粉液反应气体释放量的便携式测定装置及测定方法与流程

本发明涉及一种粉体材料和液体反应时测定气体释放量的装置，及应用该装置的测定方法。

背景技术

粉体材料和某种液体混合后会生成气体，例如水泥混凝土中掺合料、减水剂等的加入，会引入某些气体，造成混凝土含气量过高，影响其使用。目前，核电工程已对混凝土的含气量提出了较高要求。同时，随着脱硝工艺的上马，年产6亿吨的普通粉煤灰将逐渐全部转变为脱硝粉煤灰，由于尿素、氨水等脱硝剂的使用，极易造成脱硝粉煤灰中氨含量过高，而粉煤灰最为最常用的混凝土掺合料，在采用高氮含量的脱硝粉煤灰拌制混凝土时，导致混凝土持续冒泡，最终影响混凝土强度和安全使用。

为测定粉液反应所生成气体的量，本领域中通常采用向盛有液体的u型管中加入粉体的方式测定压力的变化。但是这种方法存在很多弊端，测定结果的准确性难以满足要求，尤其是让粉体和液体的反应在开放状态下进行，无法控制所生成气体的溢出，且尚不能考虑温度和大气压的变化对气体生成量的影响，进而导致测得的结果与实际情况之间误差很大。

因此有必要研发一种专用于测定粉体材料和液体反应时释放气体量的装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种在密闭状态下测定粉液反应释放气体量的方法及其装置，能够显著提升测定结果的准确性和精度，而且操作方便。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

首先，提供一种粉液反应气体释放量的便携式测定装置，它包括一非磁性材质反应筒，所述反应筒顶部开放，并在筒内上半段设有横梁，所述横梁下方悬吊一翻斗，所述翻斗可以围绕悬吊点在所述反应筒内做翻转运动，所述翻斗在所述翻转运动中，与所述反应筒筒壁和所述的横梁下表面分别存在接触点；每个接触点的两个接触面都设置相配合的磁吸装置；所述的反应筒顶部设置刚性材质密封盖，以隔绝反应筒内外气体交换；所述的密封盖上设有压力数据采集装置，用于采集所述反应筒内气压数据。

本发明的方案中，所述的反应筒为非磁性材质，优选透明材质，更优选透明玻璃材质或透明有机玻璃材质。

本发明的方案中，所述的磁吸装置优选成对的强磁力片；更优选钕铁硼对吸强磁片。

本发明优选的一种实施方式中，所述翻斗在所述翻转运动中，与所述反应筒筒壁存在第一接触点，与所述的横梁下表面存在第二接触点；在所述的第一接触点，所述翻斗上设置一强力磁片，所述反应筒筒壁上设置可控磁力供给装置；所述的第二接触点两个接触面上设置相配合的一对强磁力片。

本发明更优选的实施方式中，所述的可控磁力供给装置是可拆卸式强磁片。

本发明优选的方案中，所述的密封盖还设置至少一个气液口，所述的气液口设置阀门，既可用于随时向反应筒内注入待反应液体，也可用于试验结束后开盖前释放带压力的气体。

本发明的方案中，所述的压力数据采集装置可以是压力传感器，也可以是压力表。为了提高测量精度，本发明优选的方案中，所述的压力数据采集装置是压力传感器，且所述的密封盖内部设置电控单元用于控制所述采集过程并存储采集数据；所述的压力传感器与所述的电控单元电连接。

本发明优选的方案中，所述的密封盖内表面还设置温度传感器，用于检测反应过程的温度变化，用于在必要时候修正气压测定结果。

本发明优选的一种实施方式中，所述的电控单元包括电源和电路板，所述的电源用于给所述的电路板供电；所述的密封盖内部设置密闭测量室，所述的电路板设置在所述的密闭测量室内；所述的电路板上设置控制电路、压力测定模块、温度测定模块和数据存储模块；所述的压力传感器设置在所述的压力测定模块上；所述的密闭测量室通过导气管与所述的反应筒内部连通；所述的温度传感器设置在所述的密封盖下表面暴露于所述反应筒内部，并通过导线与所述的温度测定模块连接。测定过程中，如果反应筒内部气压发生变化，会通过所述的导气管传递至所述的密闭测量室，所述密闭测量室内的气压变化会被所述压力测定模块上的压力传感器感受到并以数据形式记录在数据存储模块内。

