CN103969256A - 一种基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，包括精确取样装置，清洗装置，精确滴定装置，颜色传感器，嵌入式处理器及输出设备。检测时，两种取液装置量取定量的蔗汁液和淀粉液并通过蠕动泵输送到滴定瓶中，精确滴定装置通过计量注射泵将碘液缓慢滴入滴定瓶中搅拌迅速反应。嵌入式处理器根据颜色传感器实时传递的滴定终点反应液颜色变化的信号关闭滴定注射泵，从而准确得到硫熏强度值。为制糖企业的生产提供有力地技术支持和保障。

Description

一种基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置

技术领域

本发明涉及一种制糖工艺中硫熏强度在线检测装置。尤其是用于制糖工艺中硫熏强度检测的基于颜色传感器检测自动滴定终点的装置。

背景技术

甘蔗制糖工艺主要分为提汁、清净、蒸发、煮糖结晶和分蜜这几个过程。在蔗汁清净工艺段我国大部分糖厂采用的是亚硫酸法。亚硫酸法是指在澄清工艺段通入二氧化硫气体，一部分二氧化硫在高温下与先期加入的石灰反应生成亚硫酸钙絮凝物，使蔗汁中的胶体物质沉降达到澄清的目的，另一部分二氧化硫与蔗汁中的色素反应，使蔗汁颜色变浅。二氧化硫加入过少则会有部分胶体物质无法沉淀，澄清效果不理想，脱色的效率也降低。但二氧化硫通入过多，不但澄清的效果不会更加显著，而且会使后续得到的白糖中硫的残留量大大增加。食品中残留的过量硫对人体健康有着较大的伤害，GB2760-2011《食品添加剂使用标准》对食糖中的二氧化硫残留量有着严格的规定——不得高于0.1g/kg。由于硫熏效果关系到白糖质量好坏，因此制糖企业都很重视硫熏这道工序。目前糖厂的硫熏强度检测主要依靠分析员每半个小时取一次样在化验室用碘量法滴定检测。但这种常规的人工滴定分析过程耗费时间长，滴定过程和滴定终点的判断皆依靠人目视的判断，读体积数、终点判断、锥形瓶搅拌均匀度，放液快慢等都会引入测量误差。已有的一种硫熏检测装置采用电导电极判断滴定的终点，但是电极长期与反应液接触易结垢钝化，造成检测重现性降低并提高维修率；滴定所用蠕动泵在一段时间使用后会因为蠕动泵软管老化造成滴定计量的准确性降低；同时电导电极价格相对较高，提升了整套装置的成本。

发明内容

为了克服人工检测所具有的大劳动强度，较低的作业效率，相对较低的测量精度和重现性，受外界环境如人的操作水平的影响较大和检测无法实时为硫熏装置的调节提供信息的缺点，本发明提供了一种实时在线检测硫熏强度的装置，该装置能实时在线准确的检测出糖厂硫熏工序段中硫熏强度值，为二氧化硫的通入量提供实时准确的依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，包括通过管道依次连接的蔗汁过滤冷却装置、蔗汁抽取泵、蔗汁电磁阀、混合汁蠕动泵，还包括蔗汁定量管、碘液储存箱、嵌入式微处理器，所述蔗汁定量管的一端通过三通管连接在蔗汁电磁阀和混合汁蠕动泵之间的管路上，另一端通过四通管分别与纯水电磁阀、蔗汁单向阀、第二淀粉液电磁阀的一端相连接，所述纯水电磁阀的另一端与纯水储存箱相连接，所述蔗汁单向阀的另一端与蔗汁加热釜相连通，所述第二淀粉液电磁阀的另一端与淀粉液定量槽一端相连接，所述淀粉液定量槽另一端通过第一淀粉液电磁阀与淀粉液储存箱相连接；所述混合汁蠕动泵的输出端与滴定反应瓶相连通，所述滴定反应瓶的侧壁设置有光源及颜色传感器，所述的滴定反应瓶以及滴定反应瓶侧壁的光源及颜色传感器处于同一个密封的暗盒中，没有外界光线的影响，所述滴定反应瓶底部设置有磁力搅拌器及排液电磁阀，所述碘液储存箱通过管路依次与第一碘液单向阀、碘液计量注射泵、第二碘液单向阀及滴定反应瓶相连通，所述嵌入式微处理器通过电路分别与所述颜色传感器、蔗汁电磁阀、纯水电磁阀、第一淀粉液电磁阀、第二淀粉液电磁阀、排液电磁阀、蔗汁抽取泵、混合汁蠕动泵、碘液计量注射泵、磁力搅拌器、输出设备相连接，所述输出设备为蜂鸣报警器、LCD显示屏或打印机，所述碘液计量注射泵、蔗汁抽取泵、混合汁蠕动泵均由步进电机驱动。

