燃烧产物气体体积测量装置及测量方法与流程

本发明涉及电气设备火灾污染物测量技术领域，具体涉及一种燃烧产物气体体积测量装置及测量方法。

背景技术：

变电站电气设备材料中主要可燃烧的物质包括绝缘油脂、电缆护套绝缘层等，燃烧产物包括油脂挥发物、co、co2气体及不完全燃烧产生的多环芳烃、硝基环芳烃、含氧多环芳烃、黑炭等致癌物。另外，在变电站火灾的扑救过程中使用的灭火剂如泡沫、水、干粉、七氟丙烷、co2和全氟己酮等，在高温作用下与燃烧烟气混合，形成复杂污染源。在外界风场作用下，火场排放的大气污染物向下风向扩散和沉降；火灾烟气混合物也可伴随泡沫、水等灭火剂进入周围的水体和土壤环境。这些有毒有害气态污染物的输入，增加环境负荷，对周围居民的身体健康及土壤与水体环境质量带来严重的负面影响。

研究变电站电气设备燃烧及污染物排放特征，需要对变电站内电气设备可燃物进行燃烧后气体残留物种类测试，测试过程中需要收集相关气体进行分析。目前，气体体积测量的技术方案主要有：气体流量计法和排水法。对于气体流量计法，由于气体的流速往往不稳定，不太适用于小流量或非连续气流的测量，而且一些腐蚀性气体还会对流量计造成损害，应用比较局限。对于排水法，实际应用中又可分为直接法和间接法。现有技术中，如公开号为cn204649259u的中国实用新型专利公开了一种采用直接排水法测量气体体积的装置，包括筒体，筒体的筒身设有体积刻度，筒体上端和下端分别设有顶盖和底盖，在顶盖上设有进气管和阀门，顶盖与筒体的上端、底盖与筒体的下端通过螺纹连接，均可拆卸。直接法通常是将气体通入装满水的倒置容器中，根据容器自身的刻度直接读出排出气体的体积；间接法是根据排出容器的水的体积，间接得出气体体积，排水法的缺点是容易因人为操作导致测量偏差，不能测量易溶于水的气体，而且气体测量完成后也不好回收。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：现有技术中变电站电气设备材料燃烧气体体积测量时其测量范围小、误差大、操作容易失误和应用局限的技术问题。

本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种燃烧产物气体体积测量装置，包括测量箱，测量箱中设置有第一杠杆、第二杠杆、温度检测部件、第一气压检测部件、第一力传感器、第二力传感器、信号处理器；

第一杠杆的第一端设置气体收集袋，气体收集袋中设置有第二气压检测部件，第一杠杆的第二端连接至第一力传感器；

第二杠杆的第一端连接至第二力传感器，第二杠杆的第二端设置有气体采样器，气体采样器中设置有第三气压检测部件；

所述第一力传感器、第二力传感器均连接至信号处理器；

还包括进气组件，进气组件分别通向气体收集袋、气体采样器。

本发明中的燃烧产物气体体积测量装置在实际应用时，通过第一杠杆配合第一力传感器能够测得气体收集袋中气体质量与浮力的差值，通过气体采样器从气体收集袋中抽取样品，第二杠杆配合第二力传感器能够测得所抽取气体的质量，温度检测部件测得温度，第一气压检测部件测得气压，通过上述测得的参数进行体积测量，整体装置结构简单、测量范围宽、精确度高的燃烧产物气体体积测量装置，可重复测量操作进行求平均值，减少实验误差。该燃烧产物气体体积测量装置具备以下优点，将待测气体全部收集了起来，对于一些流速小，流量小的气体测量结果比较准确；测量范围宽，对于溶于水的气体和腐蚀性的气体都可以测量；可多次测量，减少误差，测量完的气体可以回收；简单易携带，使用方便；操作简单，人为失误少。

