1 測量原理
油品在規(guī)定條件下冷卻并進(jìn)行檢查時(shí)，觀察到能流動(dòng)的最低溫度叫做傾點(diǎn)，用其來判斷油品的低溫流動(dòng)性，是石油產(chǎn)品加工過程一個(gè)重要的指標(biāo)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出石油產(chǎn)品喪失流動(dòng)性的原因主要是油品在低溫條件下，發(fā)生粘度凝固和結(jié)構(gòu)凝固，使得油品結(jié)晶間的吸引力迅速增加，粘阻力顯著上升。因此，判斷油品低溫流動(dòng)性，實(shí)質(zhì)上是檢測油品粘度達(dá)到某一值時(shí)的溫度。我們根據(jù)斯托克斯定律，采用自由落體式粘度檢測法，進(jìn)行了油品傾點(diǎn)的在線測量研究。將待測油品置于杯中，油品中置一重錘小球，小球以自由落體式下降，穿過油品中固定距離L，小球在油品中作自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到3個(gè)豎直力的作用。
（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：球體體積；ρ1：球的密度；R：球半徑；ρ2：流體密度；g：重力加速度；m：小球質(zhì)量。
由斯托克斯定律知：阻力與流體的運(yùn)動(dòng)粘度γ，球體的半徑R以及流體的相對(duì)速度V有關(guān)。其粘阻力為：
F粘＝6πγRV （1—4）
由式（1—4）得：
6πγRV=4/3πR3ρ1g - 4/3πR3ρ2g
=4/3πR3g（ρ1-ρ2）
V=2/9[（ρ1-ρ2）R3g]/γ （1—5）
式（1—5）表明了小球運(yùn)動(dòng)速度與油品粘度的關(guān)系。由于小球R固定，ρ1不變，而油品達(dá)到傾點(diǎn)時(shí)ρ2可視為常數(shù)。當(dāng)油品溫度高于傾點(diǎn)時(shí)，處于流動(dòng)狀態(tài)，小球自由下降速度快，穿過油品中固定距離L的時(shí)間短；溫度下降達(dá)到傾點(diǎn)時(shí)，粘度急速增大，油品喪失流動(dòng)性，小球穿過固定距離L的時(shí)間加長，如穿過固定距離L的時(shí)間達(dá)到預(yù)定值時(shí)，此時(shí)測到的溫度值即為油品的傾點(diǎn)值。在冷卻功率足夠大并且足夠穩(wěn)定時(shí)，對(duì)于不同傾點(diǎn)的油品在冷卻過程中，則達(dá)到傾點(diǎn)就越低。測量杯示意圖如圖1-1所示。
小球運(yùn)動(dòng)時(shí)間檢測原理：小球用細(xì)桿連在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，細(xì)桿上設(shè)置有一寬度為5mm的遮光板，遮光板通過光電檢測頭時(shí)，將遮住光敏管的光源，因而隨著小球運(yùn)動(dòng)速度不同，遮光板遮住光源的時(shí)間也不同。小球提升靠同步電機(jī)帶動(dòng)，因拉力遠(yuǎn)大于油品粘阻力和小球重力之和，因此提升時(shí)間T不受油品的粘阻力的影響，提升時(shí)間T是不變的，而小球的下降時(shí)間t將隨著油品粘阻力即油品流動(dòng)性而變。波形檢出后經(jīng)整形電路整形后送單片機(jī)8031處理。
2 測量控制電路
所設(shè)計(jì)的測量控制電路的方框圖如圖2—1所示。測量電路有：單片機(jī)電路；小球下降時(shí)間檢測、溫度采樣及轉(zhuǎn)換測量電路；小球下落時(shí)間檢測的光電隔離電路；進(jìn)/排油、制冷，溫度驅(qū)動(dòng)隔離的隔離電路；進(jìn)油、排油、制冷、顯示、溫度保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路；鍵盤及顯示器電路；溫度采樣及打印輸出接口；測試保護(hù)、水壓保護(hù)電路；電源電路；儀器校正電路；時(shí)間電路等組成。
2817A。以8031芯片為核心，選用2764EPROM作為程序存儲(chǔ)器，2817EEPROM作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址鎖存器選用74LS373，74LS138作為片選譯碼電路。
小球運(yùn)動(dòng)檢測電路用光電檢測法將小球在油品中下降一定距離所需的時(shí)間檢測出來，并對(duì)其進(jìn)行波形的處理，以測出小球下落的時(shí)間。
鍵盤及顯示電路采用鍵盤顯示器專用接口芯片8279，鍵盤由5個(gè)鍵（設(shè)定鍵、增量鍵、減量鍵、自檢鍵、復(fù)位鍵）構(gòu)成。顯示器由4個(gè)七段數(shù)碼管組成，采用共陰極直接。數(shù)碼顯示管驅(qū)動(dòng)芯片：段驅(qū)動(dòng)選用74LS245，位驅(qū)動(dòng)選用MC1413。完成傾點(diǎn)值數(shù)據(jù)的輸入、修改或顯示及儀器的校正、復(fù)位等操作。
