电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试方法及装置，该装置包括煤样罐、电阻型解吸量管以及智能模块，智能模块包括电流信号采集模块、处理模块以及主机，煤样罐与电阻型解吸量管连接，电阻型解吸量管内部有金属导片，金属导片连接电流信号采集模块。该测试方法：电阻型解吸量管中注满导电液体；解吸气进入电阻型解吸量管，解吸室中的电流变化，电流信号采集模块采集电流信号，并将采集到的信号传给处理模块，处理模块将电流信号转化为体积信号后传给主机，在主机上生成时间—体积关系图，由该关系图得出解吸速度。本发明减少了人工测试时的误差以及人工时间的浪费，提高了测试精度。
【专利说明】电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于瓦斯解吸实验装置【技术领域】，特别涉及一种电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试方法及装置。
【背景技术】
[0002]颗粒煤瓦斯解吸规律是煤层瓦斯含量测定、突出危险性预测、突出发展过程中破碎煤的瓦斯涌出、采落煤瓦斯涌出和煤层气开发等方面的关键科学问题之一。煤体的瓦斯解吸规律可用于确定煤层瓦斯含量、反映煤与瓦斯突出危险性，国内外众多学者对颗粒煤的瓦斯解吸规律进行了大量的研究，一方面根据瓦斯解吸规律计算瓦斯含量测定过程中的损失瓦斯量，另一方面根据解吸规律寻求突出危险预测指标及其临界值。现阶段煤体瓦斯解吸规律的研究方法主要采用吸附一解吸实验法，吸附一解吸实验法是搭建实验室实验系统，进行煤体瓦斯解吸初期的实验室实验，通过改变煤体瓦斯解吸的环境参数(主要是吸附平衡的瓦斯压力)和实验煤样本身的物理性质(主要是变质程度、破坏程度、粒度等)来研究煤体的瓦斯解吸初期规律，然而研究煤体的瓦斯解吸初期规律，主要是测定瓦斯解吸速度和解吸量，目前煤样瓦斯解吸速度和解吸量的主要测定方法是:通过带针头的导气管将解吸出来的气体导入到解吸量筒中，量筒上标有相应的刻度，每间隔一定的时间记录量筒内液体体积的读数来测得解吸速度和解吸量。该方法存在一定的不足:
1.需要实验人员持续2个小时或者更长的时间来记录数据，浪费大量时间和精力；
2.在读取筒内液体体积的刻度时，由于每个人观察液面高度的角度不同，易造成读数存在误差；
3.在读取筒内液体体积的刻度时，实验人员需边记录煤样解吸时间，边记录数据，易造成时间上的误差。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种能够自动测试瓦斯解析过程的方法及装置，减少人工测试时的误差以及人工时间的浪费。
[0004]为达到上述目的，本发明的技术方案是:电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试装置，包括煤样罐、智能模块以及电阻型解吸量管，所述的智能模块包括电流信号采集模块、处理模块以及主机，所述的电阻型解吸量管内部有两片金属导片，两片金属导片分别通过导线与电流信号采集模块相连，电流信号采集模块的信号输出端连接处理模块的信号输入端、处理模块的信号输出端通过电平转换单元连接主机。
[0005]所述两片金属导片为长方形，分别固定在电阻型解吸量管内表面的两侧，两金属导片不相接，金属导片贴在电阻型解吸量管内表面呈弧形。
[0006]所述的电阻型解吸量管顶端上固定两个接线柱，两片金属导片分别通过导线与两个接线柱相连接，两个接线柱分别通过导线与电流信号采集模块连接。
[0007]所述的处理模块包括模/数转换器、第一处理单元、第二处理单元以及无线通讯单元，模/数转换器的信号输入端连接电流信号采集模块的信号输出端，模/数转换器的信号输出端连接第一处理单元的信号输入端，第一处理单元的信号输出端通过无线通讯单元连接第二处理单元的信号输入端，第二处理单元连接电平转换单元，其中第一处理单元以及第二处理单元为单片机，电平转换单元为电平转化芯片。
[0008]一种上述装置实现的电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试方法，该方法包括以下步骤: A.向电阻型解吸量管的解吸室中注满导电液体，启动智能模块；
B.煤样装入煤样罐，将煤样罐与电阻型解吸量管接通，解吸气进入电阻型解吸量管，解吸室有导电液体排出，致使电阻型解吸量管中导电液体的电阻发生变化，从而使得电流发生变化，电流信号采集模块通过两片金属导片以及导线采集电流信号；
C.流信号采集模块将采集到的电流信号传输给处理模块，处理模块根据
,其中K1为导电液体充满电阻型解吸量管时已知体积，即量管的容积，