优化的，所述测量箱为封闭箱体，测量箱上设置有进气孔，所述进气组件经进气孔通向箱体内部。

优化的，所述测量箱上设置有显示屏，温度检测部件、第一气压检测部件、第一力传感器、第二力传感器检测的结果均能够显示在显示屏上。

显示屏能够显示各步骤的测量结果，方便检查测量的过程和查错。

优化的，所述第一杠杆的第一端设置第一秤盘底座，第一秤盘底座上设置有第一秤盘，所述气体收集袋置于第一秤盘上；

所述第二杠杆的第二端设置有第二秤盘底座，第二秤盘底座上设置有第二秤盘，所述气体采样器置于第二秤盘上。

优化的，所述温度检测部件为温度计。

优化的，所述第一气压检测部件为气压表。

优化的，所述第一力传感器、第二力传感器均采用电磁平衡式传感器。

利用电磁力平衡原理进行测量，可称量的范围更广、更精确，能测得的最小质量能够精确到微克。

优化的，所述进气组件包括总管，总管端部分别连接有第一支管、第二支管，第一支管通向气体收集袋，第二支管通向气体采样器。

优化的，所述气体收集袋采用聚氟乙烯薄膜制成。

聚氟乙烯薄膜具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶所有的溶剂，同时具有耐高温的特点，能耐气体高温和腐蚀，扩大可测气体的范围。

本发明还公开一种采用上述燃烧产物气体体积测量装置的测量方法，包括如下步骤：

a、气体收集：

通过进气组件仅向气体收集袋中充气，当第二气压检测部件达到预定数值p0，并稳定一段时间后，停止充气，完成气体收集，此时，第一力传感器检测的数值会发生变化，数值为气体收集袋中气体质量与浮力的差值，第一力传感器检测的数值为m1，即：

m1g+f浮＝m气g

其中，f浮为气体收集袋所受浮力，m气为气体收集袋中气体质量；

b、气体采样器采样：

停止充气后，通过气体采样器从气体收集袋中抽取气体，此时第三气压检测部件数值会略小于第二气压检测部件，调整气体采样器，使第三气压检测部件数值达到p0，然后读取气体采样器中取样气体体积v0，第二力传感器的检测数值为m0，即为所抽取气体的质量；

温度检测部件检测温度为t0，第一气压检测部件检测气压为p，将气体采样器中的气体注回气体收集袋，并重复上述过程，多次实验，求m1、v0、m0、t0、p的平均值；

c、计算待测气体体积v气的方法可从平均摩尔质量或者平均气体密度出发：

c1、平均摩尔质量m

根据克拉伯龙方程式：

pv＝nrt

其中p是指理想气体的压强，v为理想气体的体积，n表示气体物质的量，而t则表示理想气体的热力学温度，r为理想气体常数；

计算出气体采样器内气体的物质的量：

气体摩尔体积：

由所述气体采样器抽取待测气体的质量为m0，联合克拉伯龙方程式：

pv＝nrt

计算出的所述气体采样器内气体的物质的量n0，可求得待测气体平均摩尔质量：

空气的密度ρ空由温度检测部件检测温度为t0和第一气压检测部件检测气压为p查《空气密度表》确定；

联立第一力传感器检测的数值m1和第二力传感器的检测数值m0，可得：

m1g+f浮＝m气g

m1g+ρ空gv气＝nm气g

m1g+ρ空gnvm＝nm气g

由此，可得待测气体体积v气；

c2、平均气体密度ρ

根据密度方程式：

m＝ρv

计算出气体采样器内气体的密度：

空气的密度ρ空由温度检测部件检测温度为t0和第一气压检测部件检测气压为p查《空气密度表》确定；

联立第一力传感器检测的数值m1和第二力传感器的检测数值m0，可得：

m1g+f浮＝m气g

m1g+ρ空gv气＝ρv气g

由此，可得待测气体体积v气。

通过上述方法能够借助燃烧产物气体体积测量装置准确测得待测气体体积，相对于现有技术，测量范围宽、精确度高的燃烧产物气体体积测量装置，可重复测量操作进行求平均值，减少实验误差。该燃烧产物气体体积测量装置具备以下优点，将待测气体全部收集了起来，对于一些流速小，流量小的气体测量结果比较准确；测量范围宽，对于溶于水的气体和腐蚀性的气体都可以测量；可多次测量，减少误差，测量完的气体可以回收；简单易携带，使用方便；操作简单，人为失误少。

