E-Scan折光濃度儀在特纖廠DMAC溶液測量方案

（提供：美國EMC公司， 應用領域：化纖紡織）

效果:

測量重復性好

高精度，準確

分體式設計，更耐高溫，振動

無耗材，使用壽命長

消除泄漏隱患

應用:　

各特纖廠DMAC溶液流量測量

難題:
　

特纖廠的DMAC溶液流量的測量用于紡絲生產DMAC濃度的調節和紡絲油劑的加入量，因此需要測量的濃度。

解決方案:

通過提供更高、更穩定的輸出并采用臨界角折光技術，EMC公司的E-Scan折光儀可滿足業主所要求的精度水平和總體性能。克服了對工藝數據滯后、取樣環境、溫度變化、人工操作、儀器受周圍環境等因素都對化驗數據的準確性造成影響。能隨工藝條件的變化做實時地調整，保障產品的穩定的質量指標。

應用背景：

采用DMAC 濕法兩步法生產腈綸纖維。聚合物在原液與DMAC 溶液相混合，配制成100 ℃ 原液膠，通過計量泵經過噴絲板，進入DMAC 凝固浴中，膠體內的DMAC 與凝固浴中的DMAC 進行解析，形成一恒定的濃度平衡。準確測量DMAC 濃度，可實時控制凝固浴中的補給水的量。DMAC 濃度的變化直接造成絲束發脆和絲束并絲等嚴重的質量問題。穩定的DMAC 濃度環境對腈綸纖維成絲內在質量起關鍵的作用。

化纖公司原有生產線測量成絲凝固浴的DMAC濃度采用化驗分析方法，每2 h 取樣一次，取樣后在中心化驗室由化驗員用實驗室型的阿貝折光儀測量。這種測量方法對工藝數據滯后、取樣環境、溫度變化、人工操作、儀器受周圍環境等因素都對化驗數據的準確性造成影響。不能隨工藝條件的變化做適時地調整，這樣就不能夠保障產品的穩定的質量指標。

通過走訪國內的腈綸生產廠家，從投用的幾種濃度分析儀來看，都出現維護量大、維護成本

高、長時間運行后漂移、測量不準確等問題。

儀器工作原理：

折光儀的原理：當一束光照射在物體表面時，會出現折射和反射兩種物理現象。當光束通過棱鏡和溶液兩種不同的物質時，在兩種介質的表面發生反射和折射，在反射和折射之間有一臨界角，這個值可用公式計算為：nDB/nDA = sinα1。

式中：nDB ———液體的折射率；nDA ———棱鏡的折射率；sinα1 ———光在不同物質間折射和反射的臨界角。

如果棱鏡的折射率是固定的，則nDB

K = sinα1 nDB = K × sinα1

測量臨界角，可以檢測出水樣的折射率，通過折射率由儀表自動計算出水樣的濃度，光折射和反射的原理如圖所示。

來自于LED的光線穿過棱鏡表面并經過棱鏡的反射面反射到達工作面(棱鏡與工藝流體的接觸面)。到達這個工作面的光線以一系列的角度橫穿這個工作面，包括與被測量流體的臨界角(Ic)。以大于臨界角的角度穿過工作面的光線被折射入測量流體中，以小于臨界角的角度穿過工作面的光線被反射到棱鏡的另一個反射面并穿過棱鏡到達CCD線性陣列組并被掃描。

EMC E-Scan折光儀使用的CCD線性陣列包含3648個獨立的象素點。

EMC E-Scan折光儀使用當今先進的CCD技術。在E-Scan折光儀中圖象是由電子掃描而來的簡單光線和黑暗間隔所組成。當過程流體的折射率改變時，臨界角的變化將改變光亮/黑暗時間的比率，并被CCD所檢測到。時間間隔的變化被處理和加強并以折射率、Brix、固形物含量或其它的測量單位形式顯示出來。這種CCD掃描測量技術，提供了很高敏感度，并不受被測流體中夾帶的氣泡或震動流的影響。另外，EMC E-Scan折光儀使用LED光源。這種光源需要zui小的能量、產生zui少的熱量并具有zui長的使用壽命。

儀器結構及功能:

儀器為計算機 In 386sx 25mhz控制的智能化折光濃度儀，主要由檢測部件（傳感器）和控制部件（變送器）組成。傳感器中使用CCD光學傳感器，消除了機器掃描設備。儀器具有雙顯示（濃度和溫度顯示）和雙輸出（測量值和溫度值）性能。控制器輸出端口，輸出信號，用來控制流加控制泵的轉速，以達到對過程DMAC濃度進行控制目的；濃度測量信號輸出端口，4-20ma和RS232；具有固定偏差設定，高低位報警，高高位報警，低低位報警兩級密碼保護重要數據和菜單組態等功能。控制器是由玻璃鋼澆筑成型，可在惡劣的環境中提供zui大的保護。控制器具備NEMA4X防護等級。控制器前面板包括一個顯示器和一個20個觸摸按鈕組成的操作界面。顯示器包括一個320*240像素的6.7’LCD顯示器，為操作人員提供各種不同的信息。20個觸摸按鈕允許操作人員進行操作和設定。MPR E-Scan是一種基于微處理器的臨界角折光濃度儀，它即可用于測量工藝過程流體的折光率，也可作為故障指示器或完整的工藝過程系統的有機組成部分。該儀器配備有故障自診程序，因此不需要特殊的測試設備就可以實現故障診斷和隔離。濃度儀出廠前已按工藝要求進行了校準和溫度補償，當收到濃度儀時即可以進行安裝和立即使用。用戶也可以進入校準程序來改變系統參數，以是濃度儀用于測量另外不同的工藝流體

儀器具備自動棱鏡清洗系統；自動清洗棱鏡時間和頻率，及時排除故障，保證儀器的準確性，

可減輕維護人員的工作量。

實際應用:

E-Scan 折光儀測量凝固浴中DMAC 的濃度，工藝控制在30% ～ 60%之間，折光率在1. 36540～1.41140 nD之間。直接安裝于凝固浴進口液體管路上，隨時測量凝固浴DMAC 濃度的變化，測量值傳送到DCS 通過PID 調節，輸出閥位信號控制凝固浴補給水量，保證DMAC 的濃度恒定，這對紡絲絲束的內在質量起保障作用。折光儀運算速度快、準確，偏差小于0.1%。測量值基本保持線性。儀器有自動溫度補償，自動清洗棱鏡，離線標定等功能。標定簡單方便、維護量少、工作可靠等優點。E-Scan 折光儀在高溫有腐蝕性氣體的環境下使用，依然十分準確。實踐證明此儀器能夠為工業生產提供準確的數據。

結論:

經過現場應用證明，E-Scan折光儀操作簡單、可靠實用、維護量小，是一種高精度、高靈敏的濃度測量儀器，實用各行業大型連續化生產，滿足工礦企業產品質量不斷穩定提高的需要。

現場安裝圖例：