一种涂料粘度测定仪的智能清洗检控系统及其检控方法

摘要

本发明公开了一种涂料粘度测定仪的智能清洗检控系统及其检控方法。智能清洗检控系统主要包括涂料粘度测定装置、清洗废液流通管道、消泡装置、浊度测试装置、通信线路和计算机。检控方法包括以下步骤：1.启动光源；2.设置单次清洗水量和清洗压力；3.启动涂料粘度测定装置和浊度测试装置，从第四遍清洗开始对每一遍清洗的废液进行三次浊度测定；4.计算机对浊度值数字信号进行求平均值，并对平均值与系统值计算相对误差；5.当相对误差小于5%时清洗结束；当相对误差大于5%时，继续清洗直到相对误差小于5%时才结束清洗。本系统运用透射法在线检测清洗废液的浊度并配合设备控制系统，实现自动化智能化清洗操作。

说明书

技术领域

本发明涉及一种检控技术，特别涉及一种涂料粘度测定仪的智能清洗检控 系统及其检控方法。本发明利用了透射光度法在线检测清洗后废液的浊度（与 废液中涂料量成正比关系），并依据浊度大小智能地控制涂料粘度测定仪循环清 洗的次数。

背景技术

目前市售所有的涂料粘度测定仪在每次测定结束后，均需对料桶及管路进 行比较彻底清洗以确保下次实验测定的准确性和精密性，并防止涂料颗粒在仪 器料桶及管路壁上的固化、粘附对仪器造成的损坏。尽管某些涂料粘度测定仪 具备有人工设定清洗工艺的功能，但洗净程度是以人眼观察清洗废液的混浊情 况（即目测浊度）来判断。由于通常洗净所需的清洗的次数较多，所以需要操 作人员不断地对洗后的废液进行观察，直到洗净为止；再者，由于清洗废液中 含有大量细小气泡，会干扰人眼对废液洁净程度的观察。如此繁琐、耗时的步 骤严重影响到操作人员的工作效率和能动性，也会由于人的主观误判而对下次 实验检测的准确性和仪器的维护产生不利的影响。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种涂料粘度测 定仪的智能清洗检控系统，该系统具有测量灵敏度高、精度好，量程范围广， 能够实现连续检测及数据传输等功能。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于涂料 粘度测定仪的智能清洗检控系统的检控方法，该方法可用于在线检测涂料粘度 测定仪清洗废液的浊度，配合设备控制系统，反馈调节清洗工艺，以提高涂料 粘度测定仪的工作效率，实现自动化智能化控制，有效克服了目前市场上现有 涂料粘度测定仪在上述方面的不足。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种涂料粘度测定仪的智能清 洗检控系统，包括涂料粘度测定装置、第一清洗废液流通管道、自动消泡装置、 第二清洗废液流通管道、第三清洗废液流通管道、浊度测试装置、第一通信线 路、计算机和第二通信线路；所述涂料粘度测定装置是涂料粘度的测试装置也 是清洗的对象；清洗废液从涂料粘度测定装置排出后，通过第一清洗废液流通 管道进入自动消泡装置；浊度测试装置对经消泡后的清洗废液进行浊度的测定， 经过浊度测试装置测试后的清洗废液从第三清洗废液流通管道排出；涂料粘度 测定装置和计算机之间通过第一通信线路连接，浊度测试装置和计算机之间通 过第二通信线路连接；第一通信线路和第二通信线路用于信号的传输，使整个 检控系统构成一个控制回路。

优选的，所述的浊度测试装置包括光源、第一光纤或光路、流动比色皿、 第二光纤或光路和光谱仪；所述光源根据ISO7027-1999标准采用峰值波长为 860nm的红外光LED；光源发射的光透过流动比色皿后，通过光纤传递或直接照 射到光谱仪；光谱仪对接受的光信号进行处理，然后将处理好的数字信号通过 第一通信线路送至计算机。

优选的，所述的自动消泡装置为超声消泡器、缝隙式消泡器、旋流式消泡 器、栅式消泡器或变压力式消泡器；自动消泡装置对清洗废液进行消泡处理并 控制流量，确保在浊度测量时清洗废液充满流动比色皿。

优选的，所述的第一清洗废液流通管道、第二清洗废液流通管道和第三清 洗废液流通管道的材质为塑胶、橡胶或金属；所述的流动比色皿与第二清洗废 液流通管道和第三清洗废液流通管道连接处个平滑连接，流动比色皿采用石英 材质，尺寸规格需与清洗废液流通管道相匹配；所述的流动比色皿可拆卸、可 更换；所述计算机接收浊度测试装置传输过来的信号，并对信号进行处理，判 断是否满足清洗要求，同时通过第二通信线路控制涂料粘度测定装置进行清洗 操作。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种涂料粘度测定仪的智能清 洗检控系统的检控方法，所述的浊度测试装置包括光源、第一光纤或光路、流 动比色皿、第二光纤或光路和光谱仪；光源发射的光透过流动比色皿后，通过 光纤传递或直接照射到光谱仪；光谱仪与计算机通过第一通信线路连接；

