專(zhuān)利名稱(chēng)：炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是用微處理機(jī)控制的分析儀器，用于測(cè)定炭黑結(jié)構(gòu)及白炭黑、碳酸鈣等其它粉末材料的吸附特性。
炭黑結(jié)構(gòu)一般以測(cè)定炭黑(粉末)對(duì)液體試劑鄰苯二甲酸二丁酯(簡(jiǎn)稱(chēng)DBP)的吸附量來(lái)確定，即用DBP滴定混合室中的定量炭黑，當(dāng)?shù)味ńK點(diǎn)(對(duì)應(yīng)于吸附終點(diǎn))時(shí)，炭黑流動(dòng)性最差而粘度增大使混合室中的攪拌葉片產(chǎn)生最大扭矩力，用此時(shí)炭黑吸附DBP的多少表征炭黑結(jié)構(gòu)的高低。
目前測(cè)定炭黑結(jié)構(gòu)較先進(jìn)的儀器是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO4656／2－1985中推薦的西德Brabender公司生產(chǎn)的Cabot吸油計(jì)。Cabot吸油計(jì)由主機(jī)、恒速滴定泵和電源變壓器三部分構(gòu)成。主機(jī)包括電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、混合室、由杠桿彈簧式扭矩平衡機(jī)構(gòu)和包括電觸點(diǎn)在內(nèi)的機(jī)械杠桿彈性結(jié)構(gòu)式開(kāi)關(guān)等。恒速滴定泵是一臺(tái)可逆電機(jī)控制的帶有機(jī)械計(jì)數(shù)器的推進(jìn)式計(jì)量泵。電源變壓器將～220V電壓變?yōu)椤?15V電壓供主機(jī)和恒速滴定泵使用。用Cabot吸油計(jì)測(cè)定炭黑結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)是，消耗試樣多(需用炭黑20～40g)，試劑耗量也大，對(duì)未知最大扭矩的炭黑要作兩次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果需從機(jī)械計(jì)數(shù)器讀取后用公式計(jì)算而且測(cè)量精度較差。
本實(shí)用新型目的是提供一種用于測(cè)定炭黑結(jié)構(gòu)和白炭黑、碳酸鈣等粉末材料吸附性的由微處理機(jī)控制的分析儀器。
以下結(jié)合附圖對(duì)本儀器作詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀的整體構(gòu)成框圖。
本炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀包括微處理機(jī)系統(tǒng)、攪拌混合系統(tǒng)、傳感器、控制系統(tǒng)、數(shù)字計(jì)量泵和電源系統(tǒng)。
一、微處理機(jī)系統(tǒng)微處理機(jī)系統(tǒng)是由圖1的微處理機(jī)(1)、鍵盤(pán)(2)、顯示器(3)和打印機(jī)(4)構(gòu)成的對(duì)被測(cè)試樣炭黑或白炭黑、碳酸鈣粉末材料分析過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)自動(dòng)處理(運(yùn)算、顯示、存儲(chǔ)、打印)的裝置。
圖2是微處理機(jī)(1)框圖。
微處理機(jī)(1)包括作為中央處理機(jī)的單片計(jì)算機(jī)CP(16)、數(shù)據(jù)輸入(17)、A／D轉(zhuǎn)換(18)、D／A轉(zhuǎn)換(19)、模擬輸出(20)、接口驅(qū)動(dòng)(21)、控制輸出(22)，顯示掃描(23)、接口(24)等基本單元和總線。單片計(jì)算機(jī)CP(16)是在中央處理單元CPU控制下通過(guò)CP(16)的內(nèi)部雙向總線向各終端即鍵盤(pán)(2)、顯示器(3)、打印機(jī)(4)等發(fā)出控制、數(shù)據(jù)傳遞、顯示、打印指令的裝置。以此實(shí)現(xiàn)本分析儀的微處理機(jī)操作。
單片微型計(jì)算機(jī)CP(16)具有雙中央處理單元CPU、程序存儲(chǔ)器ROM、帶4K擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、I／O接口和地址、數(shù)據(jù)、控制總線等，而且RAM設(shè)計(jì)為可充電的高能電池供電(防止斷電或電磁干擾)。RAM帶4K擴(kuò)展給數(shù)據(jù)采集以極大方便。
數(shù)據(jù)輸入(17)是外設(shè)分立元件構(gòu)成的。A／D轉(zhuǎn)換(18)是將數(shù)據(jù)輸入(17)的模擬訊號(hào)(電壓、電流)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的集成電路ADC0809。D／A轉(zhuǎn)換(19)是將單片計(jì)算機(jī)CP(16)的數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M訊號(hào)送入模擬輸出(20)作為功能擴(kuò)展信號(hào)送到CP(16)外設(shè)控制單元的集成電路DAC0832和F007。模擬輸出(20)是分立元件構(gòu)成的。接口驅(qū)動(dòng)(21)是數(shù)字電路IC8243?？刂戚敵?22)是分立元件構(gòu)成的。接口驅(qū)動(dòng)(21)和控制輸出(22)組成單片計(jì)算機(jī)CP(16)的控制信號(hào)輸出電路。顯示掃描(23)為IMC7218C構(gòu)成CP(16)的數(shù)據(jù)顯示輸出電路，接口(24)由TTL集成電74LS245等構(gòu)成CP(16)向打印機(jī)(4)傳遞打印數(shù)據(jù)的電路，總線包括地址、數(shù)據(jù)、控制總線。
