生产过程中的液体浓度,为什么越来越需要在线监测?

在食品饮料、化工、生物制药、金属加工等生产过程中,“浓度”往往是一个需要持续关注的工艺参数。

例如饮料糖度是否稳定、清洗液浓度是否处于设定范围、切削液是否需要补充、化工溶液配比是否发生变化,都可能影响后续生产。

传统检测通常采用人工取样,再送到实验室使用折光仪、密度计或其他仪器进行测量。这种方式能够完成质量检验,但对于连续生产来说,往往存在一个问题:取样时的状态,并不一定代表几分钟之后生产线中的状态。

因此,在一些连续化生产场景中,“在线浓度监测”正在成为过程控制的重要手段。

 

图1:在线检测设备场景图

一、在线折光仪是怎么测浓度的?

在线折光仪的检测基础,是液体的折射率变化

当光线进入不同介质时,传播方向会发生变化,而不同浓度的溶液,其折射率通常也会有所不同。

在线折光仪通过检测棱镜与液体界面的全反射临界角,计算液体折射率,再根据已经建立的折射率---浓度关系,将数据换算为Brix、质量浓度或其他工艺指标。彩谱CRN56采用的也是全反射临界角测量原理。

简单理解就是:

浓度变化 → 折射率变化 → 光学信号变化 → 仪器计算浓度。

这种方法的一个特点,是能够直接安装在管道或者罐体中,让液体经过检测位置时持续获取数据,而不需要每次人工取样。

 

图2:在线折光仪测量原理图

二、为什么很多生产线需要“连续测量”?

举一个比较直观的例子。

假设某条饮料生产线要求糖度保持在设定范围内,操作人员每隔一小时取一次样。

10:00测量正常,并不代表10:20、10:30的糖度没有变化。

如果原料流量、温度或者配比出现波动,到下一次取样时才发现浓度异常,中间已经生产出来的产品可能还需要重新处理。

在线检测的价值就在这里。

设备持续读取浓度数据后,操作人员看到的不再只是一个个孤立的检测结果,而是一条随时间变化的浓度曲线

如果数据开始偏离工艺范围,就可以较早发现趋势。

这也是在线检测与实验室检测比较明显的区别:前者更关注生产过程,后者更多用于抽检、复核和质量判定

两种方式并不是互相替代,而是可以形成互补。

三、温度为什么也是检测中的重要参数?

实际生产过程中,液体温度通常不是恒定的。

而折射率本身会受到温度影响,因此,同一种溶液在不同温度下直接测得的数据可能存在差异。

在线折光仪通常会同步测量液体温度,并根据设定模型进行温度补偿。

以CRN56为例,其可以同时显示折射率、Brix、浓度和温度,并支持多点温度补偿以及浓度曲线修正。

这类功能的意义并不是简单“多测一个温度”,而是尽量减少生产温度变化给浓度换算带来的影响。

 

图3:浓度曲线+温度曲线双曲线示意图

四、什么场景比较适合在线折光检测?

从原理来看,只要液体浓度变化能够与折射率建立稳定关系,就有机会采用折光法进行检测。

比较常见的方向包括:

食品饮料中的糖液、果汁、糖浆及各种配料液;化工生产中的酸碱溶液及不同溶剂;机械加工中的切削液、乳化液、清洗液;以及一些需要持续进行浓度管理的工艺液体。

彩谱CRN56的Brix测量范围为0.0~100%,折射率范围为1.33299~1.57041,Brix分辨率为0.01%,并提供 4–20mA 与 RS485 信号输出,可用于生产现场的数据采集与控制系统连接。

对于没有标准 Brix 对应关系的液体,也可以通过实验建立折射率—浓度模型,再用于实际过程监测。

因此,在选用在线折光仪之前,通常还需要确认几个问题:被测介质是什么、浓度范围是多少、生产温度是多少、管道尺寸和压力如何,以及是否需要将数据接入PLC或其他控制系统。

 

图4:应用场景图

 


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