专利名称：一种可控高升温速率热天平的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电加热实验设备领域，具体涉及一种可控高升温速率热天平，主 要适用于煤、生物质和固体废弃物等各种固体燃料在不同气氛和接近实际工况下的快速燃 烧、热解和气化特性及反应动力学的实验与理论研究。
背景技术：
研究高温、高升温速率下的煤、生物质和固体废弃物等固体燃料的热解、气化和燃 烧等热化学反应机理，以及掌握其在接近真实条件下的物理化学过程变化规律具有非常重 要的意义。为了模拟实际运行中燃料燃烧、气化、热解的反应过程，建立准确的预测模型，在 加热过程中获得的颗粒升温速率须高达IO2 105°C /S。目前，对燃料各种热化学利用方式的机理研究主要采用热天平。常规热天平的升 温速率一般只有10 40°C /min，远远低于实际应用的升温速率。这使得研究的准确性有 待商榷。因此，如何在颗粒升温速率接近实际工况的条件下，准确获得物料的质量变化，从 而获得实际的燃料反应动力学参数，成为了这类研究的瓶颈。中国专禾丨』，
公开日2010年8月11日，公开号CN101799M2A，申请号 201010104591. 9的实用新型专利“一种可控快速升温热天平反应炉”，采用两段式加热，最 高升温速率为102°C /s，远远低于实际运行中的升温速率。该装置的加热原理是将物料放 入高温恒温区，采用传热的过程对物料进行加热，因此升温速率低、升温历程无法实现线性 可控。中国专禾U，
公开日2007年11月7日，公开号CN200972442Y，申请号 200620127972. 8的实用新型专利“高温热天平”，采用管式电阻炉与电子天平联合组成热天 平，利用管式电阻炉对物料进行加热。这种加热方式决定了该装置加热速率低，能量消耗较 大。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种可控高升温速率热天平，可在接近实际 工况的升温速率条件下，获得各种燃料的样品质量变化和颗粒温度历程，从而获得反应动 力学常数，为掌握各种燃料的气固反应机理和物理化学过程变化规律提供依据。本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是本实用新型包括线网反应系统、温度采集和控制系统、质量采集系统。线网反应系统包括双层金属线网、平衡器、金属电极和无线电源系统。无线电源系 统包括无线电源供电装置和无线电源接收装置。金属电极放置在平衡器的两端，双层金属 线网两端夹持在金属电极上。无线电源接收装置与金属电极相连，通过接收无线电源供电 装置提供的电能使双层金属线网有电流流过，使用电流对物料进行高升温速率的加热。温度采集和控制系统设有高灵敏测温装置，高灵敏测温装置与功率调节器相连， 温度的测量与控制通过计算机自动进行。通过高灵敏测温装置测量样品的颗粒温度，测量到的温度信号经过放大器、滤波器作用转化为电信号进入计算机进行信号处理。温度信号 经计算机进行控制运算后，输出控制信号对功率控制器进行控制，实现对升温速率的控制。质量采集系统采用高灵敏微差天平，将样品的质量变化实时转化成电信号传输到 电控装置中进行连续监测和存储。高灵敏微差天平有位移检测器，样品的质量变化引起平 衡器位移，位移检测器将检测到的位移转化成电信号，电信号经过放大器放大，进入计算机 进行存储。本实用新型的装置外可以设密封罩，通过向密封罩内通入气体，实现不同气氛条 件下的实验。本实用新型的有益效果在于1)反应装置升温速率高、范围广。升温速率最小为10°C /min，最大为1000°C /s。 最高升温速率接近工业条件，使燃料应用过程的研究更接近实际工况。2)升温过程线性可控。在线性升温的条件下，准确获得样品的质量变化和温度历 程。为模拟接近工业条件下的燃料的反应动力学过程提供了条件。3)反应气氛可控。提供不同纯度的气氛条件，满足较高气氛纯度要求条件下的实 验。
