折光儀在測定乳化液濃度上的應(yīng)用

0、現(xiàn)狀和問題

作為煤機(jī)產(chǎn)品液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)，乳化液在煤礦生產(chǎn)中具有重要作用，被稱之為煤礦支護(hù)設(shè)備的“血液”。乳化液濃度對(duì)液壓系統(tǒng)性能有很大影響：濃度過低會(huì)降低乳化液抗硬水能力、抗腐蝕性，導(dǎo)致液壓元件銹蝕；濃度過高意味著乳化油用量增加，還會(huì)降低乳化液消泡力，增大對(duì)橡膠密封材料的溶脹性，導(dǎo)致密封失效，造成泄漏。永泰能源下屬各礦地質(zhì)條件導(dǎo)致礦井水復(fù)雜，對(duì)液壓傳動(dòng)介質(zhì)的配比具有較大的影響，同時(shí)由于歷史原因，公司上、下對(duì)液壓傳動(dòng)介質(zhì)的認(rèn)識(shí)和使用水平普遍較低，以前井下液壓支架系統(tǒng)管理不善而產(chǎn)生支架銹蝕、閥件堵塞、密封失效、竄漏液、立柱和推移千斤頂大面積損壞等問題也司空見慣。

一、乳化液濃度指標(biāo)

乳化液中乳化油的百分比即乳化液的濃度是評(píng)價(jià)乳化液性能的一個(gè)重要指標(biāo)。合適的乳化液濃度能保證液壓系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定性，能為各礦減少不必要的浪費(fèi)，降低采煤成本。因此井下乳化液濃度的準(zhǔn)確監(jiān)視、快速調(diào)節(jié)對(duì)于各礦安全、高效生產(chǎn)具有舉足輕重的意義。

煤礦安全規(guī)程要求采用質(zhì)量濃度為3%～5%的水包油型乳化液，即按重量用3%～5%的乳化油，再加97%～95%的水，配制成乳化液。在當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)中，永泰能源下屬各礦普遍采用機(jī)械式自動(dòng)配比器進(jìn)行乳化液配比。雖然系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初大都考慮了濃度自動(dòng)檢測、檢測結(jié)果反饋給配比器自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)乳化液濃度閉環(huán)控制。但由于乳化液濃度傳感器檢測精度和可靠性普遍達(dá)不到要求，實(shí)際生產(chǎn)中很少應(yīng)用，一般采用手持式折光儀（俗稱糖度計(jì)，見圖1）人工離線檢測溶液的白利糖度，然后乘以某一折光系數(shù)來換算乳化液濃度。

二、手持式折光儀的選擇

水中溶解進(jìn)任何物質(zhì)，都會(huì)改變它的折光率，溶解的物質(zhì)越多，溶液的折光率改變也越大。根據(jù)溶液折光率隨溶質(zhì)濃度的變化規(guī)律，可以用折光儀簡便地測出乳化液的濃度。各礦井下使用的手持式折光儀，主要用于測定乳化液的濃度與折光率。這種儀器結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，使用簡潔，精度也較高。圖2是裝備分公司租賃中心選用的廣州市銘睿科技有限公司生產(chǎn)的一種手持式折光儀的外形結(jié)構(gòu)。福建泉州光學(xué)儀器廠、上海光學(xué)儀器廠等單位也生產(chǎn)這種儀器。

這種折光儀的使用方法：

掀開蓋板（1），取試液數(shù)滴放在棱鏡（2）的鏡面上，合上蓋板（1）。然后將蓋板朝向明亮處，邊通過目鏡（7）觀察，邊轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)圈（6），直至視場分界線清晰可見。視場明暗分界線所示的讀數(shù)，即為試液折射率或濃度。

折光儀視場上有兩排刻度，一排是折光率，另一排是伯利糖度數(shù)（BX）。測定乳化液濃度，通常采用其中的BX列刻度。因乳化液質(zhì)量濃度一般為3%～5%，折光儀型號(hào)選LB5T或LB10T（最大使用刻度數(shù)5%或10%）就可以了，象租賃中心選用的這種LB32T型，量程有些偏大，對(duì)測量精度會(huì)有影響。

用折光儀測定乳化液濃度之前，須先用各礦自來水（不是蒸餾水）作為試液，把折光儀讀數(shù)調(diào)到零點(diǎn)。

三、乳化液濃度的測定

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

如圖3所示，20±2℃時(shí)，裝備公司檢測中心選用HFAE10-5型乳化油作為折光率試驗(yàn)研究對(duì)象，分別配置0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、8%濃度的乳化液。選用的WAY-2S阿貝折射儀，從液晶顯示屏上，可直接讀出折光率數(shù)值。

