一种AP结晶系统带细晶浓度在线监测装置及方法与流程

一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置及方法
技术领域
1.本发明涉及ap结晶浓度监测技术领域，尤其涉及一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置及方法。


背景技术：

2.高氯酸铵(俗称ap)作为一种氧化剂，广泛用于固体推进剂、烟火药、爆破药等含能材料中，研究表明，球形化的ap产品在改善表面形态以及晶体缺陷的同时可以提高装填密度，其稳定性和燃烧性能也得到改善。目前国内的球形ap结晶技术均采用外循环降温结晶工艺，通过产生过饱和度而形成ap晶体，在结晶器初期投料生产过程中，目前采用传统的直接投料法，向结晶器循环系统中直接加入过饱和的高温ap溶液(简称精制液)，再通过外冷器降温产生ap晶核，进而晶核生长为ap晶体。
3.在结晶过程中，晶浆(俗称带细晶)的浓度控制对最终制成的晶体质量至关重要，目前结晶岗位人员每隔半小时就要对带细晶浓度进行检测，需要人工把漏斗对着带细晶出口管线，接满后等晶体沉降下来，再通过眼睛观察读取容器内上层溶液与下层晶浆的分界线刻度，配合密度测量仪器，最后经过计算得到晶浆的浓度。
4.由于读取容器液面的操作方法有俯视、仰视等错误方法，会造成误差，其中漏斗每次接到的溶液体积不一致、晶体未完全沉降就开始读数等都会对最终带细晶的浓度测量结果产生影响，导致ap结晶系统带细晶浓度检测不准确，并且人工劳动强度大，工作效率低；带细晶浓度检测不准确，影响工艺质量。


技术实现要素：

5.本发明提出一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置及方法，解决了现有技术中通过人工接取溶液测量晶浆浓度的方法存在的浓度检测不准确、工作效率低、劳动强度大等问题。
6.本发明的技术方案是这样实现的：
7.根据本发明的一个方面，提供了一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置，包括容器，所述容器顶部设有输液管，所述输液管与ap结晶系统的主管道连接，所述输液管上设有第一电磁阀；所述容器底部设有排液管，所述排液管上设有第二电磁阀；
8.所述监测装置还包括密度检测组件、液位检测组件和控制柜；所述密度检测组件、液位检测组件、第一电磁阀、第二电磁阀分别与控制柜连接，所述液位检测组件用于检测溶液的液位及沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线位置；所述密度检测组件用于检测沉降前溶液的密度及沉降后上层溶液的密度；所述控制柜根据液位检测组件和密度检测组件监测到的数据计算得到带细晶的浓度。
9.本发明通过控制柜控制第一电磁阀、第二电磁阀的开闭，实现自动从结晶系统主管道接取溶液，并通过液位检测组件检测容器内的液位，保证容器每次接取的溶液体积一致；通过液位检测组件自动检测沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线位置，并通过密度检
测组件检测沉降前溶液的密度及沉降后上层溶液的密度，最终由控制柜自动计算得到晶浆的浓度；实现了ap结晶系统带细晶浓度的自动化监测，降低了劳动强度，提高了监测效率和浓度检测精度。
10.作为本发明优选的方案，所述密度检测组件包括安装在容器内部的压强传感器，通过检测溶液的压强，计算得到溶液的密度；所述容器的侧壁设有旁通管，所述压强传感器安装在旁通管内；通过将压强传感器安装在旁通管内，可以更准确的检测溶液的压强，进而提高溶液密度的检测精度。
11.作为本发明优选的方案，所述容器的顶部设有排气口，通过在容器顶部设置排气口，可以平衡容器内外的气压，降低容器内气压对压强传感器的检测结果造成的影响。
12.作为本发明优选的方案，所述容器的顶部还安装有温度传感器，所述温度传感器的探头浸入容器内部溶液中，所述温度传感器与控制柜连接，通过温度传感器检测溶液的温度，可以对压强传感器检测的结果进行温度补偿，降低溶液温度对检测结果产生的影响。
