糖锤度计，糖锤度计测定的是什么浓度？

锤度参数指标在制糖生产中具有举足轻重的作用。在整个制糖工艺生产流程中，从初压汁到浓缩糖浆、废蜜等都需要检验特定工序的样品指标，以确定该样品是否合格，锤度就是其中的一个指标。同时，锤度参数指标也是实施生产过程流程自动化的基本参数之一。自动化检测，是指在自动化领域中，需要对某些参数进行实时、自动的测量、检验，这类无需人工操作而自动完成的检测。在线检测是相对于离线来说的，比如人工定时抽样到化验室检验，就是离线检测；而将仪器安装在生产线上能够24小时全天候对产品实行检测，即为在线。可以说，如果锤度参数无法实现自动在线检测，制糖生产过程要实现连续自动化就无从谈起。也正因为如此，多年来，随着技术的发展，各种各样的锤度自动在线检测技术也如雨后春笋般涌现出来，各显春秋。本文将各种主流检测技术从技术原理、应用特性、选用注意事项等方面进行讨论和分析，并结合实际应用中产生问题分析如何应对。

2 自动在线检测技术手段的原理分析

2.1 密度检测法［1］

各种液态食品都有其一定的密度或相对密度，当其组成成分及其浓度发生改变时，其密度或相对密度也发生改变，故测定液态食品的密度或相对密度可以检验食品的纯度和浓度。在制糖行业中，已经通过化学实验制定出密度与糖液锤度的对照表。

因此，只要测出糖液的密度，就可以通过计算机软件查出相应的糖液锤度。其依据公式如下：

p= △P /（g×h）

其中，△P为压力值，p为溶液密度值，g为重力

加速度，h为设定测量高度。

当前市面上通过密度检测法求取锤度的产品，基本以两种形式存在：一种是差压式，另一种是浮球式。虽然很多人认为浮球式检测法依据的原理是阿基米德原理。但是归根结底仍然是通过检测压力来获取密度。

基于密度检测技术原理的锤度自动在线检测仪表，表现形式多种多样，技术应用相对成熟。国内所研发的产品多以此类产品为主，价格比国外的便宜很多，一套产品价格约2~4万元左右。如图1是其中一种检测仪表。

这种锤度计，在高低两个位置固定安装两个压力传感器膜盒，以检测压力值，然后通过电路板芯片求取两个压力的差值，再利用上述公式求取密

2.2 折光检测法

折光率也称折光系数，是物质特有属性。对于某种介质来说，入射角的正弦与折射角的正弦之比恒为定值，它等于光在两种介质中的速度之比，是物质的特征常数之一。如图2所示的光路系统和原理公式。

图1 一种差压式锤度检测仪器

图2 折光检测技术原理及计算公式

每一种均一的物质都有固定的折射率，对于同一物质的溶液来说，其折射率的大小与其浓度成正比，因此测定物质的折射率可判断物质的纯度和浓度。在制糖行业中，糖溶液的折射率和锤度关系也已经被充分研究透彻，且制定出标准表格。因此，根据此原理设计生产的折光仪器检测出糖溶液的折射率，就必然能查出糖溶液的锤度。此类仪表一般称为锤度折光仪，德国、日本、美国、意大利等国家在此领域的研发均处于领先地位，并且在各行业中均有不俗的应用表现。但其价格相对昂贵，测量低锤度范围的价格已经达到4万元左右，测量高锤度范围的价格大概10~15万元。图3所示是国外一种锤度折光仪的产品表现形式。

由图3看出，它是由显示仪表、传感器、安装支

架构成的。

目前，国内在利用折光原理研发锤度或浓度检测技术方面暂时处于落后局面，研发出来的

杨作鹏，闭安青，尹雪洋：锤度自动在线检测技术在制糖工业中的应用40产品在同类产品竞争中也处于劣势。

2.3 微波［2］检测法

微波检测技术是新兴起的技术，源自于军工领域的发展而引入到民用工业方面，显得更为成熟和稳定。利用微波对浓度的测量方法是一种间接手段。微波高频信号在溶液中传输时，由于被水分子的吸收，从而造成自身的衰减和相移（水分子相对于其他的干固物有更大的介电常数因而被微波信号易选择传递）。其原理如图4所示。

图3 一种折光式锤度检测仪器

图4 微波在介质中传输的吸收原理

目前以微波原理研发的锤度计基本被德国所垄断，国内在这方面仍然是一片空白，因此，此价格也比较高，一般一套产品的价格在10~15万元左右。

2.4 振动检测法

通过测定振动管或音叉的振动频率，从而间接测得被测液体的密度。当液体流经叉体时，振动发生改变，引起谐振频率的变化，从而通过电子处理单元计算出准确的密度值。振动频率与密度的关系如下：

R=K0+K

1×T+K

2×T2

41式中，R-液体密度，T-传感器输出的振动周期，K0，K1，K2-传感器常数，出厂时标定求出密度以后，依据锤度-密度对应表就可以查出锤度。

目前，在利用振动原理研发锤度计上国外一直处于领先地位，尤其是音叉振动密度检测技术较为突出，其价格相对适中，一般是每套价格4~6万元左右。图5所示是美国一家公司的产品表现形式。

图5 一种音叉振动式锤度检测仪器

2.5 其他检测方法

其他还有放射性同位素检测法、电导式检测方法。电导式检测法是利用电解质溶液具有导电能力的原理来检测浓度。放射性同位素法是利用原子核子发射的γ射线穿透溶液的衰减程度来测算密度，再换算为浓度。