进一步地，所述淀粉液定量槽顶端安装有微型浮球阀，所述微型浮球阀开口与外界气体相通。

进一步地，所述搅拌器为磁力搅拌器，磁力搅拌器只有一个外壳为聚四氟乙烯的搅拌子与液体接触搅拌，聚四氟乙烯性能稳定，不与反应液发生反应，且搅拌的速度很方便的通过调节电机旋转的快慢来控制。

进一步地，所述的输出设备为蜂鸣报警器、LCD显示屏或打印机，方便操作者观察和保存。

进一步地，所述蔗汁定量管为直管或弯曲管，采用直管的形式，加工简单易实现，可用于设备安装空间较充裕的场合，而当设备安装空间有限时，可采用弯曲管，如螺旋形、U形、S形、W形、V形等。

进一步地，所述的嵌入式微处理器采用STM32F407IGT6芯片，所述的颜色传感器型号为TCS3200。

进一步地，所述的滴定反应瓶以及滴定反应瓶侧壁的光源及颜色传感器处于同一个密封的、没有外界光线影响的暗盒中。

与现有技术相比，本发明提供的装置测量准确，重现性好，检测传感器与反应液无接触，无腐蚀和结垢，性能稳定，不易受到外界干扰，无需更换，检测可靠的同时价格低廉，结构简单，设计合理，减少了泵的使用，降低了能耗和成本。

附图说明

图1为本发明所述的检验用滴定装置的结构示意图。

图2为本发明的嵌入式微处理器控制示意图。

图中：1.蔗汁过滤冷却装置，2.蔗汁抽取泵，3.蔗汁电磁阀，4.蔗汁定量管，5.纯水电磁阀，6.纯水储存箱，7.蔗汁单向阀，8.淀粉液储存箱，9.第一淀粉液电磁阀，10.微型浮球阀，11.淀粉液定量槽，12.第二淀粉液电磁阀，13.混合汁蠕动泵，14.碘液储存箱，15第一碘液单向阀，16.碘液计量注射泵，17.第二碘液单向阀，18.滴定反应瓶，19.颜色传感器，20.排液电磁阀，21.磁力搅拌器，22嵌入式微处理器，23输出设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1所示，一种基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，包括通过管道依次连接的蔗汁过滤冷却装置1、蔗汁抽取泵2、蔗汁电磁阀3、混合汁蠕动泵13，还包括蔗汁定量管4、碘液储存箱14、嵌入式微处理器22、输出设备23，所述蔗汁定量管4的一端通过三通管连接在蔗汁电磁阀3和混合汁蠕动泵13之间的管路上，另一端通过四通管分别与纯水电磁阀5、蔗汁单向阀7、第二淀粉液电磁阀12的一端相连接，所述纯水电磁阀5的另一端与纯水储存箱6相连接，所述蔗汁单向阀7的另一端与蔗汁加热釜相连通，所述第二淀粉液电磁阀12的另一端与淀粉液定量槽11一端相连接，所述淀粉液定量槽11顶端安装有微型浮球阀10，所述微型浮球阀10开口与外界气体相通，所述淀粉液定量槽11另一端通过第一淀粉液电磁阀9与淀粉液储存箱8相连接；所述混合汁蠕动泵13的输出端与滴定反应瓶18相连通，所述滴定反应瓶18的侧壁设置有光源及颜色传感器19且滴定反应瓶18、光源及颜色传感器19处于同一个暗室，所述的颜色传感器19型号为TCS3200。滴定反应瓶18的底部设置有磁力搅拌器21及排液电磁阀20，所述碘液储存箱14通过管路依次与第一碘液单向阀15、碘液计量注射泵16、第二碘液单向阀17及滴定反应瓶18相连通，所述的嵌入式微处理器22采用STM32F407IGT6芯片，通过电路分别与所述颜色传感器19、蔗汁电磁阀3、纯水电磁阀5、第一淀粉液电磁阀9、第二淀粉液电磁阀12、排液电磁阀20、蔗汁抽取泵2、混合汁蠕动泵13、碘液计量注射泵16、磁力搅拌器21、输出设备23相连接，所述输出设备为蜂鸣报警器、LCD显示屏或打印机(见图2)，所述碘液计量注射泵16、蔗汁抽取泵2、混合汁蠕动泵13均由步进电机驱动。

