1 測量原理
油品在規(guī)定條件下冷卻并進行檢查時，觀察到能流動的最低溫度叫做傾點，用其來判斷油品的低溫流動性，是石油產(chǎn)品加工過程一個重要的指標。經(jīng)實驗得出石油產(chǎn)品喪失流動性的原因主要是油品在低溫條件下，發(fā)生粘度凝固和結構凝固，使得油品結晶間的吸引力迅速增加，粘阻力顯著上升。因此，判斷油品低溫流動性，實質上是檢測油品粘度達到某一值時的溫度。我們根據(jù)斯托克斯定律，采用自由落體式粘度檢測法，進行了油品傾點的在線測量研究。將待測油品置于杯中，油品中置一重錘小球，小球以自由落體式下降，穿過油品中固定距離L，小球在油品中作自由落體運動時，受到3個豎直力的作用。
（1）重力：
F重=mg≈4/3πR3ρ1g （1—1）
（2）浮力
F浮=Sρ2g=4/3πR3ρ2g （1—2）
（3）粘阻力：
F粘＝F重－F浮 （1—3）
式中 S：球體體積；ρ1：球的密度；R：球半徑；ρ2：流體密度；g：重力加速度；m：小球質量。
由斯托克斯定律知：阻力與流體的運動粘度γ，球體的半徑R以及流體的相對速度V有關。其粘阻力為：
F粘＝6πγRV （1—4）
由式（1—4）得：
6πγRV=4/3πR3ρ1g - 4/3πR3ρ2g
=4/3πR3g（ρ1-ρ2）
V=2/9[（ρ1-ρ2）R3g]/γ （1—5）
式（1—5）表明了小球運動速度與油品粘度的關系。由于小球R固定，ρ1不變，而油品達到傾點時ρ2可視為常數(shù)。當油品溫度高于傾點時，處于流動狀態(tài)，小球自由下降速度快，穿過油品中固定距離L的時間短；溫度下降達到傾點時，粘度急速增大，油品喪失流動性，小球穿過固定距離L的時間加長，如穿過固定距離L的時間達到預定值時，此時測到的溫度值即為油品的傾點值。在冷卻功率足夠大并且足夠穩(wěn)定時，對于不同傾點的油品在冷卻過程中，則達到傾點就越低。測量杯示意圖如圖1-1所示。
小球運動時間檢測原理：小球用細桿連在導軌上運動，細桿上設置有一寬度為5mm的遮光板，遮光板通過光電檢測頭時，將遮住光敏管的光源，因而隨著小球運動速度不同，遮光板遮住光源的時間也不同。小球提升靠同步電機帶動，因拉力遠大于油品粘阻力和小球重力之和，因此提升時間T不受油品的粘阻力的影響，提升時間T是不變的，而小球的下降時間t將隨著油品粘阻力即油品流動性而變。波形檢出后經(jīng)整形電路整形后送單片機8031處理。
2 測量控制電路
所設計的測量控制電路的方框圖如圖2—1所示。測量電路有：單片機電路；小球下降時間檢測、溫度采樣及轉換測量電路；小球下落時間檢測的光電隔離電路；進/排油、制冷，溫度驅動隔離的隔離電路；進油、排油、制冷、顯示、溫度保護驅動電路；鍵盤及顯示器電路；溫度采樣及打印輸出接口；測試保護、水壓保護電路；電源電路；儀器校正電路；時間電路等組成。
2817A。以8031芯片為核心，選用2764EPROM作為程序存儲器，2817EEPROM作為數(shù)據(jù)存儲器，地址鎖存器選用74LS373，74LS138作為片選譯碼電路。
小球運動檢測電路用光電檢測法將小球在油品中下降一定距離所需的時間檢測出來，并對其進行波形的處理，以測出小球下落的時間。
鍵盤及顯示電路采用鍵盤顯示器專用接口芯片8279，鍵盤由5個鍵（設定鍵、增量鍵、減量鍵、自檢鍵、復位鍵）構成。顯示器由4個七段數(shù)碼管組成，采用共陰極直接。數(shù)碼顯示管驅動芯片：段驅動選用74LS245，位驅動選用MC1413。完成傾點值數(shù)據(jù)的輸入、修改或顯示及儀器的校正、復位等操作。
