CN201788154U

CN201788154U - 一种膨润土吸蓝量测试装置

Info

Publication number: CN201788154U
Application number: CN2010201274896U
Authority: CN
Inventors: 樊自田; 龙威; 胡雪婷
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2020-03-05

Abstract

一种膨润土吸蓝量测试装置，属于自动化测试装置，解决现有检测仪操作较复杂，可能重复滴定、导致测试过程延长的问题。本实用新型包括搅拌部件、移液部件、滴定部件、步进转动部件、图像采集部件和处理器。本实用新型利用市场上成熟的蠕动泵、电磁搅拌器和小型步进电机等元件构建，结构简单，操作方便，针对铸造生产线上的粘土旧砂中的膨润土吸蓝量和有效膨润土含量测定，可人工手动输入初始滴入量值，全自动化设定及运行，自动采集滴斑图像并判断最终滴定终点，能自动计算膨润土的吸蓝量和粘土旧砂中有效膨润土含量，结果准确，减轻了实验人员的劳动强度，提高了判断滴定终点的准确度。

Description

一种膨润土吸蓝量测试装置

技术领域

本实用新型属于自动化测试装置，具体涉及一种膨润土吸蓝量测试装置。

背景技术

粘土砂型铸造生产中，根据膨润土中含蒙脱石矿物能吸附亚甲基蓝等染料，而粉尘、砂粒、被烧死的无效膨润土等无粘结作用物料则不吸附或极少量吸附亚甲基蓝染料的特性进行旧砂中的有效膨润土含量测定。

目前，粘土旧砂的吸附亚甲基蓝染料量的测定方法有三种：

第一种方法是按照《铸造手册》造型材料卷(上)的国家标准检测方法，采用纯手工滴定。其试验步骤为：称取烘干试样5g，分别加入质量分数为1％的焦磷酸钠溶液20mL和蒸馏水50mL，摇晃均匀后在电炉上加热煮沸5min，在空气中冷却至室温，用滴定管滴入质量分数为0.2％的亚甲基蓝溶液。滴定时，第一次可加入预计的亚甲基蓝溶液量的2/3左右，以后每次滴加1-2mL。检验终点的方法是，每次滴加亚甲基蓝溶液后，摇晃30s，用玻璃棒蘸一滴试液在中速定量滤纸上，观察在中央深蓝色点的周围有无出现淡蓝色的晕环，若未出现，继续滴加亚甲基蓝溶液。如此反复操作，当开始出现淡蓝色晕环时，将试液静置1min后，再用玻璃棒蘸一滴试液，若四周又未出现淡蓝色的晕环，说明未到终点，应再滴加亚甲基蓝溶液，直到出现明显的淡蓝色晕环为试验终点。[中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册(4)[M].北京：机械工业出版社，2002.]

这种方法的测试速度较慢、时间长，测试结果依靠肉眼判别，精度不高。

第二种方法是利用SND型亚甲基蓝粘土测定仪，该仪器包括试样分散处理装置和滴定部件，采用超声波分散方法分散处理试样，采用自动滴定管，配合机械搅拌。(中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册(4)[M].北京：机械工业出版社，2002.)该仪器采用半手工半机械测试，手动操作充气球，其操作过程和上述第一种方法过程类似，所不同的是将第一种方法中的手工滴定改成手动控制充气球产生气压，利用气压来控制滴定量，实现半自动滴定，滴定后的手工摇晃试液改成机械搅拌试液。这种方法采用手动控制气压来进行滴定，人工观测滴定量值，滴定量和观测值均容易产生误差，而且和纯手工滴定一样，最终结果判断依靠肉眼，精度不高。

