E-Scan折光濃度儀在特纖廠DMAC溶液測(cè)量方案

（提供：美國(guó)EMC公司， 應(yīng)用領(lǐng)域：化纖紡織）

效果:

測(cè)量重復(fù)性好

高精度，準(zhǔn)確

分體式設(shè)計(jì)，更耐高溫，振動(dòng)

無耗材，使用壽命長(zhǎng)

消除泄漏隱患

應(yīng)用:　

各特纖廠DMAC溶液流量測(cè)量

難題:
　

特纖廠的DMAC溶液流量的測(cè)量用于紡絲生產(chǎn)DMAC濃度的調(diào)節(jié)和紡絲油劑的加入量，因此需要測(cè)量的濃度。

解決方案:

通過提供更高、更穩(wěn)定的輸出并采用臨界角折光技術(shù)，EMC公司的E-Scan折光儀可滿足業(yè)主所要求的精度水平和總體性能?？朔藢?duì)工藝數(shù)據(jù)滯后、取樣環(huán)境、溫度變化、人工操作、儀器受周圍環(huán)境等因素都對(duì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成影響。能隨工藝條件的變化做實(shí)時(shí)地調(diào)整，保障產(chǎn)品的穩(wěn)定的質(zhì)量指標(biāo)。

應(yīng)用背景：

采用DMAC 濕法兩步法生產(chǎn)腈綸纖維。聚合物在原液與DMAC 溶液相混合，配制成100 ℃ 原液膠，通過計(jì)量泵經(jīng)過噴絲板，進(jìn)入DMAC 凝固浴中，膠體內(nèi)的DMAC 與凝固浴中的DMAC 進(jìn)行解析，形成一恒定的濃度平衡。準(zhǔn)確測(cè)量DMAC 濃度，可實(shí)時(shí)控制凝固浴中的補(bǔ)給水的量。DMAC 濃度的變化直接造成絲束發(fā)脆和絲束并絲等嚴(yán)重的質(zhì)量問題。穩(wěn)定的DMAC 濃度環(huán)境對(duì)腈綸纖維成絲內(nèi)在質(zhì)量起關(guān)鍵的作用。

化纖公司原有生產(chǎn)線測(cè)量成絲凝固浴的DMAC濃度采用化驗(yàn)分析方法，每2 h 取樣一次，取樣后在中心化驗(yàn)室由化驗(yàn)員用實(shí)驗(yàn)室型的阿貝折光儀測(cè)量。這種測(cè)量方法對(duì)工藝數(shù)據(jù)滯后、取樣環(huán)境、溫度變化、人工操作、儀器受周圍環(huán)境等因素都對(duì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成影響。不能隨工藝條件的變化做適時(shí)地調(diào)整，這樣就不能夠保障產(chǎn)品的穩(wěn)定的質(zhì)量指標(biāo)。

通過走訪國(guó)內(nèi)的腈綸生產(chǎn)廠家，從投用的幾種濃度分析儀來看，都出現(xiàn)維護(hù)量大、維護(hù)成本

高、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后漂移、測(cè)量不準(zhǔn)確等問題。

儀器工作原理：

折光儀的原理：當(dāng)一束光照射在物體表面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)折射和反射兩種物理現(xiàn)象。當(dāng)光束通過棱鏡和溶液兩種不同的物質(zhì)時(shí)，在兩種介質(zhì)的表面發(fā)生反射和折射，在反射和折射之間有一臨界角，這個(gè)值可用公式計(jì)算為：nDB/nDA = sinα1。

式中：nDB ———液體的折射率；nDA ———棱鏡的折射率；sinα1 ———光在不同物質(zhì)間折射和反射的臨界角。

如果棱鏡的折射率是固定的，則nDB

K = sinα1 nDB = K × sinα1

測(cè)量臨界角，可以檢測(cè)出水樣的折射率，通過折射率由儀表自動(dòng)計(jì)算出水樣的濃度，光折射和反射的原理如圖所示。

來自于LED的光線穿過棱鏡表面并經(jīng)過棱鏡的反射面反射到達(dá)工作面(棱鏡與工藝流體的接觸面)。到達(dá)這個(gè)工作面的光線以一系列的角度橫穿這個(gè)工作面，包括與被測(cè)量流體的臨界角(Ic)。以大于臨界角的角度穿過工作面的光線被折射入測(cè)量流體中，以小于臨界角的角度穿過工作面的光線被反射到棱鏡的另一個(gè)反射面并穿過棱鏡到達(dá)CCD線性陣列組并被掃描。

