CN101627287B - 用来监控收集在标准化蒸馏装置的量筒中的冷凝液高度的装置以及使用该装置的方法 - Google Patents

Abstract

用来监控收集在自动标准化液体蒸馏装置的量筒中冷凝液高度的装置，特征在于其包含：位于一边，一双光学阻挡器，发射一光束水平行进穿透该量筒(1)，以便让凹凸面的下部被侦测到，并发射相对偏离该中心光束的偏心光束且靠近穿过该量筒(1)的侧壁，以便让凹凸面的上部被侦测到；以及位于另一边，一固定光学阻挡器，用以让在蒸馏期间掉落到该量筒(1)内的冷凝液的液滴被计数。

Description

用来监控收集在标准化蒸馏装置的量筒中的冷凝液高度的装置以及使用该装置的方法

技术领域

本发明有关于监控收集在自动标准化液体蒸馏装置的量筒中冷凝液高度的装置，尤其是在大气压下的石化产品的样品。这种蒸馏装置能量测这些样品的蒸馏参数，且依从选取自多个可能测试标准的预设测试标准。

背景技术

已知，石化产品的蒸馏参数是这些产品的性能水平及可能涉及使用者风险的代表值。

对安全相关问题至为重要的汽车工业或飞机制造业所使用的燃料，这些参数的决定尤其重要。

这些参数是以特定的窗体或线条代表依据蒸馏时蒸馏温度的蒸发样品或残留物与耗损的体积的百分比。

专业人员能从这些参数中推导出特定石化产品在特定情况下的表现，并因此决定该产品是否能被安全的使用，以便获得所需的性能水平。

在文中，专业人员规定各种测试标准，非常准确地定义出获得这些蒸馏特性的必要条件。

结果，为了提供有用的结果，必须用这些被严格依从的标准以实现蒸馏。

有许多自动化蒸馏装置目前已商品化且让液体样本的蒸馏参数被量测，并依从预设的测试标准。

这些标准化蒸馏装置一般包括：

一固定框架；

一加热室，包括一加热单元，尤其是一加热电阻；

一串行的蒸馏瓶，分别对应于至少一测试标准，且能在固定位置上固定于该装置的框架，该等蒸馏瓶的圆柱能由液密关闭塞而关闭，该液密关闭塞具有量测蒸发气体温度的温度计，并包括连接冷凝管的横向分支；

一串行的隔绝板，安置在加热单元上，以便关闭在上部的加热室，且每个隔绝板具有一中心开口，该中心开口的几何形状适应相关蒸馏瓶底部的几何形状；

一量筒，用以收集冷凝液，并具有量测以这种方式所收集的冷凝液数量的装置；以及

一控制及调节装置，让加热单元的操作变量受到控制且随时间变化，尤其是该单元的温度或功率，以便依据预设测试标准获得蒸馏参数。

对于量测装置，必须具有量测装置的量筒，能非常精确的决定量筒中所收集的冷凝液的高度，并非常精确的监控随时间而改变的高度，使得所获得的某一样品的蒸馏参数完全代表该样品。

为此，已经提出提供具有量测收集于量筒中冷凝液数量的上述类型的标准化蒸馏装置，包括由一对发射器/接收器所构成的光学***，能发射红外线光束，水平行进穿透该量筒，并配合能垂直平移移动的步进马达的线性驱动作用，让光束对齐收集在该量筒中的冷凝液的凹凸面，以侦测该凹凸面的高度。

在这类蒸馏装置中，红外线光束可以或可不集中在量筒的中心轴。

步进马达的线性驱动可以非常精确，以便让红外线光束在垂直面中以一步0.05mm的数量级而移动。

这种基于发射及接收红外线光束的量测装置进一步具有不受环境光影响的优点。

然而要注意的是，穿过量筒的中心与侧壁之间的偏心光束在分析的液体样品与位于该样品上方尽可能的空气之间具有明显的差异，当偏心光束位于该高度以下时，会被中断且不再到达侦测器。

