CN116399753A - 一种在线测量甲醇浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在线测量甲醇浓度的方法，首先甲醇溶液实时测试及补充矫正结构中的抽液泵把甲醇溶液罐中的甲醇溶液抽到甲醇浓度测量罐中，进液口对准温度、密度测试设备，液体经过温度、密度测试设备后测出甲醇溶液的温度与密度，测试数据传输到电脑上位机中，在电脑上位机中对温度与密度进行算法处理得到浓度数值，测试结束后，抽液泵开始工作，把甲醇浓度测量罐中的液体排除。本发明综合浓度与密度和温度之间的关系，从而通过测量温度和密度的方案得到甲醇的浓度，测出的甲醇浓度精度高，并且通过测到的结果来实时控制甲醇的浓度。

Description

一种在线测量甲醇浓度的方法
技术领域
本发明涉及一种在线测量甲醇浓度的方法。
背景技术
直接甲醇燃料电池中，甲醇浓度一直是一个很重要的参数，但现在市面上能准确测量甲醇浓度的仪器少之又少。常见的测量方案为密度法和比色法，但是，这两种方法测试出的甲醇浓度的精度较低，误差偏大。密度法中温度是一个重要的影响因素，不同的温度下甲醇的密度会发生变化，所以如果能正确的找到温度、密度和浓度之间的关系，即可解决甲醇浓度测试不够精确的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种精度高、误差小的在线测量甲醇浓度的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种在线测量甲醇浓度的方法，首先甲醇溶液实时测试及补充矫正结构中的抽液泵把甲醇溶液罐中的甲醇溶液抽到甲醇浓度测量罐中，进液口对准温度、密度测试设备，液体经过温度、密度测试设备后测出甲醇溶液的温度与密度，测试数据传输到电脑上位机中，在电脑上位机中对温度与密度进行算法处理得到浓度数值，测试结束后，抽液泵开始工作，把甲醇浓度测量罐中的液体排除。
本发明的进一步改进在于：甲醇浓度与温度、密度之间关系公式为：ρ=aT+b，甲醇浓度C与b的关系公式为：b=mC+d；由实验经验得：ρ=aT+mC+d，其中a、m、d均为常数，由此公式可以推出甲醇浓度与温度、密度之间的关系公式为：C=（ρ-aT-d）/m），其中C为甲醇浓度，ρ为甲醇的密度，T为甲醇的温度，d为纯水的0℃的密度；T为0℃时，甲醇浓度与密度的关系：ρ0℃=mC0℃+d，m为0℃时甲醇密度ρ0℃与浓度C0℃的斜率；当甲醇浓度为定值时，甲醇密度与温度的关系：ρ=aT+ρ0℃，a为甲醇密度ρ与温度T的斜率。
本发明的进一步改进在于：还包括以下步骤：对算法算出的数值进行对比处理，当浓度低于设定值后，甲醇补充泵开始工作，把纯甲醇罐中的纯甲醇抽取补充到甲醇溶液罐中，提升甲醇溶液罐中的甲醇浓度，以达到设定的浓度范围。
本发明的进一步改进在于：温度、密度测量设备中温度的测量精度为0.1℃，密度的测量精度0.0001g/cm3，并且温度与密度的测量读值需同频。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明综合浓度与密度和温度之间的关系，从而通过测量温度和密度的方案得到甲醇的浓度，测出的甲醇浓度精度高，并且通过测到的结果来实时控制甲醇的浓度，使得直接甲醇燃料电池中的甲醇浓度可以一直控制在设定的范围值中，提高了电池的质量。
附图说明
图1为甲醇浓度实时测量并补充矫正装置的结构示意图；
图2为甲醇溶液液位稳定控制图；
图中标号：1-甲醇溶液罐、2-纯甲醇罐、3-甲醇溶液实时测试及补充矫正结构、3.1-甲醇浓度测量罐、3.2-温度、密度测试设备、3.3-排液泵、3.4-抽液泵、3.5-甲醇补充泵、3.6-纯水泵、4-电脑上位机、5-纯水罐。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基与本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属与本发明保护的范围。
一种在线测量甲醇浓度的方法，首先甲醇溶液实时测试及补充矫正结构3中的抽液泵3.4把甲醇溶液罐1中的甲醇溶液抽到甲醇浓度测量罐3.1中，进液口对准温度、密度测试设备3.2，液体经过温度、密度测试设备3.2后测出甲醇溶液的温度与密度，测试数据传输到电脑上位机4中，在电脑上位机4中对温度与密度进行算法处理得到浓度数值，测试结束后，抽液泵3.4开始工作，把甲醇浓度测量罐3.1中的液体排除。
首先配置不同浓度的甲醇溶液（及浓度已知），然后通过加热设备对其进行加热到不同温度段，再通过密度测量设备测试出不同温度下的浓度，得到相同浓度甲醇溶液温度与密度的关系式，重复此实验，得到其他浓度时，温度t与密度ρ的关系式。（ρ=aT+b）；然后在经过关系式进行线性拟合，取出斜率值，对比斜率值a1、a2、a3等，取一适合的数值a(a的平均值)，然后对比甲醇浓度C与b的关系（b=mC+d），最后综合两公式的得到浓度与密度和温度之间的关系，从而通过测温度和密度的方案得到浓度。由实验经验得：ρ=aT+mC+d，其中a、m、d均为常数，由此公式可以推的：C=（ρ-aT-d）/m）。
甲醇浓度与温度、密度之间的关系公式为：C=（ρ-aT-d）/m，其中C为甲醇浓度，ρ为甲醇的密度，T为甲醇的温度，d为纯水的0℃的密度；T为0℃时，甲醇浓度与密度的关系：ρ0℃=mC0℃+d，m为0℃时甲醇密度ρ0℃与浓度C0℃的斜率；当甲醇浓度为定值时，甲醇密度与温度的关系：ρ=aT+ρ0℃，a为甲醇密度ρ与温度T的斜率，（取不同浓度甲醇实验得到数个不同的a值，经过计算其误差在置信区间内，因此我们认为甲醇密度与温度关系中的斜率为定值a）。
为了进一步减小误差，我们可以设定温度范围，例如；0-20℃定为T1、20-40℃定为T2、40-60℃定为T3、60-80℃定为T4等；同时我们可以得到：
C=（ρ1-a1T-d1）/m1 （0≤T＜20℃）
C=（ρ2-a2T-d2）/m2 （20≤T＜40℃）
C=（ρ3-a3T-d3）/m3 （40≤T＜60℃）
C=（ρ4-a4T-b4）/m4 （60≤T＜80℃）
等。
同样可能造成误差的另一个影响因素为甲醇浓度，在直接甲醇燃料电池中，需要的甲醇浓度值一般为稳定值，所以，我们可以对甲醇浓度进行分区测量，例如；0-10%为CA区、10-20%为CB区、30-40%为CC区等；所以我们可以得到：
C=（ρA-aATA-dA）/mA （0≤C＜10%）
C=（ρB-aBTB-dB）/mB （10≤C＜20%）
C=（ρC-aCTC-dC）/mC （20≤C＜30%）
等。
本发明还包括以下步骤：对算法算出的数值进行对比处理，当浓度低于设定值后，甲醇补充泵开始工作，把纯甲醇罐中的纯甲醇抽取补充到甲醇溶液罐中，提升甲醇溶液罐中的甲醇浓度，以达到设定的浓度范围。
实施例一，甲醇燃料电池工作温度在70-75℃，甲醇浓度在7-9%时，我们即可选择关系式C=（ρ4A-a4ATA-b4A）/m4 代入上位机，即可通过温度、密度测试设备获取温度TA、密度ρ4A，从而得到浓度c，然后再把c与7-9%进行对比，如果c＜7%，则甲醇泵工作，给甲醇溶液罐补充甲醇，直到浓度升到7-9%之间；如果7%＜c＜9%，甲醇泵不工作，其他部件正常运转。由于直接甲醇燃料电池工作过程中需要一直消耗甲醇，所以基本本上不会出现甲醇浓度过高现象。
实施例二，如图2中，在直接甲醇燃料电池长时间正常运行的时候，甲醇溶液的水也有一定的消耗，所以可能会出现溶液体积越来越少的现象，可以通过上位机控制工作时间，定期加水，保证液位平衡。加水之后，甲醇溶液的浓度会降低，通过该方案可以进行测试、判断、调试，保持其处于正常的工作浓度。
最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限与说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (4)