本儀器的微處理機(jī)系統(tǒng)用匯編語(yǔ)言編制炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定軟件程序。在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)炭黑結(jié)構(gòu)或白炭黑、碳酸鈣等其它粉末吸附性的不同，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求出相應(yīng)的數(shù)理方程，由此編制的匯編語(yǔ)言固化在CP(16)的EPROM存貯器中。
鍵盤(pán)(2)由數(shù)字鍵(含小數(shù)點(diǎn)及0～9位數(shù)字)、符號(hào)鍵，試樣重量M、DBP滴定體積U、功能鍵(含測(cè)量、運(yùn)算、吸液、快滴、反轉(zhuǎn)、寫(xiě)入、走紙、復(fù)位、自檢)組成。實(shí)現(xiàn)本儀器的鍵入操作。
顯示器(3)為六位LED發(fā)光二極管組成的帶小數(shù)的七段顯示數(shù)碼管組成。用以顯示一位符號(hào)(N、M、U、D中的任意一個(gè))，一位符號(hào)序號(hào)和四位數(shù)據(jù)(N是炭黑代號(hào)，D是100U／M)。
打印機(jī)(4)采用16字符／行的微型打印機(jī)，它在每次測(cè)定結(jié)束，顯示器(3)兩次顯示測(cè)定結(jié)果后，將測(cè)定結(jié)果打印成分析報(bào)告單。
二、攪拌混合系統(tǒng)攪拌混合系統(tǒng)是將使用交流220V的攪拌電機(jī)(6)通過(guò)渦輪減速器(7)按確定的減速比經(jīng)軸承座(8)同混合室(9)連接而形成的使粉末材料(炭黑等)與液體試劑(如DBP)均勻混合的裝置。
圖3是攪拌混合系統(tǒng)運(yùn)行示意圖。
攪拌電機(jī)(6)與渦輪減速器(7)直接用彈性聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器(25)連接，彈性聯(lián)軸器(25)一端與攪拌電機(jī)(6)的軸頭鎖緊連接，另一端與渦輪減速器(7)的渦桿(26)滑動(dòng)連接使渦桿(26)工作過(guò)程中可在聯(lián)軸器(25)里滑動(dòng)產(chǎn)生0～25mm的軸向位移。渦桿(26)中段有螺紋與渦輪(28)嚙合，渦桿(26)兩端與滑動(dòng)軸承(27)、(27′)配合，其配合長(zhǎng)度適合于渦桿(26)接收混合室(9)中試樣產(chǎn)生并經(jīng)渦輪(28)傳來(lái)的扭矩力后軸向位移0～25mm。渦輪減速器(7)輸出軸與軸承座(8)之間也采用彈性聯(lián)軸器(25′)連接，軸承座(8)中有滾動(dòng)軸承支承的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(29)、(30)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(29)通過(guò)彈性聯(lián)軸器(25′)與渦輪減速器(7)直接連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(29)、(30)的一端分別安裝傳動(dòng)比為11～12且互相嚙合相向旋轉(zhuǎn)的齒輪(31)、(32)，它們的另一端穿過(guò)軸承座(8)伸入混合室(9)后在軸端各安裝一只攪拌漿(33)。渦輪減速器(7)、齒輪(31)、(32)決定的攪拌漿(33)相向轉(zhuǎn)速為250／250～125／250r／min。
圖4為混合室(9)的結(jié)構(gòu)圖。
混合室(9)是由兩只攪拌漿(33)、混合池(34)、背板(35)、前蓋板(36)、隔離片(37)與(38)各兩片、兩個(gè)定位螺栓(39)、兩個(gè)手輪(40)和中心開(kāi)孔的上蓋板(圖中未示出)構(gòu)成被測(cè)粉料(炭黑)與液態(tài)試劑(DBP)攪拌混合的裝置；背板(35)為一塊由定位螺栓(39)壓靠于軸承座(8)端面上的圓形平板；兩個(gè)定位螺栓(39)一端為圓柱形並壓裝在背板(35)上用銷(xiāo)釘固定，另一端有供手輪(40)擰入的螺紋，混合池(34)、前蓋板(36)依次套掛在螺栓(39)上，再將手輪(40)擰緊于螺栓(39)的螺紋端；攪拌漿(33)用鍵聯(lián)接方式直接安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸(29)、(30)上后伸入混合池(34)內(nèi)腔中，攪拌漿(33)外緣與混合池(34)壁間最小間隙為0.25～1.00mm；隔離片(37)、(38)分別壓裝在攪拌漿(33)兩端面的凹槽中且高出該端面0.05～0.15mm，隔離片(37)與(38)分別是圓柱形與圓環(huán)形；前蓋板(36)是有兩個(gè)供螺栓(39)穿過(guò)的圓形安裝孔的平蓋板。
圖5是攪拌漿(33)的結(jié)構(gòu)圖，圖5(a)是它的橫截面主視圖，(b)是側(cè)視圖。
攪拌漿(33)為橫截面呈橢圓形的兩只大小形狀相同的葉片，它的厚度S1相當(dāng)于其最大外徑的0.5～0.8倍，其外緣厚度S2為3～5mm，攪拌漿(33)的長(zhǎng)度L1比混合池(34)厚度H小0.1～0.3mm。
圖6是混合池(34)的結(jié)構(gòu)圖，圖6(a)是它的主視圖，(b)是側(cè)視圖。
混合池(34)為內(nèi)腔由兩相交圓拱構(gòu)成橫截面呈ω形的部件，其兩邊壁中各有一個(gè)與定位螺栓(39)滑動(dòng)配合的圓形安裝孔，該兩圓拱截面的圓心距A為35～45mm，截面圓直徑D比圓心距A長(zhǎng)1～5mm，混合池厚度H為15～30mm，池壁用金屬或工程塑料制成。
