专利名称：基于剪切应力的地沟油变温检测方法与仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于剪切应力的地沟油变温检测仪器，更具体的说，尤其涉及一种可有效检测油品的剪切应力并进行分析的基于剪切应力的地沟油变温检测仪器。
背景技术：
地沟油一旦流入市�。嵫现匚：θ嗣竦慕】�。从破获的地沟油案件来看，其制作形式主要包括两种，一是下水道中的油腻漂浮物或宾馆、酒楼的剩饭、剩菜(通称泔水) 经过简单加工和提炼后得到的油物；二是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工以及提炼后产出的油物。地沟油被冒充为花生油、香油、核桃油、调合油等流入市场。目前检测方法主要有水分含量测定法、酸价测定法、胆固醇含量测定法、近红外光谱法、电导率与极性物质测定法、重金属含量测定法以及色泽、气滋味、凝固点等方法。由于地沟油与食用植物油在成分含量及其他特性方面都没有太大区别，地沟油也能达到国家规定的指标，所以很难区别。上面的这些方法也都存在着很大的局限性，有的只能检测部分花生油，有的把芝麻油、橄榄油误测成所谓“地沟油”。中国粮油协会油脂分会会长王瑞元称， 目前，还没有检测“地沟油”的有效办法。介于这样背景，我感觉针对地沟油内部物质元素的检验很难找出鉴别方法，决定用液体剪切应力原理在变温情况下来寻求鉴别地沟油的方法并制作了仪器。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可有效检测油品的剪切应力并进行分析的基于剪切应力的地沟油变温检测方法与仪器。本发明的基于剪切应力的地沟油变温检测仪器，其特别之处在于包括盛放油品的实验容器、置于实验容器外围的调温容器以及用于数据采集和处理的微控制器，微控制器连接有驱动电机、温度检测电路和液晶显示器；所述调温容器内设置有与微控制器相连接的加热控制电路和制冷控制电路，驱动电机的转动轴上设有置于实验容器中的转子体， 该转子体上设置有与微控制器相连接的剪切应力传感器；所述温度检测电路用于检测调温容器中流体的温度。实验容器用于存放待检测的油品，调温容器位于实验容器的外围，对油品进行加热和制冷，以便控制油品在合理温度范围内变化；微控制器实现数据采集、运算和信号输出，驱动电机是实现对转子体的驱动，转子体用于制造层流状态，以便剪切应力传感器检测出准确的剪切应力信号。加热控制电路和制冷控制电路直接实现油品的温度调节， 温度检测电路用于检测油品的温度，液晶显示器可对检测数据和图像进行直观的显示，以便准确区分正常食用植物油与地沟油。本发明的基于剪切应力的地沟油变温检测仪器，调温容器的上端和下端分别开设有进水口和出水口，进水口和出水口分别与循环泵的出口和入口相连接；所述加热控制电路包括置于调温容器中的加热棒。通过循环泵使得调温容器中的水体为流动状态，更有利于对实验容器中的油品进行温控控制。
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本发明的基于剪切应力的地沟油变温检测仪器，所述微控制器为Megal6单片机， 温度检测电路中采用型号为DS18B20的传感器，所述液晶显示器为5. 7寸320x240点阵的
液晶屏。本发明的基于剪切应力的地沟油变温检测方法，其特征在于，包括以下步骤: a.设置剪切应力测试装置，布设对待检测油品的剪切应力数值进行采集的剪切应力测试装置；b.设置温控装置，布设可对油品的温度进行调节的温度控制装置；c.将待检测的油品置入剪切应力测试装置，通过温控装置对油品的温度调节，检测油品在20 30°C范围内各温度点下的剪切应力数值，采集的剪切应力数目不低于5个；d.对于每一种待检测油品，均采用步骤c中的方法进行检测，直至所有油品检测完毕；e.将橄榄油置入剪切应力测试装置，通过温控装置对油品的温度调节，检测橄榄油在20 30°C范围内各温度点下的剪切应力数值，采集的剪切应力数目不低于5个；f.以温度参数为横坐标，剪切应力数值为纵坐标；以先描点或连线的方式，绘制出每一种待检测油品以及橄榄油的曲线；g.油品判断，待检测油品曲线位于橄榄油曲线上方的为地沟油，待检测油品曲线位于橄榄油曲线下方的为正常食用植物油，待检测油品曲线与橄榄油曲线重合的为橄榄油。本发明的有益效果是本发明的基于剪切应力的地沟油变温检测仪器，通过设置存放油品的实验容器、进行温度控制的调温容器以及让油品形成层流状态的转子体，并在转子体上设置剪切应力传感器，有效地实现了油品在不同温度下的剪切应力数值的准确采集，并通过微控制器实现数据信息的运算和分析，以便对地沟油和正常食用植物油进行区分。本发明的基于剪切应力的地沟油变温检测方法，以橄榄油的剪切应力数值曲线为参考基准，通过绘制检测油品的剪切应力数值曲线，可有效地识别出地沟油。同时，本发明的基于剪切应力的地沟油变温检测仪器和方法也可应用于检测真假机油和对机油的使用寿命进行检测，具有广阔的应用前景。