1.一种在线测量甲醇浓度的方法，其特征在于：首先甲醇溶液实时测试及补充矫正结构中的抽液泵把甲醇溶液罐中的甲醇溶液抽到甲醇浓度测量罐中，进液口对准温度、密度测试设备，液体经过温度、密度测试设备后测出甲醇溶液的温度与密度，测试数据传输到电脑上位机中，在电脑上位机中对温度与密度进行算法处理得到浓度数值，上位机中设定有浓度区间，处理得到的浓度值在区间内时甲醇泵不工作，当浓度值低于区间值时，甲醇泵运转，补充甲醇到溶液泵中，提升甲醇浓度到区间值，测试结束后，抽液泵开始工作，把甲醇浓度测量罐中的液体排除。
2.根据权利要求1所述一种在线测量甲醇浓度的方法，其特征在于：甲醇浓度与温度、密度之间关系公式为：ρ=aT+b，甲醇浓度C与b的关系公式为：b=mC+d；由实验经验得：ρ=aT+mC+d，其中a、m、d均为常数，由此公式可以推出甲醇浓度与温度、密度之间的关系公式为：C=（ρ-aT-d）/m），其中C为甲醇浓度，ρ为甲醇的密度，T为甲醇的温度，d为纯水的0℃的密度；T为0℃时，甲醇浓度与密度的关系：ρ0℃=mC0℃+d，m为0℃时甲醇密度ρ0℃与浓度C0℃的斜率；当甲醇浓度为定值时，甲醇密度与温度的关系：ρ=aT+ρ0℃，a为甲醇密度ρ与温度T的斜率。
3.根据权利要求1所述一种在线测量甲醇浓度的方法，其特征在于：还包括以下步骤：对算法算出的数值进行对比处理，当浓度低于设定值后，甲醇补充泵开始工作，把纯甲醇罐中的纯甲醇抽取补充到甲醇溶液罐中，提升甲醇溶液罐中的甲醇浓度，以达到设定的浓度范围。
4.根据权利要求1所述一种在线测量甲醇浓度的方法，其特征在于：温度、密度测量设备中温度的测量精度为0.1℃，密度的测量精度0.0001g/cm3，并且温度与密度的测量读值需同频。
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