下一次检测。
例如，煮糖罐内糖液温度为56度，纯度为85％，采样容器11的容积为1050ml，其取出的糖液的样品也为1050m1，放入称重容器18中，注入称重容器18的热水重量值为1020.0g，糖液和热水混合体的重量值为2523.0g.
糖液净重量为2523.0g-1020.0g＝1503.0g糖液比重值为1503.0÷1050＝1.43经对照《液体锤度及相应比重值对照表》，比重值为1.43相对应的锤度值为82.9BX，加上对照《糖液锤度温度补偿表》，56度温度锤度补偿值为2.8BX，最终得出的锤度值为85.7BX。BX-锤度值代号。
P——表示被测糖液的纯度(假如为85％)Bx——表示被测糖液的锤度糖液温度为56度，对照《纯糖溶液蔗糖溶解度》表溶解度为2.758经计算得出过饱和度值为1.847。
权利要求
1.一种煮糖糖液锤度和过饱和度在线自动检测系统，它包括煮糖罐(1)、控制器(4)和计算机(5)，其特征在于还包括从所述煮糖罐(1)中取出固定容积糖液的采样装置；含称重容器(18)和称重传感器(16)，可称量出采样装置所取糖液重量的称重装置，该糖液的重量信号输给计算机(5)处理；
2.根据权利要求1所述的煮糖糖液锤度和过饱和度在线自动检测系统，其特征在于所述的采样装置还设有包括刮料器(10)的刮料清理装置。
3.根据权利要求1或2所述的煮糖糖液锤度和过饱和度在线自动检测系统，其特征在于所述的称重装置还设有包括热水输入管(15)的热水稀释和清洁装置。
4.一种煮糖糖液锤度和过饱和度在线自动检测的方法，其特征在于它包括以下各步骤(1)设置一个可从煮糖罐中取出固定容积糖液的采样装置；(2)设置一个可称量出采样装置所取糖液重量，并将该重量信号传输给计算机处理的称重装置；(3)编制相应的计算机运算和运行程序，并将《糖液锤度及相应比重对照表》、《纯糖溶液蔗糖溶解度表》输入计算机中贮存；(4)将采样装置中的固定取出糖液的容积也输到计算机中贮存；(5)用标准砝码标定，作为重量的标准值贮存，将称重装置中的称重容器及其附加物的重量设为零，以便直接检测到糖液的净重量；(6)设置能接受计算机发出指令，按指令执行控制采样装置和称重装置及其相应结构的控制器；(7)计算机每次对照糖罐内糖液锤度检测的控制过程依序包括在称重容器中加入热水、称水重、取糖液样、样品稀释、称糖液重、取得样品称重数据、糖液回收、数据处理、得出糖液比重、对照《糖液锤度及相应比重对照表》，给出糖液锤度值，加上对照《糖液锤度温度补偿表》给出锤度补偿值，得出最终锤度值；再对照《纯糖溶液蔗糖溶解度表》，得出过饱和度值；并在计算机屏幕上显示出各检测锤度值、过饱和度值以及锤度曲线图；(8)根据测得的锤度值和即时温度，计算机通过查询同温度下《纯蔗糖溶解度》表相应的数字，利用过饱和度的计算公式得出过饱和度值，在计算机屏幕上显示。
5.根据权利要求4所述煮糖糖液锤度和过饱和度在线自动检测的方法，其特征在于所述的稀释采用了在称重容器里预先加入热水待糖液进入溶释的方式。
全文摘要
本发明公开了一种煮糖糖液锤度及其过饱和度在线自动检测系统和方法，该系统包括采样装置和称重装置构成的检测器、温度传感器、控制器和计算机，该系统测量范围广、可检测煮糖生产全过程糖液锤度值和过饱和值；测量精度高，安全可靠，操作简单，维护方便；一套系统可多点检测；能快速、即时、全面反映出煮糖罐糖液浓度的真实性；全自动检测系统，只需人工设定，检测过程无须人工操作。该方法能使操作人员能够了解到煮糖罐内的糖液浓度及变化情况，根据糖液浓度的变化，操作工作可以量化操作，效率高。更主要可为开发计算机监控自动煮糖系统操作提供基础，实现自动化生产管理，代替目前传统的人工操作生产。
文档编号G01N9/02GK1632513SQ20041006146
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月28日 优先权日2004年12月28日
发明者温武才 申请人:温武才