本发明更优选的方案中，所述的电路板进一步设置数据处理和传输模块；同时所述的密封盖外表面设置电子显示屏，所述的电子显示屏在所述的密封盖内部与所述的电路板的数据处理和传输模块电连接；所述的数据处理和传输模块内嵌气体释放量计算程序，根据采集的压力数据计算气体释放量，并传输至所述的电子显示屏显示在密封盖外表面上供实验人员读取。

本发明更优选的方案中，所述的密封盖外表面还设有usb接口，所述的usb接口在所述的密封盖内部与所述的电路板数据处理和传输模块电连接，可以在测定后将数据从所述的电控单元导出至外部设备。

本发明还提供一种密闭状态下测定粉液反应释放气体量的方法，是在密闭容器内将粉体倒入溶液中，应用气压平衡的原理，推测粉体和液体反应的气体释放量。

本发明所述的方法优选使用本发明所述的便携式测定装置，包括以下步骤：

1)将待反应液体置于所述反应筒底部；将所述翻斗通过所述第一接触点的磁吸作用力固定，并将待反应粉体置于所述翻斗内；

2)将所述密封盖封严后，撤去所述第一接触点的磁吸作用力，使所述翻斗翻转至所述第二接触点，同时在翻转中将待反应粉体加入待反应液体；

3)在恒定温度下，启动所述密封盖的电控单元，采集粉体和液体反应后反应筒内的压力数据；

4)根据1)中所述待反应液体的质量和密度、待反应粉体的质量和密度、反应筒的容积、当地大气压、以及3)所述的温度、采集的压力数据，应用气压平衡的原理推算反应所释放的气体量。

本发明优选的测定粉液反应释放气体量的方法中，4)所述的应用气压平衡的原理推算反应所释放的气体量具体包括以下步骤：

4.1)参与反应的溶液的质量记为m1，密度记为ρ1；参与反应的粉体的质量记为m2，密度记为ρ2；

4.2)反应产生的气体体积记为vx，对应的气压为当地的大气压p0和当时的温度t0；反应以后对应的气压为p1；所述反应筒的有效容积记为v0；将测定前已知的m1、ρ1、m2、ρ2、p0、t0及v0，和3)中采集的p1代入以下公式1，计算出产生气体的体积vx：

公式1：

与现有技术相比，本发明的便携式测定装置结构巧妙，操作简单，便于携带，特别适用于粉体材料研究相关的实验室或检测现场；更值得一提的是，本发明的测定方法突破性地实现了在密闭状态下向液体中加入粉体启动反应，并测定反应所释放的气体量。在本发明的测定过程中，反应所释放的气体始终处于密闭的反应筒内部，反应筒内部的压力传感器或者密封盖上的压力表能够精准地测得所有释放气体提供的压力，最大限度地降低了气体溢出造成的测定误差。而且，本发明的测定装置巧妙地通过磁吸作用力控制翻斗式加料装置加料，使操作者在反应筒外部通过简单的操作即可完成密闭空间内部的加料，避免了反应受到外部环境的影响。

总之，本发明的测定方法能够在测定准确性和精度上获得显著的提升。

附图说明

图1、图2分别以相反方向的剖视体现了实施例1所述的便携式测定装置的整体结构。

图3通过局部剖视体现了实施例1所述的便携式测定装置的密封盖的usb接口结构。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

一种粉液反应气体释放量的便携式测定装置，如图1、2所示，它包括一透明有机玻璃反应筒1，所述反应筒1顶部开放，并在筒体顶部设有横梁11，所述横梁11下方通过横杆12悬吊一金属翻斗13，金属翻斗13可以横杆12为轴在所述反应筒1内做翻转运动，所述金属翻斗13在翻转运动中，与所述反应筒1的筒壁存在第一接触点，与所述的横梁11下表面存在第二接触点；在所述的第一接触点，所述金属翻斗13上设置一钕铁硼强力磁片131，所述反应筒1的筒壁外表面上设置一可拆卸式强磁片101；所述的第二接触点，金属翻斗13外表面设置一钕铁硼强力磁片131，横梁11下表面设置与之相互吸引的钕铁硼强力磁片111；所述的反应筒1顶部设置不锈钢密封盖2，通过2‐4个卡扣锁紧装置26及密封圈与反应筒1紧密连接，以隔绝反应筒1内外气体交换；

