專利名稱：基于剪切應力的地溝油變溫檢測方法與儀器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器，更具體的說，尤其涉及一種可有效檢測油品的剪切應力并進行分析的基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器。
背景技術：
地溝油一旦流入市場，將會嚴重危害人民的健康。從破獲的地溝油案件來看，其制作形式主要包括兩種，一是下水道中的油膩漂浮物或賓館、酒樓的剩飯、剩菜(通稱泔水) 經過簡單加工和提煉后得到的油物；二是劣質豬肉、豬內臟、豬皮加工以及提煉后產出的油物。地溝油被冒充為花生油、香油、核桃油、調合油等流入市場。目前檢測方法主要有水分含量測定法、酸價測定法、膽固醇含量測定法、近紅外光譜法、電導率與極性物質測定法、重金屬含量測定法以及色澤、氣滋味、凝固點等方法。由于地溝油與食用植物油在成分含量及其他特性方面都沒有太大區別，地溝油也能達到國家規定的指標，所以很難區別。上面的這些方法也都存在著很大的局限性，有的只能檢測部分花生油，有的把芝麻油、橄欖油誤測成所謂“地溝油”。中國糧油協會油脂分會會長王瑞元稱， 目前，還沒有檢測“地溝油”的有效辦法。介于這樣背景，我感覺針對地溝油內部物質元素的檢驗很難找出鑒別方法，決定用液體剪切應力原理在變溫情況下來尋求鑒別地溝油的方法并制作了儀器。
發明內容
本發明為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種可有效檢測油品的剪切應力并進行分析的基于剪切應力的地溝油變溫檢測方法與儀器。本發明的基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器，其特別之處在于包括盛放油品的實驗容器、置于實驗容器外圍的調溫容器以及用于數據采集和處理的微控制器，微控制器連接有驅動電機、溫度檢測電路和液晶顯示器；所述調溫容器內設置有與微控制器相連接的加熱控制電路和制冷控制電路，驅動電機的轉動軸上設有置于實驗容器中的轉子體， 該轉子體上設置有與微控制器相連接的剪切應力傳感器；所述溫度檢測電路用于檢測調溫容器中流體的溫度。實驗容器用于存放待檢測的油品，調溫容器位于實驗容器的外圍，對油品進行加熱和制冷，以便控制油品在合理溫度范圍內變化；微控制器實現數據采集、運算和信號輸出，驅動電機是實現對轉子體的驅動，轉子體用于制造層流狀態，以便剪切應力傳感器檢測出準確的剪切應力信號。加熱控制電路和制冷控制電路直接實現油品的溫度調節， 溫度檢測電路用于檢測油品的溫度，液晶顯示器可對檢測數據和圖像進行直觀的顯示，以便準確區分正常食用植物油與地溝油。本發明的基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器，調溫容器的上端和下端分別開設有進水口和出水口，進水口和出水口分別與循環泵的出口和入口相連接；所述加熱控制電路包括置于調溫容器中的加熱棒。通過循環泵使得調溫容器中的水體為流動狀態，更有利于對實驗容器中的油品進行溫控控制。
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本發明的基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器，所述微控制器為Megal6單片機， 溫度檢測電路中采用型號為DS18B20的傳感器，所述液晶顯示器為5. 7寸320x240點陣的
