一种通过耗氧法测量物料热值的设备及方法与流程

1.本发明属于测量设备技术领域，具体涉及一种通过耗氧法测量物料热值的设备及方法。


背景技术：

2.现有技术中大都采用水热法测量物体热值，而水热法设备工作原理在于测定可燃物质的发热量，是将一定量的试样置于密封的氧弹中，在充足的氧气条件下，令试样完全燃烧，燃烧所放出的热量被氧弹及其周围的一定量的水(内筒水)吸收，水的温升与试样燃烧释放的热量成正比。在规定的条件下预先标定出量热仪的热容量，要测定发热量时，只要严格按照标定热容量的条件进行测定，根据试样燃烧后内筒水的温升值，就可计算出试样的发热量。恒温式量热系统中，由于外筒水温度随室内温度的变化而变化，且内筒与外筒之间实际存在着热交换，这些热交换就需要通过适当的模式加以校正，而水热法测量热值的方式，存在一些弊端，例如，物料燃烧后热量传递到水箱种的水里面，水箱中的水和周围设备热交换，损失热量，这部分损失的热量无法准确计算测量燃烧产生的热量，影响测量精度；
3.为此，本发明提供了一种通过耗氧法测量物料热值的设备及方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种通过耗氧法测量物料热值的设备及方法。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
6.一种通过耗氧法测量物料热值的设备，所述测试机外壳以及设于测试机外壳内的主控设备，所述测试机外壳内设有测试腔体，所述测试腔体一端设有推窗组件及密封模组，用于维持测试腔体密封状态；
7.充空气模组，所述充空气模组的出气端与测试腔体相连通，用于对测试腔体充空气；
8.加热模组，设于测试腔体内，用于放置物料并使物料充分燃烧；和
9.参数测量模组，设于测试腔体上，测量物料燃烧前后所述测试腔体内部的压力、温度以及氧浓度值；
10.将物料置于所述加热模组上，所述推窗组件及密封模组驱动测试腔体入料端关闭并维持密封状态后，所述充空气模组对测试腔体充空气至额定压力，由所述加热模组使物料燃烧充分后，所述参数测量模组测量物料燃烧前后所述测试腔体内部的压力、温度以及氧浓度值，根据耗氧法公式计算出物料的热值。
11.作为本发明的进一步优化方案，所述推窗组件包括分别设于测试腔体入料端内外侧上的内窗及外封板，所述外封板朝向内窗的一侧对称设有直线电机并且直线电机上滑动配合基座，所述密封模组设于基座上，所述内窗朝向外封板的一侧对称设有与测试腔体相插接的密封插板，所述外封板中部开设有入料口。
12.作为本发明的进一步优化方案，所述测试腔体的入料端设有宽度与入料口相适应的限位框，所述基座设于限位框与外封板之间，所述测试腔体的入料端位于限位框两端均布有密封缓冲板，密封缓冲板上均布有沙漏型贯穿孔。
13.作为本发明的进一步优化方案，所述密封模组包括对称设于基座两端并且与直线电机滑动配合的滑座，所述滑座上轴接有转轴并且转轴的顶端套设有连杆，所述连杆的前端轴接有齿轮，所述基座上表面位于滑座的一侧设有导向座，所述内窗朝向外封板的一侧设有与导向座相插接的连接架，所述连接架的一侧设有与齿轮相啮合的齿杆，两个所述转轴贯穿至基座底部的一端之间设有链轮组，其中一个所述转轴的端部连接有驱动电机。
14.作为本发明的进一步优化方案，所述充空气模组包括与测试腔体相连接的进风管道以及与进风管道相连接的总进气管道并且总进气管道的端部连接有总阀门，充空气模组还包括设于测试机外壳中的第一流量计、第二流量计以及减压阀，所述第一流量计和第二流量计外部分别连接有第一进气管道和第二进气管道，所述第一进气管道和第二进气管道的端部分别连接有第一进气阀和第二进气阀，所述减压阀通过管道连接有针阀。
15.作为本发明的进一步优化方案，所述参数测量模组包括与主控设备电性连接的氧浓度传感器、氧浓度变送器、温度变送器以及压力变送器，所述主控设备前端电性连接有用于操控并氧浓度传感器、氧浓度变送器、温度变送器以及压力变送器测量数值的控制面板。