本发明的优点在于：

1.本发明中的燃烧产物气体体积测量装置在实际应用时，通过第一杠杆配合第一力传感器能够测得气体收集袋中气体质量与浮力的差值，通过气体采样器从气体收集袋中抽取样品，第二杠杆配合第二力传感器能够测得所抽取气体的质量，温度检测部件测得温度，第一气压检测部件测得气压，通过上述测得的参数进行体积测量，整体装置结构简单、测量范围宽、精确度高的燃烧产物气体体积测量装置，可重复测量操作进行求平均值，减少实验误差。该燃烧产物气体体积测量装置具备以下优点，将待测气体全部收集了起来，对于一些流速小，流量小的气体测量结果比较准确；测量范围宽，对于溶于水的气体和腐蚀性的气体都可以测量；可多次测量，减少误差，测量完的气体可以回收；简单易携带，使用方便；操作简单，人为失误少。

2.显示屏能够显示各步骤的测量结果，方便检查测量的过程和查错。

3.利用电磁力平衡原理进行测量，可称量的范围更广、更精确，能测得的最小质量能够精确到微克。

4.聚氟乙烯薄膜具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶所有的溶剂，同时具有耐高温的特点，能耐气体高温和腐蚀，扩大可测气体的范围。

5.通过上述方法能够借助燃烧产物气体体积测量装置准确测得待测气体体积，相对于现有技术，测量范围宽、精确度高的燃烧产物气体体积测量装置，可重复测量操作进行求平均值，减少实验误差。该燃烧产物气体体积测量装置具备以下优点，将待测气体全部收集了起来，对于一些流速小，流量小的气体测量结果比较准确；测量范围宽，对于溶于水的气体和腐蚀性的气体都可以测量；可多次测量，减少误差，测量完的气体可以回收；简单易携带，使用方便；操作简单，人为失误少。

附图说明

图1为本发明实施例中燃烧产物气体体积测量装置的示意图；

其中，

测量箱-1、进气孔-11、显示屏-12；

第一杠杆-2、气体收集袋-21、第一秤盘底座-22、第一秤盘-23、第二气压检测部件-24；

第二杠杆-3、气体采样器-31、第二秤盘底座-32、第二秤盘-33、第三气压检测部件-34；

温度检测部件-4；

第一气压检测部件-5；

第一力传感器-6；

第二力传感器-7；

信号处理器-8；

进气组件-9、总管-91、第一支管-92、第二支管-93、收集袋电磁阀-94、采样器电磁阀-95、阀门-96。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种燃烧产物气体体积测量装置，包括测量箱1、第一杠杆2、第二杠杆3、温度检测部件4、第一气压检测部件5、第一力传感器6、第二力传感器7、信号处理器8、进气组件9。

如图1所示，所述第一杠杆2、第二杠杆3、温度检测部件4、第一气压检测部件5、第一力传感器6、第二力传感器7、信号处理器8均设置在测量箱1中，所述温度检测部件4为温度计，所述第一气压检测部件5为气压表。

如图1所示，所述测量箱1为封闭箱体，测量箱1上设置有进气孔11，所述进气组件9经进气孔11通向箱体内部，进气孔11为一圆孔。所述测量箱1上设置有显示屏12，温度检测部件4、第一气压检测部件5、第一力传感器6、第二力传感器7检测的结果均能够显示在显示屏12上，温度检测部件4、第一气压检测部件5、第一力传感器6、第二力传感器7检测的结果通过现有技术中的连接结构传输至显示屏12上，具体连接结构为现有技术，或者，也可直接读取温度检测部件4、第一气压检测部件5的示数。测量箱1上可开设柜门，以便开启后操作者操作内部的相关部件，另外，也可将测量箱1设置成开放式的，方便操作者直接伸入箱体内部进行相关操作。