第三种方法是辽宁工程技术大学的任瑞晨等人提出的膨润土吸蓝量自动分析检测仪及其检测方法，(专利申请号：200810013428.4，专利公开号：CN101493451A)，该分析仪由自动滴定***、取样***和颜色识别***组成，和第二种方法中的SND型测试仪一样，采用超声波分散处理膨润土试样。该仪器能自动化检测膨润土吸蓝量，采用人机对话***控制亚甲基蓝的滴入量，其颜色识别***采用给定颜色标定，在荧光照射下，传感器检测滴斑是否出现浅绿色晕环，并与给定颜色标定对比来判断滴定终点。整个仪器的滴定过程共使用了5个步进电机，以控制横架和两个可伸缩杆的运行，包括横架的旋转和伸缩杆的上下滑动。综合来看，第三种方法的测试仪器和方法基本上能实现自动化检测，测试结果精度也相对较高，但仪器整体顺序运行过程较复杂，在电机带动可伸缩杆机械运行过程中，伸缩杆上的液滴有提前滴落的可能，会导致空滴等情况。

发明内容

本实用新型提供一种膨润土吸蓝量测试装置，解决现有检测仪操作较复杂，可能重复滴定、导致测试过程延长的问题。

本实用新型的一种膨润土吸蓝量测试装置，包括搅拌、移液、滴定、步进转动、图像采集部件和处理器，其特征在于：

所述搅拌部件，由电磁搅拌器和电阻丝组成，固定于支撑台上，电阻丝位于电磁搅拌器托盘下，其作用在于初期加热粘土旧砂混合水溶液，使旧砂中的膨润土充分分散于混合溶液中；后期对滴入了亚甲基蓝的旧砂混合水溶液进行搅拌，使溶液充分分散均匀；

所述移液部件，由第一蠕动泵、第一移液管和试剂容器组成，第一蠕动泵固定于支撑台的第一立杆上，第一移液管置于第一蠕动泵的卡槽中，第一移液管下端由固连于第一立杆的第一横杆固定，第一移液管内径为0.8～1.6mm；其作用在于将试剂容器中的浓度为0.2％的纯亚甲基蓝溶液定量移取至装有粘土旧砂试样混合水溶液的试样容器中；

所述滴定部件，由第二蠕动泵、第二移液管和试样容器组成，第二蠕动泵固定于支撑台的第二立杆上，第二移液管置于第二蠕动泵的卡槽中，两端分别由第一横杆和固连于第二立杆的第二横杆固定，第二蠕动泵具有反转***，第二移液管内径为0.6～1.2mm，其作用在于将试样容器中的粘土旧砂和亚甲基蓝混合溶液滴定到置于步进转动部件上的中速定量滤纸片上，滴定一滴后，反转***将第二移液管中的溶液反向压回试样容器中；

所述步进转动部件，由转动台和步进电机两部分组成，固定于支撑台上第二立杆外侧，步进电机位于转动台下方，与转动台通过齿轮连接，控制转动台的步进转动，其作用在于当自动滴定完成后，在步进电机带动下，转动台带着转动台台面上的中速定量滤纸片转动一定角度，使滴斑置于图像采集部件的正下方，便于图像的采集；

所述图像采集部件，由数字式工业相机和环形光源组成，通过固定板固定于支撑台的第三立杆上，数字式工业相机固定于环形光源中心，采集装置正下方中速定量滤纸片上的滴斑图像，并将图像传输回处理器；

所述处理器通过数据传输线与第一蠕动泵、电磁搅拌器、第二蠕动泵、步进电机和数字式工业相机电信号连接；处理器内置程序控制模块和图像处理模块，所述程序控制模块依序控制下述过程：A.搅拌部件对试样溶液加热、搅拌；B.启动第一蠕动泵，控制第一蠕动泵工作时间，定量移取试剂容器中的试剂至试样容器中；C.启动电磁搅拌器搅拌试样溶液；D.启动第二蠕动泵，移取试样容器中的溶液，在转动台上滴定一滴溶液；E.第二蠕动泵反转，将第二移液管中的试样溶液反向压回试样容器；F.启动图像采集部件，采集工业相机正下方的滴斑图像，并传输给图像处理模块；根据图像处理模块的运算处理结果决定是否继续运行过程B～F；