16.作为本发明的进一步优化方案，所述加热模组包括设于测试腔体内的置物座、设于置物座底端的点火器以及设于置物座上的物料坩埚，所述置物座上表面两端对称设有滑槽，所述物料坩埚两侧设有与滑槽相滑动配合的拉杆，所述置物座上表面设有限位物料坩埚的限位块。
17.作为本发明的进一步优化方案，所述点火器的外侧设有光电接收器，所述内窗上设有与光电接收器相对应的光电发射探头，所述光电发射探头于内窗呈关闭状态时的水平位置与光电接收器的水平中轴线相重合。
18.一种如上述任一所述的设备进行通过耗氧法测量物料热值的方法，具体包括以下步骤，
19.步骤一，称取一定质量的干燥物料放入加热模组上，通过推窗组件及密封模组驱动测试腔体入料端关闭并维持密封状态；
20.步骤二，由充空气模组对测试腔体充入纯净空气至达到额定压力值，记录燃烧前测试腔体中的氧气浓度、温度以及压力值，数值精确至百分之一；
21.步骤三，加热模组对物料加热至600℃，保持30min后，测量燃烧后测试腔体中的氧气浓度、温度以及压力值，数值精确至百分之一；
22.步骤四，根据耗氧法公式，带入步骤二和步骤三得到的测量数值，计算出物料的热值
23.作为本发明的进一步优化方案，步骤四中所述的耗氧法公式为：out＝{in1
×
[(in8+in9)
×
in7/(in6+in2)-(in5+in9)
×
in4/(in3+in2)]}/in10
[0024]
其中，
[0025]
out为热值，单位为j/g；
[0026]
in1为基准参数，数值为8667256；
[0027]
in2为绝对温度参数，数值为273，单位为℃；
[0028]
in3为腔体压力，单位为bar；
[0029]
in4为燃烧前氧气浓度，单位为％；
[0030]
in5为燃烧前压力值，单位为bar；
[0031]
in6为燃烧后温度值，单位为℃；
[0032]
in7为燃烧后氧气浓度，单位为％；
[0033]
in8燃烧后压力值，单位为bar；
[0034]
in9为绝对压力补偿参数，数值为1.0；
[0035]
in1o为物料质量，单位为g。
[0036]
本发明的有益效果在于：
[0037]
(1)本发明提供了供物料燃烧的密封测试腔体，并通过充空气模组对处于密封状态的测试腔体进行充空气至额定压力，物料在测试腔体内充分燃烧前后分别通过参数测量模组测量物料燃烧前后的压力、温度以及氧浓度值，根据耗氧法公式计算出物料的热值，自动化测量更方便，结果更准确；
[0038]
(2)本发明区别于传统通过水热法测量物料热值的方式，不会产生热量损失，其通过物料充分燃烧后测量氧浓度变化、温度压力变化来测量热值，测量精度更加准确。
附图说明
[0039]
图1是本发明提供的外观图；
[0040]
图2是本发明提供的测试腔体的内部结构示意图；
[0041]
图3是本发明提供的测试机内部结构组成图；
[0042]
图4是本发明提供的图2中a部的结构放大图；
[0043]
图5是本发明提供的密封模组的整体结构示意图；
[0044]
图6是本发明提供的加热模组的右视图；
[0045]
图中：1、测试机外壳；2、测试腔体；3、推窗组件；31、内窗；32、外封板；33、直线电机；34、基座；35、入料口；36、密封插板；4、加热模组；41、置物座；42、限位块；43、物料坩埚；44、拉杆；45、点火器；46、光电接收器；5、进风管道；6、密封缓冲板；7、主控设备；8、密封模组；81、滑座；82、转轴；83、连杆；84、齿轮；85、导向座；86、驱动电机；87、链轮组；9、限位框；10、光电发射探头；11、控制面板；12、连接架；13、齿杆；14、总阀门；15、总进气管道；16、针阀；17、第一进气阀；18、第一进气管道；19、第二进气阀；20、第二进气管道；21、第一流量计；22、第二流量计；23、氧浓度传感器；24、氧浓度变送器；25、温度变送器；26、压力变送器。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