如图1所示，第一杠杆2的第一端设置气体收集袋21，所述气体收集袋21采用聚氟乙烯薄膜制成。气体收集袋21可多次重复使用，使用完需要用真空泵将气体抽空，用有机溶剂进行清洗，按待测气体的实际产量选择适宜规格的气体收集袋21。

如图1所示，气体收集袋21中设置有第二气压检测部件24，第二气压检测部件24采用气压传感器，如防水—防腐蚀气体型高精度传感器，第一杠杆2的第二端连接至第一力传感器6，第一力传感器6固定在测量箱1内部。

具体的，如图1所示，所述第一杠杆2的第一端设置第一秤盘底座22，第一秤盘底座22上设置有第一秤盘23，所述气体收集袋21置于第一秤盘23上，第一秤盘底座22、第一秤盘23不限于特定形状，能够承载气体收集袋21即可，本实施例中第一秤盘底座22、第一秤盘23均为圆形，气体收集袋21不限于特定形状，本实施例中气体收集袋21充满气后为圆柱形，所述第一杠杆2可采用天平，例如选用超微量天平，可称量的范围更广、更精确。

所述第二杠杆3可采用天平，例如选用超微量天平。第二杠杆3的第一端连接至第二力传感器7，第二力传感器7固定在测量箱1内部。第二杠杆3的第二端设置有气体采样器31，气体采样器31中设置有第三气压检测部件34，第三气压检测部件34采用气压传感器，如防水—防腐蚀气体型高精度传感器，本实施例中，所述气体采样器31采用现有技术中的zg-1型手动采样器，所述第三气压检测部件34安装在气体采样器31的活塞中，用于检测气体采样器31的活塞与气体采样器31气阀片之间的气压。

具体的，如图1所示，所述第二杠杆3的第二端设置有第二秤盘底座32，第二秤盘底座32上设置有第二秤盘33，所述气体采样器31置于第二秤盘33上，第二秤盘底座32、第二秤盘33不限于特定形状，能够承载气体采样器31即可，本实施例中第二秤盘底座32、第二秤盘33均为圆形。

所述第一力传感器6、第二力传感器7均采用电磁平衡式传感器。所述第一力传感器6、第二力传感器7均连接至信号处理器8，信号处理器8为现有技术，用以将第一力传感器6、第二力传感器7检测的电信号转换成质量数值显示在显示屏12上。

如图1所示，还包括进气组件9，进气组件9分别通向气体收集袋21、气体采样器31。

具体的，如图1所示，所述进气组件9包括总管91，总管91端部分别连接有第一支管92、第二支管93，总管91、第一支管92、第二支管93均采用软管，总管91经进气孔11进入测量箱1内部，第一支管92通向气体收集袋21，第二支管93通向气体采样器31。具体的，所述总管91上设置有收集袋电磁阀94，所述第二支管93上设置有采样器电磁阀95，所述气体收集袋21上设置阀门96，所述第一支管92端部连接至阀门96。

实施例二：

本发明还公开一种采用上述燃烧产物气体体积测量装置的测量方法，包括如下步骤：

a、气体收集：

通过进气组件9仅向气体收集袋21中充气，具体是，开启收集袋电磁阀94、阀门96，关闭采样器电磁阀95，当第二气压检测部件24达到预定数值p0，并稳定一段时间后，关闭收集袋电磁阀94，停止充气，完成气体收集，此时，第一力传感器6检测的数值会发生变化，数值为气体收集袋21中气体质量与浮力的差值，第一力传感器6检测的数值为m1，即：

m1g+f浮＝m气g

其中，f浮为气体收集袋21所受浮力，m气为气体收集袋21中气体质量；

b、气体采样器31采样：

停止充气后，开启采样器电磁阀95，通过气体采样器31从气体收集袋21中抽取气体，此时第三气压检测部件34数值会略小于第二气压检测部件24，调整气体采样器31，使第三气压检测部件34数值达到p0，然后读取气体采样器31中取样气体体积v0，第二力传感器7的检测数值为m0，即为所抽取气体的质量；具体为，气体采样器31采用的是zg-1型手动采样器，气体采样器31的管口连接至第二支管93，抽动气体采样器31的手柄吸入取样气体，气体采样器31的气阀片会保持气体只进不出，放气需要旋转采样器手柄。调整气体采样器31时，手动推动气体采样器31手柄压缩气体，使气体采样器31内的压强与气体收集袋21一致。从气体采样器31的器身观察活塞的位置，由刻度得出气体的体积，从而确定取样气体的参数。