为当时间为t时的导电液体体积变化量，I1为导电液体充满电阻型解吸量管时测得电流，It为当时间为t时导电液体体积变化后测得电流，求出当时间为t时导电液体的体积变化
量，从而得出当时间为t时解吸出的气体的体积变化量也为ΔΚ，处理模块将不同时间得到
的不同的体积信号传送给主机，主机上生成时间一体积对应关系图，根据该关系图得出单位时间内解吸出的解吸气的体积，从而得出煤样瓦斯解吸速度，则煤样瓦斯的解吸速度为AVt /t。
[0009]步骤C所述的ΔK = ^(1 -h的得出方法为:根据R二m, R= —，S=Dh，V= π r2h
hS
得出，其中W为导电液体的电阻W为加在解吸室两端的电压，/为采集到的电流信号，0为导电液体的电阻率，S为解吸室内导电液体作为电阻时的截面积，Z为解吸室内导电液体作为电阻时的长度，D为解吸室内导电液体作为电阻时其截面的宽度，h为解吸室内液面的高度，r为解吸室的截面半径。
[0010]步骤C所述的处理模块将电流信号转化为体积信号的方法为:电流信号进行模/数转换后输入到第一处理单元；第一处理单元将电阻信号转化为体积信号；第一处理单元通过无线通讯单元将体积信号传输到第二处理单元进行缓存。
[0011]本发明通过在普通的解吸量管内增设金属导片，通过金属导片以及导线连接智能模块，智能模块进行检测解吸量管中导电液体的电阻变化，从而得到解吸出气体的体积变化量，实现了解吸气体积的自动测试，减少了人工测试时的误差及人工时间的浪费，提高了测试精度。同时根据电阻的变化可以随时反应出体积的变化，不存在延迟问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明装置的总体结构示意图；
图2为图1中智能模块的原理框图。
[0013]其中:煤样罐固定座1、煤样罐2、煤样罐盖3、导气针头4、导气管5、连接管6、进气管7、固定底座8、进液通道9、进液阀门10、排液管11、金属导片12、解吸室13、刻度14、电阻型解吸量管15、接线柱16、导线17、智能模块18。
【具体实施方式】
[0014]如图1及图2所示，电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试装置，包括煤样罐2、电阻型解吸量管15以及智能模块18，智能模块18包括电流信号采集模块、处理模块以及主机，所述的处理模块包括模/数转换器、第一处理单元、第二处理单元以及无线通讯单元，模/数转换器的信号输入端连接电流信号采集模块，模/数转换器的信号输出端连接第一处理单元的信号输入端，第一处理单元的信号输出端通过无线通讯单元连接第二处理单元的信号输入端，第二处理单元经过电平转换单元连接主机，所述的电平转换单元为电平转化芯片。
[0015]电阻型解吸量管15底端为固定底座8，固定底座8 一边设置有进气管7，另一边设置有排液管11，固定底座8中间部分为进液通道9，进液通道9上设置有进液阀门10，电阻型解吸量管15内部设置有两片金属导片12，所述的金属导片12为长方形，两金属导片12固定在电阻型解吸量管15内表面的两侧，金属导片12贴在解吸量管15的内表面上呈弧形，电阻型解吸量管15顶端上设置有两个接线柱16，金属导片12通过导线17与接线柱16相连接，接线柱16通过导线17连接电流信号采集模块，电源连接两个接线柱16，从而在解吸室13的两端加上一个恒定的电压。
[0016]煤样罐2放置于煤样罐固定座I上，煤样罐2端口处设置有煤样罐盖3 ；
所述的煤样罐2与电阻型解吸量管15通过导气管5相连，导气管5 —端设置有导气针
头4，导气针头4插入煤样罐盖3实现与煤样罐2的连通，导气管5另一端通过连接管6与进气管7接通。
[0017]用上述装置进行电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试的方法，该方法包括以下步骤:
首先打开进液阀门10，通过进液通道9向解吸室13中注入导电液体，待注满后关闭进液阀门10，通过导线17将接线柱16与智能模块18的电流信号采集模块连接起来，启动智能模块18 ；
其次将煤样装入煤样罐2中，立即拧紧煤样罐盖3，把煤样罐2放置于煤样罐固定座I上，将导气针头4插入煤样罐盖3 ；
然后智能模块18自动测试瓦斯的解吸过程，解吸气进入电阻型解吸量管15，则电阻型解吸量管15有导电液体排出，致使电阻型解吸量管15中导电液体的电阻发生变化，从而使得其中的电流发生变化，电流信号采集模块通过金属导片12以及导线17采集电流信号；电流信号采集模块将采集到的电流信号传输给模/数转换器，模/数转换器将模拟信号转换
为数字信号后将该信号传输给第一处理单元，第一处理单元处理模块根据^^=m-j),