图I为本发明的实验容器与驱动电机相配合的结构原理图2为本发明的实验容器与调温容器相配合的主视图的结构原理图3为本发明的实验容器与调温容器相配合的左视图的结构原理图4为本发明的实验容器与调温容器相配合的俯视图的结构原理图5为本发明的检测仪器的电路原理图6为本发明的检测仪器的电路�？榻峁乖硗�7为在10 50°C范围内地沟油与食用油的剪切应力曲线图8为在20 30°C范围内地沟油与食用油的剪切应力曲线图。图中1实验容器，2驱动电机，3转子体，4转动轴，5调温容器，6固定支架，7固定底座，8加热棒，9进水口，10出水口，11微控制器，12电源�？椋�13剪切应力传感器，14加热控制电路，15制冷控制电路，16温度检测电路，17液晶显示器，18按键模块。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。首先从原理上对可采用剪切应力区别地沟油与食用油进行说明，液体作层流时，
4通过任一平行于流速的截面两侧的相邻两层流体上作用有一对阻止它们相对“滑动”的切向作用力与反作用力，使流动较快的一层流体减速，流动较慢的一层流体加速，我们称这种力为剪切应力，也称内摩擦力，这是流体的一种固有物理属性。其计算式为
du
' ；dz
式中称为流体的动力黏度，单位为帕斯卡秒(Pa ·. ) ο由于剪切应力是衡量流体流动性质的物理量，一般来说不同的液体都各自具有本身的剪切应力，地沟油与各种食用植物油也必然存在着不同的剪切应力。物质属性决定了不同液体剪切应力的差异，所以我们可以通过制造层流状态，在变温情况下测量油品的剪切应力来判断样品是花生油、橄榄油、芝麻油、玉米油等植物油，还是�：】档牡毓涤�。其中，确定制造便于明显区分地沟油和各种植物油的测量条件是设计中的难点。 具体的说有四个难点确定最佳的温度区间、确定区分食用植物油与地沟油分界线、制造层流状态上剪切应力传感器、制造使油品均匀变温的状态。确定最佳的温度区间进行测试是最先要解决的难点，直接影响着后面的一系列测量结果。任何物质都有固定的理化特征，一种物质由固态变液态时的温度称为熔点，由液态变成固态时称为凝固点，两者是同一个数值。跟水在O摄氏度下会结成冰一样，液态油在存放温度低于某一点后都会出现凝固现象， 这不代表油品的质量有问题。不同油品不同温度下凝固点(熔点)不同。花生油的凝固点约10°c ;特级初榨棕果油与橄榄油大约为5°C ;普通的大豆油则约为零下8°C ;芝麻油凝固点O -6°C，玉米油的凝固点约为-10°C。而地沟油则根据配料的不同凝固点大多为2 15°C。大多数油品温度在20°C静置时呈现油品透明度最好的状态。国内的著名的花生油厂家，均采用油罐建在室内，称为恒温库，采用中央空调调温，温度以18°C为宜。运动液体中的摩擦力是液体分子间的动量交换和内聚力作用的结果。液体温度升高时剪切应力减�。馐且蛭禾宸肿蛹涞哪诰哿λ嫖露壬叨跣。拷换欢砸禾宓恼承宰饔貌淮�。根据各种食用油的凝固点综合判断，在12°C以下花生油与地沟油开始凝固，这样，我可以采取了从12°C到50°C测量花生油，橄榄油，芝麻油，以及三种典型地沟油 (来自山东平阴查封的样品)，测试的数据结果如说明书附图中的图7所示。从图7中所示的数据可以发现温度越高这些油品的剪切应力数据线越接近，越不好区分。温度越低线的距离越大越好区分。但是低于20度，有的油品就出现部分凝固点， 这样会影响测量的准确性。根据各种食用油的本身特性以及数据综合分析，本着便于区别而又不影响检测效果的原则，测量温度最佳在20至30度之间。经过对多种植物油与地沟油反复测量，发现几种食用植物油里面橄榄油的剪切应力最大，但也是低于地沟油。所以， 可以以橄榄油的数据为植物油与地沟油的分界线。如图I至图4所示，分别给出了本发明的基于剪切应力的地沟油变温检测仪器的机械结构图，其包括实验容器I、驱动电机2、转子体3、转动轴4、调温容器5、固定支架6、固定底座7、加热棒8 ;所示的实验容器I通过固定底座7固定在调温容器5内，加热棒8通过固定支架6固定在调温容器5内。在测试的过程中，待测试油品放置在实验容器I中，调温容器5中盛放水质，以便对实验容器I中的油品进行均匀加热；调温容器5的上方和下方还分别开设有进水口 9和出水口 10，进水口 9和出水口 10分别与循环泵的出口和入口相连