所述图像处理模块对滴斑图像进行运算处理，确定待测粘土旧砂中的有效膨润土含量值。

本实用新型的图像处理模块对滴斑图像进行运算处理时，顺序包括下述过程：

1.将采集到的滴斑图像分解成红色、绿色和蓝色三通道图像；

2.对红色、绿色和蓝色三通道图像进行灰度值减法运算，得到外圈淡蓝色晕环：

将红色通道图像中像素点的灰度值减去绿色通道图像中对应像素点的灰度值，再进行下述运算，得到过渡图像，其像素点的灰度值P：

P＝α×(R-G)+β，α＝0.1～3，β＝0～256；

将过渡图像中像素点的灰度值减去蓝色通道图像中对应像素点的灰度值，再进行下述运算，得到外圈淡蓝色晕环，其像素点的灰度值Q：

Q＝γ×(P-B)+λ，γ＝0.1～3，λ＝0～256；

式中：R、G、B分别代表红色、绿色和蓝色三通道中的像素点的灰度值，当滴斑图像效果偏暗时，α和γ取值范围在1～3间，滴斑图像越暗，取值越大；当滴斑图像偏亮时，α和γ取值范围在0.1～1间，滴斑图像越亮，取值越小；

β＝α×|(R-G)|_min，λ＝γ×|(P-B)|_min；

3.填充得到完整滴斑图像：

根据外圈淡蓝色晕环像素点的灰度值，应用填充算法对所述外圈淡蓝色晕环的环内区域进行填充，得到完整滴斑图像R_F；

4.计算外圈淡蓝色晕环和内圈深蓝色斑点的面积比：

外圈淡蓝色晕环的面积S_Q和内圈深蓝色斑点的面积S_D分别为：

S_Q＝f(d)×∫S_Q(d)，

S_D＝S_F-S_Q，

其中，S_F为完整滴斑的面积：

S_F＝f(d)×∫S_F(d)，

外圈淡蓝色晕环和内圈深蓝色斑点的面积比T为：

T＝S_Q/S_D，

式中：d为数字相机的分辨率，f(d)为对应数字相机分辨率下的单个像素面积，∫S_Q(d)为外圈淡蓝色晕环所包含像素点的个数，∫S_F(d)为完整滴斑区域内所包含像素点的个数；

5.判断所述淡蓝色晕环和内圈深蓝色斑点的面积比T是否大于等于15％，是则转过程6，否则通知程序控制模块运行过程B～F；

6.通知程序控制模块终止滴定过程，并计算有效膨润土含量；

首先根据第一蠕动泵每次工作时间，计算总移液量值V：

V＝V₁+V₂+……V_i+……+V_N，

式中，V_i为第一蠕动泵第i次工作时间对应的移液量，i为自然数；总移液量值V即为膨润土吸蓝量；若测试粘土旧砂有效膨润土含量，则继续进行过程7；

7.根据总移液量值V判断有效膨润土含量的对应区间范围，确定相应的滴定系数K和滴定常数B，将K、B代入下式，计算出有效膨润土质量百分含量M＝(V-B)/K，

B、K如下确定：取新砂与膨润土的混合试样5g，测定混合试样中膨润土质量百分含量分别为2％、4％、6％、8％和10％时混合试样的吸蓝量，绘出膨润土标准滴定曲线；计算膨润土质量百分含量对应区间为(2％，4％)、(4％，6％)、(6％，8％)和(8％，10％)时的曲线斜率和y轴截距，分别为对应区间的滴定系数K和滴定常数B。

对所述外圈淡蓝色晕环的环内区域进行填充时，现有图像处理的各种填充算法均适用，如线扫描填充算法、四向连通区域种子填充算法、八向连通区域种子填充算法；可参见孙家广等.计算机图形学(第三版)[M].北京：清华大学出版社，1998。

利用本实用新型测试膨润土吸蓝量和粘土旧砂有效膨润土含量时，包括如下步骤：(1)将装有粘土旧砂试样混合水溶液的试样容器放在搅拌部件上，加热分散至溶液均匀；(2)溶液冷却至室温后，移液部件定量移取试剂容器中的亚甲基蓝溶液至试样容器中，搅拌部件同时搅拌；(3)滴定部件移取试样容器中的混合溶液滴定至步进转动部件上方的滤纸片上；(4)滴定一滴后，步进转动部件转动一定角度，图像采集装置采集正下方滴斑图像，并将滴斑图像传输至处理器；(5)处理器对滴斑图像进行数据处理、比较；(6)重复(2)(3)(4)(5)步骤，最终确定滴定终点。