蔗汁定量管4经过精密测量，所存储的液体量准确且具有很好的重现性，避免了蔗汁抽取泵2因蠕动管道的老化所造成的计量误差，同时成本也很低廉，根据不同的情况，所述蔗汁定量管4可为直管或弯曲管，采用直管的形式，加工简单易实现，可用于设备安装空间较充裕的场合，而当设备安装空间有限时，可采用弯曲管，如螺旋形、U形、S形、W形、V形等。蔗汁抽取泵2抽取待检测的蔗汁样品经过蔗汁过滤冷却装置1到蔗汁定量管4，多余的蔗汁经过蔗汁定量管4后的蔗汁单向阀7回流入糖厂的蔗汁加热釜中，减少了蔗汁的浪费，同时保证了定量的精确性和重现性。所述淀粉液储存箱8、第一淀粉液电磁阀9、淀粉液定量槽11、微型浮球阀10通过管路构成精确取淀粉液装置；淀粉液定量槽11通过第一淀粉液电磁阀9与淀粉液储存箱8相连，淀粉液定量槽11顶端安装有微型浮球阀10，微型浮球阀10的开口联通着外界气体；打开第一淀粉液电磁阀9后，淀粉液在重力作用下流入淀粉液定量槽11中，并在充满淀粉液定量槽11时依靠浮力推动微型浮球阀10关闭，达到自动准确取液的目的；由于淀粉液较为澄清，且取样较少，定量要求相对较低，因此采用此种取样法达到较低的成本下自动定量取液的目的。在蔗汁样和淀粉液取液都完成后，打开第二淀粉液电磁阀12，蔗汁定量管4和淀粉液定量槽11处于一个流通通道，经由微型浮球阀10上的管道与外界大气相连，通过一个连接在蔗汁定量管4另一端的混合汁蠕动泵13能将两者一同泵入滴定反应瓶18中；纯水储存箱6也通过一个纯水电磁阀5与蔗汁定量管4相连，打开该纯水电磁阀5后能在混合汁蠕动泵13的作用下冲洗蔗汁定量管4和通往滴定反应瓶8的管路中残留的蔗汁和淀粉液，提高检测的准确度和重现性。在只打开纯水出来通道的纯水电磁阀5和蔗汁进样通道的蔗汁电磁阀3时，通过反向开启蔗汁抽取泵2能清洗蔗汁过滤冷却装置1。碘液计量注射泵16抽取碘液并精确将液体缓慢滴入滴定瓶中，在磁力搅拌下与蔗汁液中还原性的二氧化硫及亚硫酸盐反应。碘液计量注射泵16是通过步进电机控制，步进电机控制使滴定体积计量十分精确，不会出现因管道老化出现计量误差变大的情形。所述的滴定反应瓶18以及滴定反应瓶18侧壁的光源及颜色传感器19处于同一个密封的、没有外界光线影响的暗盒中。密封暗盒中的光源发出均匀的白色光线，颜色传感器19透过滴定反应瓶18接收正对着的液体的反射光，并将光信号转换为电信号传递出去，所述颜色传感器19传递信号给嵌入式处理器处理时要经过预先测试得到的白平衡系数校正。滴入的碘液在磁力搅拌下与蔗汁液中还原性的二氧化硫及亚硫酸盐反应，待还原性物质反应完全后，滴入的一滴碘液与淀粉显色，使反应液变蓝，且显色极其灵敏和显著，此时颜色传感器19将反应终点信号传递给嵌入式微处理器22，嵌入式微处理器22关闭碘液计量注射泵16停止滴定，嵌入式微处理器16得到滴定所耗碘液的体积。取蔗汁液体积为10ml，碘液浓度为1/64mol/L，因为化学反应式I₂+H₂SO₃+H₂O=H₂SO₄+2HI,由硫熏强度的定义“以滴定10ml中和汁所耗用的1/64mol/L碘液的体积(ml)数来表示硫熏强度”，滴定到终点所耗碘液体积数即为硫熏强度的值。得到的硫熏强度值及推出的相关结果通过输出设备打印显示出来，为二氧化硫的实时调节提供准确的数据。