5接，以便实现加热水的循环。驱动电机2与微控制器11相连接，驱动电机2的转动轴4上设置有转子体3，转子体3在转动的过程中实现待测试油品的分层作用，剪切应力传感器13 设置在转子体3上，以便实现准确的剪切应力检测。如图5和图6所示，给出了本发明的检测仪器的电路原理图；其包括微控制器11、 电源模块12、剪切应力传感器13、加热控制电路14、制冷控制电路15、温度检测电路16、液晶显示器17、按键�？�18 ;所示的微控制器11起数据采集、运算和信号输出作用，剪切应力传感器13将采集的剪切应力信号输入到微控制器11中，加热控制电路14和制冷控制电路 15实现对调温容器5中水温的控制，温度检测电路16将加热水的水温信号反馈给微控制器 11，液晶显示器17将检测的数据以及绘制的曲线进行显示，以便直观反映出测量结果。其中，微控制器11可以采用ATmel公司生产的AVR Megal6单片机(速度较快、片内资源丰富)作为主控芯片，控制用电器的开关、屏幕的显示、参数的输入；读取传感器发回的数据并进行计算处理。微控制器11与剪切应力传感器13之间采用串口通信，不仅稳定， 且使用较为广泛，所以设计中使用串口实现与传感器的通信。该部分中还要用到MAX232芯片，将单片机的TTL电平转换为RS-232标准电平。加热控制电路14中采用加热棒进行加热，加热棒是交流用电器，所以设计中采用双向可控硅控制加热棒的开断，与制冷片相互协作控制样品的温度。制冷控制电路15中采用制冷片，制冷片为直流12V用电器，且电流较大，采用大电流的MOS管控制，且电路比较简单。由于本电路中既有12V用电器且电流要求
较大，又有土 5V供电的芯片，所以设计中电源模块12采用现成的双12V商品开关电源，然
后通过三端稳压芯片7805与7905进行转换，从而满足系统对电源的要求。温度检测电路 16采用DS18B20芯片，DS18B20是一种非�：糜玫奈露却衅鳎业缏贩浅＜虻ィ饬拷峁既�。液晶显示器17采用5. 7寸320 X 240点阵的液晶屏作为显示�？槟芄缓芎玫赝瓿墒莸南允炯盎嫱脊δ堋Ｓ捎诓捎米俸愣ǖ牡缁幼佣股毡械牧魈逍纬刹懔鳎魈宥宰泳哂蟹醋饔昧Γ⑼ü胱酉嗔挠嗡康山眉羟杏αψ晒┒寥〉牡缧藕牛谱髁思羟杏αΥ衅�。为了提高测试的准确性，设置了转子保护架。采用DS18B20温度传感器，选择适用面广，控制参数相互独立的PID算法通过用半导体制冷片和交流加热器，对探头进行全过程控制。由于直接加热和制冷油品，会造成冷热不均匀，这样就采取了利用水循环加热或制冷的办法使所测油品能够均匀受热或冷。为此，自行设计了一个油品检测专用双孔水浴槽。通过这个变温系统从而使油品达到自动变温的效果。可以自动测量一定温度(20至30摄氏度)范围内剪切应力随温度的变化情况。本发明的基于剪切应力的地沟油变温检测方法，按照以下方法进行a.设置剪切应力测试装置，布设对待检测油品的剪切应力数值进行采集的剪切应力测试装置；b.设置温控装置，布设可对油品的温度进行调节的温度控制装置；c.将待检测的油品置入剪切应力测试装置，通过温控装置对油品的温度调节，检测油品在20 30°C范围内各温度点下的剪切应力数值，采集的剪切应力数目不低于5个；d.对于每一种待检测油品，均采用步骤 c中的方法进行检测，直至所有油品检测完毕；e.将橄榄油置入剪切应力测试装置，通过温控装置对油品的温度调节，检测橄榄油在20 30°C范围内各温度点下的剪切应力数值，采集的剪切应力数目不低于5个；f.以温度参数为横坐标，剪切应力数值为纵坐标；以先描点