所述的密封盖2内设置电控单元用于控制所述采集过程并存储采集数据。所述的电控单元包括电源和电路板21；所述的电源用于给所述的电路板供电；所述的密封盖2内部设置密闭测量室20，电路板21设置在所述的密闭测量室20内；所述的电路板21上设置控制电路、压力测定模块、温度测定模块和数据存储模块；所述的压力传感器设置在所述的压力测定模块上；所述的密闭测量室20通过导气管22与所述的反应筒1内部连通；所述的密封盖2下表面还设置温度传感器23，温度传感器23暴露于所述反应筒1内部，并通过导线与所述的温度测定模块连接。测定过程中，如果反应筒内部气压发生变化，会通过所述的导气管传递至所述的密闭测量室，所述密闭测量室内的气压变化会被所述压力测定模块上的压力传感器感受到并以数据形式记录在数据存储模块内。由于测定过程要求保持恒温，因此所述的温度传感器23用于采集测定过程中的温度数据，以便在必要时候修正气压测定结果。

所述的密封盖2上还设置2个气液口27，所述的气液27设置阀门，用于随时向反应筒内注入待反应液体，或用于试验结束后开盖前释放带压力的气体。

如图3所示，所述的密封盖2外表面还设有usb接口24，所述的usb接口24在所述的密封盖2内部与所述的电路板数据存储和传输模块电连接，可以在测定后将数据从所述的电控单元导出至外部设备。

实施例2

一种粉液反应气体释放量的便携式测定装置，气整体结构与实施例1近似，区别在于：所述的电路板进一步设置数据处理和传输模块；同时所述的密封盖2顶部外表面设置电子显示屏，所述的电子显示屏在所述的密封盖2内部与所述的电路板的数据处理和传输模块电连接；所述的数据处理和传输模块内嵌气体释放量计算程序，根据采集的压力数据计算气体释放量，并传输至所述的电子显示屏显示在密封盖外表面上供实验人员读取。

实施例3

一种粉液反应气体释放量的便携式测定装置，气整体结构与实施例1近似，区别在于：所述的密封盖2内部不设电控单元、温度传感器和密闭测量室；所示的密封盖2顶部外表面设置机械式压力表，所述的机械式压力表通过通孔连通所述的筒体1，通过机械式压力表测定反应过程中筒体1内的压力数值变化，根据采集的压力数据人工计算气体释放量。

实施例4

密闭状态下测定粉液反应释放气体量的方法，是在密闭容器内将粉体倒入溶液中，应用气压平衡的原理，推测粉体和液体反应的气体释放量。

使用实施例1所述的便携式测定装置，包括以下步骤：

1)将待反应液体置于所述反应筒1底部；将所述金属翻斗13通过所述第一接触点反应筒1外表面设置的可拆卸式强磁片101的磁吸作用力固定，并将待反应粉体置于所述金属翻斗13内；

2)将所述密封盖2封严后，撤去反应筒1外表面的可拆卸式钕铁硼强磁片101，使所述金属翻斗13依靠自身重力翻转至所述第二接触点，随着翻转过程将待反应粉体加入待反应液体；金属翻斗13外表面设置的钕铁硼强力磁片131与横梁11下表面设置的钕铁硼强力磁片111形成磁力吸附连接，使金属翻斗13保持彻底翻转的状态；

3)在恒定温度下，启动所述密封盖2的电控单元，采集粉体和液体反应后反应筒内的压力数据；

4)根据1)中所述待反应液体的质量和密度、待反应粉体的质量和密度、反应筒的容积、当地大气压、以及3)所述的温度、采集的压力数据，应用气压平衡的原理推算反应所释放的气体量。

本发明优选的测定粉液反应释放气体量的方法中，4)所述的应用气压平衡的原理推算反应所释放的气体量具体包括以下步骤：

4.1)参与反应的溶液的质量记为m1，密度记为ρ1；参与反应的粉体的质量记为m2，密度记为ρ2；

4.2)反应产生的气体体积记为vx，对应的气压为当地的大气压p0和当时的温度t0；反应以后对应的气压为p1；所述反应筒的有效容积记为v0；将测定前已知的m1、ρ1、m2、ρ2、p0、t0及v0，和3)中采集的p1代入以下公式1，计算出产生气体的体积vx：

公式1：