攪拌漿(33)和混合池(34)的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸能夠?yàn)橛梦⒘吭嚇?3～5g)進(jìn)行較高精度分析提供條件；同時(shí)，也可根據(jù)上述的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸配重適合于全量試樣(10～40g)分析的更大一些的混合室。
三、傳感器圖7是傳感器(10)的結(jié)構(gòu)圖。
本炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀的檢測(cè)單元采用的是非接觸式電感傳感器，比機(jī)械杠桿彈性結(jié)構(gòu)式開(kāi)關(guān)有更高靈敏性。傳感器(10)是由外殼(41)、活塞(42)、電感線圖(43)、軟鐵(44)、大彈簧(45)、小彈簧(46)、芯軸(47)、預(yù)緊力調(diào)整環(huán)(48)、終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)、鎖緊環(huán)(50)、滾動(dòng)軸承(51)和滑動(dòng)軸承襯套(52)等部件構(gòu)成的非接觸式電感傳感器。外殼(41)為一端有外螺紋，另一端有內(nèi)螺紋且其余內(nèi)表面光滑的圓筒，外螺紋端旋入渦輪減速器(7)中，渦桿(26)由此伸入并通過(guò)滑動(dòng)軸承襯套(52)后與滾動(dòng)軸承(51)直接滑動(dòng)配合，預(yù)緊力調(diào)整環(huán)(48)、終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)擰入外殼(41)的內(nèi)螺紋端，外殼(41)內(nèi)依次安放活塞(42)、大簧(45)和小簧(46)。
活塞(42)是軸向剖面為T(mén)形的圓柱，其大頭圓柱直徑比外殼(41)內(nèi)徑小，小頭圓柱直徑比電感線圈(43)內(nèi)孔小，大頭圓柱的一端中心安裝內(nèi)徑與渦桿(26)伸入端的直徑相同的滾動(dòng)軸承(51)，另一端有供安裝大彈簧(45)的定位臺(tái)階，活塞(42)用非磁性材料制作。電感線圈(43)為粘接在終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)圓孔中的無(wú)骨架線圈，其外徑小于大彈簧(45)內(nèi)徑而它的內(nèi)徑大于軟鐵(44)外徑。軟鐵(44)為一只高導(dǎo)磁材料制作的圓筒，外徑略小于電感線圈(43)內(nèi)徑，非磁性材料制作的有外螺紋的芯軸(47)穿入軟鐵(44)的中空腔中，軟鐵(44)借助于芯軸(47)安在電感線圈(43)中心并可在小彈簧(46)的推動(dòng)下在其中自由移動(dòng)，通過(guò)終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)可讓軟鐵(44)處于電感線圈(43)中間位置使傳感器(10)輸出的初始電平為零。預(yù)緊力調(diào)整環(huán)(50)為安裝在外殼(41)中的一只有外螺紋的圓環(huán)，它的一端有供大彈簧(45)安裝的定位臺(tái)階，另一端有扳口。終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)為具有內(nèi)外螺紋和調(diào)節(jié)手柄的位置調(diào)節(jié)部件，它的內(nèi)螺紋與芯軸(47)的外螺紋匹配。其外螺紋擰在外殼(41)的內(nèi)螺紋中，擰入位置確定后可用鎖緊環(huán)(50)鎖死，終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)擰入位置的不同決定軟鐵(44)在電感線圈(43)中的初始位置變化，使傳感器(10)的初始電平變化，使本儀器對(duì)不同結(jié)構(gòu)的炭黑和吸附性不同的其它粉末材料都能測(cè)定。
圖8是炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀的電原理線路圖。
圖9是炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀的外觀示意圖。
四、控制系統(tǒng)它是由驅(qū)動(dòng)控制(5)、(11)和圖9中的電源開(kāi)關(guān)(53)(即圖8的開(kāi)關(guān)K)以及鍵盤(pán)(2)構(gòu)成對(duì)微處理機(jī)(1)的鍵入操作和對(duì)整機(jī)自動(dòng)控制的電路。驅(qū)動(dòng)控制(5)由圖8的三極管BG1～4，光電耦合器BK1～2，繼電器J1～2，電阻R1～R3、電容C1構(gòu)成，它控制攪拌電機(jī)(6)的啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)控制(11)由圖8的三極管BG5～13、二極管D1～3、集成電路IC1～2、光電耦合器BK3～4、繼電器J3、微動(dòng)開(kāi)關(guān)WK1～2、電阻R4～33、電容C2～6構(gòu)成，它控制滴定電機(jī)(12)的運(yùn)轉(zhuǎn)、上下限位以及傳感器(10)檢出訊號(hào)的交直流變換。
五、數(shù)字計(jì)量泵它是由圖1的滴定電機(jī)(12)、滴定泵(13)、盛液瓶(14)和顯示器(3)構(gòu)成推進(jìn)式自動(dòng)滴定與數(shù)字計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)本儀器對(duì)試劑(DBP)的自動(dòng)滴定。