液晶屏。本發明的基于剪切應力的地溝油變溫檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: a.設置剪切應力測試裝置，布設對待檢測油品的剪切應力數值進行采集的剪切應力測試裝置；b.設置溫控裝置，布設可對油品的溫度進行調節的溫度控制裝置；c.將待檢測的油品置入剪切應力測試裝置，通過溫控裝置對油品的溫度調節，檢測油品在20 30°C范圍內各溫度點下的剪切應力數值，采集的剪切應力數目不低于5個；d.對于每一種待檢測油品，均采用步驟c中的方法進行檢測，直至所有油品檢測完畢；e.將橄欖油置入剪切應力測試裝置，通過溫控裝置對油品的溫度調節，檢測橄欖油在20 30°C范圍內各溫度點下的剪切應力數值，采集的剪切應力數目不低于5個；f.以溫度參數為橫坐標，剪切應力數值為縱坐標；以先描點或連線的方式，繪制出每一種待檢測油品以及橄欖油的曲線；g.油品判斷，待檢測油品曲線位于橄欖油曲線上方的為地溝油，待檢測油品曲線位于橄欖油曲線下方的為正常食用植物油，待檢測油品曲線與橄欖油曲線重合的為橄欖油。本發明的有益效果是本發明的基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器，通過設置存放油品的實驗容器、進行溫度控制的調溫容器以及讓油品形成層流狀態的轉子體，并在轉子體上設置剪切應力傳感器，有效地實現了油品在不同溫度下的剪切應力數值的準確采集，并通過微控制器實現數據信息的運算和分析，以便對地溝油和正常食用植物油進行區分。本發明的基于剪切應力的地溝油變溫檢測方法，以橄欖油的剪切應力數值曲線為參考基準，通過繪制檢測油品的剪切應力數值曲線，可有效地識別出地溝油。同時，本發明的基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器和方法也可應用于檢測真假機油和對機油的使用壽命進行檢測，具有廣闊的應用前景。
圖I為本發明的實驗容器與驅動電機相配合的結構原理圖2為本發明的實驗容器與調溫容器相配合的主視圖的結構原理圖3為本發明的實驗容器與調溫容器相配合的左視圖的結構原理圖4為本發明的實驗容器與調溫容器相配合的俯視圖的結構原理圖5為本發明的檢測儀器的電路原理圖6為本發明的檢測儀器的電路模塊結構原理圖7為在10 50°C范圍內地溝油與食用油的剪切應力曲線圖8為在20 30°C范圍內地溝油與食用油的剪切應力曲線圖。圖中1實驗容器，2驅動電機，3轉子體，4轉動軸，5調溫容器，6固定支架，7固定底座，8加熱棒，9進水口，10出水口，11微控制器，12電源模塊，13剪切應力傳感器，14加熱控制電路，15制冷控制電路，16溫度檢測電路，17液晶顯示器，18按鍵模塊。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。首先從原理上對可采用剪切應力區別地溝油與食用油進行說明，液體作層流時，
4通過任一平行于流速的截面兩側的相鄰兩層流體上作用有一對阻止它們相對“滑動”的切向作用力與反作用力，使流動較快的一層流體減速，流動較慢的一層流體加速，我們稱這種力為剪切應力，也稱內摩擦力，這是流體的一種固有物理屬性。其計算式為
du
' ；dz
式中稱為流體的動力黏度，單位為帕斯卡秒(Pa ·. ) ο由于剪切應力是衡量流體流動性質的物理量，一般來說不同的液體都各自具有本身的剪切應力，地溝油與各種食用植物油也必然存在著不同的剪切應力。物質屬性決定了不同液體剪切應力的差異，所以我們可以通過制造層流狀態，在變溫情況下測量油品的剪切應力來判斷樣品是花生油、橄欖油、芝麻油、玉米油等植物油，還是危害健康的地溝油。其中，確定制造便于明顯區分地溝油和各種植物油的測量條件是設計中的難點。 具體的說有四個難點確定最佳的溫度區間、確定區分食用植物油與地溝油分界線、制造層流狀態上剪切應力傳感器、制造使油品均勻變溫的狀態。