EMC E-Scan折光儀使用的CCD線性陣列包含3648個(gè)獨(dú)立的象素點(diǎn)。

EMC E-Scan折光儀使用當(dāng)今先進(jìn)的CCD技術(shù)。在E-Scan折光儀中圖象是由電子掃描而來的簡(jiǎn)單光線和黑暗間隔所組成。當(dāng)過程流體的折射率改變時(shí)，臨界角的變化將改變光亮/黑暗時(shí)間的比率，并被CCD所檢測(cè)到。時(shí)間間隔的變化被處理和加強(qiáng)并以折射率、Brix、固形物含量或其它的測(cè)量單位形式顯示出來。這種CCD掃描測(cè)量技術(shù)，提供了很高敏感度，并不受被測(cè)流體中夾帶的氣泡或震動(dòng)流的影響。另外，EMC E-Scan折光儀使用LED光源。這種光源需要zui小的能量、產(chǎn)生zui少的熱量并具有zui長(zhǎng)的使用壽命。

儀器結(jié)構(gòu)及功能:

儀器為計(jì)算機(jī) In 386sx 25mhz控制的智能化折光濃度儀，主要由檢測(cè)部件（傳感器）和控制部件（變送器）組成。傳感器中使用CCD光學(xué)傳感器，消除了機(jī)器掃描設(shè)備。儀器具有雙顯示（濃度和溫度顯示）和雙輸出（測(cè)量值和溫度值）性能?？刂破鬏敵龆丝?，輸出信號(hào)，用來控制流加控制泵的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到對(duì)過程DMAC濃度進(jìn)行控制目的；濃度測(cè)量信號(hào)輸出端口，4-20ma和RS232；具有固定偏差設(shè)定，高低位報(bào)警，高高位報(bào)警，低低位報(bào)警兩級(jí)密碼保護(hù)重要數(shù)據(jù)和菜單組態(tài)等功能?？刂破魇怯刹Ａт摑仓尚?，可在惡劣的環(huán)境中提供zui大的保護(hù)。控制器具備NEMA4X防護(hù)等級(jí)?？刂破髑懊姘灏ㄒ粋€(gè)顯示器和一個(gè)20個(gè)觸摸按鈕組成的操作界面。顯示器包括一個(gè)320*240像素的6.7’LCD顯示器，為操作人員提供各種不同的信息。20個(gè)觸摸按鈕允許操作人員進(jìn)行操作和設(shè)定。MPR E-Scan是一種基于微處理器的臨界角折光濃度儀，它即可用于測(cè)量工藝過程流體的折光率，也可作為故障指示器或完整的工藝過程系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。該儀器配備有故障自診程序，因此不需要特殊的測(cè)試設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)故障診斷和隔離。濃度儀出廠前已按工藝要求進(jìn)行了校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償，當(dāng)收到濃度儀時(shí)即可以進(jìn)行安裝和立即使用。用戶也可以進(jìn)入校準(zhǔn)程序來改變系統(tǒng)參數(shù)，以是濃度儀用于測(cè)量另外不同的工藝流體

儀器具備自動(dòng)棱鏡清洗系統(tǒng)；自動(dòng)清洗棱鏡時(shí)間和頻率，及時(shí)排除故障，保證儀器的準(zhǔn)確性，

可減輕維護(hù)人員的工作量。

實(shí)際應(yīng)用:

E-Scan 折光儀測(cè)量凝固浴中DMAC 的濃度，工藝控制在30% ～ 60%之間，折光率在1. 36540～1.41140 nD之間。直接安裝于凝固浴進(jìn)口液體管路上，隨時(shí)測(cè)量凝固浴DMAC 濃度的變化，測(cè)量值傳送到DCS 通過PID 調(diào)節(jié)，輸出閥位信號(hào)控制凝固浴補(bǔ)給水量，保證DMAC 的濃度恒定，這對(duì)紡絲絲束的內(nèi)在質(zhì)量起保障作用。折光儀運(yùn)算速度快、準(zhǔn)確，偏差小于0.1%。測(cè)量值基本保持線性。儀器有自動(dòng)溫度補(bǔ)償，自動(dòng)清洗棱鏡，離線標(biāo)定等功能。標(biāo)定簡(jiǎn)單方便、維護(hù)量少、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。E-Scan 折光儀在高溫有腐蝕性氣體的環(huán)境下使用，依然十分準(zhǔn)確。實(shí)踐證明此儀器能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

結(jié)論:

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，E-Scan折光儀操作簡(jiǎn)單、可靠實(shí)用、維護(hù)量小，是一種高精度、高靈敏的濃度測(cè)量?jī)x器，實(shí)用各行業(yè)大型連續(xù)化生產(chǎn)，滿足工礦企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量不斷穩(wěn)定提高的需要。

現(xiàn)場(chǎng)安裝圖例：