[实用新型]一种基于光纤传感原位在线监测染液浓度的探头装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于检测设备领域，特别涉及溶液中物质浓度检测设备。 

背景技术：

纺织品的染色历史悠久，实际生产中，操作人员一般凭经验判断调整工艺获得所需的产品，因此产品质量稳定性差，质量得不到保证。即使在近代开发了电气控制染色设备和自动测配色设备，但由于缺乏染色过程参数实时监控系统，染色一次成功率也不高，修色或拨色复染不仅浪费能源，降低产品质量，增加废水排放，而且延长交货时间，影响企业信誉。因此，开发在线检测与控制设备，对纺织品染色过程中染液状况进行原位实时在线检测与控制，提高纺织品染色一次成功率，对提高产品质量，降低成本，减少污水排放具有重要的实际意义。染料浓度在线监测设备的缺乏，使我国的染色工作者对染料上染过程的研究和认识还只能停留在较低的水平，这也是多年来我国纺织品染色技术难有重大发展的原因之一。而国外的现有技术提供的在线监测设备也存在着局限性和不足。可见，在线检测和控制设备的开发是具有很高实用价值的研究课题，可为印染企业带来可观的经济效益。 

由于染色过程的复杂性，我国现有的相关在线自控设备，主要是轧染中轧液率(液位)的实时监测与控制系统，因存在种种问题，至今尚不能实时检测染色过程中染液浓度的变化。目前，对染液浓度的测试，需要从染缸中取出染液，经过冷却，用分光光度计测其吸光度，根据标准曲线求出染液浓度，这种测试方法操作繁琐、费时，不能实时反应染液中各染料的状况。染色过程原位在线实时监测技术的关键问题之一是探头的设计与应用，分光光度计用的比色皿不能适应连续监测的要求，不能耐高温高压染色环境，染液流动和机械振动影响测试准确度，而此探头能适应纺织品常规染色条件，耐高温高压，耐酸碱腐蚀，染液流动及机械正常运转时的振动不会影响测量准确度，将探头装置安装于染色机中，结合光谱测试与分析系统，可实现原位在线实时监测染色过程。染色过程的原位在线实时检测，可了解和掌握上染过程中很多细节，如染料配伍性、上染速率、匀染剂的作用、温度和pH值的影响以及皂洗效率等，这些数据的积累，可为染色工艺从宏观经验控制向过程参数精细化调节，以及向数字化控制方向转变提供重要基础。通过在线监测染色过程，可控制上染速率、减少复染率，减少染料、助剂用量，缩短染色时间，减少水、电、汽用量，从而节能减排、降低废水排放、提高经济效益。 

目前测定工作液浓度最常用的、最成熟的方法是分光光度法，它是基于物质对光的选择性吸收与物质的含量之间的关系而建立的分析方法，不同物质都有各自的吸收光带，当光色散后的光谱通过某一溶液时，其中某些波长的光线就会被溶液吸收，在一定的波长下，溶液中物质的浓度与光能量减弱程度有一定的比例关系，即符合Lambert-Beer定律：A＝εbc，当被测物质种类、入射光波长、溶剂、温度、光程通过液层的厚度不变时，物质对光的吸收程度与物质的浓度成正比。将工作液置于一定厚度的玻璃或石英样品池中，测试一系列已知浓度的工作液的吸光度值，在一定浓度范围内，吸光度与物质浓度呈线性关系，然后，测试该物质未知浓度溶液的吸光度，由两者之间线性关系求得该溶液浓度。 

近几年来，国内外科技人员在染料浓度在线检测方面投入了很大的研发力量，有一些在线检测设备问世。英国利兹大学和瑞士Mathis AG公司合作开发了SMART LIQUOR在线监测设备，该设备依据分光光度法原理，改变样品池的构造(见图1)，使测试溶液可以连续通过样品池，从而实现连 续监测。其硬件部分主要包括分光光度计、比色皿切换器、冷却装置、滤光器、若干阀门和高质量不锈钢机箱中的流量计(见图2)。软件系统采用基于郎伯-比尔定律光吸收的算法。此设备可与任何带有染液循环的染色设备相连接，此外，如果染色机安装Mathis AG公司的Univision控制设备，结果可显示工艺参数(温度、pH值、差压、浓度曲线等)，以便于解释测试数据。该设备以一定时间间隔(如每5～10min)从染液中取样分析，以电子数据表格形式给出吸光度值，也有配套软件绘制上染速率曲线，并以图形形式记录数据。 

英国Roaches公司研发了具有类似功能的Colortec型试验机，这些设备是将普通分光光度计中的比色皿改为流动池比色皿，并加上一些辅助装置，使染浴中染液通过毛细管导入冷却器降温后，进入分光光度计的流动池比色皿，电脑通过分光光度计的数据接口，定时读取染液的吸光度数据，实现染液浓度在线分析。