確定最佳的溫度區間進行測試是最先要解決的難點，直接影響著后面的一系列測量結果。任何物質都有固定的理化特征，一種物質由固態變液態時的溫度稱為熔點，由液態變成固態時稱為凝固點，兩者是同一個數值。跟水在O攝氏度下會結成冰一樣，液態油在存放溫度低于某一點后都會出現凝固現象， 這不代表油品的質量有問題。不同油品不同溫度下凝固點(熔點)不同。花生油的凝固點約10°c ;特級初榨棕果油與橄欖油大約為5°C ;普通的大豆油則約為零下8°C ;芝麻油凝固點O -6°C，玉米油的凝固點約為-10°C。而地溝油則根據配料的不同凝固點大多為2 15°C。大多數油品溫度在20°C靜置時呈現油品透明度最好的狀態。國內的著名的花生油廠家，均采用油罐建在室內，稱為恒溫庫，采用中央空調調溫，溫度以18°C為宜。運動液體中的摩擦力是液體分子間的動量交換和內聚力作用的結果。液體溫度升高時剪切應力減小，這是因為液體分子間的內聚力隨溫度升高而減小，而動量交換對液體的粘性作用不大。根據各種食用油的凝固點綜合判斷，在12°C以下花生油與地溝油開始凝固，這樣，我可以采取了從12°C到50°C測量花生油，橄欖油，芝麻油，以及三種典型地溝油 (來自山東平陰查封的樣品)，測試的數據結果如說明書附圖中的圖7所示。從圖7中所示的數據可以發現溫度越高這些油品的剪切應力數據線越接近，越不好區分。溫度越低線的距離越大越好區分。但是低于20度，有的油品就出現部分凝固點， 這樣會影響測量的準確性。根據各種食用油的本身特性以及數據綜合分析，本著便于區別而又不影響檢測效果的原則，測量溫度最佳在20至30度之間。經過對多種植物油與地溝油反復測量，發現幾種食用植物油里面橄欖油的剪切應力最大，但也是低于地溝油。所以， 可以以橄欖油的數據為植物油與地溝油的分界線。如圖I至圖4所示，分別給出了本發明的基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器的機械結構圖，其包括實驗容器I、驅動電機2、轉子體3、轉動軸4、調溫容器5、固定支架6、固定底座7、加熱棒8 ;所示的實驗容器I通過固定底座7固定在調溫容器5內，加熱棒8通過固定支架6固定在調溫容器5內。在測試的過程中，待測試油品放置在實驗容器I中，調溫容器5中盛放水質，以便對實驗容器I中的油品進行均勻加熱；調溫容器5的上方和下方還分別開設有進水口 9和出水口 10，進水口 9和出水口 10分別與循環泵的出口和入口相連
5接，以便實現加熱水的循環。驅動電機2與微控制器11相連接，驅動電機2的轉動軸4上設置有轉子體3，轉子體3在轉動的過程中實現待測試油品的分層作用，剪切應力傳感器13 設置在轉子體3上，以便實現準確的剪切應力檢測。如圖5和圖6所示，給出了本發明的檢測儀器的電路原理圖；其包括微控制器11、 電源模塊12、剪切應力傳感器13、加熱控制電路14、制冷控制電路15、溫度檢測電路16、液晶顯示器17、按鍵模塊18 ;所示的微控制器11起數據采集、運算和信號輸出作用，剪切應力傳感器13將采集的剪切應力信號輸入到微控制器11中，加熱控制電路14和制冷控制電路 15實現對調溫容器5中水溫的控制，溫度檢測電路16將加熱水的水溫信號反饋給微控制器 11，液晶顯示器17將檢測的數據以及繪制的曲線進行顯示，以便直觀反映出測量結果。其中，微控制器11可以采用ATmel公司生產的AVR Megal6單片機(速度較快、片內資源豐富)作為主控芯片，控制用電器的開關、屏幕的顯示、參數的輸入；讀取傳感器發回的數據并進行計算處理。微控制器11與剪切應力傳感器13之間采用串口通信，不僅穩定， 且使用較為廣泛，所以設計中使用串口實現與傳感器的通信。該部分中還要用到MAX232芯片，將單片機的TTL電平轉換為RS-232標準電平。加熱控制電路14中采用加熱棒進行加熱，加熱棒是交流用電器，所以設計中采用雙向可控硅控制加熱棒的開斷，與制冷片相互協作控制樣品的溫度。制冷控制電路15中采用制冷片，制冷片為直流12V用電器，且電流較大，采用大電流的MOS管控制，且電路比較簡單。由于本電路中既有12V用電器且電流要求
