1 测量原理
油品在规定条件下冷却并进行检查时，观察到能流动的最低温度叫做倾点，用其来判断油品的低温流动性，是石油产品加工过程一个重要的指标。经实验得出石油产品丧失流动性的原因主要是油品在低温条件下，发生粘度凝固和结构凝固，使得油品结晶间的吸引力迅速增加，粘阻力显著上升。因此，判断油品低温流动性，实质上是检测油品粘度达到某一值时的温度。我们根据斯托克斯定律，采用自由落体式粘度检测法，进行了油品倾点的在线测量研究。将待测油品置于杯中，油品中置一重锤小球，小球以自由落体式下降，穿过油品中固定距离L，小球在油品中作自由落体运动时，受到3个竖直力的作用。
（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：球体体积；ρ1：球的密度；R：球半径；ρ2：流体密度；g：重力加速度；m：小球质量。
由斯托克斯定律知：阻力与流体的运动粘度γ，球体的半径R以及流体的相对速度V有关。其粘阻力为：
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）表明了小球运动速度与油品粘度的关系。由于小球R固定，ρ1不变，而油品达到倾点时ρ2可视为常数。当油品温度高于倾点时，处于流动状态，小球自由下降速度快，穿过油品中固定距离L的时间短；温度下降达到倾点时，粘度急速增大，油品丧失流动性，小球穿过固定距离L的时间加长，如穿过固定距离L的时间达到预定值时，此时测到的温度值即为油品的倾点值。在冷却功率足够大并且足够稳定时，对于不同倾点的油品在冷却过程中，则达到倾点就越低。测量杯示意图如图1-1所示。
小球运动时间检测原理：小球用细杆连在导轨上运动，细杆上设置有一宽度为5mm的遮光板，遮光板通过光电检测头时，将遮住光敏管的光源，因而随着小球运动速度不同，遮光板遮住光源的时间也不同。小球提升靠同步电机带动，因拉力远大于油品粘阻力和小球重力之和，因此提升时间T不受油品的粘阻力的影响，提升时间T是不变的，而小球的下降时间t将随着油品粘阻力即油品流动性而变。波形检出后经整形电路整形后送单片机8031处理。
2 测量控制电路
所设计的测量控制电路的方框图如图2—1所示。测量电路有：单片机电路；小球下降时间检测、温度采样及转换测量电路；小球下落时间检测的光电隔离电路；进/排油、制冷，温度驱动隔离的隔离电路；进油、排油、制冷、显示、温度保护驱动电路；键盘及显示器电路；温度采样及打印输出接口；测试保护、水压保护电路；电源电路；仪器校正电路；时间电路等组成。
2817A。以8031芯片为核心，选用2764EPROM作为程序存储器，2817EEPROM作为数据存储器，地址锁存器选用74LS373，74LS138作为片选译码电路。
小球运动检测电路用光电检测法将小球在油品中下降一定距离所需的时间检测出来，并对其进行波形的处理，以测出小球下落的时间。
键盘及显示电路采用键盘显示器专用接口芯片8279，键盘由5个键（设定键、增量键、减量键、自检键、复位键）构成。显示器由4个七段数码管组成，采用共阴极直接。数码显示管驱动芯片：段驱动选用74LS245，位驱动选用MC1413。完成倾点值数据的输入、修改或显示及仪器的校正、复位等操作。
打印机输出电路选用可编程扩展I/O接口芯片8155作为打印机的输出接口，将各种测量数据在打印机上打印出来。8155同时作为（温度）采集系统、时钟电路等缓冲器和I/O接口。
4～20mA电路由D/A转换、电流放大、电压放大及电流转换电路构成。8031将采集到的一些数据定时送入D/A转换器DAC0832，转换成模拟信号，经电压和电流放大后，以4～20mA标准信号的形式输出提供给模拟记录仪器。
温度测量电路由以下几个部分构成：温度检测电路，模数转换电路，基准电压源电路及与8031的输入接口电路组成。温度检测电路由测温元件和温度变送装置组成。温度检测采用分度号为PT100的铂电阻，其测温范围在－200℃～＋240℃，电阻比为1．285±0．001。温度变送器将对应温度为－70℃～＋30℃的信号转换为4～20mA电流信号。为了选择现场温度输入和校正信号，必须设立通道控制，通道控制模拟开关选用CD4051。模数转换选用双积分式A/D转换器MC14433芯片。基准信号源选用标准电压源集成块MC1403，通过变阻器分压后提供1 000mV和1 999mV两个电压供校正用。
控制电路完成排油阀排油、进油阀进油、电加热器和制冷电源及电机电源控制、温度报警。控制电路使用8031的输出（P1．0、P1．1、P1．2）信号及温度继电器来驱动各个电磁阀的工作或蜂鸣器报警，并且使用光电隔离器使这些控制电路与单片机电路隔离。
电源电路分为制冷器部分、控制部分和分析器3部分，制冷器电源采用电压为24V的一体化电源。控制箱需要＋12V、＋5V、－5V3种电压的电源，分析器电源是两组24V直流电源，由市电变压后经过整流和78/79三端稳压源稳压后提供。
为了连续检测不同时间、不同油品的倾点值，分析仪中必须设有一个断电后时间不受影响的时钟系统，并且该系统能够每隔一定时间（此时间可编程），提示单片机开始下一次的测量分析。该时钟系统选用具有标准时钟系统和可编程的时/闹钟电路芯片MC146818A。
3 仪表应用
所研制的防爆倾点自动分析仪是一种连续自动检测石油倾点的在线分析仪表，分析器和控制箱的结构按GB3836．2－83《爆炸性环境用防爆电气设备，隔爆型电气设计d》制成隔爆型，防爆标志为ExdⅡBT4，符合GB3836．2－83《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》的规定。适用在线检测柴油、润滑油、残渣脱腊油倾点，测量范围－35℃～＋25℃，精密度±2℃，重复性±2℃，稳定性±2℃，分析周期6～25min。控制箱以单片微型计算机为核心，控制分析器按规定程序分析油品、数码管显示被测值和检测时间，备有4～20mA输出供记录用，并具有自保功能和硬件时钟。本仪器采用自由落球式粘度检测方法分析油品倾点，用单片微型计算机处理检测结果，具有可靠性高、重复性好、精度高、维修方便等特点。该仪表已在上海炼油厂、兰州炼油厂、胜利炼油厂等数家炼油厂使用，效果良好。
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