6或连线的方式，绘制出每一种待检测油品以及橄榄油的曲线；g.油品判断，待检测油品曲线位于橄榄油曲线上方的为地沟油，待检测油品曲线位于橄榄油曲线下方的为正常食用植物油，待检测油品曲线与橄榄油曲线重合的为橄榄油。在使用的过程中，测试者首先进行仪器安装调试，务必要把实验仪器调到平衡状态，同时确保实验容器中的油品没有渗入水及其它杂质，也不能有气泡。提前做好准备工作之后，给系统通电，系统就开始工作，首先系统需要初始化，以确保系统能够正常工作，之后将样品放置在合适的位置，并由按键输入需设定的参数，确认无误后，再由按键发送测试开始的命令，测试工作就正式开始，测试过程中，主控芯片不断地从传感器中读取测试的数据，并记录下来，经过一定的处理之后在液晶屏幕上显示来，待测试结束后，通过测量曲线与标准曲线的对比，得出结论。取测试花生油两种，第一种为括鲁花牌花生油，条码号6916168616233,批号 DC2011-09-07 ;第二种为自制花生油。橄榄油一种，鲁花牌，条码号为6916168617766，标号为GB23347,日期2011-01-10。芝麻油一种，条形码6927362702011，标号GB8233。玉米油一种，福临门牌，条码号6941499100076，标号GB19111,日期2011-04_28。核桃油一种， 原生牌，批号:370112-000632。地沟油三种，第一种为平阴县济西工业园千门商贸公司批发，封存编号A11。第二种为平阴县孔村镇郭柳沟村，济南发达油脂工业有限公司生产，封存编号B9。第三种为平阴县孔村镇郭柳沟村，济南发达油脂工业有限公司生产，封存编号C18。上述三种油分别编号为A、B、Co将所有测试结果综合到一起可以清楚的看到，在20度到30度区间内，以橄榄油的测试曲线区分，所有地沟油以及地沟油混合油的曲线都在橄榄油曲线上面，而所有的植物油均在这条线的下面。
权利要求
1.一种基于剪切应力的地沟油变温检测仪器，其特征在于包括盛放油品的实验容器 (I)、置于实验容器外围的调温容器(5)以及用于数据采集和处理的微控制器(11)，微控制器连接有驱动电机(2)、温度检测电路(16)和液晶显示器(17);所述调温容器内设置有与微控制器相连接的加热控制电路(14)和制冷控制电路(15)，驱动电机的转动轴上设有置于实验容器中的转子体(3)，该转子体上设置有与微控制器相连接的剪切应力传感器(13); 所述温度检测电路用于检测调温容器中流体的温度。
2.根据权利要求I所述的基于剪切应力的地沟油变温检测仪器，其特征在于调温容器(5 )的上端和下端分别开设有进水口( 9 )和出水口( 10 )，进水口和出水口分别与循环泵的出口和入口相连接；所述加热控制电路(14 )包括置于调温容器(5 )中的加热棒(8 )。
3.根据权利要求I或2所述的基于剪切应力的地沟油变温检测仪器，其特征在于所述微控制器(11)为Megaie单片机，温度检测电路(16)中采用型号为DS18B20的传感器，所述液晶显示器(17)为5. 7寸320240点阵的液晶屏。
4.一种基于剪切应力的地沟油变温检测方法，其特征在于，包括以下步骤a.设置剪切应力测试装置，布设对待检测油品的剪切应力数值进行采集的剪切应力测试装置；b.设置温控装置，布设可对油品的温度进行调节的温度控制装置；c.将待检测的油品置入剪切应力测试装置，通过温控装置对油品的温度调节，检测油品在20 30°C范围内各温度点下的剪切应力数值，采集的剪切应力数目不低于5个；d.对于每一种待检测油品，均采用步骤c中的方法进行检测，直至所有油品检测完毕；e.将橄榄油置入剪切应力测试装置，通过温控装置对油品的温度调节，检测橄榄油在 20 30°C范围内各温度点下的剪切应力数值，采集的剪切应力数目不低于5个；f.以温度参数为横坐标，剪切应力数值为纵坐标；以先描点或连线的方式，绘制出每一种待检测油品以及橄榄油的曲线；g.油品判断，待检测油品曲线位于橄榄油曲线上方的为地沟油，待检测油品曲线位于橄榄油曲线下方的为正常食用植物油，待检测油品曲线与橄榄油曲线重合的为橄榄油。
全文摘要
本发明的地沟油变温检测仪器，包括实验容器、调温容器和微控制器，微控制器连接有驱动电机、温度检测电路和液晶显示器；调温容器内设有加热控制电路和制冷控制电路，驱动电机上设有转子体，转子体上设有剪切应力传感器；温度检测电路用于检测调温容器中流体的温度。本发明的方法包括a.设置剪切应力测试装置；b.设置温控装置；c.检测油品在20～30℃的剪切应力数值；e.检测橄榄油的剪切应力；f.绘制剪切应力曲线；g.油品判断。本发明的仪器和方法，实现了油品在不同温度下的剪切应力采集，以橄榄油为参，有效实现了对地沟油和正常食用植物油进行区分，具有广阔的应用前景。
文档编号G01N25/20GK102590272SQ201210036530
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月18日 优先权日2012年2月18日
发明者殷子炫 申请人:殷子炫
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
