一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置及方法，所述裝置包括：煤樣罐，煤樣罐中盛裝有待測(cè)煤樣，煤樣罐外壁套設(shè)有加熱器，在煤樣罐兩端分別設(shè)置有上端蓋和下端蓋，下端蓋上開設(shè)有進(jìn)氣口，上端蓋上開設(shè)有出氣口和一通孔，在加熱器外圍套設(shè)有外層保溫殼體，在外層保溫殼體和加熱器之間設(shè)置有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管一端與煤樣罐的下端蓋上的進(jìn)氣口連通，另一端與空氣泵連通，出氣管一端與煤樣罐上端蓋上的出氣口連通，另一端與冷卻管一端連通，冷卻管的另一端連接氣體取樣器，溫度傳感器穿過上端蓋上通孔插設(shè)于煤樣罐中。升溫控溫范圍在室溫～500℃之間，在常溫起步升溫階段能夠?qū)崿F(xiàn)精確控溫，誤差小于1℃，控溫精準(zhǔn)；體積小重量輕，便于攜帶。
【專利說明】
一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明涉及礦山安全工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]煤礦煤炭自燃是當(dāng)前影響煤礦安全生產(chǎn)和制約煤礦工作面順利開采的一大重要災(zāi)害。在其早期防治和研究的基礎(chǔ)工作中，必須要測(cè)定煤自燃標(biāo)志性氣體，即測(cè)定在不同溫度下煤炭釋放出的各氣體成分，用于煤自燃的發(fā)展程度的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，以保障煤礦的安全生產(chǎn)。
[0003]目前對(duì)煤自燃標(biāo)志的氣體測(cè)定一般在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的加熱爐或高溫恒溫箱中進(jìn)行，是在升溫控溫范圍在室溫+10°C?500°C之間進(jìn)行測(cè)定實(shí)驗(yàn)，將煤樣罐放置于加熱爐或高溫恒溫箱中，通過氣栗和管路，再配合氣相色譜儀測(cè)定出自燃標(biāo)志氣體的組分，但這種方法中使用的加熱爐或高溫恒溫箱在低溫階段控溫不準(zhǔn)，實(shí)際的精度為1°C，尤其不能精確控制從常溫升溫起步階段的溫度，并且加熱爐或高溫恒溫箱的體積都較大，使用起來有限制，并不便于攜帶至煤礦現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)。
[0004]現(xiàn)有的另一種實(shí)驗(yàn)裝置則是采用管式加熱爐替代高溫恒溫箱，但成品的管式加熱爐一般都是為了高溫加熱而設(shè)計(jì)的，標(biāo)定的工作溫度大都在100tC左右，就同樣出現(xiàn)了在常溫起步升溫階段不能精確控制溫度的問題，這種管式加熱爐一般體積較高溫恒溫箱稍小，但仍然存在重量過大不便于攜帶的問題，并不能很好的滿足用戶的使用需求。
[0005]因此，需要設(shè)計(jì)一種更適用的便于攜帶的新型煤樣加熱實(shí)驗(yàn)裝置，以解決上述的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于煤自燃標(biāo)志氣體測(cè)定的便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置及方法，其升溫控溫范圍在室溫?500°C之間，在常溫起步升溫階段能進(jìn)行精確控溫。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供的一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置，包括:煤樣罐，煤樣罐中盛裝有待測(cè)煤樣，煤樣罐外壁套設(shè)有加熱器，用以對(duì)煤樣罐進(jìn)行加熱，在煤樣罐兩端分別設(shè)置有上端蓋和下端蓋，用以對(duì)煤樣罐進(jìn)行密封，所述下端蓋上開設(shè)有進(jìn)氣口，上端蓋上開設(shè)有出氣口和一通孔，在加熱器外圍套設(shè)有外層保溫殼體，在外層保溫殼體和加熱器之間設(shè)置有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管延伸至煤樣罐下部，且其一端與煤樣罐的下端蓋上的進(jìn)氣口連通，進(jìn)氣管另一端設(shè)置在外層保溫殼體的外部，與空氣栗連通；出氣管一端與煤樣罐上端蓋上的出氣口連通，另一端與冷卻管一端連通，所述冷卻管的另一端連接氣體取樣器，溫度傳感器穿過上端蓋上所述通孔插設(shè)于煤樣罐中，用以實(shí)時(shí)讀取煤樣罐中待測(cè)煤樣的溫度
[0009]所述加熱器上設(shè)置有控溫線，所述控溫線連接有控溫器，用以對(duì)煤樣罐加熱時(shí)進(jìn)行控溫，所述溫度傳感器外接溫度采集器，用以記錄煤樣罐中的溫度變化。