附图是本实用新型实施例结构示意图。图中1高灵敏微差天平；2平衡器；3金属电极；4双层金属线网；5无线电源接收 装置；6无线电源供电装置；7高灵敏测温装置；8密封罩；9进气口； 10排气口。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图详细阐述本实用新型，但本实用新型并不局限于具体 实施例。实施例本装置采用电流加热的方式，将受控电流通过双层金属线网，产生升温所需热量。 高灵敏微差天平1组成了设备的框架。高灵敏微差天平1有平衡器2，平衡器2两端设金属 电极3。运行过程中，双层金属线网4被夹持在金属电极3上，本实施例双层金属线网选取 孔径为200目的不锈钢线网。无线接收装置5与金属电极3相连，通过接受无线供电装置 6传输的电能对双层金属线网4及线网间夹持的物料进行加热。高灵敏测温装置7测量到的温度信号经过放大器、滤波器作用转化为电信号进入 计算机进行信号处理。温度信号采集频率为100Hz，经微处理器进行控制运算后，输出控制 信号对功率控制器进行控制，实现对升温速率的控制。本装置设有密封罩8，密封罩上有平 衡进气口 9和排气口 10。实验时可根据需求的气氛不同，从平衡进气口 9向装置内通入不 同的气体。质量采集系统采用高灵敏度微差天平1将样品的质量变化实时转化成电信号传 输到计算机中进行连续监测和存储。由于选用孔径为200目的不锈钢线网，实验前将待测 样品制成粒径为100-200 μ m的粉末，这样保证样品在铺放时能以单颗粒状态均勻铺开，线 网的冲压印痕又防止样品的过度移位。实验时将待测样品均勻铺放于双层金属线网4的一
4侧，随着温度升高，样品的质量变化实时被高灵敏度微差天平1转化为电信并传输到微控 制器进行存储。 实验结束后，根据储存在计算机内的温度变化曲线及质量变化曲线获得反应的动 力学参数，分析反应特性、推断反应机理。
权利要求1.一种可控高升温速率热天平，包括线网反应系统、温度采集和控制系统、质量采集系 统，其特征是线网反应系统包括双层金属线网G)、平衡器O)、金属电极(3)和无线电源系统；无线 电源系统包括无线电源供电装置(6)和无线电源接收装置(5)；金属电极放置在平衡器的 两端，双层金属线网两端夹持在金属电极上；无线电源接收装置与金属电极相连，通过接收 无线电源供电装置提供的电能使双层金属线网有电流流过，使用电流对物料进行高升温速 率的加热；温度采集和控制系统设有高灵敏测温装置(7)，高灵敏测温装置与功率调节器相连，温 度的测量与控制通过计算机自动进行；质量采集系统采用高灵敏微差天平(1)，将样品的质量变化实时转化成电信号传输到 电控装置中进行连续监测和存储。
2.根据权利要求1所述的一种可控高升温速率热天平，其特征是在装置外设密封罩 (8)，通过向密封罩内通入气体，实现不同气氛条件下的实验。
专利摘要本实用新型公开了一种可控高升温速率热天平，属于电加热实验设备。该设备包括线网反应系统、温度采集和控制系统、质量采集系统。线网反应系统包括双层金属线网、金属电极、无线供电装置和无线接收装置。通过电流加热夹持在双层金属线网间的物料。温度采集和控制系统包括高灵敏测温装置和温度控制装置，温度的采集与控制通过计算机完成。质量采集系统将样品的质量变化转化成电信号传输到计算机中存储。设备外设有密封罩，实现不同气氛条件下的实验。本实用新型升温速率和反应气氛可控，升温速率最高达到1000℃/s，实现对样品温度历程准确的控制、样品质量变化的实时监测。为固体燃料在工业条件下的热化学反应特性及反应动力学的研究提供了条件。
文档编号G01N5/00GK201903489SQ20102066259
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者曲毅, 李爱民 申请人:大连理工大学