13.作为本发明优选的方案，所述液位检测组件为光电传感器，包括相对设置的光发射器和光接收器，所述光发射器发出的光信号沿水平方向穿过容器后被光接收器接收，所述容器为透明容器；所述光发射器和光接收器由驱动组件驱动沿竖直方向同步运动；采用光电传感器这种非接触式的方式来检测液位，检测结果准确，且不会对溶液产生任何影响。
14.作为本发明优选的方案，所述驱动组件包括两条竖直平行的直线模组，所述光发射器和光接收器分别滑动安装在两条直线模组上，所述直线模组与控制柜连接，通过控制柜控制两条直线模组驱动光发射器和光接收器沿竖直方向同步运动。通过两条直线模组驱动光发射器和光接收器同步运动，方便检测沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线位置。
15.根据本发明的另一个方面，提供了一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测方法，包括以下步骤：
16.s1，设定容器内溶液的液位阈值；
17.s2，关闭第二电磁阀，并开启第一电磁阀，通过输液管往容器内注入溶液；
18.s3，当液位检测组件检测到容器内溶液的液位到达液位阈值时，关闭第一电磁阀；
19.s4，通过密度检测组件检测此时溶液的密度；
20.s5，待溶液沉降一定时间后，通过液位检测组件检测上层溶液与下层晶浆的分界线位置；
21.s6，通过密度检测组件检测沉降后上层溶液的密度；
22.s7，根据沉降前溶液的密度、沉降后上层溶液的密度和分界线位置计算带细晶的浓度。
23.作为本发明优选的方案，步骤s5中，检测上层溶液与下层晶浆的分界线位置的方法为：通过控制柜控制两条直线模组驱动光发射器和光接收器沿竖直向下同步运动，直至光接收器接收到的光信号发生突变为止，此时光发射器和光接收器停留的位置即为上层溶液与下层浆液的分界线位置。
24.作为本发明优选的方案，步骤s7中，计算带细晶浓度的方法为：
25.根据溶液沉降前测得的密度ρ和容器内溶液的总体积v计算容器内溶液的总重量m＝ρ
×
v；
26.根据测得的上层溶液与下层晶浆的分界线位置，计算得到上层溶液的体积v1和下
层晶浆的体积v2；
27.根据溶液沉降后测得的密度ρ1和上层溶液的体积v1计算上层溶液的总重量m1＝ρ1
×
v1，并计算得到下层晶浆的重量为m2＝m-m1；
28.根据下层晶浆的重量和体积计算得到下层晶浆的密度为ρ2＝m2/v2；
29.根据晶浆密度与浓度的换算关系得到晶浆的浓度，即测得ap结晶系统带细晶的浓度。
30.有益效果
31.与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：本发明通过控制柜控制第一电磁阀、第二电磁阀的开闭，实现自动从结晶系统主管道接取溶液，并通过液位检测组件检测容器内的液位，保证容器每次接取的溶液体积一致；通过液位检测组件自动检测沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线位置，并通过密度检测组件检测沉降前溶液的密度及沉降后上层溶液的密度，最终由控制柜自动计算得到晶浆的浓度；实现了ap结晶系统带细晶浓度的自动化监测，降低了劳动强度，提高了监测效率和浓度检测精度。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例中溶液沉降前ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置的状态示意图；
34.图2为本发明实施例中溶液沉降后ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置的状态示意图；
35.图中：1、容器；2、输液管；3、第一电磁阀；4、排液管；5、第二电磁阀；6、压强传感器；7、旁通管；8、排气口；9、温度传感器；10、光发射器；11、光接收器；12、直线模组。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.参照图1所示，本实施例提供了一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置，包括容器1，所述容器1顶部设有输液管2，所述输液管2与ap结晶系统的主管道(图中未示出)连接，所述输液管2上设有第一电磁阀3；所述容器1底部设有排液管4，所述排液管4上设有第二电磁阀5(本实施例中，排液管4通过回流管与主管道连接，检测完成后，可打开第二电磁阀5，将容器1内的溶液回流至主管道)；