滴定電機(jī)(12)(即圖8中電機(jī)M2)是一只步進(jìn)電機(jī)，在微處理機(jī)(1)控制信號(hào)作用下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制(11)的作用使步進(jìn)電機(jī)M2按設(shè)定的方式正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))，帶動(dòng)滴定泵(13)向上(或向下)運(yùn)動(dòng)，將滴定泵(13)計(jì)量管中的DBP液體經(jīng)圖9中的三通旋塞(54)從滴定針(55)滴入混合室(9)(或?qū)BP從盛液瓶(14)經(jīng)三通旋塞(54)吸入滴定泵(13)計(jì)量管)中。數(shù)字計(jì)量泵可由微處理機(jī)(1)軟件程序在1～24Cm3／min內(nèi)任意設(shè)定。
六、電源系統(tǒng)圖8的電源變壓器B1、B2、集成三端穩(wěn)壓器W317、W337、全波整流橋堆QL1～4、整流二極管ZL和電位器W、電阻R、電容C等構(gòu)成本儀器電源系統(tǒng)，輸出直流電源V1～V6和傳感器(10)電感線圈L的工作電源VX。其中V1～V4分別提供微處理機(jī)(1)、顯示器(2)和控制系統(tǒng)工作電源，V5提供打印機(jī)(4)工作電源，V6提供內(nèi)存RAM的高能電池充電電源。
本炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀的工作程序是1、開(kāi)機(jī)儀器處于預(yù)熱，微處理機(jī)上電復(fù)零后自動(dòng)進(jìn)入鍵掃等待狀態(tài)。
將圖9中的開(kāi)關(guān)(53)按入，圖8開(kāi)關(guān)K觸點(diǎn)1～2接～220V，電源變壓器B1、B2次級(jí)通電，電源系統(tǒng)輸出直流電源V1～V6和VX，電源指示燈亮，儀器處于通電預(yù)熱狀態(tài)。微處理機(jī)系統(tǒng)在CP(16)的中央處理單元CPU控制下發(fā)出自動(dòng)復(fù)位指令，經(jīng)總線，顯示掃描(23)使顯示器(3)的個(gè)位數(shù)碼管顯示復(fù)位提示符“0”，同時(shí)，攪拌電機(jī)(6)、滴定電機(jī)(12)處于停止?fàn)顟B(tài)。
2、預(yù)置(鍵輸入)操作者從鍵盤(pán)(2)將所需操作(如“寫(xiě)入”、“運(yùn)算”等)鍵入，每按動(dòng)一個(gè)鍵，鍵盤(pán)(2)即產(chǎn)生相應(yīng)訊號(hào)輸入CP(16)，CPU接收、識(shí)別后發(fā)出相應(yīng)指令返回總線經(jīng)顯示掃描(23)(或控制輸出(22)或接口(23))使顯示器(3)顯示寫(xiě)入的數(shù)據(jù)(或使相應(yīng)的終端如滴定電機(jī)(12)或打印機(jī)(4)工作)。
在執(zhí)行上述操作前，必須從鍵盤(pán)(2)輸入必要的數(shù)據(jù)(例如執(zhí)行測(cè)量操作前，必須將第×次試樣稱(chēng)樣量以M××，×××g形式鍵入微處理機(jī)(1))使儀器處于預(yù)置狀態(tài)方能執(zhí)行所需操作。
3、測(cè)量操作者從鍵盤(pán)(2)以M××。×××形式(例如第2次稱(chēng)樣量為4.932g則為M24.932)鍵入被測(cè)炭黑或粉料稱(chēng)樣量，微處理機(jī)(1)使顯示器(3)顯示出鍵入值后，再按“測(cè)量”鍵，儀器自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量操作。
微處理機(jī)(1)發(fā)出啟動(dòng)控制信號(hào)VK、經(jīng)由電阻R1、光電耦合器BK1使三極管BG1、BG2構(gòu)成的電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，電源V1經(jīng)繼電器J1、線圈1～2、BG2使J1動(dòng)作，其觸點(diǎn)1～2、4～5接通，～220V經(jīng)J1觸點(diǎn)1～2、4～5，分相電容C1后加于電機(jī)M1即攪拌電機(jī)(6)使M1工作。電機(jī)M1帶動(dòng)圖3中的渦桿(26)、渦輪(28)、齒輪(31)、齒輪(32)轉(zhuǎn)動(dòng)，使攪拌漿(33)以125／250r／min速度在混合室(9)中相向轉(zhuǎn)動(dòng)，將混合室(9)里的炭黑從上往下壓進(jìn)行翻滾攪拌。
微處理機(jī)(1)同時(shí)發(fā)出MC＝0和CP信號(hào)，分別經(jīng)光電耦合器BK3、BK4加在環(huán)形分配器IC2的6、2端，IC2工作在其8、10、12端輸出控制脈沖Qa、Qb、Qc，經(jīng)電阻R14～R16輸入三極管BG6～BG8使之按Qa、Qb、Qc程序相繼導(dǎo)通，在三極管BG9～BG11的集電極產(chǎn)生控制電壓Ua、Ub、Uc經(jīng)電阻R21～R23、電容C4～C6加在步進(jìn)電機(jī)M2的A、B、C端使M2工作，步進(jìn)電機(jī)M2帶動(dòng)滴定泵(13)向上運(yùn)動(dòng)將DBP滴入混合室(9)中。
隨著DBP的不斷滴入，混合室(9)中炭黑吸附DBP逐漸增加，使炭黑由粉末狀態(tài)逐漸變?yōu)榘胨苄誀顟B(tài)，炭黑粘度也逐漸增加，導(dǎo)致攪拌漿(33)受到徑向剪切在軸上產(chǎn)生扭矩力。該扭矩力通過(guò)渦輪(28)作用在渦桿(26)上，當(dāng)炭黑吸附DBP到達(dá)吸附終點(diǎn)使炭黑呈半塑團(tuán)塊時(shí)，產(chǎn)生的扭矩力最大，渦桿(26)就沿其軸向串動(dòng)，使傳感器(10)的大彈簧(45)推動(dòng)活塞(42)產(chǎn)生位移，軟鐵(44)離開(kāi)平衡位置向電感線圈(43)移動(dòng)，在圖7的電感線圈(43)即圖8的線圈L次級(jí)產(chǎn)生最大交流電Umax，Umax由集成運(yùn)放A半波整流，集成運(yùn)放B有源濾波，集成運(yùn)放C直流放大后產(chǎn)生吸附終點(diǎn)判定電壓VC送入微處理機(jī)(1)中將此電壓記錄下來(lái)，通過(guò)CPU識(shí)別、處理，產(chǎn)生控制訊號(hào)終止MC、CP、VK的輸出。VK終止使J1釋放，其觸點(diǎn)1～2、4～5斷開(kāi)～220V、電機(jī)M1停轉(zhuǎn)使攪拌停止。MC、CP終止使IC2停止輸出控制脈沖Qa、Qb、Qc使步進(jìn)電機(jī)M1停轉(zhuǎn)，滴定泵(13)停止滴定。
