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毛细管式黏度计自动清洗装置

一、前言

目前大部分计量单位针对毛细管黏度计的工作都是人工手工完成, 工作效率低。我们以本单位待检数量最大的毛细管式黏度计作为研究对象, 对毛细管式黏度计复杂的清洗方式进行改善。依据工作毛细管黏度计检定规程, 在检定过程中毛细管式黏度计需要使用汽油, 铬酸, 蒸馏水分别反复清洗3次以上, 烘干备用。每次清洗, 工作人员需要用洗耳球将清洗用的洗液缓慢吸入到毛细管式黏度计的毛细玻璃管内, 再用手晃动黏度计冲洗。整个过程繁琐, 劳动强度大, 工作效率低, 并且工作人员要直接面对酸液和汽油等挥发性有害物质。有的送检单位一次性送来数十支甚至上百支黏度计, 占用大量的清洗时间和劳力, 重复性劳动多, 因此迫切需要解决清洗自动化的问题。

针对以上问题, 计量单位的工作人员针对黏度计的清洗方式做过很多改进工作的尝试。但都存在单向清洗和自动化智能化不够的缺点。为此, 我们设计并完成了毛细管式黏度计自动清洗装置, 针对狭小的毛细玻璃内径, 使用单片机和多组电磁阀的自动控制, 通过负压系统和管路设计, 达到了毛细管式黏度计自动清洗的功能。

二、系统构成

毛细管式黏度计自动清洗装置由真空泵, 储液瓶, 单片机控制电子电路, 电磁阀, 黏度计支架和管路, 稳压电源等部分组成。真空泵用于产生负压, 负压值应大于90k Pa, 通过真空泵可以将洗液吸入毛细管式黏度计之中, 进而达到清洗目的。储液瓶置于真空泵和清洗管路之间, 将洗液由黏度计吸取到储液瓶中, 防止进一步将洗液吸入真空泵。控制电路部分采用51单片机作为控制核心进行自动控制, 51单片机较为简单, 具有输入/输出, 定时/计数, 中断, 串口通信等功能, 我们选用STC90C51作为核心控制部分, 通过使用C语言编程, 可以完成清洗流程, 清洗次数, 清洗时间, 自动中断开启等功能。单片机输出引脚发出的控制信号经过达灵顿晶体管构成的放大电路后送达到电磁阀, 通过12V外接电路的导通、截止来控制电磁阀的工作。4只电磁阀分为两组, 分别控制毛细管黏度计左右来回清洗。4只电磁阀安置于黏度计支架上, 通过乳胶管三通阀门等一边连接毛细管式黏度计的主管口和宽管的支口, 毛细管式黏度计的宽管口由乳胶管和截止阀密封, 另一头由乳胶管、阀门等连入储液瓶和洗液瓶, 储液瓶由过滤器连接真空泵的负压出口, 洗液瓶盛放清洗试剂。真空泵的抽气速度还可以通过外部旋钮进行控制。单片机控制电路由5V外接电源供电, 四只电磁阀并联接入12V外接稳压电源, 真空泵连接220V电压控制。系统原理和结构示意图如图1和图2所示。

三、工作原理

其原理图如图1所示, 主要包括单片机为核心电子电路控制系统, 电磁阀为核心的管路工作系统, 以及由真空泵为核心的负压真空系统三部分构成, 分别由5V, 12V和220V的外接电源控制。计算机通信控制单片机, 单片机由内部程序控制端口按照要求输出0或5V低电平或高电平, 通过达林顿三级管构成的放大电路放大信号, 进而控制4只12V的电磁阀的开闭状态。4只电磁阀两两构成两组, 分别控制洗液左右来回清洗毛细管。洗液的抽取依靠真空泵产生的负压实现, 真空泵的抽气速度可以由外部旋钮调节完成。通过电磁阀和真空泵的配合调节, 进而完成对毛细管式黏度计的自动清洗, 三部分综合构成毛细管式黏度计自动清洗装置。仪器具有多个控制开关, 包括稳压电源开关, 清洗装置启动开关, 真空泵开启开关, 真空泵工作速度旋钮等。清洗操作完成后, 设备蜂鸣器自动报警提醒工作人员清洗完成。

图1 毛细管式黏度计自动清洗装置逻辑结构原理示意图

图1 毛细管式黏度计自动清洗装置逻辑结构原理示意图

 

图2 毛细管式黏度计自动清洗装置结构示意图

图2 毛细管式黏度计自动清洗装置结构示意图

 

毛细管式黏度计自动清洗装置的结构示意图如图2所示, 装置工作方式由上图所示, 电脑通讯控制单片机不同引脚同时输出0或1相反的驱动信号, 分别控制两组电磁阀, 两只电磁阀组成一组。电磁阀为长闭型, 当输出为高电平时, 上面一组电磁阀导通, 对应同时输出为低电平的下面一组电磁阀关闭, 此时洗液由右向左, 先经过工作毛细玻璃主管口, 再经过宽管, 由右向左流动清洗毛细管式黏度计, 如果驱动信号反转, 上面一组电磁阀接受低电平关闭, 下面一组电磁阀接受高电平导通, 此时洗液由左向右, 先经过宽管, 再经过工作毛细玻璃主管口, 由左向右流动清洗毛细管式黏度计, 如此反复清洗。清洗流程, 清洗次数, 清洗时间等过程参数可以通过单片机分别控制, 通过调节单片机输出高低电平的时间和频率来完成。清洗结束后单片机各引脚同时输出低电平, 所有电磁阀同时关闭, 清洗流程结束, 蜂鸣器报警提示工作人员清洗工作完成。清洗之前, 工作用毛细管式黏度计可以一次并联多只, 可以做到一次清洗多只黏度计, 提高工作效率, 节省工作时间。

四、总结

针对计量部门毛细管式黏度计送检量大, 清洗过程复杂的现状, 以及目前手工清洗过程效率低, 自动化程度和手段缺乏等问题, 设计并完成了毛细管式黏度计自动清洗装置。该装置采用单片机电磁阀等元器件为自动控制核心元件, 真空泵储液瓶等作为负压系统, 以及黏度计支架, 管路, 三通阀门等元件构成。可以完成毛细管式黏度计的自动清洗过程, 计量工作人员只需在清洗之前安装毛细管式黏度计即可。毛细管式黏度计自动清洗装置可以将计量工作人员从繁复的清洗流程中解放出来, 提高了工作效率, 适宜在计量部门以及毛细管式黏度计使用部门进行推广。

作者:周晓亮 李鹏 李晶晶 高伟 严铮洸
北京市计量检测科学研究院 北京工业大学固体所

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