折光儀在測定乳化液濃度上的應用

0、現狀和問題

作為煤機產品液壓傳動的工作介質，乳化液在煤礦生產中具有重要作用，被稱之為煤礦支護設備的“血液”。乳化液濃度對液壓係統性能有很大影響：濃度過低會降低乳化液抗硬水能力、抗腐蝕性，導致液壓元件鏽蝕；濃度過高意味著乳化油用量增加，還會降低乳化液消泡力，增大對橡膠密封材料的溶脹性，導致密封失效，造成泄漏。永泰能源下屬各礦地質條件導致礦井水複雜，對液壓傳動介質的配比具有較大的影響，同時由於曆史原因，公司上、下對液壓傳動介質的認識和使用水平普遍較低，以前井下液壓支架係統管理不善而產生支架鏽蝕、閥件堵塞、密封失效、竄漏液、立柱和推移千斤頂大麵積損壞等問題也司空見慣。

一、乳化液濃度指標

乳化液中乳化油的百分比即乳化液的濃度是評價乳化液性能的一個重要指標。合適的乳化液濃度能保證液壓係統的持續穩定性，能為各礦減少不必要的浪費，降低采煤成本。因此井下乳化液濃度的準確監視、快速調節對於各礦安全、高效生產具有舉足輕重的意義。

煤礦安全01manbetx 要求采用質量濃度為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，配製成乳化液。在當前實際生產中，永泰能源下屬各礦普遍采用機械式自動配比器進行乳化液配比。雖然係統設計之初大都考慮了濃度自動檢測、檢測結果反饋給配比器自動調節實現乳化液濃度閉環控製。但由於乳化液濃度傳感器檢測精度和可靠性普遍達不到要求，實際生產中很少應用，一般采用手持式折光儀（俗稱糖度計，見圖1）人工離線檢測溶液的白利糖度，然後乘以某一折光係數來換算乳化液濃度。

二、手持式折光儀的選擇

水中溶解進任何物質，都會改變它的折光率，溶解的物質越多，溶液的折光率改變也越大。根據溶液折光率隨溶質濃度的變化規律，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，主要用於測定乳化液的濃度與折光率。這種儀器結構簡單，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的一種手持式折光儀的外形結構。福建泉州光學儀器廠、上海光學儀器廠等單位也生產這種儀器。

這種折光儀的使用方法：

掀開蓋板（1），取試液數滴放在棱鏡（2）的鏡麵上，合上蓋板（1）。然後將蓋板朝向明亮處，邊通過目鏡（7）觀察，邊轉動調節圈（6），直至視場分界線清晰可見。視場明暗分界線所示的讀數，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（BX）。測定乳化液濃度，通常采用其中的BX列刻度。因乳化液質量濃度一般為3%～5%，折光儀型號選LB5T或LB10T（最大使用刻度數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，對測量精度會有影響。

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，把折光儀讀數調到零點。

三、乳化液濃度的測定

3.1 試驗設計

如圖3所示，20±2℃時，裝備公司檢測中心選用HFAE10-5型乳化油作為折光率試驗研究對象，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值。

3.2 測量結果及討論

為了使讀數準確，一般應將試樣重複測量多次，每次誤差不能超過0.0002，然

後取平均值。20±2℃時的試驗結果如表1：

表1 不同濃度乳化液的折光率

濃度（%）	0	0.5	1	2	3	4	5	6	8
折光率	1.3316	1.3324	1.3331	1.3344	1.3359	1.337	1.3378	1.339	1.3419

根據測量的結果，使用 Excel 對不同濃度乳化液的折光率進行擬合，見圖 4：

通過線性擬合得到的結果以及擬合的曲線03manbetx 可知: 在20±2℃時，該乳化液的折光率變化與其濃度呈線性關：y= 0.001245825x +1.331816461，這裏x代表乳化液濃度百分數，y代表乳化液折光率，相關係數r=0.997932143。此方法可方便地直接檢測乳化液的折光率，同時根據折光率和乳化液濃度的關係，快速確定乳化液濃度，為根據乳化液濃度開展實際井下配液工作，提供可靠數據，具有一定的實際意義。

在MT76-2011《液壓支架用乳化油、濃縮液及其高含水液壓液》標準中，新增了申報的產品須寫明該產品規定使用濃度下的折光儀示數，以便當用戶在現場使用該乳化油產品時可較為方便直觀地控製濃度，開展實際配液工作。不同廠家，不同規格的乳化油產品的折光儀係數不同，各礦井下使用時，需根據廠家告知的產品在認證濃度下的折光儀示數正確使用。但是，目前永泰能源的大多數乳化油供應商，均未提供這一數據，我們須及時“補上這一課”。

四、乳化液溫對折光率影響的討論

各礦使用手持式折光儀測量折光率時，“乳化液溫度”指的是夾在折光儀上蓋板和檢驗棱鏡之間那一薄層液體的溫度。通常也指的是試驗現場的氣溫。由於該夾層中的液體量極少，又被壓成了一薄層，實際測量中的液溫就變成了所用折光儀的溫度。而井下工作麵附近，一年四季的溫差並不大，基本都在MT 76-2011標準要求的（20±2）℃範圍以內，所以井下實際測量時，可以暫不考慮溫度的影響。如圖1中的LB係列各種規格糖度計，出廠前均設置了溫度自動補償。

五、使用折光儀的其它注意事項

1、折光儀的零位調節方法

折光儀的零位是可以調節的，隻有調節好零位後再使用，才能獲得準確的結果。由於多數折光儀的零位調節螺絲比較鬆動，為確保測量準確，必須在每次測量濃度前用自來水校準好所用折光儀的零位。校正好後，用濾紙吸幹蓋板和棱鏡麵上的水跡，再用於測量乳化液濃度。調好零位後應防止折光儀受到震動，亦不可采用摔動的辦法來去除上麵的殘水，以免使調好的零位發生偏移。

2、測試後用清潔的自來水衝洗蓋板和棱鏡麵，把殘留在上麵的乳化液充分清除幹淨，再用濾紙吸幹殘水，保存備用。如果前次測量時殘留的乳化液沒有清洗幹淨，讓其自動變幹，而下次測量前又未做充分的清洗，測量的濃度就會偏高。

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