4、運(yùn)算當(dāng)操作者在測(cè)量操作前從鍵盤(pán)(2)鍵入被測(cè)炭黑稱(chēng)樣量M××·×××，該組數(shù)據(jù)便由CP(16)接收並送入相應(yīng)數(shù)據(jù)單元存儲(chǔ)等待執(zhí)行運(yùn)算操作。
在DBP滴定過(guò)程中，滴定泵(12)的光電檢測(cè)裝置產(chǎn)生DBP滴定量的電訊號(hào)同時(shí)送入CP(16)，經(jīng)CPU接收、識(shí)別處理后送入顯示器(3)即時(shí)顯示DBP滴定體積量U(Cm3／min)，同時(shí)CP(16)將該數(shù)據(jù)送入相應(yīng)數(shù)據(jù)單元存儲(chǔ)等待執(zhí)行運(yùn)算操作。
微處理機(jī)(1)自動(dòng)判定炭黑吸附DBP終點(diǎn)使攪拌與滴定停止后，CP(16)立即自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)算操作，對(duì)送入的M值和滴定終點(diǎn)的DBP體積U按運(yùn)算程序自動(dòng)數(shù)據(jù)處理。處理完畢，CP(16)分別發(fā)出顯示與打印指令，經(jīng)總線、顯示掃描(23)、接口(24)等電路，首先由顯示器(3)顯示運(yùn)算結(jié)果，然后由打印機(jī)(4)將測(cè)定結(jié)果打印出炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定的分析報(bào)告單。
5、反轉(zhuǎn)清掃混合室(9)時(shí)可使用反轉(zhuǎn)操作。
按下鍵盤(pán)(2)的“反轉(zhuǎn)”鍵，微處理機(jī)(1)同時(shí)產(chǎn)生啟動(dòng)控制信號(hào)VK和反轉(zhuǎn)控制信號(hào)VF，VK、VF分別經(jīng)電阻R1、BK1和R2、BK2使BG1～2和BC2～3構(gòu)成的電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，電源V1經(jīng)繼電器J1、J2線圈1～2、BG2、BG4使J1、J2動(dòng)作，J1觸點(diǎn)1～2、4～5接通～220V，J2觸點(diǎn)1～2接入限流電阻R1觸點(diǎn)4～5使分相電容C1反接入電機(jī)M1中，從而使電機(jī)M1即攪拌電機(jī)(6)反轉(zhuǎn)，通過(guò)渦輪減速器(7)帶動(dòng)混合室(9)的攪拌漿(33)反轉(zhuǎn)2～3轉(zhuǎn)，使其退出因吸附終點(diǎn)時(shí)炭黑粘度大產(chǎn)生的卡死狀態(tài)。
6、快滴縮短分析時(shí)間或?qū)Φ味ū?13)排氣時(shí)，可執(zhí)行快滴操作。
按下鍵盤(pán)(2)的“快滴”鍵，則CP(16)發(fā)出的控制脈沖就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的頻率增加，改變了環(huán)形分配器IC2控制信號(hào)Qa、Qb、Qc的周期使步進(jìn)電機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)加快，因而使滴定泵(13)的滴定速度由2cm3／min變?yōu)?0cm3／min。
7、吸液對(duì)滴定泵(13)加入滴定液時(shí)可使用吸液操作。
按下鍵盤(pán)(2)的“吸液”鍵，則CP(16)發(fā)出的MC＝0變?yōu)镸C＝1加入環(huán)形分配器IC2中，使IC2產(chǎn)生的控制信號(hào)由Qa、Qb、Qc變?yōu)镼c、Qb、Qa輸出，改變了三極管BG9～BG11的導(dǎo)通次序，從而使步進(jìn)電機(jī)M2反向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滴定泵(13)向下運(yùn)轉(zhuǎn)，將盛液瓶(14)中的DBP滴定液經(jīng)三通旋塞(54)吸入泵中。
8、自檢在操作或維修中使用此操作可判斷儀器工作是否正?；蚬收纤凇?br> 儀器接通電源正常工作時(shí)，電源V4經(jīng)繼電器J3觸點(diǎn)2～3，微動(dòng)開(kāi)關(guān)WK2、電阻R13加于三極管BG5使之輸出高電平VO＝1送入微處理機(jī)(1)中，CP(16)的CPU接收、識(shí)別后經(jīng)總線、顯示掃描(23)使顯示器(3)個(gè)位數(shù)碼管顯示儀器正常提示符“0”或儀器正常工作(例如攪拌電機(jī)(6)、滴定電機(jī)(12)、顯示器(3)、打打印機(jī)(4)等各自執(zhí)行工作程序)。
一旦儀器某一部分發(fā)生故障不工作或工作不正常，例如步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，則三極管BG5輸出低電平VO＝0，該信號(hào)送入微處理機(jī)(1)由CPU接收、識(shí)別后發(fā)出相應(yīng)指令使顯示器(3)顯示步進(jìn)電機(jī)M1故障代號(hào)。