该方法至少包括以下步骤：

步骤1、当涂料粘度测试结束，进入设备清洗阶段时，通过计算机控制光源 启动；

步骤2、设置涂料粘度测定装置的单次清洗水量和清洗压力；

步骤3、启动涂料粘度测定装置和浊度测试装置对涂料粘度测定仪进行三遍 以上的清洗；从第四遍清洗开始，浊度测试装置对每一遍清洗的废液进行三次 浊度测定；

步骤4、计算机接收第一通信线路传输来的清洗废液的浊度值数字信号，并 计算每遍清洗的三次检测结果的平均值，然后将该平均值与系统值进行相对误 差运算；

步骤5、当系统值和实测浊度值平均值的相对误差小于5%时，清洗结束； 当系统值和实测浊度值平均值的相对误差大于5%时，继续下一遍清洗，直到两 者误差小于5%时才结束清洗。

优选的，所述的系统值为自来水或清洗用水的浊度值。

本发明的工作原理：本发明依据了透射法（即分光光度法）原理，测量原 理如下：

一束特定光谱的平行光通过液体时，一部分被吸收和散射，一部分透过液 体。透射法是用一束光通过一定厚度的待测液体并测量待测液中的悬浮微粒对 入射光的吸收和散射所引起的透射光强度的衰减量来确定待测液的浊度。

在透射法中，透射光强度随液体的浊度增加按指数形式衰减，光强的衰减 程度与水样的浊度之间的关系可用下式表示：

I_t(T)=gI₀e^-aT，                         (1)

在光-电线性转换的条件下得到的电信号：

S_t(T)=KI_t(T)=KgI₀e^-aT，                 (2)

对（2）式两边取对数，整理得：

lnS=C-aT，                            (3)

式中C=lnKgI₀为常数。

式(1)、(2)中，I_t(T)为浊度T时的透射光强度，S_t(T)为对应的电信号，I₀为 入射光强度，K为测量电路参数所决定的常数，而g、a为测量仪器的几何参数 和待测液中悬浮微粒的形状、粒度分布、光谱特性等因素决定的常数。

根据式(1)、(2)，可以通过测定通过涂料粘度测定仪的清洗废液的透射光强 度来测量清洗废液的浊度，式(3)表明所得的电信号的对数与对应的浊度间呈线 性关系。这是所述的浊度测试装置6的基本原理，如图1所示。

如图2所示，是用一台透射式浊度计对一组不同清洗次数的清洗废液样品 进行测量所得到的Abs-清洗次数关系曲线，符合朗伯比尔定律。

在清洗过程中，清洗液与管壁上的残余涂料溶液发生传质交换，涂料中的 固形物移动到清洗液中，并被清洗液主体溶液洗出。在这一过程中涂料被洗出 主要受两种作用的影响：涂料主要成分在两种液体中的浓度差扩散作用和清洗 液流动而产生的冲刷作用。在实际过程中，由于涂料粘度测定仪的活塞运动速 度较慢，因此主要考虑清洗液与残余涂料溶液的浓度差扩散作用。

根据传质动力学的相关知识，在残余涂料主要成分的静态扩散过程中无论 其在管壁上的初始浓度是多少，经过特定扩散时间后其扩散后的浓度均与扩散 前的初始浓度呈一固定比例。即：

$\frac{C_{i+1}^S}{C_i^S}=\lambda ,---\left(4\right)$

清洗液中的涂料浓度与管壁上流体滞留壁层的体积及清洗液体积相关，则：

$C_{i+1}=(C_i^S-C_{i+1}^S)\frac{V_S}{V_L}=\frac{V_S·(1-\lambda )}{V_L}·C_i^S,---(5-1)$

$C_i=(C_{i-1}^S-C_i^S)\frac{V_S}{V_L}=\frac{V_S·(1-\lambda )}{V_L}·C_{i-1}^S,---(5-2)$

$\frac{C_{i+1}}{C_i}=\lambda ,---(5-3)$

清洗过程的前几次，往往由于清洗液中的涂料浓度过大，造成其信号值超过 光学检测器的检测范围。因此，一般以清洗m次后开始计算后续需要清洗的次 数。由式（2-3）可知，清洗n次与清洗m次后，清洗液中的涂料浓度关系为：