然而，这种偏心光束无法决定是否该位置是在凹凸面的下部以下，即“真实的”凹凸面，或其下部与上部之间。

结果偏心光束只让凹凸面的上部被侦测，使得为获得“真实的”凹凸面，而必须进行与样品相关且不精确的校正。

中心光束本身具有不让充分可靠之高度被获得的缺点，尤其是在开始蒸馏时考虑到毛细管现象，冷凝液的凹凸面不完全是由无法侦测其下部的结果所组成。

此外，中心光束不会被液体样品中断，而只是其强度会降低。

因此这种光束能让凹凸面的上部与下部被侦测，即“真实的”凹凸面，但是某些样品时，在空气或液体效应下光束强度的降低可以是相同的大小，而无法决定该位置是否在液体高度之上或之下；结果，这类样品无法被侦测。

发明内容

本发明的目的在提供一种监控收集在上述型式标准化蒸馏装置的量筒中的冷凝液高度的装置，以解决这些缺点。

该装置包括光学***，能发射至少一红外线光束，水平行进穿透量筒，并配合能垂直平移移动之步进马达的线性驱动作用，让光束对齐收集在量筒中的冷凝液的凹凸面，以侦测该凹凸面的高度。

依据本发明，这种装置的特征在于该光学***包括：

一双光学阻挡器，位于一边，由二对发射器/接收器所构成，每对发射器/接收器能发射光束，水平行进穿透该量筒，并配合能垂直平移移动的步进马达的线性驱动作用，让光束对齐收集在该量筒中的冷凝液的凹凸面，以侦测该凹凸面的高度，其中一对发射器/接收器发射集中在量筒上的一第一光束或中心光束，以便让凹凸面的下部被侦测到，而另一对发射器/接收器发射相对于该中心光束具有偏移的一第二光束或偏心光束，且穿过该量筒的中心与侧壁之间，让凹凸面的上部被侦测到；以及

一固定光学阻挡器，位于另一边，由一对发射器/接收器所构成，用以让在蒸馏期间掉落到该量筒内的冷凝液的液滴被计数。

依据本发明的装置让收集在上述类型标准化蒸馏装置的量筒中的冷凝液高度不断地被监控，且以尽可能非常精确的方式，在开始蒸馏时，利用让凹凸面的上部被侦测的偏心光束进行该监控操作，而且能尽快的进行变换，以便使用让凹凸面的下部被侦测的中心光束以进行该监控。

在变换期间，必须考虑在变换时已经掉落到量筒内的冷凝液体积，针对固定光学阻挡器所计数的液滴数目进行校正。

附图说明

图1为本发明监控标准化蒸馏装置的量筒中冷凝液高度的装置的示意图。

具体实施方式

将参考所附图式，对本发明相关装置的特点做更加详细的说明，该图式是与这种装置共同操作的量筒的平面示意图。

依据图式，该装置包括双光学阻挡器与固定光学阻挡器，双光学阻挡器固定在由步进马达的线性驱动作用而垂直平移驱动的框架2上，固定光学阻挡器未显示于图中。

双光学阻挡器由二对发射器/接收器3₁、3₂、4₁、4₂所构成，每对发射器/接收器能发射水平行进穿过量筒1的光束。

发射器3₁所发射的光束是集中在量筒1的中心光束，并让接收器3₂侦测收集在量筒1中的冷凝液的凹凸面的下部。

发射器4₁所发射的光束是相对偏中心光束的偏心光束，并穿过量筒1的中心与侧壁之间；让侦测器(接收器)4₂侦测收集在量筒1中的冷凝液的凹凸面的上部。

本发明也有关于藉使用上述装置所实现的方法。

依据该方法，使用方程式(I)由凹凸面的下部高度，不断地决定收集在该量筒中的冷凝液的体积(V)：

V＝mX+b  (I)