[0010]所述進(jìn)氣管為螺旋狀，并在所述加熱器外側(cè)盤旋分布。
[0011]所述冷卻管為螺旋狀，用以保證煤樣罐中流出的高溫氣流的及時(shí)冷卻。
[0012]在所述空氣栗與進(jìn)氣管之間還設(shè)置有流量計(jì)，用于控制氣體的流量。
[0013]所述煤樣罐為圓柱形，采用不銹鋼材質(zhì)制成，所述上端蓋和下端蓋均與煤樣罐螺紋連接。
[0014]所述氣體取樣器為微型氣栗，所述氣體取樣器外接氣相色譜儀，用以測(cè)定氣體成分。
[0015]所述進(jìn)氣管與煤樣罐、出氣管與煤樣罐的連接處分別設(shè)置有卡套，用以進(jìn)行密封。
[0016]采用上述的便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行煤自燃標(biāo)志性氣體測(cè)定的方法，具體步驟如下:
[0017]步驟一:打開空氣栗，同時(shí)給加熱器通電，通過進(jìn)氣管向煤樣罐內(nèi)送入空氣，且通過加熱器給煤樣罐和進(jìn)氣管中的空氣按預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行加熱；
[0018]步驟二:在加熱過程中，待測(cè)煤樣在不同溫度時(shí)自身分解，或與栗入的空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出不同氣體，通過溫度傳感器實(shí)時(shí)讀取煤樣罐中煤樣的溫度；
[0019]步驟三:在讀取的溫度值達(dá)到或者趨近于設(shè)定溫度值，且溫度值趨于穩(wěn)定時(shí)，通過出氣管外接的氣體取樣器進(jìn)行取樣，再通過氣體取樣器外接的氣相色譜儀測(cè)定待測(cè)煤樣釋放出氣體的成分。
[0020]進(jìn)一步地，在步驟一中，在所述空氣栗與進(jìn)氣管之間還設(shè)置有流量計(jì)，用于控制氣體的流量。
[0021 ] 進(jìn)一步地，在步驟二中，所述加熱器上設(shè)有控溫線，所述控溫線連接有控溫器，用以對(duì)煤樣罐進(jìn)行加熱時(shí)進(jìn)行控溫，用以實(shí)現(xiàn)煤樣罐的升溫控溫范圍在室溫?500°C之間，且所述溫度傳感器外接溫度采集器，用以記錄煤樣罐中煤樣的溫度變化。
[0022]本發(fā)明一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置及方法的有益效果:升溫控溫范圍在室溫?500°C之間，在常溫起步升溫階段能夠?qū)崿F(xiàn)精確控溫，誤差小于1°C，控溫精準(zhǔn);體積小重量輕，便于攜帶;功耗小，工作安全可靠;采用煤樣罐測(cè)溫和加熱控溫雙聯(lián)動(dòng)測(cè)溫方法，將煤樣罐煤樣溫度與加熱溫度相匹配，作為判定取樣的標(biāo)準(zhǔn);煤樣罐采用不銹鋼材質(zhì)，保證加熱煤樣時(shí)罐體不氧化、不會(huì)對(duì)煤樣產(chǎn)生催化作用。
【附圖說明】
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[0023]圖1為本發(fā)明便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為上端蓋的俯視圖；
[0025]圖3為下端蓋的仰視圖；
[0026]圖4為加熱器與煤樣罐外壁的溫度變化曲線圖；
[0027]圖5為待測(cè)煤樣溫度隨煤樣罐外壁溫度升高變化的曲線圖；
[0028]圖6為待測(cè)煤樣溫度趨近于煤樣罐外壁溫度的溫度變化曲線圖；
[0029]1-煤樣罐，2-上端蓋，3-下端蓋，4-卡套，5-進(jìn)氣口，6_通孔，7_出氣口，8_加熱器，9-控溫線，10-控溫器，11-外層保溫殼體，12-進(jìn)氣管，13-流量計(jì)，14-空氣栗，15-出氣管，16-冷卻管，17-氣體取樣器，18-溫度傳感器，19-溫度采集器?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0030]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031]根據(jù)圖1所示，一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置，包括:煤樣罐I，煤樣罐I中盛裝有待測(cè)煤樣，煤樣罐外壁套設(shè)有加熱器8，用以對(duì)煤樣罐進(jìn)行加熱，在加熱器8上設(shè)置有控溫線9，所述控溫線9連接有控溫器10，用以對(duì)煤樣罐I加熱時(shí)進(jìn)行控溫，在本實(shí)施例中，煤樣罐I為圓柱形，采用304不銹鋼材質(zhì)制成，在煤樣罐I兩端分別螺紋連接有上端蓋2和下端蓋3，用以對(duì)煤樣罐I進(jìn)行密封，如圖3所示，所述下端蓋3上開設(shè)有進(jìn)氣口 5，如圖2所示，上端蓋2上開設(shè)有出氣口 