iI
其中K1为导电液体充满电阻型解吸量管时已知体积(即量管的容积)，MZt为当时间为t
时的导电液体体积变化量，I1为导电液体充满电阻型解吸量管时测得电流，It为当时间为t时导电液体体积变化后测得电流，求出当时间为t时导电液体的体积变化量，从而得出当
时间为t时解吸出的气体的体积变化量为，其中的=m~j)的得出根据为'R:u/I,佐KuA，其中7?为导电液体的电阻，"为加在解吸室两端的电压，/为采
集到的电流信号，P导电液体的电阻率，^为解吸室内导电液体作为电阻时的截面积，Z为解吸室内导电液体作为电阻时的长度，D为解吸室内导电液体作为电阻时其截面的宽度，h为解吸室内液面的高度，r为解吸室的截面半径。[0018]然后第一处理单元经过无线通讯单元将该体积信号传输给第二处理单元，体积信号在第二处理单元中经过缓存经过电平转换单元将不同时间得到的不同的体积信号传送给主机,主机上生成时间一体积对应关系图,横轴读数t为时间的读数，纵轴读数为体积的读数，根据该关系图得出单位时间内解吸出的解吸气的体积，则煤样瓦斯的解吸速度为叫/to
[0019]本发明实现了煤样瓦斯解吸速度的全程自动测试，减少了人工测试时的误差和人工时间的浪费，提高了测试精度。同时由于电阻的变化可以及时地反应出体积的变化，不存在延迟问题。
【权利要求】
1.电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试装置，包括煤样罐，其特征在于:还包括智能模块以及电阻型解吸量管，所述的智能模块包括电流信号采集模块、处理模块以及主机，所述的电阻型解吸量管内部有两片金属导片，两片金属导片分别通过导线与电流信号采集模块相连，电流信号采集模块的信号输出端连接处理模块的信号输入端、处理模块的信号输出端通过电平转换单元连接主机。
2.根据权利要求1所述的电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试装置，其特征在于:所述两片金属导片为长方形，分别固定在电阻型解吸量管内表面的两侧，两金属导片不相接，金属导片贴在电阻型解吸量管内表面呈弧形。
3.根据权利要求1所述的电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试装置，其特征在于:所述的电阻型解吸量管顶端上固定两个接线柱，两片金属导片分别通过导线与两个接线柱相连接，两个接线柱分别通过导线与电流信号采集模块连接。
4.根据权利要求1所述的电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试装置，其特征在于:所述的处理模块包括模/数转换器、第一处理单元、第二处理单元以及无线通讯单元，模/数转换器的信号输入端连接电流信号采集模块的信号输出端，模/数转换器的信号输出端连接第一处理单元的信号输入端，第一处理单元的信号输出端通过无线通讯单元连接第二处理单元的信号输入端，第二处理单元连接电平转换单元，其中第一处理单元以及第二处理单元为单片机，电平转换单元为电平转化芯片。
5.一种应用权利要求1所述的电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试装置实现的电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: 向电阻型解吸量管的解吸室中注满导电液体，启动智能模块； 煤样装入煤样罐，将煤样罐与电阻型解吸量管接通，解吸气进入电阻型解吸量管，解吸室有导电液体排出，致使电阻型解吸量管中导电液体的电阻发生变化，从而使得电流发生变化，电流信号采集模块通过两片金属导片以及导线采集电流信号； 电流信号采集模块将采集到的电流信号传输给处理模块，处理模块根据
6.根据权利要求5所述的电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试方法，其特征在于:步骤C所述的
7.根据权利要求5所述的电阻型煤样瓦斯解吸速度全程自动测试方法，其特征在于:步骤C所述的处理模块将电流信号转化为体积信号的方法为:电流信号进行模/数转换后输入到第一处理单元；第一处理单元将电阻信号转化为体积信号；第一处理单元通过无线通讯单元将体积信号传输到第二处`理单元进行缓存。
【文档编号】G01N27/12GK103728349SQ201410020267
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】魏建平, 李波, 李国旗, 潘峰, 刘海波, 王福忠, 李涛 申请人:河南理工大学