本實(shí)用新型的炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀實(shí)現(xiàn)了炭黑結(jié)構(gòu)的微處理機(jī)自動(dòng)測(cè)定，其優(yōu)點(diǎn)是1、本儀器用微處理機(jī)控制操作，使儀器自動(dòng)滴定DBP，自動(dòng)判定炭黑對(duì)DBP的吸附終點(diǎn)，自動(dòng)數(shù)據(jù)處理后顯示並打印表征炭黑結(jié)構(gòu)的測(cè)定分析報(bào)告單，儀器具有自檢功能，實(shí)現(xiàn)了儀器智能化。
2、本儀器既配有對(duì)炭黑或其它粉末物質(zhì)例如白炭黑、碳酸鈣等進(jìn)行微量分析的混合室和攪拌漿，也可配用進(jìn)行全量分析的混合室和攪拌漿，使本儀器適用范圍廣泛。
3、本儀器的非接觸式電感傳感器具有無(wú)磨損，使用時(shí)間長(zhǎng)，精度高，檢出電訊號(hào)可調(diào)等特點(diǎn)，克服了采用接觸傳感器在磨損、使用時(shí)間、精度等方面存在的問(wèn)題，同時(shí)也比Cabot吸油計(jì)采用的彈性位移式傳感器靈敏度高且測(cè)量滯后時(shí)間大大縮短。
4、本儀器對(duì)炭黑等粉末物質(zhì)吸附終點(diǎn)的判定采用微處理機(jī)軟件程序按粉末物質(zhì)吸附特性進(jìn)行設(shè)定，使儀器通用性大大增強(qiáng)。
5、本儀器采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的推進(jìn)式數(shù)字計(jì)量泵具有精度高、滴定誤差小和直接顯示計(jì)量等特點(diǎn)，克服了國(guó)內(nèi)外同類(lèi)儀器的往復(fù)式柱塞泵計(jì)量精度差，不能直接顯示滴定結(jié)果等缺點(diǎn)。
6、本儀器將攪拌和滴定有機(jī)地合為一體，儀器結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便。
本分析儀器的操作方法是1、按下電源開(kāi)關(guān)(53)，電源指示燈亮，按下鍵盤(pán)(2)中的“電源”和“復(fù)位”鍵，微處理機(jī)(1)顯示器個(gè)位置零。
2、將滴定泵(13)的三通旋塞(54)旋至吸液狀態(tài)，按鍵盤(pán)(2)的“吸液”鍵，DBP試劑從盛液瓶(14)中吸入滴定泵(13)計(jì)量管內(nèi)，待吸到計(jì)量管容積的1／3處，按“復(fù)位”鍵停止吸液。再把三通旋塞(54)旋至滴定位置后按“快滴”鍵，排出計(jì)量管內(nèi)溶液。如此重復(fù)2次清洗計(jì)量管和排除管內(nèi)氣泡。再按“吸液”鍵將DBP吸滿計(jì)量管，儀器自動(dòng)停止。然后，將三通旋塞(53)旋至滴定位置，注意使三通旋塞(53)塞孔對(duì)準(zhǔn)計(jì)量管出口。
3、將被測(cè)炭黑放入混合室(9)中並蓋好上蓋板，同時(shí)將滴定泵(13)上的滴定針(55)對(duì)準(zhǔn)上蓋板中心孔。
4、將測(cè)試次數(shù)和被測(cè)炭黑的稱(chēng)樣量以M××·×××鍵入微處理機(jī)(1)，顯示器(3)即顯示鍵入值是第×次測(cè)試樣重×·×××g。再按“寫(xiě)入”鍵，顯示器(3)個(gè)位數(shù)碼管顯示“0”(若核對(duì)發(fā)現(xiàn)鍵入數(shù)據(jù)出錯(cuò)，則按“復(fù)位”鍵使顯示器(3)自動(dòng)復(fù)位，然后重新進(jìn)行鍵入操作)。
5、按下“測(cè)量”鍵，儀器自動(dòng)運(yùn)行，待達(dá)到吸附終點(diǎn)(對(duì)應(yīng)于炭黑飽和吸附DBP)時(shí)，儀器停機(jī)進(jìn)入自動(dòng)數(shù)據(jù)處理，處理完畢，顯示器(3)兩次循環(huán)顯示試樣量、DBP的消耗體積、測(cè)定結(jié)果后，打印機(jī)(4)自動(dòng)打印出分析報(bào)告單。
6、移開(kāi)滴定針(55)，旋下手輪(40)，拿下上蓋板和前蓋板(36)，取下混合池(34)，用刮刀清洗混合室(9)(若攪拌漿(33)由于炭黑粘度大在混合池中卡死時(shí)，可在取下混合池之前，按“反轉(zhuǎn)”鍵使攪拌漿(33)反轉(zhuǎn)退出卡死狀態(tài)，再進(jìn)行清洗)。
7、將混合室(9)復(fù)原，重復(fù)第3～6步驟可作下次測(cè)定。
權(quán)利要求1.一種炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀，包括微處理機(jī)系統(tǒng)、攪拌混合系統(tǒng)、傳感器、控制系統(tǒng)、數(shù)字計(jì)量泵和電源系統(tǒng)。其特征在于A、所述微處理機(jī)系統(tǒng)是由微處理機(jī)(1)、鍵盤(pán)(2)、顯示器(3)和打印機(jī)(4)構(gòu)成的對(duì)炭黑等粉末材料分析過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)自動(dòng)處理的裝置；B、所述攪拌混合系統(tǒng)是將使用交流220V的攪拌電機(jī)(6)通過(guò)渦輪減速器(7)按確定的減速比徑軸承座(8)同混合室(9)連接而形成的使粉末材料與液體試劑均勻混合的裝置；C、所述傳感器是非接觸式電感傳感器；D、所述控制系統(tǒng)是由驅(qū)動(dòng)控制(5)、(11)和開(kāi)關(guān)(53)、鍵盤(pán)(2)構(gòu)成對(duì)微處理機(jī)(1)的鍵入操作和對(duì)整機(jī)自動(dòng)控制的電路；E、所述數(shù)字計(jì)量泵是滴定電機(jī)(12)、滴定泵(13)、盛液瓶(14)和顯示器(3)構(gòu)成的推進(jìn)式自動(dòng)滴定與數(shù)字計(jì)量裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀，其特征在于所述微處理機(jī)(1)包括單片計(jì)算機(jī)CP(16)、數(shù)