C_n=C_m·λ^n-m，                      （6）

由朗伯比尔定律可知，清洗液中涂料浓度与吸光度的信号值（A）呈线性关 系：A_n=kC_n。由此，式（3）可转化为：

A_n=A_m·λ^n-m，                      （7）

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、在清洗废液浊度检测前使用了自动消泡装置，解决了清洗废液中的气泡 对浊度测量造成的误差。

2、浊度检测采用了透射法（即分光光度法）原理的测量方式，设备结构简 单，测量精度高、范围广。

3、采用ISO7027标准规定的峰值波长为860nm左右的红外光LED光源，预 热时间短，测量稳定可靠，节能且耐用。

4、测量信号采用了标准的仪表信号，方便接入各类显示记录仪表和控制系 统。

5、控制系统采用反馈调节控制技术，提高涂料粘度测定仪的工作效率，实 现自动化智能化控制清洗效果。

6、本发明克服了涂料粘度测定仪的清洗程度人眼观测不准确和控制清洗工 艺繁琐等缺点，为涂料粘度测定仪的使用和维护提供了测量准确可靠的在线检 测仪表。

附图说明

图1为Abs-清洗次数关系曲线；

图2为数学模型的预测效果；

图3为智能清洗检控系统方框图；

图4为浊度测试装置方框图；

图5为清洗检控系统程序流程方框图；

图6为计算机控制软件界面图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方 式不限于此。

实施例

如图3所示，本发明的智能清洗检控系统包括涂料粘度测定装置1、第一清 洗废液流通管道2、自动消泡装置3、第二清洗废液流通管道4、第三清洗废液流 通管道5、浊度测试装置6、第一通信线路7、计算机8和第二通信线路9。所述 的涂料粘度测定装置1为原涂料粘度测定仪所有；所述的第一清洗废液流通管道 2、第二清洗废液流通管道4、第三清洗废液流通管道5可为塑胶、橡胶或金属等 材质；所述的自动消泡装置3用于消除清洗废液中的微小气泡，并确保清洗废液 充满浊度测试装置6中的流动比色皿12，从而排除微小气泡对浊度测定的干扰。 所述的自动消泡装置3可以是超声消泡器、缝隙式消泡器、旋流式消泡器、栅式 消泡器和变压力式消泡器等机械物理式消泡器。所述第一通信线路7用于自动消 泡装置3与计算机8之间的通信。计算机8接收浊度测试装置6传输过来的信号， 并对信号进行处理，判断是否满足清洗要求，同时通过第二通信线路9控制涂料 粘度测定装置1进行清洗操作。

如图4所示，所述的浊度测试装置6包含有光源10、第一光纤或光路11、 流动比色皿12、第二光纤或光路13和光谱仪14。所述的光源10为符合ISO7027 标准规定的峰值波长为860nm的红外光LED光源。所述的第一光纤或光路11和 第二光纤或光路13可为光纤用于光信号的传输，或者为没有遮挡的光路，光信 号直接照射到相应的部件。所述的流动比色皿12与第一清洗废液流通管道4和 第二清洗废液流通管道5连接处无死角，采用石英材质，方形，两面透光，尺寸 大小视两端清洗废液流通管道的大小而定；光源10发射的光透过流动比色皿12 后，通过光纤传递或直接照射到光谱仪14；光谱仪14对接受的光信号进行处理， 然后将处理好的数字信号通过第一通信线路7送至计算机8。

如图5和图6所示，当涂料粘度测试结束，进入设备清洗阶段时，在计算 机8上启动设备清洗软件，单击启动光源10，同时光源指示灯19亮红色；设置 涂料粘度测定装置1的单次清洗水量16和清洗压力17后，单击启动清洗20，清 洗指示灯21亮红色；手动或清洗三次后自动启动浊度检测22，浊度检测指示灯 23亮红色。清洗废液从涂料粘度测定装置1中排出，通过清洗废液流通管道2流 入自动消泡装置3中进行消泡处理，然后经清洗废液流通管道4流入浊度测试装 置6中，浊度测试装置6对每次清洗废液进行三次浊度测定，最后清洗废液通过 清洗废液流通管道5排掉。计算机8对从浊度测试装置6传输过来的信号进行处 理，并计算三次实测浊度值的平均值（用吸光度Abs表示），然后将平均值与用 预设的系统浊度值进行相对误差运算。当系统浊度值和浊度平均值的相对误差小 于5%时，清洗程序和清洗废液浊度检测程序自动停止，同时光源指示灯19、清 洗指示灯21和浊度检测指示灯23亮绿色；当两者的相对误差大于5%时，进入下 一清洗循环，直到清洗结束。所述的浊度显示窗口24用于实时显示每次清洗三 次实测浊度值的平均值，如图1所示。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。