电导式检测法和同位素检测法在制糖行业方面应用较少。尤其是放射性同位素检测法，考虑到核辐射的安全性，企业在应用上更为谨慎。

3 在制糖企业中的选型应用

正确使用自动在线锤度检测仪表对于制糖企业指导生产具有重要的作用。当前各企业所应用的各种锤度在线检测仪表，五花八门，参差不齐，有国外大牌的也有国内无名小企业的，甚至也有生产企业内部员工自行创造的“土方法”来测量。因此，在选型上并没有唯一的标准。从生产企业使用者的角度来考虑，要从以下几方面因素来选型：

一是价格因素；二是工艺的环境条件，包括管道或者罐体的特点；三是介质的特点，包括温度、压力、流速、杂质等方面；四是员工的素质。不少企业负责人认为，在线锤度检测仪器既然是进口的而且价格不菲，质量应该是一包到底，有什么问题都去找产品代理商去维护，而不是注重培养员工的素质。这种情况，一旦产品质保期过后，仪器发生故障，不但维修费用贵而且维护不及时，给生产带来被动。因此，有些制糖企业，在刚开始的一两年，仪器运行尚可；之后就故障不断，逐渐被遗弃，一台昂贵的设备变成可有可无的摆设，相当可惜。

从多个企业调研的情况看，根据工段位置、糖液特点、价格因素、企业的使用要求等因素，各种原理的在线锤度检测仪表在制糖生产流程中都有应用，如表1所示。

在线锤度检测仪实际应用中，应注意以下几个问题：

靠前，当停产或使用一段时间后，必须对检测探头清洗。因为糖汁黏性极大，而且掺杂着其他钙盐等杂质，因此冷却后粘附在传感器探头上，容易

42工序 糖液特点 常见检测方法 优缺点

压榨 泡沫、掺杂蔗糠 密度检测法 价格相对较低；要经常维护；测量范围窄

澄清 添加剂多、温度高、流速快 密度检测法振动检测法 价格相对适中；要经常维护；测量范围窄

蒸发 密闭容器、真空、沸腾

微波检测法

折光检测法

价格相对昂贵；维护量少；国外仪器维修困难；测量范围宽

煮糖 锤度高、粘度大、密闭容器、真空

微波检测法

折光检测法

价格昂贵；维护量少；国外仪器维修困难；测量范围宽

其他 如甜水、废蜜、滤泥、废水等 抽样化验检测 手动检测为主，自动在线检测较为少用

表1 各类锤度自动在线检测仪器在制糖中的应用表现结垢，造成传感器测量失灵或精度下降。所以，国外的锤度计一般都具有相应的清洗装置配套，但价格要提高不少。

第二，所选用的在线锤度检测仪表应该具有温度补偿功能。如果没有温度补偿，则测量是不准确的。当测定糖液温度高于20℃时，因糖液体积膨胀导致相对密度减小，即锤度降低，故应加上相应的温度校正值（有标准表可查），反之，则应减去相应的温度校正值。

第三，要注重培训生产企业员工的技术能力。

即使是国外多么先进的检测设备，因为其一天到晚24小时全天候都泡在高温、高粘度、多蒸汽的糖溶液中使用，其实用性和可靠性比在实验室中使用都会大打折扣。所以，作为使用者的生产企业，要对专门维护仪器设备的技术人员进行培训，让其认真研究设备仪器的技术原理、使用方法和维护措施。这样才能充分发挥仪器引入是为生产服务的用途，而且要让其用得好、用得久。调研发现，不少企业在高价购买进口设备回来后，维护跟不上，才过一两年设备就失效，失效就无法维修，以致被遗弃，这是非常可惜的。

4 结语

从调研的情况来看，锤度自动在线检测仪表目前很多制糖企业中尚未能够进行推广应用，一般也只在大型企业或效益较好的企业可以看到在某些关键的工序位置中有应用实例。而制糖工业技术必将朝着自动化方向发展，锤度参数自动在线检测必须要普及和推广。

在我国，制糖行业是高生产成本、低利润的行业，这几年和未来几年，这一局面仍难有明显的改观。通过调查发现，仅是检测一个工序位置，一套国外进口的锤度在线检测仪器，其费用就高达十万以上；国内普通的一套仪器，也要3万左右。实际上，仅仅是检测某一个认为关键的工艺点，是不能真正实现无人值守的全自动化监控的。一般起码需要监控10~20个以上的工艺点，才能实现互联互通的全自动化控制。现阶段各制糖生产企业在生产过程中，自控整体投入率较低，更多的是生产单元投入。

另外，目前在用众多品牌的锤度计中，不管是国外、国内的都由于如管理维护条件、使用环境不适宜等诸多因素造成故障多或是测量不准确的问题，没有一个得到行业一致认可的品牌；也由于故障及测量偏差的等问题，造成对在线检测数据不信任而依赖传统分析数据的情况。

现大部分制糖厂的技术主管多是工艺专业出身，对生产自动化控制知识整体认识不足，虽然对推进生产线自动化水平的意愿很强，也有相应投入，但在实践中如遇到挫折，由于对自动化知识了解不够总是认为自动化专业人员水平不足或是测量仪器设备不适用，做出不利于自动化推进的决策，从而影响了产业工业自动化水平的提高。