據(jù)輸入(17)、A／D轉(zhuǎn)換(18)、D／A轉(zhuǎn)換(19)、模擬輸出(20)、接口驅(qū)動(dòng)(21)控制輸出(22)、顯示掃描(23)、接口(24)等基本單元和總線，是在單片計(jì)算機(jī)CP(16)的中央處理單元CPU控制下通過(guò)CP(16)的內(nèi)部雙向總線向各終端即鍵盤(pán)(2)、顯示器(3)、打印機(jī)(4)等發(fā)出控制、數(shù)據(jù)傳遞或顯示、打印指令的裝置；其中的單片計(jì)算機(jī)CP(16)具有雙中央處理單元CPU、程序存儲(chǔ)器ROM、帶4K擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、I／O接口和地址、數(shù)據(jù)、控制總線等，而且它的RAM設(shè)計(jì)為可充電的高能電池供電，數(shù)據(jù)輸入(17)是外設(shè)分立元件構(gòu)成的，A／D轉(zhuǎn)換(18)是將數(shù)據(jù)輸入(17)的模擬訊號(hào)(電壓、電流)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的集成電路ADC0809，D／A轉(zhuǎn)換(19)是將單片計(jì)算機(jī)CP(16)的數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M訊號(hào)送入模擬輸出(20)作為功能擴(kuò)展信號(hào)送到CP(16)外設(shè)控制單元的集成電路DAC0832和F007，模擬輸出(20)是分立元件構(gòu)成的，接口驅(qū)動(dòng)(21)是數(shù)字電路IC8243，控制輸出(22)是分立元件構(gòu)成的，接口驅(qū)動(dòng)(21)和控制輸出(22)組成CP(16)的控制信號(hào)輸出電路，顯示掃描(23)為IMC7218C構(gòu)成CP(16)的數(shù)據(jù)顯示輸出電路，接口(24)由TTL集成電路74LS245等構(gòu)成CP(16)向打印機(jī)(4)傳遞打印數(shù)據(jù)的電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀，其特征在于所述攪拌混合系統(tǒng)中，攪拌電機(jī)(6)、渦輪減速器(7)直接用彈性聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器(25)連接，此聯(lián)軸器(25)一端與攪拌電機(jī)(6)的軸頭鎖緊連接，另一端與渦輪減速器的渦桿(26)工作過(guò)程中可在聯(lián)軸器(25)里滑動(dòng)產(chǎn)生0～25mm的軸向位移；渦桿(26)中段有螺紋與渦輪(28)嚙合，渦桿(26)兩端與滑動(dòng)軸承(27、27′)配合，其配合長(zhǎng)度適合于渦桿(26)接收混合室(9)中試樣產(chǎn)生并經(jīng)渦輪(28)傳來(lái)的扭矩力后軸向位移0～25mm；渦輪減速器(7)輸出軸與軸承座(8)之間也用聯(lián)軸器(25′)連接，軸承座(8)中有滾動(dòng)軸承支承的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(29)、(30)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(29)通過(guò)聯(lián)軸器(25′)與渦輪減速器(7)直接連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(29)、(30)的一端分別安裝傳動(dòng)比為11～12且互相嚙合相向旋轉(zhuǎn)的齒輪(31)、(32)，另一端穿過(guò)軸承座(8)伸入混合室(9)后在軸端各安裝一只攪拌漿(33)；渦輪減速器(7)、齒輪(31)、(32)決定的攪拌漿(33)相向轉(zhuǎn)速為250／250～125／250r／min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所說(shuō)的炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀，其特征在于所述混合攪拌系統(tǒng)中的混合室(9)是由兩只攪拌漿(33)、混合池(34)、背板(35)、前蓋板(36)、隔離片(37)與(38)各兩片、兩個(gè)定位螺栓(39)、兩個(gè)手輪(40)和中心開(kāi)孔的上蓋板構(gòu)成的攪拌混合裝置；背板(35)為一塊由定位螺栓(39)壓靠于軸承座(8)端面上的圓形平板；兩個(gè)定位螺栓(39)一端為圓柱形並壓裝在背板(35)上用銷(xiāo)釘固定，另一端有供手輪(40)擰入的螺紋，混合池(34)、前蓋板(36)依次套掛在螺栓(39)上，再將手輪(40)擰緊于螺栓(39)的螺紋端；攪拌漿(33)用鍵聯(lián)結(jié)方式直接安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸(29)、(30)上后伸入混合池(34)內(nèi)腔中，漿外緣與混合池(34)壁間最小間隙為0.25～1.00mm；隔離片(37)、(38)分別壓裝在攪拌漿(33)兩端面的凹槽中且高出該端面0.05～0.15mm，隔離片(37)與(38)分別是圓柱形與圓環(huán)形；前蓋板(36)是有兩個(gè)供螺栓(39)穿過(guò)的圓形安裝孔的平蓋板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所說(shuō)的炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀，其特征在于所述攪拌漿(33)為橫截面呈橢圓形的葉片，它的厚度相當(dāng)于其最大外徑的0.5～0.8倍，其外緣厚度S2為3～5mm