[0047]
实施例一
[0048]
参考说明书附图1-2，本实施例提供一种通过耗氧法测量物料热值的设备，所述测试机外壳1以及设于测试机外壳1内的主控设备7，所述测试机外壳1内设有测试腔体2，所述测试腔体2一端设有推窗组件3及密封模组8，用于维持测试腔体2密封状态，测试机外壳1内
部根据实际测试工作的需要可另外加配超压泄气保护模块、超温报警装置以及燃点的自动测量设备等，本技术仅提及实现本技术方案为主要的充放气模组的具体结构；
[0049]
充空气模组，所述充空气模组的出气端与测试腔体2相连通，用于对测试腔体2充空气；
[0050]
加热模组4，设于测试腔体2内，用于放置物料并使物料充分燃烧；和
[0051]
参数测量模组，设于测试腔体2上，测量物料燃烧前后所述测试腔体2内部的压力、温度以及氧浓度值；
[0052]
将物料置于所述加热模组4上，所述推窗组件3及密封模组8驱动测试腔体2入料端关闭并维持密封状态后，所述充空气模组对测试腔体2充空气至额定压力，由所述加热模组4使物料燃烧充分后，所述参数测量模组测量物料燃烧前后所述测试腔体2内部的压力、温度以及氧浓度值，根据耗氧法公式计算出物料的热值。
[0053]
所述充空气模组包括与测试腔体2相连接的进风管道5以及与进风管道5相连接的总进气管道15并且总进气管道15的端部连接有总阀门14，充空气模组还包括设于测试机外壳1中的第一流量计21、第二流量计22以及减压阀，所述第一流量计21和第二流量计22外部分别连接有第一进气管道18和第二进气管道20，所述第一进气管道18和第二进气管道20的端部分别连接有第一进气阀17和第二进气阀19，所述减压阀通过管道连接有针阀16，
[0054]
具体的，打开第一进气阀17和第二进气阀19，将第一流量计21和第二流量计22通过主控设备7前侧控制面板11上的流量计控制选择至清洗模式，打开针阀16与总阀门14，通过总进气管道15向测试腔体2内部充气，当腔体内部达到额定压力值时，关闭总阀门14，即可完成对测试腔体2内部的充气过程。
[0055]
所述参数测量模组包括与主控设备7电性连接的氧浓度传感器23、氧浓度变送器24、温度变送器25以及压力变送器26，所述主控设备7前端电性连接有用于操控并氧浓度传感器23、氧浓度变送器24、温度变送器25以及压力变送器26测量数值的控制面板11。
[0056]
实施例二
[0057]
参考说明书附图3-5，在实施例一的基础上，所述推窗组件3包括分别设于测试腔体2入料端内外侧上的内窗31及外封板32，所述外封板32朝向内窗31的一侧对称设有直线电机33并且直线电机33上滑动配合基座34，所述密封模组8设于基座34上，所述内窗31朝向外封板32的一侧对称设有与测试腔体2相插接的密封插板36，所述外封板32中部开设有入料口35，所述测试腔体2的入料端设有宽度与入料口35相适应的限位框9，所述基座34设于限位框9与外封板32之间，所述测试腔体2的入料端位于限位框9两端均布有密封缓冲板6，密封缓冲板6上均布有沙漏型贯穿孔。
[0058]
所述密封模组8包括对称设于基座34两端并且与直线电机33滑动配合的滑座81，所述滑座81上轴接有转轴82并且转轴82的顶端套设有连杆83，所述连杆83的前端轴接有齿轮84，所述基座34上表面位于滑座81的一侧设有导向座85，所述内窗31朝向外封板32的一侧设有与导向座85相插接的连接架12，所述连接架12的一侧设有与齿轮84相啮合的齿杆13，两个所述转轴82贯穿至基座34底部的一端之间设有链轮组87，其中一个所述转轴82的端部连接有驱动电机86。
[0059]
具体的，由直线电机33驱动位于外封板32内侧的基座34上下移动使得基座34上通过导向座85连接的内窗31实现上下移动，致使外封板32上的入料口35与测试腔体2的入料