本实用新型利用市场上成熟的蠕动泵、电磁搅拌器和小型步进电机等元件构建，结构简单，操作方便，针对铸造生产线上的粘土旧砂中的膨润土吸蓝量和有效膨润土含量测定，可人工手动输入初始滴入量值，全自动化设定及运行，自动采集滴斑图像并判断最终滴定终点，能自动计算膨润土的吸蓝量和粘土旧砂中有效膨润土含量，结果准确，减轻了实验人员的劳动强度，提高了判断滴定终点的准确度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型包括搅拌、移液、滴定、步进转动、图像采集部件和处理器20，各部分装于密闭的外壳体2内；

搅拌部件，由电磁搅拌器8和电阻丝组成，固定于支撑台1上，电阻丝位于电磁搅拌器8托盘下，外壳体2上对应搅拌部件位置安装有第一滑动门22；

移液部件，由第一蠕动泵6、第一移液管5和试剂容器3组成，第一蠕动泵6固定于支撑台的第一立杆7上，第一移液管5置于第一蠕动泵的卡槽中，第一移液管下端由固连于第一立杆的第一横杆4固定，外壳体2上对应试剂容器3位置安装有第二滑动门23；

滴定部件，由第二蠕动泵11、第二移液管10和试样容器9组成，第二蠕动泵11固定于支撑台的第二立杆12上，第二移液管10置于第二蠕动泵的卡槽中，两端分别由第一横杆4和固连于第二立杆的第二横杆13固定，第二蠕动泵具有反转***；

第一移液管5内径可以为0.8～1.6mm、第二移液管10内径可以为0.6～1.2mm；

步进转动部件，由转动台19和步进电机14两部分组成，固定于支撑台上第二立杆12外侧，步进电机14位于转动台下方，与转动台通过齿轮连接，控制转动台19的步进转动；外壳体2上对应转动台19位置安装有第三滑动门24；

图像采集部件，由数字式工业相机17和环形光源18组成，通过固定板16固定于支撑台1的第三立杆15上，数字式工业相机固定于环形光源中心，采集装置正下方中速定量滤纸片上的滴斑图像，并将图像传输回处理器；

处理器20通过数据传输线21与第一蠕动泵6、电磁搅拌器8、第二蠕动泵11、步进电机14和数字式工业相机17电信号连接；处理器20内置程序控制模块和图像处理模块，程序控制模块依序控制下述过程：A.搅拌部件对试样溶液加热、搅拌；B.启动第一蠕动泵，控制第一蠕动泵工作时间，定量移取试剂容器中的试剂至试样容器中；C.启动电磁搅拌器搅拌试样溶液；D.启动第二蠕动泵，移取试样容器中的溶液，在转动台上滴定一滴溶液；E.第二蠕动泵反转，将第二移液管中的试样溶液反向压回试样容器；F.启动图像采集部件，采集工业相机正下方的滴斑图像，并传输给图像处理模块；根据图像处理模块的运算处理结果决定是否继续运行过程B～F；

图像处理模块对滴斑图像进行运算处理，确定待测粘土旧砂中的有效膨润土含量值。

实施例1：粘土旧砂有效膨润土含量测定

首先将第一滑动门22、第二滑动门23、第三滑动门24上推，分别将装有配置好的5g旧砂、质量分数为1％的焦磷酸钠溶液20mL和蒸馏水50mL的混合溶液的试样容器9和中速定量滤纸片放置于搅拌部件8上与转动台19上，装置自检、启动，在处理器20的控制程序界面上输入第一次、第二次、第三次的亚甲基蓝滴入量80ml，3ml和2ml，加热搅拌试样10min至溶液混合均匀，冷却后。移液部件6开始工作，内径为0.8mm的第一移液管5从试剂容器3中往试样容器9中定量移入80ml亚甲基蓝溶液，移液时搅拌部件8同步启动搅拌试样，滴定完成再搅拌5s后，停止搅拌，试样静置10s，滴定部件11启动，内径为0.6mm的第二移液管10从试样容器9中移取试样进行滴定，一滴后，滴定部件11的内置泵反转，将第二移液管10中的试样压回试样瓶，同时步进电机14带动转动台19和置于其上的中速定量滤纸片转动30°，将滴斑置于数字式工业相机18下，静置30s，数字式工业相机18采集图像并传回处理器，内置图像处理程序采集滴斑数据，将采集到的彩色图像分解为R/G/B三通道图像，通道减法运算后，计算淡蓝色晕圈与中心斑点的面积比值，判断是否达到滴定终点。第二次、第三次重复以上步骤后，后续滴定至试样容器9中的亚甲基蓝加入量减少为每次1ml，重复滴定直到淡蓝色晕圈与中心斑点的面积比值达到15％或以上时，判断为滴定终点，计算有效膨润土含量值。

