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數字式酒度測量計量技術與應用

發布日期:2015年9月16日  瀏覽次數:
常規的酒度測量方法繁瑣且不準確,造成很大的經濟損失,目前的稱重法測量已經普遍被大家認同,但是因為流量計價格高昂,并沒有普及到酒廠中。結合以上的一些問題專門研制了核心數據模型與計算軟件,在測量方面采用的是稱重傳感器,現已經廣泛投入使用中,本文主要就是介紹了這款軟件的原理及應用。 

目前,酒度的測定方法是公知的比重瓶法及根據浮力原理制成的酒精比重計法。這二種方法操作繁瑣,費時費工。由于酒度是用乙醇和水的體積百分比來表示的,在不同溫度下,由于熱脹冷縮,酒樣的體積會發生變化,因此酒度也會變化,在公知的常規方法中,必須查閱標準數據表來得到標準酒度值(相當于某特定溫度下的酒度)。這樣在計算、操作查表過程中稍有疏忽,很容易造成人為誤差,使所得酒度不準確,造成經濟損失。 

同時,目前的生產及周轉計量采用稱重法居多,從磅秤、電子臺秤到汽車衡,帶來了大量的裝卸工作。采用普通流量儀表(旋翼水表、渦街、腰輪、電磁流量計等),只能測量出液體的體積流量,無法動態、及時地對酒體的密度、酒精度和溫度影響進行修正。 

采用超聲、振蕩管(科氏力)的質量流量計價格奇高不下,且不能實現到酒精度的自動換算和對計量的自動校正。所有這些因素在一定程度上延緩了白酒行業流程計量自動化的發展步伐。 

根據我們對這一普遍問題的認識,結合對多家酒廠的訪問,我們確定了將動態密度測量、流量計量、酒精度換算、溫度測量、標準酒精度(20℃)的換算實現一體化的解決方案,為此進行了多年的技術研究、產品設計試驗、安全認證、計量認證和產品不斷試用、不斷優化改進工作。 

經過努力,獲得實用新型專利一項(ZL200420033295.4),產業化工作獲得國家科技部科技型中小企業創新基金的支持;公司所在地重慶市北碚區科委、重慶市科委、重慶市經委中小企業發展指導局對此工作也提供了資金支持,四川沱牌、四川豐谷酒廠、四川古藺酒廠、長春榆樹大曲、西鳳酒廠、五糧液勾兌中心、湖北稻花香等多家酒廠對不同產品進行了試用并提出了寶貴的改進建議。 

核心數據模型與計算軟件,已集成為白酒生產典BD2007,作為白酒生產中的數據查詢、計算工具,呈現為彩屏PDA的產品形態,F可以批量供貨。 

一、核心測量控制與數據處理技術 

1.密度測量 

儀器儀表領域對密度的測量有許多種方法,選擇什么方案,要考慮技術成熟程度與白酒行業的現有測量體系結合,便于量值傳遞過渡。采用浮力原理的酒精比重計是目前仍廣泛使用的技術,我們也采用了這一方案,不過在電子化的浮力測量方面,應用了進口的精密秤重傳感器,前端處理器采用美國TI公司的MSP430處理器,應用軟件數字化動態校正和補償,保證密度測量達到±0.6Kg/m"3(相當于0.0006g/ml)。該處理器同時對液體溫度進行測量,達到了±0.2℃的測量分辨率,為最終達到0.2%v/v的酒精度測量精度奠定了基礎。 

2.數據基礎 

眾所周知,酒精溶液的酒精度是用乙醇和水的體積百分比來表示的。在不同溫度下,由于熱脹冷縮,酒樣的體積會發生變化,酒精度也會變化。因此,國際標準化組織制定了ITS-90國際酒精表,該表由8個數據表組成。中國計量科學研究院相應制定了JJF1074-2001酒精密度-濃度測量用表作為計量工作規范,對JJG86-2001和JJG42-2001這2個玻璃浮計的檢定規程提供支持。 

3.酒精度計算 

JJG86-2001標準玻璃浮計檢定規程涵蓋了標準密度計、海水密度計、糖量計、乳汁密度、石油密度。其附錄A為純水密度表、附錄B為酒精水溶液體積分數與密度換算表;GB10345.1-89白酒試驗方法總則附錄數據對酒精計溫度、酒精度(20’C乙醇含量)換算表規定了標準酒度的換算關系。 