其中m与b分别是对应于蒸馏装置的校准线原点的梯度与位移参数，而X以步进马达线性驱动的步数代表对应于该量筒底部的下部参考位置与凹凸面的下部高度之间的距离。

本发明的主要优点是，相对于参考位置不断地让凹凸面的“真实的”下部被量测，尤其是当开始蒸馏时，考虑到量筒内的冷凝液不够而该下部无法被侦测。

因此依据本发明的方法提供类似的体积讯息，在该装置之量筒上所蚀刻的校准刻度，可被手动蒸馏装置的使用者所读取，但很明显的更加精确且可靠。

本方法的特征在于以下的连续步骤：

在初步校准步骤中，决定方程式(I)的参数m与b，以及凹凸面的高度(MH)；

定位双光学阻挡器于下部参考位置；

启动步进马达，以便向上移动双光学阻挡器，使得偏心光束侦测并监控凹凸面的上部；

使用方程式(II)计算收集在量筒中的冷凝液的体积(V)：

V＝mY+b-MH(II)

其中Y以步进马达线性驱动的步数代表下部参考位置与凹凸面上部高度之间的距离；

持续监控凹凸面的上部，并依据方程式(II)计算体积(V)，直到该中心光束能侦测到凹凸面的下部为止；

变换侦测以便使用中心光束监控凹凸面的下部；以及

使用方程式(I)计算收集在量筒中的冷凝液的体积(V)：

V＝mX+b  (I)

利用所进行的必要校正，以便在变换时考虑收集在量筒中的冷凝液的体积。

依据本发明的方法，经步进马达线性驱动而向上移动时，凹凸面上部的高度是由不再被样品或凹凸面所中断的偏心光束的位置而决定。

变换本身可以在中心光束第一次被凹凸面中断时进行。

当然，在能决定该时间之前，一般必须进行数个试验，以尝试用中心光束侦测凹凸面的下部。

依据本发明的方法进一步具有不会被蒸馏时可能出现在量筒中的浓烟所中断的优点，只要在中心光束仍位于液体样品的表面之下，凹凸面的下部会被侦测到。

依据本发明的另一特点，在初步校准步骤期间，至少二已知样品体积V1与V2依序被注入量筒中，并量测其相对应距离X1、X2、Y1及Y2。

依据本发明，在初步校准步骤期间，以实例的方式很有利的依序注入5ml与95ml的样品。

在本实例的本文中，方程式I因此能以下列方式写成：

5ml＝mX₅+b

95ml＝mX₉₅+b

并相减得

90ml＝m(X₉₅-X₅)

或 $m=5\mathrm{ml}-\frac{90\mathrm{ml}}{X_{95}-X_5}$

结果，b

凹凸面的高度也能随时由高度Y₅、X₅或Y₉₅、X₉₅之间的差值计算，并具有以下的平均值：

$\mathrm{MH}=\frac{(Y_5-X_5)+(Y_{95}-X_{95})}{2}.$

在初步校准步骤期间，以这种方式所决定的参数m与b的数值以及凹凸面的高度MH，可以储存在内存中，并在蒸馏时不断的被自动化蒸馏装置所使用，以便让该装置提供蒸馏参数，尤其是所收集之冷凝液的数量当作时间的函数。

依据本发明方法的另一特点，在监控凹凸面上部时，掉落在量筒内的冷凝液的液滴体积是使用固定光学阻文件器计算，并且在变换步骤中，针对在该步骤期间所收集的冷凝液的液滴数目及以这种方式计算的体积进行必要的校正。

这种校正的实现是必须的，以便获得代表性的蒸馏参数，只要蒸馏过程是不中断的过程，且在使用偏心光束监控凹凸面上部以及使用中心光束监控凹凸面下部之间的变换步骤中，量筒中所收集的冷凝液的体积会不断增加。

因此，必须考虑这种变动。

为此及以实例的方式，可假设在任何蒸馏操作开始时，使用固定光学阻挡器对在量筒包含三毫升冷凝液以及量筒包含四毫升冷凝液之间所滴落的冷凝液的液滴数目进行计数，然后藉除以液滴体积而推导。