检测时，详细操作过程如下：

如图1、图2所示，图1仅仅画出部分嵌入式微处理器22的控制连线，详细控制连接如图2，启动设备，本装置在嵌入式微处理器22的控制下，先关闭纯水电磁阀5、第二淀粉液电磁阀12和排液电磁阀20，打开蔗汁电磁阀3和第一淀粉液电磁阀9，然后打开蔗汁抽取泵2，使蔗汁充满蔗汁定量管4，多余的蔗汁顺着蔗汁单向阀7回流入糖厂的蔗汁加热釜中，减少了蔗汁的浪费，同时保证了定量的精确性和重现性。与此同时淀粉液在重力作用下经打开的第一淀粉液电磁阀9充满淀粉液定量槽11，并触动微型浮球阀10关闭回流通道，保证淀粉液计量的准确性。等待蔗汁定量管4和淀粉液定量槽11准确充满液体后，关闭蔗汁电磁阀3和第一淀粉液电磁阀9，然后打开第二淀粉液电磁阀12，这时蔗汁定量管4和淀粉液定量槽11处于同一个流通通道，经由微型浮球阀10上的管道与外界大气相连，开启混合汁蠕动泵13，将蔗汁定量管4中待测的蔗汁和淀粉液定量槽11中的淀粉液抽入滴定反应瓶18中；接着打开纯水电磁阀5并关闭第二淀粉液电磁阀12，抽取纯水储存箱6中的纯水冲洗蔗汁定量管4中残留的蔗汁及淀粉液到滴定反应瓶18中。待冲洗完毕后关闭混合汁蠕动泵13并打开碘液计量注射泵16抽取碘液储存箱14中的碘液，然后在嵌入式微处理器22的控制下缓慢将碘液滴入滴定反应瓶18中；同时打开磁力搅拌器21搅拌反应液，使反应充分迅速反应完全，一同打开的还有光源和颜色传感器19，它及时获取反应液的颜色信号，并将光信号转换为电信号传递给嵌入式微处理器22，嵌入式微处理器22根据反馈的信号控制碘液计量注射泵16注射的快慢，当滴定反应液颜色不产生蓝色，或产生后瞬间消失时，碘液计量注射泵16注射加快；当滴定反应液颜色变化蓝色，且蓝色消失变慢，能被颜色传感器清晰捕捉到时，碘液计量注射泵16注射速度减慢；当接收到滴定终点产生的颜色突变，且颜色持续不消失时，所述嵌入式微处理器22根据颜色传感器19所反馈的信号关闭碘液计量注射泵16，接着嵌入式微处理器22将所计量的碘液的体积转换为硫熏强度值发送给输出设备进行输出显示和打印，给二氧化硫气体量的加入提供实时准确的信息。在滴定结束后打开混合汁蠕动泵13，抽取纯水储存箱6中的纯水冲洗蔗汁定量管4，然后打开排液电磁阀20，排走废液，待废液排完后关闭排液电磁阀20，此时完成了一次硫熏强度自动检测过程。