温度检测部件4检测温度为t0，第一气压检测部件5检测气压为p，将气体采样器31中的气体注回气体收集袋21，并重复上述过程，多次实验，求m1、v0、m0、t0、p的平均值；

c、计算待测气体体积v气的方法可从平均摩尔质量或者平均气体密度出发：

c1、平均摩尔质量m

根据克拉伯龙方程式：

pv＝nrt

其中p是指理想气体的压强，v为理想气体的体积，n表示气体物质的量，而t则表示理想气体的热力学温度，r为理想气体常数；

计算出气体采样器31内气体的物质的量：

气体摩尔体积：

由所述气体采样器31抽取待测气体的质量为m0，联合克拉伯龙方程式：

pv＝nrt

计算出的所述气体采样器31内气体的物质的量n0，可求得待测气体平均摩尔质量：

空气的密度ρ空由温度检测部件4检测温度为t0和第一气压检测部件5检测气压为p查《空气密度表》确定；

联立第一力传感器6检测的数值m1和第二力传感器7的检测数值m0，可得：

m1g+f浮＝m气g

m1g+ρ空gv气＝nm气g

m1g+ρ空gnvm＝nm气g

由此，可得待测气体体积v气；

c2、平均气体密度ρ

根据密度方程式：

m＝ρv

计算出气体采样器31内气体的密度：

空气的密度ρ空由温度检测部件4检测温度为t0和第一气压检测部件5检测气压为p查《空气密度表》确定；

联立第一力传感器6检测的数值m1和第二力传感器7的检测数值m0，可得：

m1g+f浮＝m气g

m1g+ρ空gv气＝ρv气g

由此，可得待测气体体积v气。

工作原理：

如图1所示，本发明中的燃烧产物气体体积测量装置在实际应用时，通过第一杠杆2配合第一力传感器6能够测得气体收集袋21中气体质量与浮力的差值，通过气体采样器31从气体收集袋21中抽取样品，第二杠杆3配合第二力传感器7能够测得所抽取气体的质量，温度检测部件4测得温度，第一气压检测部件5测得气压，通过上述测得的参数进行体积测量，整体装置结构简单、测量范围宽、精确度高的燃烧产物气体体积测量装置，可重复测量操作进行求平均值，减少实验误差。该燃烧产物气体体积测量装置具备以下优点，将待测气体全部收集了起来，对于一些流速小，流量小的气体测量结果比较准确；测量范围宽，对于溶于水的气体和腐蚀性的气体都可以测量；可多次测量，减少误差，测量完的气体可以回收；简单易携带，使用方便；操作简单，人为失误少。

显示屏12能够显示各步骤的测量结果，方便检查测量的过程和查错。利用电磁力平衡原理进行测量，可称量的范围更广、更精确，能测得的最小质量能够精确到微克。聚氟乙烯薄膜具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶所有的溶剂，同时具有耐高温的特点，能耐气体高温和腐蚀，扩大可测气体的范围。通过上述方法能够借助燃烧产物气体体积测量装置准确测得待测气体体积，相对于现有技术，测量范围宽、精确度高的燃烧产物气体体积测量装置，可重复测量操作进行求平均值，减少实验误差。该燃烧产物气体体积测量装置具备以下优点，将待测气体全部收集了起来，对于一些流速小，流量小的气体测量结果比较准确；测量范围宽，对于溶于水的气体和腐蚀性的气体都可以测量；可多次测量，减少误差，测量完的气体可以回收；简单易携带，使用方便；操作简单，人为失误少。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。