38.所述监测装置还包括密度检测组件、液位检测组件和控制柜；所述密度检测组件、液位检测组件、第一电磁阀3、第二电磁阀5分别与控制柜连接，所述液位检测组件用于检测溶液的液位及沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线位置；所述密度检测组件用于检测沉降
前溶液的密度及沉降后上层溶液的密度；所述控制柜根据液位检测组件和密度检测组件监测到的数据计算得到带细晶的浓度。
39.本实施例通过控制柜控制第一电磁阀3、第二电磁阀5的开闭，实现自动从结晶系统主管道接取溶液，并通过液位检测组件检测容器1内的液位，保证容器1每次接取的溶液体积一致；通过液位检测组件自动检测沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线位置，并通过密度检测组件检测沉降前溶液的密度及沉降后上层溶液的密度，最终由控制柜自动计算得到晶浆的浓度；实现了ap结晶系统带细晶浓度的自动化监测，降低了劳动强度，提高了监测效率和浓度检测精度。
40.作为本实施例优选的方案，所述密度检测组件包括安装在容器1内部的压强传感器6，通过检测溶液的压强，计算得到溶液的密度；所述容器1的侧壁设有旁通管7，所述压强传感器6安装在旁通管7内；通过将压强传感器6安装在旁通管7内，可以更准确的检测溶液的压强，进而提高溶液密度的检测精度。
41.具体实施过程中，为避免溶液残留在旁通管7内，所述旁通管7为倾斜设置，所述压力传感器安装在倾斜设置的旁通管7的顶部，且压力传感器的安装位置要低于液位阈值的位置。
42.作为本实施例优选的方案，所述容器1的顶部设有排气口8，通过在容器1顶部设置排气口8，可以平衡容器1内外的气压，降低容器1内气压对压强传感器6的检测结果造成的影响。
43.作为本实施例优选的方案，所述容器1的顶部还安装有温度传感器9，所述温度传感器9的探头浸入容器1内部溶液中，所述温度传感器9与控制柜连接，通过温度传感器9检测溶液的温度，可以对压强传感器6检测的结果进行温度补偿，降低溶液温度对检测结果产生的影响。
44.作为本实施例优选的方案，所述液位检测组件为光电传感器，包括相对设置的光发射器10和光接收器11，所述光发射器10发出的光信号沿水平方向穿过容器1后被光接收器11接收，所述容器1为透明容器；所述光发射器10和光接收器11由驱动组件驱动沿竖直方向同步运动；采用光电传感器这种非接触式的方式来检测液位，检测结果准确，且不会对溶液产生任何影响。
45.作为本实施例优选的方案，所述驱动组件包括两条竖直平行的直线模组12，所述光发射器10和光接收器11分别滑动安装在两条直线模组12上，所述直线模组12与控制柜连接，通过控制柜控制两条直线模组12驱动光发射器10和光接收器11沿竖直方向同步运动。通过两条直线模组12驱动光发射器10和光接收器11同步运动，方便检测沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线位置。
46.具体实施过程中，所述液位检测组件也可以采用超声波探头来代替，将超声波探头安装在容器1的顶部，超声波探头朝下发射信号，根据反射回来的信号检测液面位置以及上层溶液与下层晶浆的分界线位置。
47.本实施例中，所述控制柜为plc控制柜，配备有触控屏，触控屏可用于显示当前批次的带细晶浓度检测结果，还可以查看历史监测数据，自动生成浓度-时间曲线。
48.本实施例还提供了一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测方法，包括以下步骤：
49.s1，设定容器1内溶液的液位阈值；
50.s2，关闭第二电磁阀5，并开启第一电磁阀3，通过输液管2往容器1内注入溶液；
51.s3，当液位检测组件检测到容器1内溶液的液位到达液位阈值时，关闭第一电磁阀3；
