一种液体混合燃油氧化特征参数的测量系统的制作方法

本实用新型涉及一种液体燃油加热分析装置，具体而言，是一种液体混合燃油氧化特征参数的测量系统。

背景技术：

在能源危机和日益严峻的环境问题的双重压力之下，研发新型清洁高效的代用燃油已成为必然趋势。发动机国ⅵ排放法规颁布后，新增了颗粒物数量(particulatenumber)限值，意味着内燃机缸内污染物排放的控制进入了新的阶段。大量学者研究表明，影响内燃机燃烧和排放的一个重要因素是燃油的理化特性。传统燃油理化特性的表征方法可以测出辛烷值、十六烷值、热值、汽化潜热、粘度等，但表征燃油氧化特征参数的测量方法繁琐，成本也较高。

热重分析法是指在不同氛围中，由程序升温控制加热温度，测试样品的质量与温度的关系，广泛的应用在物理、化工、材料、燃油、纺织等领域，可以实现组分分析、物质鉴别、热参数和动力学参数的测量。通过热重分析，获得热重曲线(tg)和微商热重曲线(dtg)，采用coats-redfern积分法计算液体混合燃油的指前因子a和活化能e，对新型清洁高效的内燃机代用燃油的推广应用有很大的促进作用。

技术实现要素：

本实用新型目的是利用热重分析法与coats-redfern积分法耦合，实现液体混合燃油氧化特征参数的测量，解决了传统燃油理化特性表征方法操作繁琐成本高的缺陷。实现本实用新型的技术方案如下：

不同燃油在超声波震荡混合器充分混合后，通过定量泵将混合燃油泵入放样管道，进而添加到样品盘中，温度控制系统对样品进行程序加热，质量监测系统监测并记录质量变化，实验结束后，从记录系统中得到tg曲线和dtg曲线，采用coats-redfern积分法计算出指前因子a和活化能e。

一种液体混合燃油氧化特征参数的测量系统，包括燃油混合系统、加热炉、温度控制系统、气体控制系统和质量监测系统；

其中，所述燃油混合系统将燃油进行混合后通过管道输送到加热炉进行加热燃烧，温度控制系统用来控制加热炉内的温度，气体控制系统用来提供保护保护气和反应气，质量检测系统用来检测加热炉内燃油的燃烧情况；

所述燃油混合系统包括超声波震荡混合器和定量泵；所述超声波震荡混合器将混合后的燃油通过管道输入定量泵中；

所述加热炉包括炉管、炉座、炉体、炉体法兰、气体出口、气体出口阀、冷却水套和放样管道；

所述炉管的一端开设有气体出口，气体出口通过气体出口阀控制开闭，炉管的另一端设置在炉体法兰上，炉体与炉体法兰组成一个封闭空间，炉管置于该密闭空间内；所述炉体上设置有冷却水套；

所述炉管内设置有电加热丝，放样管道一端与定量泵连通，另一端延伸进炉管内；

所述气体控制系统包括保护气体进气管道和反应气体进气管道；所述气体进气管道和反应气体进气管道延伸进炉管内；

所述质量检测系统包括电子天平、样品盘、差动变压器和记录系统；所述样品盘设置在电子天平上，所述差动变压器与电子天平连接，记录系统能记录样品质量变化。

进一步的，所述保护气体进气管道和反应气体进气管道延伸进炉管的长度不同，且反应气体进气管道置于样品盘的斜上方位置。

进一步的，所述气体控制系统还包括保护气气瓶和反应气气瓶、质量流量计和流量控制器；所述保护气气瓶用来提供保护气，反应气气瓶用来提供反应气，质量流量计用来记录保护气气瓶和反应气气瓶流入到保护气体进气管道和反应气体进气管道的气体流量，流量控制器用来控制质量流量计。

进一步的，所述冷却水套上开设有冷却液入口和冷却液出口，冷却液通过冷却液入口进入，从冷却液出口流出。

进一步的，所述温度控制系统包括样品热电偶、炉温热电偶和程序温控仪；所述炉温热电偶设置在炉体内侧，用来检测炉体内的温度，样品热电偶置于样品盘附近用来检测样品的温度，程序温控仪与电加热丝连接，程序温控仪的控制电加热丝的等温或非等温加热。