4.自動測量 

測量裝置是一體化裝置,內含2個處理器,前端輔助處理器用于溫度、密度測量。主處理器將上述大量數據裝入內存系統,并控制取樣、測量、計算、排放過程。及時對測量結果進行計算處理,以圖形方式完成顯示并通過紅外遙控(或觸摸屏)實現人機交互操作。 

5.流量計量 

以作為流量計量傳遞標準表的渦輪流量傳感器為基礎,通過主處理器對每個傳感器的儀表特性進行專門數據配置,從而保證了體積流量的測量精度。 

6.技術進步帶來用戶效益 

在上述基礎上,實現了白酒質量流量的實時計量。并可以折算為純酒精的數量,例如每月或每年生產的白酒折合為純酒精量,這樣就可以對整個企業的生產效益和能耗指標進行簡單評價。整個測量過程自動化,只要白酒從管道流過,上述數據在液晶顯示器上一目了然。對收酒、出庫、入庫以及勾兌等工作來說,人工測量、計算、稱量、裝卸的工作就可以大大簡化了。 

二、產品系列化及其應用 

我們知道,核心技術必須通過產品作為載體,才能服務于用戶。我們根據白酒生產企業規模,對產品進行了系列化規劃,通過給每個產品配置不同的功能,從而以核心技術為根基,派生了服務不同用戶的產品家族。 

1.BD2007白酒生產寶典 

對于酒廠化驗、品酒等工作人員來說,各種密度、酒精度數據的查表、計算換算以及白酒的降度、加漿和各種折算,都花費了大量精力。我們采用日本Nietedo公司的多媒體交互平臺技術,將相關數據和計算功能進行繼承、擴展形成本產品。該平臺采用32位ARM處理器和大容量存儲器及圖形液晶顯示,為軟件開發上應用最新技術,實現簡便易用功能提供了基礎。 

其中包括大量計算公式和以下海量基礎數據: 

54中白酒微量成分密度數據 

0-40度純水密度數據 

6000個酒精溶液密度(質量分數)數據 

6000個酒精溶液密度(體積分數)數據 

6000個體積分數(質量分數、溫度)數據 

7236個標準體積濃度轉換數據 

6000個溫度、密度數據 

77個單位轉換數據 

完成白酒數據查詢計算類功能13項,單位換算功能6項,其他功能6項。并且隨著應用需求的發展,通過軟件升級方式不斷擴充。目前程序空間只用到總量的30%。 

本產品小巧時尚,價格低廉,將成為白酒勾兌、加漿、灌裝、計量、銷售工作的必備工具。 

2.AT2000白酒現場測量裝置 

是生產流程中應用本項數字測量計算技術的產品,它可以應用在通過管道輸送的大中型酒廠的收酒、出庫、入庫等廠內各個重要生產環節,進行測量和計量,是高效、全面的解決方案。 

3.AT2000C白酒定量控制 

是AT2000白酒現場測量裝置的發展,對通過管道輸送的大中型酒廠而言,在測量和計量基礎上增加了通過設定值控制酒泵的功能。該功能可以用于出庫、勾兌等工藝。采用觸摸屏技術,操作使用更簡單。 

4.AT2000M便攜式酒度儀 

主要用于白酒密度、酒精濃度的測量和計算,適用于各種規模酒廠的酒精度、溫度測量及換算工作。產品采用便攜式設計,可以在酒廠各個環節進行現場質量控制。其打印功能還可以保證測量結果的客觀性,并提供了追溯依據。 

三、發展前景 

考慮到AT2000(C)產品在企業應用一定規模后,用戶必將提出網絡化管理的要求,我們在產品設計時,預留了網絡通信接口,并進行了實驗網絡的研究工作。該類產品的發展方向將是完善網絡組網技術,并開發計算機管理軟件,為白酒生產企業計量管理自動化網絡的建設奠定基礎。屆時,生產數據將隨時呈現在各級管理人員的計算機顯示器上,各種統計分析報表能夠自動完成,隨時打印。企業技術進步、減員增效、高效發展可以水到渠成。 

AT2000M便攜式酒度儀通過測量技術的優化發展,可望在減小重量體積上有一個突破。 

BD2007白酒生產寶典將在使用、反饋過程中,對功能和使用界面不斷進行調整和軟件升級,使之成為對白酒化驗、勾兌、加漿、灌裝、計量、銷售工作人員來說,真正方便、有用、須臾不離的好幫手。 
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