折光仪在测定乳化液浓度上的应用

0、现状和问题

作为煤机产品液压传动的工作介质，乳化液在煤矿生产中具有重要作用，被称之为煤矿支护设备的“血液”。乳化液浓度对液压系统性能有很大影响：浓度过低会降低乳化液抗硬水能力、抗腐蚀性，导致液压元件锈蚀；浓度过高意味着乳化油用量增加，还会降低乳化液消泡力，增大对橡胶密封材料的溶胀性，导致密封失效，造成泄漏。永泰能源下属各矿地质条件导致矿井水复杂，对液压传动介质的配比具有较大的影响，同时由于历史原因，公司上、下对液压传动介质的认识和使用水平普遍较低，以前井下液压支架系统管理不善而产生支架锈蚀、阀件堵塞、密封失效、窜漏液、立柱和推移千斤顶大面积损坏等问题也司空见惯。

一、乳化液浓度指标

乳化液中乳化油的百分比即乳化液的浓度是评价乳化液性能的一个重要指标。合适的乳化液浓度能保证液压系统的持续稳定性，能为各矿减少不必要的浪费，降低采煤成本。因此井下乳化液浓度的准确监视、快速调节对于各矿安全、高效生产具有举足轻重的意义。

煤矿安全规程要求采用质量浓度为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。在当前实际生产中，永泰能源下属各矿普遍采用机械式自动配比器进行乳化液配比。虽然系统设计之初大都考虑了浓度自动检测、检测结果反馈给配比器自动调节实现乳化液浓度闭环控制。但由于乳化液浓度传感器检测精度和可靠性普遍达不到要求，实际生产中很少应用，一般采用手持式折光仪（俗称糖度计，见图1）人工离线检测溶液的白利糖度，然后乘以某一折光系数来换算乳化液浓度。

二、手持式折光仪的选择

水中溶解进任何物质，都会改变它的折光率，溶解的物质越多，溶液的折光率改变也越大。根据溶液折光率随溶质浓度的变化规律，可以用折光仪简便地测出乳化液的浓度。各矿井下使用的手持式折光仪，主要用于测定乳化液的浓度与折光率。这种仪器结构简单，携带方便，使用简洁，精度也较高。图2是装备分公司租赁中心选用的广州市铭睿科技有限公司生产的一种手持式折光仪的外形结构。福建泉州光学仪器厂、上海光学仪器厂等单位也生产这种仪器。

这种折光仪的使用方法：

掀开盖板（1），取试液数滴放在棱镜（2）的镜面上，合上盖板（1）。然后将盖板朝向明亮处，边通过目镜（7）观察，边转动调节圈（6），直至视场分界线清晰可见。视场明暗分界线所示的读数，即为试液折射率或浓度。

折光仪视场上有两排刻度，一排是折光率，另一排是伯利糖度数（BX）。测定乳化液浓度，通常采用其中的BX列刻度。因乳化液质量浓度一般为3%～5%，折光仪型号选LB5T或LB10T（最大使用刻度数5%或10%）就可以了，象租赁中心选用的这种LB32T型，量程有些偏大，对测量精度会有影响。

用折光仪测定乳化液浓度之前，须先用各矿自来水（不是蒸馏水）作为试液，把折光仪读数调到零点。

三、乳化液浓度的测定

3.1 试验设计

如图3所示，20±2℃时，装备公司检测中心选用HFAE10-5型乳化油作为折光率试验研究对象，分别配置0.5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、8%浓度的乳化液。选用的WAY-2S阿贝折射仪，从液晶显示屏上，可直接读出折光率数值。

3.2 测量结果及讨论

为了使读数准确，一般应将试样重复测量多次，每次误差不能超过0.0002，然

后取平均值。20±2℃时的试验结果如表1：

表1 不同浓度乳化液的折光率

根据测量的结果，使用 Excel 对不同浓度乳化液的折光率进行拟合，见图 4：

通过线性拟合得到的结果以及拟合的曲线分析可知: 在20±2℃时，该乳化液的折光率变化与其浓度呈线性关：y= 0.001245825x +1.331816461，这里x代表乳化液浓度百分数，y代表乳化液折光率，相关系数r=0.997932143。此方法可方便地直接检测乳化液的折光率，同时根据折光率和乳化液浓度的关系，快速确定乳化液浓度，为根据乳化液浓度开展实际井下配液工作，提供可靠数据，具有一定的实际意义。

在MT76-2011《液压支架用乳化油、浓缩液及其高含水液压液》标准中，新增了申报的产品须写明该产品规定使用浓度下的折光仪示数，以便当用户在现场使用该乳化油产品时可较为方便直观地控制浓度，开展实际配液工作。不同厂家，不同规格的乳化油产品的折光仪系数不同，各矿井下使用时，需根据厂家告知的产品在认证浓度下的折光仪示数正确使用。但是，目前永泰能源的大多数乳化油供应商，均未提供这一数据，我们须及时“补上这一课”。

四、乳化液温对折光率影响的讨论

各矿使用手持式折光仪测量折光率时，“乳化液温度”指的是夹在折光仪上盖板和检验棱镜之间那一薄层液体的温度。通常也指的是试验现场的气温。由于该夹层中的液体量极少，又被压成了一薄层，实际测量中的液温就变成了所用折光仪的温度。而井下工作面附近，一年四季的温差并不大，基本都在MT 76-2011标准要求的（20±2）℃范围以内，所以井下实际测量时，可以暂不考虑温度的影响。如图1中的LB系列各种规格糖度计，出厂前均设置了温度自动补偿。

五、使用折光仪的其它注意事项

1、折光仪的零位调节方法

折光仪的零位是可以调节的，只有调节好零位后再使用，才能获得准确的结果。由于多数折光仪的零位调节螺丝比较松动，为确保测量准确，必须在每次测量浓度前用自来水校准好所用折光仪的零位。校正好后，用滤纸吸干盖板和棱镜面上的水迹，再用于测量乳化液浓度。调好零位后应防止折光仪受到震动，亦不可采用摔动的办法来去除上面的残水，以免使调好的零位发生偏移。

2、测试后用清洁的自来水冲洗盖板和棱镜面，把残留在上面的乳化液充分清除干净，再用滤纸吸干残水，保存备用。如果前次测量时残留的乳化液没有清洗干净，让其自动变干，而下次测量前又未做充分的清洗，测量的浓度就会偏高。

3、读数时间不能太长，在长期放置中，夹在折光仪盖板和棱镜之间的乳化液会缓慢蒸发掉其中的水份，随着水份的减少，液体薄层的浓度会逐渐升高。由于这样的原因，每次读数时间不要太长，以免增大误差。