52.s4，通过密度检测组件检测此时溶液的密度；
53.s5，待溶液沉降一定时间后，通过液位检测组件检测上层溶液与下层晶浆的分界线位置；
54.检测上层溶液与下层晶浆的分界线位置的方法为：通过控制柜控制两条直线模组12驱动光发射器10和光接收器11沿竖直向下同步运动，直至光接收器11接收到的光信号发生突变为止(光信号穿过上层溶液和下层晶浆时，光接收器11接收到的光信号具有较大的差异，因此在光接收器11接收到的光信号在分界线处会发生突变)，此时光发射器10和光接收器11停留的位置即为上层溶液与下层浆液的分界线位置。
55.s6，通过密度检测组件检测沉降后上层溶液的密度；
56.s7，根据沉降前溶液的密度、沉降后上层溶液的密度和分界线位置计算带细晶的浓度；
57.s8，检测完成后，由plc控制柜保存数据，并控制第二电磁阀5开启，将容器1内的溶液排出。
58.计算带细晶浓度的方法为：
59.根据溶液沉降前测得的密度ρ和容器内溶液的总体积v计算容器内溶液的总重量m＝ρ
×
v；
60.根据测得的上层溶液与下层晶浆的分界线位置，计算得到上层溶液的体积v1和下层晶浆的体积v2；
61.根据溶液沉降后测得的密度ρ1和上层溶液的体积v1计算上层溶液的总重量m1＝ρ1
×
v1，并计算得到下层晶浆的重量为m2＝m-m1；
62.根据下层晶浆的重量和体积计算得到下层晶浆的密度为ρ2＝m2/v2；
63.根据晶浆密度与浓度的换算关系得到晶浆的浓度，即测得ap结晶系统带细晶的浓度。
64.具体实施过程，设定容器内的溶液液位阈值(液位上限)为h；压强传感器的安装高度为h’，即压强传感器与液位阈值之间的距离为h’；容器为规则圆柱形，且容器的横截面积为s，沉降前压强传感器检测得到的压强数据为p；
65.则根据压强与密度的公式，可以得到沉降前溶液的密度为：
[0066][0067]
则沉降前溶液的总重量为：
[0068][0069]
测得沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线的位置为h1，即上层溶液的高度为h1；沉降后压强传感器检测得到的压强数据为p1；
[0070]
可以得到沉降后上层溶液的密度为：
[0071][0072]
则上层溶液的重量为：
[0073][0074]
下层晶浆的重量为：
[0075][0076]
下层晶浆的高度为h2＝h-h1；则计算得到下层晶浆的密度为：
[0077][0078]
根据晶浆密度与浓度的换算关系：c＝(ρ2-ρ1)/ρ2，得到晶浆的浓度为：
[0079][0080]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置，其特征在于，包括容器(1)，所述容器(1)顶部设有输液管(2)，所述输液管(2)与ap结晶系统的主管道连接，所述输液管(2)上设有第一电磁阀(3)；所述容器(1)底部设有排液管(4)，所述排液管(4)上设有第二电磁阀(5)；所述监测装置还包括密度检测组件、液位检测组件和控制柜；所述密度检测组件、液位检测组件、第一电磁阀(3)、第二电磁阀(5)分别与控制柜连接，所述液位检测组件用于检测溶液的液位及沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线位置；所述密度检测组件用于检测沉降前溶液的密度及沉降后上层溶液的密度；所述控制柜根据液位检测组件和密度检测组件监测到的数据计算得到带细晶的浓度。2.如权利要求1所述的一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置，其特征在于，所述密度检测组件包括安装在容器(1)内部的压强传感器(6)，通过检测溶液的压强，计算得到溶液的密度。3.如权利要求2所述的一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置，其特征在于，所述容器(1)的侧壁设有旁通管(7)，所述压强传感器(6)安装在旁通管(7)内。4.如权利要求3所述的一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置，其特征在于，所述容器(1)的顶部设有排气口(8)。