打印機輸出電路選用可編程擴展I/O接口芯片8155作為打印機的輸出接口，將各種測量數(shù)據(jù)在打印機上打印出來。8155同時作為（溫度）采集系統(tǒng)、時鐘電路等緩沖器和I/O接口。
4～20mA電路由D/A轉換、電流放大、電壓放大及電流轉換電路構成。8031將采集到的一些數(shù)據(jù)定時送入D/A轉換器DAC0832，轉換成模擬信號，經(jīng)電壓和電流放大后，以4～20mA標準信號的形式輸出提供給模擬記錄儀器。
溫度測量電路由以下幾個部分構成：溫度檢測電路，模數(shù)轉換電路，基準電壓源電路及與8031的輸入接口電路組成。溫度檢測電路由測溫元件和溫度變送裝置組成。溫度檢測采用分度號為PT100的鉑電阻，其測溫范圍在－200℃～＋240℃，電阻比為1．285±0．001。溫度變送器將對應溫度為－70℃～＋30℃的信號轉換為4～20mA電流信號。為了選擇現(xiàn)場溫度輸入和校正信號，必須設立通道控制，通道控制模擬開關選用CD4051。模數(shù)轉換選用雙積分式A/D轉換器MC14433芯片?；鶞市盘栐催x用標準電壓源集成塊MC1403，通過變阻器分壓后提供1 000mV和1 999mV兩個電壓供校正用。
控制電路完成排油閥排油、進油閥進油、電加熱器和制冷電源及電機電源控制、溫度報警。控制電路使用8031的輸出（P1．0、P1．1、P1．2）信號及溫度繼電器來驅動各個電磁閥的工作或蜂鳴器報警，并且使用光電隔離器使這些控制電路與單片機電路隔離。
電源電路分為制冷器部分、控制部分和分析器3部分，制冷器電源采用電壓為24V的一體化電源?？刂葡湫枰?2V、＋5V、－5V3種電壓的電源，分析器電源是兩組24V直流電源，由市電變壓后經(jīng)過整流和78/79三端穩(wěn)壓源穩(wěn)壓后提供。
為了連續(xù)檢測不同時間、不同油品的傾點值，分析儀中必須設有一個斷電后時間不受影響的時鐘系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)能夠每隔一定時間（此時間可編程），提示單片機開始下一次的測量分析。該時鐘系統(tǒng)選用具有標準時鐘系統(tǒng)和可編程的時/鬧鐘電路芯片MC146818A。
3 儀表應用
所研制的防爆傾點自動分析儀是一種連續(xù)自動檢測石油傾點的在線分析儀表，分析器和控制箱的結構按GB3836．2－83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備，隔爆型電氣設計d》制成隔爆型，防爆標志為ExdⅡBT4，符合GB3836．2－83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求》的規(guī)定。適用在線檢測柴油、潤滑油、殘渣脫臘油傾點，測量范圍－35℃～＋25℃，精密度±2℃，重復性±2℃，穩(wěn)定性±2℃，分析周期6～25min?？刂葡湟詥纹⑿陀嬎銠C為核心，控制分析器按規(guī)定程序分析油品、數(shù)碼管顯示被測值和檢測時間，備有4～20mA輸出供記錄用，并具有自保功能和硬件時鐘。本儀器采用自由落球式粘度檢測方法分析油品傾點，用單片微型計算機處理檢測結果，具有可靠性高、重復性好、精度高、維修方便等特點。該儀表已在上海煉油廠、蘭州煉油廠、勝利煉油廠等數(shù)家煉油廠使用，效果良好。
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