进一步的，所述炉体法兰设置在炉座上，炉体法兰中心位置上开设有圆孔，圆孔内设置有内密封挡板与外密封挡板，且内密封挡板与外密封挡板之间设置有密封圈，保护气体进气管道和反应气体进气管道穿过内密封挡板与外密封挡板进入炉管内，且保护气体进气管道的出气口靠近内密封挡板。

进一步的，所述程序温控仪还用来控制冷却水套内冷却液的温度，从而实现对炉体温度的控制。

液体混合燃油氧化特征参数的测量系统的测量方法，包括如下步骤：

步骤一，燃油a和燃油b在超声波震荡混合器中进行震荡混合，从而确保燃油混合充分；

步骤二，混合后的燃油经定量泵泵入放样管道中，进而加入炉管内部的样品盘中，温度控制系统控制电加热丝按照设定温度进行加热，质量监测系统监测样品质量变化，气体控制系统使样品在特定氛围中热解，并及时排除废气；

步骤三，从记录系统中输出tg曲线和dtg曲线；

步骤四，利用tg曲线和dtg曲线结合coats-redfern积分法计算混合燃油的氧化特征参数。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型提供的一种液体混合燃油氧化特征参数的测量方法及系统能够实现在特定氛围中，按照特定升温速率对液体混合燃油的氧化特性进行分析，采用coats-redfern积分法能简便快捷的计算出混合燃油的指前因子a和活化能e。

2.本实用新型提高了电子天平测量精度，设计了温度补偿和载气矫正，减弱了因气体流动而造成电子天平晃动的问题。

3.本实用新型设计的放样管道解决了传统氧化特征参数测量过程中放取样品繁琐，易损坏样品盘的缺点，简化了测试过程，降低了操作难度。

4.本实用新型设计的气体出口和气体出口阀能实现对燃油氧化产物的收集，可在气体出口后连接其他气体分析仪器(如红外光谱仪)进一步分析燃油的氧化产物。

附图说明

图1是本实用新型整体操作流程图。

图2是本实用新型加热炉整体结构示意图。

图3是本实用新型炉体法兰左视图。

图4是本实用新型控制系统流程图。

图5是从记录系统中获得的pode/柴油混合燃油的tg曲线和dtg曲线。

图6是coats-redfern法计算出的pode/柴油混合燃油热特性曲线。

图中标记为：

1-保护气气瓶和反应气气瓶，2-锁紧螺母，3-质量流量计，4-冷却液入口，5-流量控制器，6-炉体法兰，7-炉管，8-保护气体进气管道，9-反应气体进气管道，10-炉座，11-差动变压器，12-记录系统，13-电子天平，14-外密封挡板，15-密封圈，16-内密封挡板，17-电加热丝，18-冷却出口，19-冷却器，20-程序温控仪，21-炉体，22-炉温热电偶，23-样品热电偶，24-冷却水套，25-样品盘，26-气体出口，27-气体出口阀，28-超声波震荡混合器，29-定量泵，30-放样管道。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本实用新型实施例的

一种液体混合燃油氧化特征参数的测量系统，包括燃油混合系统、加热炉、温度控制系统、气体控制系统和质量监测系统；

其中，所述燃油混合系统将燃油进行混合后通过管道输送到加热炉进行加热燃烧，温度控制系统用来控制加热炉内的温度，气体控制系统用来提供保护保护气和反应气，质量检测系统用来检测加热炉内燃油的燃烧情况；

所述燃油混合系统包括超声波震荡混合器28和定量泵29；所述超声波震荡混合器28将混合后的燃油通过管道输入定量泵29中；

所述加热炉包括炉管7、炉座10、炉体21、炉体法兰6、气体出口26、气体出口阀27、冷却水套24和放样管道30；

所述炉管7的一端开设有气体出口26，气体出口26通过气体出口阀27控制开闭，炉管7的另一端设置在炉体法兰6上，炉体21与炉体法兰6组成一个封闭空间，炉管7置于该密闭空间内；所述炉体21上设置有冷却水套24；

所述炉管7内设置有电加热丝17，放样管道30一端与定量泵29连通，另一端延伸进炉管7内；

所述气体控制系统包括保护气体进气管道8和反应气体进气管道9；所述气体进气管道8和反应气体进气管道9延伸进炉管7内；

所述质量检测系统包括电子天平13、样品盘25、差动变压器11和记录系统12；所述样品盘25设置在电子天平13上，所述差动变压器11与电子天平13连接，记录系统12能记录样品质量变化。