3.2 測量結(jié)果及討論

為了使讀數(shù)準(zhǔn)確，一般應(yīng)將試樣重復(fù)測量多次，每次誤差不能超過0.0002，然

后取平均值。20±2℃時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果如表1：

表1 不同濃度乳化液的折光率

根據(jù)測量的結(jié)果，使用 Excel 對(duì)不同濃度乳化液的折光率進(jìn)行擬合，見圖 4：

通過線性擬合得到的結(jié)果以及擬合的曲線分析可知: 在20±2℃時(shí)，該乳化液的折光率變化與其濃度呈線性關(guān)：y= 0.001245825x +1.331816461，這里x代表乳化液濃度百分?jǐn)?shù)，y代表乳化液折光率，相關(guān)系數(shù)r=0.997932143。此方法可方便地直接檢測乳化液的折光率，同時(shí)根據(jù)折光率和乳化液濃度的關(guān)系，快速確定乳化液濃度，為根據(jù)乳化液濃度開展實(shí)際井下配液工作，提供可靠數(shù)據(jù)，具有一定的實(shí)際意義。

在MT76-2011《液壓支架用乳化油、濃縮液及其高含水液壓液》標(biāo)準(zhǔn)中，新增了申報(bào)的產(chǎn)品須寫明該產(chǎn)品規(guī)定使用濃度下的折光儀示數(shù)，以便當(dāng)用戶在現(xiàn)場使用該乳化油產(chǎn)品時(shí)可較為方便直觀地控制濃度，開展實(shí)際配液工作。不同廠家，不同規(guī)格的乳化油產(chǎn)品的折光儀系數(shù)不同，各礦井下使用時(shí)，需根據(jù)廠家告知的產(chǎn)品在認(rèn)證濃度下的折光儀示數(shù)正確使用。但是，目前永泰能源的大多數(shù)乳化油供應(yīng)商，均未提供這一數(shù)據(jù)，我們須及時(shí)“補(bǔ)上這一課”。

四、乳化液溫對(duì)折光率影響的討論

各礦使用手持式折光儀測量折光率時(shí)，“乳化液溫度”指的是夾在折光儀上蓋板和檢驗(yàn)棱鏡之間那一薄層液體的溫度。通常也指的是試驗(yàn)現(xiàn)場的氣溫。由于該夾層中的液體量極少，又被壓成了一薄層，實(shí)際測量中的液溫就變成了所用折光儀的溫度。而井下工作面附近，一年四季的溫差并不大，基本都在MT 76-2011標(biāo)準(zhǔn)要求的（20±2）℃范圍以內(nèi)，所以井下實(shí)際測量時(shí)，可以暫不考慮溫度的影響。如圖1中的LB系列各種規(guī)格糖度計(jì)，出廠前均設(shè)置了溫度自動(dòng)補(bǔ)償。

五、使用折光儀的其它注意事項(xiàng)

1、折光儀的零位調(diào)節(jié)方法

折光儀的零位是可以調(diào)節(jié)的，只有調(diào)節(jié)好零位后再使用，才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。由于多數(shù)折光儀的零位調(diào)節(jié)螺絲比較松動(dòng)，為確保測量準(zhǔn)確，必須在每次測量濃度前用自來水校準(zhǔn)好所用折光儀的零位。校正好后，用濾紙吸干蓋板和棱鏡面上的水跡，再用于測量乳化液濃度。調(diào)好零位后應(yīng)防止折光儀受到震動(dòng)，亦不可采用摔動(dòng)的辦法來去除上面的殘水，以免使調(diào)好的零位發(fā)生偏移。

2、測試后用清潔的自來水沖洗蓋板和棱鏡面，把殘留在上面的乳化液充分清除干凈，再用濾紙吸干殘水，保存?zhèn)溆谩Ｈ绻按螠y量時(shí)殘留的乳化液沒有清洗干凈，讓其自動(dòng)變干，而下次測量前又未做充分的清洗，測量的濃度就會(huì)偏高。

3、讀數(shù)時(shí)間不能太長，在長期放置中，夾在折光儀蓋板和棱鏡之間的乳化液會(huì)緩慢蒸發(fā)掉其中的水份，隨著水份的減少，液體薄層的濃度會(huì)逐漸升高。由于這樣的原因，每次讀數(shù)時(shí)間不要太長，以免增大誤差。