較大，又有土 5V供電的芯片，所以設計中電源模塊12采用現成的雙12V商品開關電源，然
后通過三端穩壓芯片7805與7905進行轉換，從而滿足系統對電源的要求。溫度檢測電路 16采用DS18B20芯片，DS18B20是一種非常好用的溫度傳感器，而且電路非常簡單，測量結果準確。液晶顯示器17采用5. 7寸320 X 240點陣的液晶屏作為顯示模塊能夠很好地完成數據的顯示及繪圖功能。由于采用轉速恒定的電機帶動轉子轉動，從而使燒杯中的流體形成層流，而流體對轉子具有反作用力，并通過與轉子相連的游絲彈簧將該剪切應力轉化為可供讀取的電信號，制作了剪切應力傳感器。為了提高測試的準確性，設置了轉子保護架。采用DS18B20溫度傳感器，選擇適用面廣，控制參數相互獨立的PID算法通過用半導體制冷片和交流加熱器，對探頭進行全過程控制。由于直接加熱和制冷油品，會造成冷熱不均勻，這樣就采取了利用水循環加熱或制冷的辦法使所測油品能夠均勻受熱或冷。為此，自行設計了一個油品檢測專用雙孔水浴槽。通過這個變溫系統從而使油品達到自動變溫的效果。可以自動測量一定溫度(20至30攝氏度)范圍內剪切應力隨溫度的變化情況。本發明的基于剪切應力的地溝油變溫檢測方法，按照以下方法進行a.設置剪切應力測試裝置，布設對待檢測油品的剪切應力數值進行采集的剪切應力測試裝置；b.設置溫控裝置，布設可對油品的溫度進行調節的溫度控制裝置；c.將待檢測的油品置入剪切應力測試裝置，通過溫控裝置對油品的溫度調節，檢測油品在20 30°C范圍內各溫度點下的剪切應力數值，采集的剪切應力數目不低于5個；d.對于每一種待檢測油品，均采用步驟 c中的方法進行檢測，直至所有油品檢測完畢；e.將橄欖油置入剪切應力測試裝置，通過溫控裝置對油品的溫度調節，檢測橄欖油在20 30°C范圍內各溫度點下的剪切應力數值，采集的剪切應力數目不低于5個；f.以溫度參數為橫坐標，剪切應力數值為縱坐標；以先描點
6或連線的方式，繪制出每一種待檢測油品以及橄欖油的曲線；g.油品判斷，待檢測油品曲線位于橄欖油曲線上方的為地溝油，待檢測油品曲線位于橄欖油曲線下方的為正常食用植物油，待檢測油品曲線與橄欖油曲線重合的為橄欖油。在使用的過程中，測試者首先進行儀器安裝調試，務必要把實驗儀器調到平衡狀態，同時確保實驗容器中的油品沒有滲入水及其它雜質，也不能有氣泡。提前做好準備工作之后，給系統通電，系統就開始工作，首先系統需要初始化，以確保系統能夠正常工作，之后將樣品放置在合適的位置，并由按鍵輸入需設定的參數，確認無誤后，再由按鍵發送測試開始的命令，測試工作就正式開始，測試過程中，主控芯片不斷地從傳感器中讀取測試的數據，并記錄下來，經過一定的處理之后在液晶屏幕上顯示來，待測試結束后，通過測量曲線與標準曲線的對比，得出結論。取測試花生油兩種，第一種為括魯花牌花生油，條碼號6916168616233,批號 DC2011-09-07 ;第二種為自制花生油。橄欖油一種，魯花牌，條碼號為6916168617766，標號為GB23347,日期2011-01-10。芝麻油一種，條形碼6927362702011，標號GB8233。玉米油一種，福臨門牌，條碼號6941499100076，標號GB19111,日期2011-04_28。核桃油一種， 原生牌，批號:370112-000632。地溝油三種，第一種為平陰縣濟西工業園千門商貿公司批發，封存編號A11。第二種為平陰縣孔村鎮郭柳溝村，濟南發達油脂工業有限公司生產，封存編號B9。第三種為平陰縣孔村鎮郭柳溝村，濟南發達油脂工業有限公司生產，封存編號C18。上述三種油分別編號為A、B、Co將所有測試結果綜合到一起可以清楚的看到，在20度到30度區間內，以橄欖油的測試曲線區分，所有地溝油以及地溝油混合油的曲線都在橄欖油曲線上面，而所有的植物油均在這條線的下面。