其中，所述保护气体进气管道8和反应气体进气管道9延伸进炉管7的长度不同，且反应气体进气管道9置于样品盘25的斜上方位置。

所述气体控制系统还包括保护气气瓶和反应气气瓶1、质量流量计3和流量控制器5；所述保护气气瓶用来提供保护气，反应气气瓶1用来提供反应气，质量流量计3用来记录保护气气瓶和反应气气瓶1流入到保护气体进气管道8和反应气体进气管道9的气体流量，流量控制器5用来控制质量流量计3。

所述冷却水套24上开设有冷却液入口4和冷却液出口18，冷却液通过冷却液入口4进入，从冷却液出口18流出。

所述温度控制系统包括样品热电偶23、炉温热电偶22和程序温控仪20；所述炉温热电偶23设置在炉体21内侧，用来检测炉体21内的温度，样品热电偶22置于样品盘25附近用来检测样品的温度，程序温控仪20与电加热丝17连接，程序温控仪20的控制电加热丝17的等温或非等温加热。

所述炉体法兰6设置在炉座10上，炉体法兰6中心位置上开设有圆孔，圆孔内设置有内密封挡板16与外密封挡板14，且内密封挡板16与外密封挡板14之间设置有密封圈15，保护气体进气管道8和反应气体进气管道9穿过内密封挡板16与外密封挡板14进入炉管7内，且保护气体进气管道8的出气口靠近内密封挡板15。

所述程序温控仪20还用来控制冷却水套24内冷却液的温度，从而实现对炉体21温度的控制。

所述电加热丝17周围由玻璃纤维填充。

所述炉体法兰6内设置有内密封挡板16、密封圈15、外密封挡板14；所述炉座10内设置有差动变压器12；

所述温度控制系统包括电加热丝17、样品热电偶23、炉温热电偶22、程序温控仪20、冷却器19、冷却液入口4、冷却液出口18、冷却水套24，所述程序温控仪20接受炉温热电偶22和样品热电偶23的电信号，并控制冷却器19；

所述炉管7内壁装有电加热丝17，受程序温控仪20的控制可实现等温或非等温加热。

所述炉体21和炉体法兰6通过螺栓固定在一起，炉体21内部嵌有冷却水套24，冷却液在程序温控仪20的控制下对炉体进行冷却，内密封挡板16和外密封挡板14间有密封圈15密封，密封圈15内布置有进气管道，反应气体进气管道9将反应气体通入样品盘25后方，保护气体进气管道8将保护气体通入炉管7内部。

电子天平13末端与差动变压器11连接，记录系统12能记录样品质量变化。

样品热电偶23与样品盘25连接，炉温热电偶22固定在炉体21的内壁上，程序温控仪20通过热电偶监测的温度信号，改变电加热丝17上电流的大小和冷却液的流速，实现对样品温度和炉体温度的控制。

实现本实用新型的整体操作流程如图1所示；

步骤一，燃油a和燃油b在超声波震荡混合器28中进行震荡混合，确保燃油混合充分；

步骤二，混合后的燃油经定量泵29泵入放样管道30中，进而加入加炉管7内部的样品盘25中，温度控制系统控制电加热丝17按照设定温度进行加热，质量监测系统监测样品质量变化，气体控制系统使样品在特定氛围中热解，并及时排除废气；

步骤三，从记录系统12中输出tg曲线和dtg曲线；

步骤四，利用tg曲线和dtg曲线结合coats-redfern积分法计算混合燃油的氧化特征参数。

如图2所示，一种液体混合燃油氧化特征参数的测量方法及装置包括燃油混合系统、加热炉、温度控制系统、气体控制系统、质量监测系统，其中，

所述燃油混合系统包括超声波震荡混合器28和定量泵29；

所述加热炉包括炉管7、炉座10、炉体21、炉体法兰6、气体出口26、气体出口阀27、冷却水套24、锁紧螺母2、放样管道30，炉体法兰6内有内密封挡板16、外密封挡板14、密封圈15，炉座10内装有差动变压器11，炉体21内嵌有冷却水套24；

所述温度控制系统包括电加热丝17、炉温热电偶22、样品热电偶23、程序温控仪20、冷却器19、冷却液入口4、冷却液出口18，冷却器19通过管路与冷却液入口4连接，炉管7内壁设置有电加热丝17对样品进行加热；