打印機(jī)輸出電路選用可編程擴(kuò)展I/O接口芯片8155作為打印機(jī)的輸出接口，將各種測量數(shù)據(jù)在打印機(jī)上打印出來。8155同時(shí)作為（溫度）采集系統(tǒng)、時(shí)鐘電路等緩沖器和I/O接口。
4～20mA電路由D/A轉(zhuǎn)換、電流放大、電壓放大及電流轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。8031將采集到的一些數(shù)據(jù)定時(shí)送入D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)電壓和電流放大后，以4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的形式輸出提供給模擬記錄儀器。
溫度測量電路由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：溫度檢測電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，基準(zhǔn)電壓源電路及與8031的輸入接口電路組成。溫度檢測電路由測溫元件和溫度變送裝置組成。溫度檢測采用分度號(hào)為PT100的鉑電阻，其測溫范圍在－200℃～＋240℃，電阻比為1．285±0．001。溫度變送器將對(duì)應(yīng)溫度為－70℃～＋30℃的信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號(hào)。為了選擇現(xiàn)場溫度輸入和校正信號(hào)，必須設(shè)立通道控制，通道控制模擬開關(guān)選用CD4051。模數(shù)轉(zhuǎn)換選用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器MC14433芯片?；鶞?zhǔn)信號(hào)源選用標(biāo)準(zhǔn)電壓源集成塊MC1403，通過變阻器分壓后提供1 000mV和1 999mV兩個(gè)電壓供校正用。
控制電路完成排油閥排油、進(jìn)油閥進(jìn)油、電加熱器和制冷電源及電機(jī)電源控制、溫度報(bào)警?？刂齐娐肥褂?span>8031的輸出（P1．0、P1．1、P1．2）信號(hào)及溫度繼電器來驅(qū)動(dòng)各個(gè)電磁閥的工作或蜂鳴器報(bào)警，并且使用光電隔離器使這些控制電路與單片機(jī)電路隔離。
電源電路分為制冷器部分、控制部分和分析器3部分，制冷器電源采用電壓為24V的一體化電源?？刂葡湫枰?2V、＋5V、－5V3種電壓的電源，分析器電源是兩組24V直流電源，由市電變壓后經(jīng)過整流和78/79三端穩(wěn)壓源穩(wěn)壓后提供。
為了連續(xù)檢測不同時(shí)間、不同油品的傾點(diǎn)值，分析儀中必須設(shè)有一個(gè)斷電后時(shí)間不受影響的時(shí)鐘系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)能夠每隔一定時(shí)間（此時(shí)間可編程），提示單片機(jī)開始下一次的測量分析。該時(shí)鐘系統(tǒng)選用具有標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)和可編程的時(shí)/鬧鐘電路芯片MC146818A。
3 儀表應(yīng)用
所研制的防爆傾點(diǎn)自動(dòng)分析儀是一種連續(xù)自動(dòng)檢測石油傾點(diǎn)的在線分析儀表，分析器和控制箱的結(jié)構(gòu)按GB3836．2－83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備，隔爆型電氣設(shè)計(jì)d》制成隔爆型，防爆標(biāo)志為ExdⅡBT4，符合GB3836．2－83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求》的規(guī)定。適用在線檢測柴油、潤滑油、殘?jiān)撆D油傾點(diǎn)，測量范圍－35℃～＋25℃，精密度±2℃，重復(fù)性±2℃，穩(wěn)定性±2℃，分析周期6～25min?？刂葡湟詥纹⑿陀?jì)算機(jī)為核心，控制分析器按規(guī)定程序分析油品、數(shù)碼管顯示被測值和檢測時(shí)間，備有4～20mA輸出供記錄用，并具有自保功能和硬件時(shí)鐘。本儀器采用自由落球式粘度檢測方法分析油品傾點(diǎn)，用單片微型計(jì)算機(jī)處理檢測結(jié)果，具有可靠性高、重復(fù)性好、精度高、維修方便等特點(diǎn)。該儀表已在上海煉油廠、蘭州煉油廠、勝利煉油廠等數(shù)家煉油廠使用，效果良好。
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