用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统
技术领域
本发明涉及石墨烯制备领域，特别涉及一种用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统。
背景技术
石墨烯具有优异的光、电、力等特性，并且其自身无毒、良好的添加特点，使其在电子、能源、材料等领域得到广泛关注和应用，成为实至名归的“材料之王”。
在石墨烯应用过程中，特别是在储能、电池、防腐涂料等领域往往需要石墨烯颗粒先以分散质的形式均匀的分散在水或其他有机分散剂中，形成均一且稳定的石墨烯浆料后再进行后续添加应用。而石墨烯浆料浓度的不同，直接决定了其应用领域的不同以及应用产品的性质。
工业化生产浆料过程中，往往按照事先预定的工艺参数，加入指定量的石墨烯及分散剂再进行搅拌、超声波等处理方式，但这种工艺并不适应于连续化、大规模的生产过程，并且浆料最后的分散浓度只能通过后续检验、检测才可得知，另外，这种传统的生产过程，不易应对工艺参数改变时的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够用于连续生产过程、可实时检测浆料浓度、应对不同浓度需求的石墨烯浆料浓度控制的自适应系统。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，包括：
用于将石墨烯粉体与水混合形成石墨烯浆料的浆料混合单元；
用于检测石墨烯浆料浓度的浓度监测单元，与浆料混合单元连接；
控制单元，分别与浓度监测单元、浆料混合单元连接，用于根据浓度监测单元的检测结果操作浆料混合单元，以控制浆料混合单元所生产的石墨烯浆料的浓度。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，其中，还包括用于储存石墨烯浆料的浆料储罐，所述浆料混合单元包括用于储存固体物料的固体物料储罐以及预混合罐体，预混合罐体与固体物料储罐通过第一管路连接，所述第一管路上设置有电磁阀，电磁阀用于控制向预混合罐体加入石墨烯粉体的加入量，电磁阀与控制单元连接，所述预混合罐体与浆料储罐通过第二管路连接，所述浓度监测单元包括用于对第二管路的透明部分拍摄的CCD相机，所述CCD相机与控制单元连接，以将第二管路的图像传送给控制单元，所述控制单元根据第二管路的灰度值评判石墨烯浆料的浓度，根据石墨烯浆料的浓度控制电磁阀的开启幅度，以控制浆料混合单元所生产的石墨烯浆料的浓度。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，其中，所述浓度监测单元包括箱体，所述第二管路穿过所述箱体，所述箱体的第一侧壁上设置有用于提供光线的LED灯作为背光源，所述箱体的第二侧壁上设置有观察口，所述第二管路的透明部分位于所述箱体的内部且位于第一侧壁与第二侧壁之间，所述CCD相机设置于观察口的外部，以通过所述观察口拍摄第二管路的透明部分。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，其中，预混合罐体连接分散剂输入管，所述分散剂输入管上设置有变频泵，分散剂通过变频泵泵入预混合罐体，所述预混合罐体中设有用于浆料混匀的乳化头。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，其中，控制单元包括可编程逻辑控制器、通讯模块，通讯模块包括以太网通讯模块和过程现场总线模块。
相较于现有技术，本发明的技术方案具有以下优点：能够实时检测现有产物浓度，并根据需要进行自动调节；系统结构简单，易于接入现有石墨烯浆料生产线；可根据需要，通过设置不同的目的灰度值，以得到不同浓度的石墨烯浆料产品；灰度检测频率快，能够在极短时间内输出动作信号，进而对浓度做出调整。
附图说明
图1为本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统的结构示意图的主视图；
图2为控制单元的结构示意图。
图中标记：1.控制单元；2.浓度监测单元；21.LED灯；22.CCD相机；3.浆料混合单元；31.固体物料储罐；32.电磁阀；33.变频泵；34.预混合罐体；4.浆料储罐。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，以灰度值作为评判石墨烯浆料浓度的标准，能够实时、自动对石墨烯浆料产品进行浓度调节。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，包括：
用于将石墨烯粉体与水混合形成石墨烯浆料的浆料混合单元3；
用于检测石墨烯浆料浓度的浓度监测单元2，与浆料混合单元3连接；
控制单元1，分别与浓度监测单元、浆料混合单元连接，用于根据浓度监测单元的检测结果操作浆料混合单元，以控制浆料混合单元所生产的石墨烯浆料的浓度。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，其中，还包括用于储存石墨烯浆料的浆料储罐4，所述浆料混合单元包括用于储存固体物料的固体物料储罐31以及预混合罐体34，预混合罐体与固体物料储罐通过第一管路连接，所述第一管路上设置有电磁阀32，电磁阀32用于控制向预混合罐体34加入石墨烯粉体的加入量，电磁阀与控制单元连接，所述预混合罐体与浆料储罐通过第二管路连接，所述浓度监测单元包括用于对第二管路的透明部分拍摄的CCD相机22，所述CCD相机22与控制单元连接，以将第二管路的图像传送给控制单元，所述控制单元根据第二管路的灰度值评判石墨烯浆料的浓度，根据石墨烯浆料的浓度控制电磁阀的开启幅度，以控制浆料混合单元所生产的石墨烯浆料的浓度。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，其中，所述浓度监测单元包括箱体，所述第二管路穿过所述箱体，所述箱体的第一侧壁上设置有用于提供光线的LED灯21作为背光源，所述箱体的第二侧壁上设置有观察口，所述第二管路的透明部分位于所述箱体的内部且位于第一侧壁与第二侧壁之间，所述CCD相机设置于观察口的外部，以通过所述观察口拍摄第二管路的透明部分。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，其中，预混合罐体连接分散剂输入管，所述分散剂输入管上设置有变频泵33，分散剂通过变频泵33泵入预混合罐体34，所述预混合罐体中设有用于浆料混匀的乳化头。
本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统，其中，控制单元包括可编程逻辑控制器、通讯模块，通讯模块包括以太网通讯模块和过程现场总线模块。
CCD相机，用于实时捕捉光信号，并将光信号转换为电信号，通过线路连接到控制单元。CCD相机以每秒30-50的帧率进行拍摄，保证信号及数据的实时性。
分散剂通过变频泵泵入预混合罐体，且工作时流速恒定。
本发明的技术方案以灰度值作为判断浆料浓度大小的指标，控制单一变量的方式起到浓度控制的效果，其中分散剂的流量是恒定的，所控制的变量是石墨烯粉体的加入量。具体工作中，物料和水在预混合罐中的乳化头作用下混合均匀，CCD相机实时搜集流经浓度监测单元内部石英管的石墨烯浆料的灰度值，并传输给控制单元。控制单元通过对极短时间段(例如1秒或2秒)内多次数据的平均灰度值与预设的灰度值进行大小比较，运算得到石墨烯粉体的添加量并向电磁阀输出动作信号，以调节最终物料的浓度。
相较于现有技术，本发明的用于石墨烯浆料浓度控制的自适应系统具有以下优点：
1、能够实时检测现有产物浓度，并根据需要进行自动调节；
2、系统结构简单，易于接入现有石墨烯浆料生产线；
3、可根据需要，通过设置不同的目的灰度值，以得到不同浓度的石墨烯浆料产品；
4、灰度检测频率快，能够在极短时间内输出动作信号，进而对浓度做出调整。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