所述气体控制系统包括反应气气瓶和保护气气瓶1、保护气体进气管道8、反应气体进气管道9、质量流量计3、流量控制器5；

所述质量监测系统包括电子天平13、样品盘25、差动变压器11、记录系统12，电子天平13末端与差动变压器11连接，记录系统12能记录样品的质量变化，并且输出tg曲线和dtg曲线。

如图4所示，所述电子天平13与差动变压器11连接，温度补偿、载气矫正和差动变压器11的电信号经放大器处理后传输到数模转换模块，最终由计算机接受处理；样品热电偶23测量得到的电信号经偏差放大器处理后接入计算机，经偏差放大器处理后的电信号接入pid控制器，pid控制器根据计算机设定的升温速率控制程序温控仪20，调节加热功率和冷却器19的运行；流量控制器5按照设定气体流量控制质量流量计3开度，将保护气体和反应气体通入炉管7内。

pode聚甲氧基二甲醚分子中的氧在燃烧过程中起到自供氧的作用，对改善柴油机的燃烧和排放特性大有益处，将pode作为组分来优化柴油燃油的性能是新的研究趋势。下文将介绍pode/柴油混合燃油的氧化特征参数在该实用新型装置中的测试过程。

步骤一，把pode与柴油按一定比例配制为混合燃油，混合燃油中pode的体积分数为0％、10％、20％、30％，记为p0、p10、p20、p30。把配制的燃油放入超声波震荡混合器28，在40khz的频率下震荡10min。

步骤二，启动定量泵29，将样品质量设置为2mg，定量泵29将混合充分的燃油泵入放样管道30中，最终将2mg样品放入样品盘25中；放样结束后，关闭定量泵29，打开气体出口阀27。在计算机控制面板中输入升温速率为10k/min，升温范围为40～400℃；反应气体为n280％+o220％，反应气气体流量为50ml/min，保护气体为纯n2，保护气气体流量为50ml/min。流量控制器5根据设定流量调节质量流量计3的开度，将保护气体和反应气体以恒定流速通入炉管7。等电子天平13读数稳定后，对电子天平13进行调零，并进行载气矫正和温度补偿；启动程序温控仪20，样品热电偶23将样品温度实时反馈给程序温控仪20，程序温控仪20调节通入电加热丝17中的电流大小，使样品按照设定升温速率加热；炉温热电偶22将炉体21的温度反馈给程序温控仪20，冷却器19在程序温控仪20的控制下自动调节冷却水的流速，将炉体21控制在恒温状态下。

步骤三，质量监测系统自动记录样品质量变化情况，从记录系统12得到tg曲线和dtg曲线，如图5所示；实验结束后，关闭气体出口阀27。

步骤四，根据tg曲线和dtg曲线，结合coats-redfern积分法计算指前因子a和活化能e，方程如下：

式中，a为转换率％；t为热力学温度k；a为指前因子；b为升温速率k/min；e为活化能j/mol；r为气体常数。

以对作图，通过线性拟合可以得到直线斜率为截距为的一条直线，如图6所示，通过直线的斜率可以求得活化能e，带入式1即可求得指前因子a，结果如表1：

表1：pode/柴油混合燃油的回归方程、活化能及指前因子。

从图5分析可知，由tg曲线可知，随着pode掺混比例的增加，样品的起始失重温度和终止失重温度都降低，表明pode的添加降低了燃油的热稳定性；从dtg曲线可以看出，随pode掺混比增加，燃油样品的失重率曲线向低温区域偏移，失重率峰值温度逐渐降低，p10、p20和p30燃油样品的失重率峰值温度较p0分别降低了13.3℃、24.6℃和42.6℃，表明混合燃油的热挥发性能明显优于柴油。混合燃油的活化能e和指前因子a随pode掺混比例的增加而逐渐降低，说明pode的添加改善了燃油的氧化活性，有利于氧化反应的发生，改善柴油机的燃烧性能。

从表1可以看出各曲线的线性回归系数r²均大于0.98，拟合度理想。说明该实用新型装置能实现在特定反应气体中、特定升温速率下对混合燃油的氧化特性的测量，并能快捷简便的计算出混合燃油的氧化特征参数。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。