乳化液浓度光学在线检测系统研制

　　1 乳化液与乳化液浓度

　　用作液压传动介质的乳化液可分为两大类: 一类是油分散于水中，即油为内相，水为外相，叫做水包油型乳化液; 另一类为水分散于油中，即水为内相，油为外相，叫作油包水型乳化液。目前我国煤矿广泛采用3% ～ 5% 浓度的水包油型乳化液[1]。

　　乳化液泵站作为煤矿井下液压动力源，源源不断地向采煤工作面提供高压工作介质—乳化液。乳化液中乳化油的百分比，即乳化液的浓度是评价乳化液性能的一个重要指标，乳化液的浓度对乳化液的使用性能影响很大。浓度过小会影响抗硬水能力、稳定性、防锈性和润滑性; 浓度过高不仅会增加费用，而且会降低消泡能力和增大对橡胶密封材料的溶胀性。因此，乳化液浓度的合理性和稳定性对于煤炭安全生产和提高生产效益具有重要意义[2]。

　　2 乳化液浓度检测方法

　　在实际生产中，必须对乳化液的配制浓度和实际使用浓度进行严格检验，保证其浓度在合理范围内[3]。传统的检测手段包括折光仪检验法和破乳法。这些检测方法需人工取样与目测读数，自动化程度较低，由于取样后，等待检验的时间比较长，如果在这段时间内，乳化液的浓度过低，会严重影响生产，也会直接影响液压支架和液压支柱的工作寿命; 如果浓度过高，会造成乳化油的浪费，提高生产成本。因此，迫切需要一种能随时检测乳化液浓度的高精度实时监测仪器[4]。

　　国内的学者对乳化液浓度的实时检测也已进行了大量的研究，最早提出了乳化液浓度电容检测方法，根据不同浓度的乳化液其介电常数不同的原理进行检测[4]，因测试的稳定性和可靠性较差，没有得到广泛应用。现已投入应用的检测方法主要是超声波检测法，根据超声波在不同介质中传输速度不同或衰减不同进行检测[2，5 -6]。此外，还有采用红外光透射方式，根据红外光透射不同浓度乳化液光的衰减不同的方法检测乳化液浓度[7]，以及根据流体力学文丘里管原理测试乳化液浓度的方法[8]。

　　上述检测方法各有特点，光学检测应该是检测精度较高的一种检测方法，根据红外光透射不同浓度乳化液光的衰减不同的方法检测乳化液浓度，对于乳化液浓度变化较大时，可以得到较好的效果，但对于煤矿井下应用，乳化液浓度通常在 0% ～ 5% 之间变化，其衰减量较小，难以检测。

　　3 乳化液浓度光学混浊度检测方法

　　通过光学方法检测液体混浊度已经是成熟的技术，乳化液浓度的变化应该也表现为其混浊度的变化。用来测量混浊度的核心元件是一个 850 nm 红外激光二极管和透射及散射模式的检测器( 如图 1) 。在中间容器中为被测液体，由红外光源发出的 850 nm 红外激光透射过被测液体，根据透射检测器和散射检测器输出信号的变化，就可以检测出被测液体混浊度的变化[9]。