因此，所计算的体积可用以针对该步骤中掉落在量筒中之冷凝液的液滴数目，进行变换步骤中所需的校正，如同再次由固定光学阻挡器所计数。

因此，依据本发明的方法提供不间断、可靠且精确的监控量筒中冷凝液的高度，以及因而获得完全代表被分析的样品的蒸馏参数。

要注意的是，在蒸馏期间，冷凝液可能会变得太不透明而无法让凹凸面的下部被侦测。

此时，可依据本发明进行另一变换，以便藉再次进行必要的校正而再次监控凹凸面的上部，考虑在该变换时已经掉落量筒中的冷凝液的液滴。

Claims (5)

1.一种用来监控收集在标准化蒸馏装置的量筒中的冷凝液高度的装置，用在大气压力下的石化产品的样品，该装置包括一光学***，能发射至少一红外光束，水平行进穿透该量筒，并配合能垂直平移移动的一步进马达的一线性驱动作用，让该红外光束对齐收集在该量筒中的冷凝液的凹凸面，以侦测该凹凸面的高度，其特征在于，该光学***包括：

一双光学阻挡器，位于一边，由二对发射器/接收器所构成，每对发射器/接收器能发射一光束，水平行进穿透该量筒，并配合能垂直平移移动的步进马达的线性驱动作用，让光束对齐收集在该量筒中之冷凝液的凹凸面，以侦测该凹凸面的高度，其中一对发射器/接收器发射集中在量筒上的中心光束，以便让凹凸面的下部被侦测到，而另一对发射器/接收器发射相对偏离该中心光束的偏心光束，且穿过该量筒的中心与侧壁之间，让凹凸面的上部被侦测到；以及

一固定光学阻挡器，位于另一边，由一对发射器/接收器所构成，用以让在蒸馏期间掉落到该量筒内的冷凝液的液滴被计数。

2.利用如权利要求1所述的装置的方法，

使用方程式(I)由凹凸面的下部的高度，不断地决定收集在该量筒中的冷凝液的体积V：

V＝mX+b  (I)

其中m与b分别是对应于蒸馏装置的校准线原点的梯度与位移的参数，而X经步进马达线性驱动的步数代表对应于该量筒底部的下部参考位置与凹凸面的下部高度之间的距离，

其特征在于，以下连续步骤：

在一初步校准步骤中，决定方程式(I)的参数m与b，即蒸馏装置的校准线以及凹凸面的高度MH；

定位该双光学阻挡器于该下部参考位置；

启动该步进马达，以便向上移动该双光学阻挡器，使得该偏心光束侦测并监控该凹凸面的上部；

使用方程式(II)计算收集在该量筒中的冷凝液的体积V：

V＝mY+b-MH  (II)

其中Y以经步进马达线性驱动的步数代表该下部参考位置与该凹凸面的上部高度之间的距离；

持续监控凹凸面的上部，并依据方程式(II)计算体积V，直到该中心光束能侦测到凹凸面的下部为止；

变换侦测以便使用该中心光束监控凹凸面的下部；以及

使用方程式(I)计算收集在该量筒中之冷凝液的体积V：

V＝mX+b  (I)

利用所进行的必要校正，以便在变换时考虑收集在该量筒中的冷凝液的体积。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该初步校准步骤中，至少二已知样品体积被连续注入该量筒内，且量测相对应的距离。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在监控凹凸面的上部时，使用该固定光学阻挡器，计算掉落到该量筒内冷凝液之液滴的体积，并在变换时，针对所收集的冷凝液液滴的数目以及以这种方式所计算的体积，进行必要校正。

5.如权利要求2至4任一项所述的方法，其特征在于，当该冷凝液变得太不透明而无法侦测凹凸面的下部时，进行变换，以便监控该上部，藉以进行必要校正。