權利要求
1.一種基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器，其特征在于包括盛放油品的實驗容器 (I)、置于實驗容器外圍的調溫容器(5)以及用于數據采集和處理的微控制器(11)，微控制器連接有驅動電機(2)、溫度檢測電路(16)和液晶顯示器(17);所述調溫容器內設置有與微控制器相連接的加熱控制電路(14)和制冷控制電路(15)，驅動電機的轉動軸上設有置于實驗容器中的轉子體(3)，該轉子體上設置有與微控制器相連接的剪切應力傳感器(13); 所述溫度檢測電路用于檢測調溫容器中流體的溫度。
2.根據權利要求I所述的基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器，其特征在于調溫容器(5 )的上端和下端分別開設有進水口( 9 )和出水口( 10 )，進水口和出水口分別與循環泵的出口和入口相連接；所述加熱控制電路(14 )包括置于調溫容器(5 )中的加熱棒(8 )。
3.根據權利要求I或2所述的基于剪切應力的地溝油變溫檢測儀器，其特征在于所述微控制器(11)為Megaie單片機，溫度檢測電路(16)中采用型號為DS18B20的傳感器，所述液晶顯示器(17)為5. 7寸320240點陣的液晶屏。
4.一種基于剪切應力的地溝油變溫檢測方法，其特征在于，包括以下步驟a.設置剪切應力測試裝置，布設對待檢測油品的剪切應力數值進行采集的剪切應力測試裝置；b.設置溫控裝置，布設可對油品的溫度進行調節的溫度控制裝置；c.將待檢測的油品置入剪切應力測試裝置，通過溫控裝置對油品的溫度調節，檢測油品在20 30°C范圍內各溫度點下的剪切應力數值，采集的剪切應力數目不低于5個；d.對于每一種待檢測油品，均采用步驟c中的方法進行檢測，直至所有油品檢測完畢；e.將橄欖油置入剪切應力測試裝置，通過溫控裝置對油品的溫度調節，檢測橄欖油在 20 30°C范圍內各溫度點下的剪切應力數值，采集的剪切應力數目不低于5個；f.以溫度參數為橫坐標，剪切應力數值為縱坐標；以先描點或連線的方式，繪制出每一種待檢測油品以及橄欖油的曲線；g.油品判斷，待檢測油品曲線位于橄欖油曲線上方的為地溝油，待檢測油品曲線位于橄欖油曲線下方的為正常食用植物油，待檢測油品曲線與橄欖油曲線重合的為橄欖油。
全文摘要
本發明的地溝油變溫檢測儀器，包括實驗容器、調溫容器和微控制器，微控制器連接有驅動電機、溫度檢測電路和液晶顯示器；調溫容器內設有加熱控制電路和制冷控制電路，驅動電機上設有轉子體，轉子體上設有剪切應力傳感器；溫度檢測電路用于檢測調溫容器中流體的溫度。本發明的方法包括a.設置剪切應力測試裝置；b.設置溫控裝置；c.檢測油品在20～30℃的剪切應力數值；e.檢測橄欖油的剪切應力；f.繪制剪切應力曲線；g.油品判斷。本發明的儀器和方法，實現了油品在不同溫度下的剪切應力采集，以橄欖油為參，有效實現了對地溝油和正常食用植物油進行區分，具有廣闊的應用前景。
文檔編號G01N25/20GK102590272SQ201210036530
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月18日 優先權日2012年2月18日
發明者殷子炫 申請人:殷子炫