5.如权利要求2所述的一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置，其特征在于，所述容器(1)的顶部还安装有温度传感器(9)，所述温度传感器(9)的探头浸入容器(1)内部溶液中，所述温度传感器(9)与控制柜连接。6.如权利要求1所述的一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置，其特征在于，所述液位检测组件为光电传感器，包括相对设置的光发射器(10)和光接收器(11)，所述光发射器(10)发出的光信号沿水平方向穿过容器(1)后被光接收器(11)接收，所述容器(1)为透明容器；所述光发射器(10)和光接收器(11)由驱动组件驱动沿竖直方向同步运动。7.如权利要求6所述的一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测装置，其特征在于，所述驱动组件包括两条竖直平行的直线模组(12)，所述光发射器(10)和光接收器(11)分别滑动安装在两条直线模组(12)上，所述直线模组(12)与控制柜连接，通过控制柜控制两条直线模组(12)驱动光发射器(10)和光接收器(11)沿竖直方向同步运动。8.一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测方法，基于权利要求1至7任一项所述的监测装置，其特征在于，包括以下步骤：s1，设定容器(1)内溶液的液位阈值；s2，关闭第二电磁阀(5)，并开启第一电磁阀(3)，通过输液管(2)往容器(1)内注入溶液；s3，当液位检测组件检测到容器(1)内溶液的液位到达液位阈值时，关闭第一电磁阀(3)；s4，通过密度检测组件检测此时溶液的密度；s5，待溶液沉降一定时间后，通过液位检测组件检测上层溶液与下层晶浆的分界线位置；s6，通过密度检测组件检测沉降后上层溶液的密度；s7，根据沉降前溶液的密度、沉降后上层溶液的密度和分界线位置计算带细晶的浓度。9.如权利要求8所述的一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测方法，其特征在于，步骤s5
中，检测上层溶液与下层晶浆的分界线位置的方法为：通过控制柜控制两条直线模组(12)驱动光发射器(10)和光接收器(11)沿竖直向下同步运动，直至光接收器(11)接收到的光信号发生突变为止，此时光发射器(10)和光接收器(11)停留的位置即为上层溶液与下层浆液的分界线位置。10.如权利要求8所述的一种ap结晶系统带细晶浓度在线监测方法，其特征在于，步骤s7中，计算带细晶浓度的方法为：根据溶液沉降前测得的密度ρ和容器内溶液的总体积v计算容器(1)内溶液的总重量m＝ρ
×
v；根据测得的上层溶液与下层晶浆的分界线位置，计算得到上层溶液的体积v1和下层晶浆的体积v2；根据溶液沉降后测得的密度ρ1和上层溶液的体积v1计算上层溶液的总重量m1＝ρ1
×
v1，并计算得到下层晶浆的重量为m2＝m-m1；根据下层晶浆的重量和体积计算得到下层晶浆的密度为ρ2＝m2/v2；根据晶浆密度与浓度的换算关系得到晶浆的浓度，即测得ap结晶系统带细晶的浓度。

技术总结
本发明提出了一种AP结晶系统带细晶浓度在线监测装置，包括容器，所述容器顶部设有输液管，所述输液管与AP结晶系统的主管道连接，所述输液管上设有第一电磁阀；所述容器底部设有排液管，所述排液管上设有第二电磁阀；所述监测装置还包括密度检测组件、液位检测组件和控制柜；所述液位检测组件用于检测溶液的液位及沉降后上层溶液与下层晶浆的分界线位置；所述密度检测组件用于检测沉降前溶液的密度及沉降后上层溶液的密度；所述控制柜根据液位检测组件和密度检测组件监测到的数据计算得到带细晶的浓度。实现了AP结晶系统带细晶浓度的自动化监测，降低了劳动强度，提高了监测效率和浓度检测精度。和浓度检测精度。和浓度检测精度。


技术研发人员：陈云 刘强 徐磊 戴思 武梦帆 黄胜华
受保护的技术使用者：湖北东方化工有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/9/23