，攪拌漿(33)的長(zhǎng)度L1比混合池(34)厚度H小0.1～0.3mm；所述混合池(34)為內(nèi)腔由兩相交圓拱構(gòu)成橫截面呈ω形的部件，其兩邊壁中各有一個(gè)與定位螺栓(39)滑動(dòng)配合的圓形安裝孔，該兩圓拱截面的圓心距A為35～45mm，截面圓直徑D比圓心距A長(zhǎng)1～5mm，混合池厚度H為15～30mm，池壁用金屬或工程塑料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀，其特征在于所述傳感器(10)是由外殼(41)、活塞(42)、電感線圈(43)、軟鐵(44)、大彈簧(45)、小彈簧(46)、芯軸(47)、預(yù)緊力調(diào)整環(huán)(48)、終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)、鎖緊環(huán)(50)、滾動(dòng)軸承(51)和滑動(dòng)軸承襯套(52)等部件構(gòu)成的非接觸式電感傳感器；外殼(41)為一端有外螺紋，另一端有內(nèi)螺紋且其余內(nèi)表面光滑的圓筒，外螺紋端旋入渦輪減速器(7)中，渦桿(26)由此伸入并通過(guò)滑動(dòng)軸承襯套(52)后與滾動(dòng)軸承(51)直接滑動(dòng)配合，預(yù)緊力調(diào)整環(huán)(48)、終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)擰入外殼(41)的內(nèi)螺紋端，外殼(41)內(nèi)依次安放活塞(42)、大彈簧(45)和小彈簧(46)；活塞(42)是軸向剖面為T(mén)形的圓柱，其大頭圓柱直徑比外殼(41)內(nèi)徑小，小頭圓柱直徑比電感線圈(43)內(nèi)孔小，大頭圓柱的一端中心安裝內(nèi)徑與渦桿(26)伸入端的直徑相同的滾動(dòng)軸承(51)，另一端有供安裝大彈簧(45)的定位臺(tái)階，活塞(42)用非磁性材料制作；電感線圈(43)為粘結(jié)在終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)圓孔中的無(wú)骨架線圈，其外徑小于大彈簧(45)內(nèi)徑而它的內(nèi)徑大于軟鐵(44)外徑，軟鐵(44)為一只高導(dǎo)磁材料制作的圓筒，外徑略小于電感線圈(44)內(nèi)徑，非磁性材料制作的有外螺紋的芯軸(47)穿入軟鐵(44)的中空腔中，軟鐵(44)借助于芯軸(47)安在電感線圈(43)中心并可在小彈簧(46)推動(dòng)下在其中自由移動(dòng)，通過(guò)終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(44)可讓軟鐵(44)處于電感線圈(43)中間位置使傳感器(10)輸出的初始電平為零；預(yù)緊力調(diào)整環(huán)(50)為安裝在外殼(41)中的一只有外螺紋的圓環(huán)，其一端有供大彈簧(45)安裝的定位臺(tái)階，另端有扳口；終點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘(49)為具有內(nèi)外螺紋和調(diào)節(jié)手柄的位置調(diào)節(jié)部件，它的內(nèi)螺紋與芯軸(47)的外螺紋匹配，其外螺紋擰在外殼(41)的內(nèi)螺紋中，擰入位置確定后可用鎖緊環(huán)(50)鎖死。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀，其特征在于，所述控制系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)控制(5)是由三極管BG1～4、光電耦合器BK1～2、繼電器J1～2、電阻R1～R3、電容C1構(gòu)成的控制攪拌電機(jī)(6)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)的電路；驅(qū)動(dòng)控制(11)是由三極管BG5～13、二極管D1～3、集成電路IC1～2，光電耦合器BK3～4、繼電器J3、微動(dòng)開(kāi)關(guān)WK1～2、電阻R4～33、電容C2～6構(gòu)成的控制滴定電機(jī)(12)運(yùn)轉(zhuǎn)、上下限位以及傳感器(10)檢出訊號(hào)的交直流變換電路。
專(zhuān)利摘要一種炭黑結(jié)構(gòu)測(cè)定儀，由微處理機(jī)系統(tǒng)、攪拌混合系統(tǒng)、電感傳感器、控制系統(tǒng)、數(shù)字計(jì)量泵和電源系統(tǒng)組成。微處理機(jī)控制自動(dòng)滴定鄰苯二甲酸二丁酯，自動(dòng)判定炭黑吸附終點(diǎn)，自動(dòng)數(shù)據(jù)處理后由顯示器顯示、打印機(jī)打印表征炭黑結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果。本儀器可對(duì)微量試樣或全量試樣分析炭黑結(jié)構(gòu)，亦適于其它粉末物質(zhì)吸附特性的測(cè)定。具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、測(cè)量精度高、直接顯示打印測(cè)定結(jié)果的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N31/20GK2058494SQ9021170
公開(kāi)日1990年6月20日 申請(qǐng)日期1989年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月23日
發(fā)明者薛尚清, 鄧文郁, 唐紹其, 陳榮林 申請(qǐng)人:化學(xué)工業(yè)部炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)所