端相连通，可完成物料的送入；
[0060]
直线电机33驱动内窗31关闭后，驱动电机86驱动基座34一端转轴82转动后并通过链轮组87驱动另一端转轴82转动，致使转轴82上端连接的连杆83产生摆动，连杆83端部连接的齿轮84随之摆动的过程中，由于其与连接架12上的齿杆13相啮合，致使拉动齿杆13平移，内窗31进一步接触到测试腔体2的内侧壁，同时，其两端连接的密封插板36进一步与测试腔体2相插接，同时，内窗31实现与密封缓冲板6接触后，密封缓冲板6变形，两者间的控制从沙漏型贯穿孔排出，两者间产生负压致使密封性进一步提升，有效保证测试腔体2内部的密封性，保证后续压力、温度等测量数值的精确性。
[0061]
参考说明书附图6，所述加热模组4包括设于测试腔体2内的置物座41、设于置物座41底端的点火器45以及设于置物座41上的物料坩埚43，所述置物座41上表面两端对称设有滑槽，所述物料坩埚43两侧设有与滑槽相滑动配合的拉杆44，所述置物座41上表面设有限位物料坩埚43的限位块42，所述点火器45的外侧设有光电接收器46，所述内窗31上设有与光电接收器46相对应的光电发射探头10，所述光电发射探头10于内窗31呈关闭状态时的水平位置与光电接收器46的水平中轴线相重合。
[0062]
具体的，在向测试腔体2内部放置物料时，拉动拉杆44使得物料坩埚43与置物座41之间产生相对滑动后，物料坩埚43靠近测试腔体2的入料端，操作人员将称量好的物料送入物料坩埚43中后，推动拉杆44使得物料坩埚43复位后，由推窗组件3及密封模组8驱动测试腔体2入料端关闭并维持密封状态后，内窗31上的光电发射探头10于内窗31呈关闭状态时的水平位置与光电接收器46的水平中轴线相重合，此时，光电发射探头10发出的光电信号被光电接收器46接收后，光电接收器46控制点火器45开启实现对物料的燃烧操作，在测试腔体2完成密封的同时即可同时完成对物料的点火操作，优化操作步骤，节省时间，效率得以提高。
[0063]
实施例三
[0064]
本实施例提供一种如上述任一所述的设备进行通过耗氧法测量物料热值的方法，具体包括以下步骤，
[0065]
步骤一，称取一定质量的干燥物料放入加热模组4上，通过推窗组件3及密封模组8驱动测试腔体2入料端关闭并维持密封状态；
[0066]
步骤二，由充空气模组对测试腔体2充入纯净空气至达到额定压力值，记录燃烧前测试腔体2中的氧气浓度、温度以及压力值，数值精确至百分之一；
[0067]
步骤三，加热模组4对物料加热至600℃，保持30min后，测量燃烧后测试腔体2中的氧气浓度、温度以及压力值，数值精确至百分之一；
[0068]
步骤四，根据耗氧法公式，带入步骤二和步骤三得到的测量数值，计算出物料的热值
[0069]
作为本发明的进一步优化方案，步骤四中所述的耗氧法公式为：out＝{in1
×
[(in8+in9)
×
in7/(in6+in2)-(in5+in9)
×
in4/(in3+in2)]}/in10
[0070]
其中，
[0071]
out为热值，单位为j/g；
[0072]
in1为基准参数，数值为8667256；
[0073]
in2为绝对温度参数，数值为273，单位为℃；
[0074]
in3为腔体压力，单位为bar；
[0075]
in4为燃烧前氧气浓度，单位为％；
[0076]
in5为燃烧前压力值，单位为bar；
[0077]
in6为燃烧后温度值，单位为℃；
[0078]
in7为燃烧后氧气浓度，单位为％；
[0079]
in8燃烧后压力值，单位为bar；
[0080]
in9为绝对压力补偿参数，数值为1.0；
[0081]
in1o为物料质量，单位为g。
[0082]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。