在多次检测完成后，打开纯水电磁阀5和蔗汁电磁阀3，并关闭第二淀粉液电磁阀12，使纯水储存箱6、蔗汁定量管4与蔗汁过滤冷却装置1形成独立的通路，反向开启蔗汁抽取泵2，使纯水通过蔗汁定量管4与蔗汁过滤冷却装置1，达到清洗蔗汁定量管4和蔗汁过滤冷却装置1的目的。自此完成检测以及间断清洗的全部过程。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，包括通过管道依次连接的蔗汁过滤冷却装置(1)、蔗汁抽取泵(2)、蔗汁电磁阀(3)、混合汁蠕动泵(13)，其特征在于：

还包括蔗汁定量管(4)、碘液储存箱(14)、嵌入式微处理器(22)，输出设备(23)，所述蔗汁定量管(4)的一端通过三通管连接在蔗汁电磁阀(3)和混合汁蠕动泵(13)之间的管路上，另一端通过四通管分别与纯水电磁阀(5)、蔗汁单向阀(7)、第二淀粉液电磁阀(12)的一端相连接，所述纯水电磁阀(5)的另一端与纯水储存箱(6)相连接，所述蔗汁单向阀(7)的另一端与蔗汁加热釜相连通，所述第二淀粉液电磁阀(12)的另一端与淀粉液定量槽(11)的一端相连接，所述淀粉液定量槽(11)另一端通过第一淀粉液电磁阀(9)与淀粉液储存箱(8)相连接；所述混合汁蠕动泵(13)的输出端与滴定反应瓶(18)相连通，所述滴定反应瓶(18)的侧壁设置有光源及颜色传感器(19)，底部设置有搅拌器(21)及排液电磁阀(20)，所述碘液储存箱(14)通过管路依次与第一碘液单向阀(15)、碘液计量注射泵(16)、第二碘液单向阀(17)及滴定反应瓶(18)相连通，所述嵌入式微处理器(22)通过电路分别与所述颜色传感器(19)、蔗汁电磁阀(3)、纯水电磁阀(5)、第一淀粉液电磁阀(9)、第二淀粉液电磁阀(12)、排液电磁阀(20)、蔗汁抽取泵(2)、混合汁蠕动泵(13)、碘液计量注射泵(16)、搅拌器(21)、输出设备(23)相连接，所述碘液计量注射泵(16)、蔗汁抽取泵(2)、混合汁蠕动泵(13)均由步进电机驱动。

2.根据权利要求1所述的基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，其特征在于：所述淀粉液定量槽(11)顶端安装有微型浮球阀(10)，所述微型浮球阀(10)开口与外界气体相通。

3.根据权利要求1所述的基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，其特征在于：所述搅拌器(21)为磁力搅拌器。

4.根据权利要求1所述的基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，其特征在于：所述的输出设备(23)为蜂鸣报警器、LCD显示屏或打印机。

5.根据权利要求1所述的基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，其特征在于：所述蔗汁定量管(4)为直管或弯曲管。

6.根据权利要求1所述的基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，其特征在于：所述的嵌入式微处理器(22)采用STM32F407IGT6芯片，所述的颜色传感器(19)型号为TCS3200。

7.根据权利要求1所述的基于颜色传感器自动滴定检测硫熏强度的装置，其特征在于：所述的滴定反应瓶(18)以及滴定反应瓶(18)侧壁的光源及颜色传感器(19)处于同一个密封的、没有外界光线影响的暗盒中。