实施例2：粘土旧砂有效膨润土含量测定

将盛放有5g粘土旧砂、质量分数为1％的焦磷酸钠溶液20mL和蒸馏水50mL的混合溶液的试样容器9放置于搅拌部件8上，加热10min至溶液混合均匀后冷却，在处理器20的控制程序界面上输入第一次、第二次、第三次的亚甲基蓝滴入量80ml，3ml和2ml，第一移液管5和第二移液管10的内径分别选用1.6mm和1.2mm，开始滴定，具体步骤同实施例1。

实施例3：膨润土吸蓝量测定

将盛放有0.2g膨润土试样、质量分数为1％的焦磷酸钠溶液20mL和蒸馏水50mL混合溶液的试样容器9放置于搅拌部件8上，加热10min至溶液混合均匀后冷却，在处理器20的控制程序界面上输入第一次、第二次、第三次的亚甲基蓝滴入量30ml，3ml和2ml，第一移液管5和第二移液管10的内径分别选用0.8mm和0.6mm，开始滴定，具体步骤同实施例1，最终得到膨润土吸蓝量。

实施例4：膨润土吸蓝量测定

将盛放有0.2g膨润土试样、质量分数为1％的焦磷酸钠溶液20mL和蒸馏水50mL的混合溶液的试样容器9放置于搅拌部件8上，加热10-15min至溶液混合均匀后冷却，在处理器20的控制程序界面上输入第一次、第二次、第三次的亚甲基蓝滴入量30ml，3ml和2ml，第一移液管5和第二移液管10的内径分别选用1.6mm和1.2mm，开始滴定，具体步骤同实施例1，最终得到膨润土吸蓝量。

Claims

1.一种膨润土吸蓝量测试装置，包括搅拌、移液、滴定、步进转动、图像采集部件和处理器，其特征在于：

所述搅拌部件，由电磁搅拌器(8)和电阻丝组成，固定于支撑台(1)上，电阻丝位于电磁搅拌器(8)托盘下；

所述移液部件，由第一蠕动泵(6)、第一移液管(5)和试剂容器(3)组成，第一蠕动泵(6)固定于支撑台的第一立杆(7)上，第一移液管(5)置于第一蠕动泵的卡槽中，第一移液管下端由固连于第一立杆的第一横杆(4)固定；

所述滴定部件，由第二蠕动泵(11)、第二移液管(10)和试样容器(9)组成，第二蠕动泵(11)固定于支撑台的第二立杆(12)上，第二移液管(10)置于第二蠕动泵的卡槽中，两端分别由第一横杆(4)和固连于第二立杆的第二横杆(13)固定，第二蠕动泵具有反转***；

所述步进转动部件，由转动台(19)和步进电机(14)组成，固定于支撑台上第二立杆(12)外侧，步进电机(14)位于转动台下方，与转动台通过齿轮连接，控制转动台(19)的步进转动；

所述图像采集部件，由数字式工业相机(17)和环形光源(18)组成，通过固定板(16)固定于支撑台(1)的第三立杆(15)上，数字式工业相机固定于环形光源中心，采集装置正下方中速定量滤纸片上的滴斑图像，并将图像传输回处理器；

所述处理器(20)通过数据传输线(21)与第一蠕动泵(6)、电磁搅拌器(8)、第二蠕动泵(11)、步进电机(14)和数字式工业相机(17)电信号连接；处理器(20)内置程序控制模块和图像处理模块。