7和一通孔6，在加熱器8外圍套設(shè)有外層保溫殼體11，在外層保溫殼體11和加熱器8之間設(shè)置有螺旋狀進(jìn)氣管12，進(jìn)氣管12在加熱器8外側(cè)盤旋分布，并延伸至煤樣罐I下部，且其一端與煤樣罐I的下端蓋3上的進(jìn)氣口 5連通，進(jìn)氣管12另一端設(shè)置在外層保溫殼體11的外部，與空氣栗14連通；出氣管15—端與煤樣罐I上端蓋2上的出氣口7連通，另一端與冷卻管16—端連通，且在所述進(jìn)氣管12與煤樣罐1、出氣管15與煤樣罐I的連接處分別設(shè)置有卡套4，進(jìn)一步保證煤樣罐I的密封效果，所述冷卻管16的另一端連接氣體取樣器17，所述冷卻管16為螺旋狀，用以保證煤樣罐I中流出的高溫氣流的及時(shí)冷卻，溫度傳感器18穿過上端蓋2上所述通孔6插設(shè)于煤樣罐I中，用以實(shí)時(shí)讀取煤樣罐I中待測(cè)煤樣的溫度，在本實(shí)施例中，溫度傳感器18通過測(cè)溫線外接溫度采集器19，用以記錄煤樣罐I中的溫度變化，且本裝置整體重量可控制為僅8.45kg，便于攜帶至煤礦現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，非常適用。
[0032]在所述空氣栗14與進(jìn)氣管12之間還設(shè)置有流量計(jì)13，用于控制氣體的流量。
[0033]所述氣體取樣器17為微型氣栗，所述氣體取樣器外接氣相色譜儀，用以測(cè)定氣體成分。
[0034]采用上述的便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行煤自燃標(biāo)志性氣體測(cè)定的方法，具體步驟如下:
[0035]步驟一:打開空氣栗14，同時(shí)給加熱器8通電，加熱器8按預(yù)設(shè)溫度^給煤樣罐I進(jìn)行加熱，使得煤樣罐外壁的溫度隨著加熱器8的加熱升高，進(jìn)而使得煤樣罐I內(nèi)部盛裝的待測(cè)煤樣的溫度也隨之升高，同時(shí)加熱器8還對(duì)通過進(jìn)氣管12向煤樣罐I內(nèi)送入的空氣加熱；
[0036]步驟二:在加熱過程中，待測(cè)煤樣會(huì)在不同溫度時(shí)自身分解，或與栗入的空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出不同氣體，通過溫度傳感器18實(shí)時(shí)讀取煤樣罐I中煤樣的當(dāng)前溫度t2;
[0037]如圖4所示，在加熱器8溫度升高到預(yù)設(shè)溫度時(shí)，煤樣罐外壁也達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，如圖5所示，在煤樣罐I中的待測(cè)煤樣的溫度升高稍滯后于煤樣罐外壁，且待測(cè)煤樣溫度開始時(shí)加速升高，隨著升溫的繼續(xù)進(jìn)行，待測(cè)煤樣溫度的升高逐漸變緩，最終使得待測(cè)煤樣溫度無限趨近于煤樣罐外壁的溫度；
[0038]步驟三:在讀取的溫度值t2達(dá)到或者趨近于設(shè)定溫度值tl，依據(jù)tl= t2條件或煤樣罐I中待測(cè)煤樣溫度^趨于穩(wěn)定時(shí)，具體地說，即待測(cè)煤樣的升溫步距小于1°C的溫度精度差時(shí)，通過出氣管15外接的氣體取樣器17進(jìn)行取樣，再通過氣體取樣器17外接的氣相色譜儀測(cè)定待測(cè)煤樣釋放出氣體的成分，即可得到在溫度為tiSts下待測(cè)煤樣釋放的各氣體成分；
[0039]另外，隨著待測(cè)煤樣的自身分解或與栗入的空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，待測(cè)煤樣氧化放熱，此時(shí)，待測(cè)煤樣的溫度甚至?xí)哂诿簶庸尥獗跍囟龋ㄟ^描繪待測(cè)煤樣和煤樣罐外壁的溫度變化曲線，如圖6所示，可以看到每個(gè)溫度跳躍階段都會(huì)存在一個(gè)穩(wěn)定時(shí)間段，此時(shí)待測(cè)煤樣溫度曲線與煤樣罐外壁溫度曲線產(chǎn)生交匯，當(dāng)交匯時(shí)長滿足十秒，且交匯處溫度差值小于等于0.5°C時(shí)，此時(shí)，也滿足取樣條件，可通過出氣管15外接的氣體取樣器17進(jìn)行取樣，再通過氣體取樣器17外接的氣相色譜儀測(cè)定待測(cè)煤樣釋放出氣體的成分。
[0040]步驟一中，在所述空氣栗14與進(jìn)氣管12之間還設(shè)置有流量計(jì)13，用于控制氣體的流量。
[0041]在步驟二中，所述加熱器8上設(shè)有控溫線9，所述控溫線9連接有控溫器10，用以對(duì)煤樣罐I進(jìn)行加熱時(shí)進(jìn)行控溫，用以實(shí)現(xiàn)煤樣罐I的升溫控溫范圍在室溫?500°C之間，且所述溫度傳感器18外接溫度采集器19，用以記錄煤樣罐I中煤樣的溫度變化。
[0042]最后應(yīng)該說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括:煤樣罐，煤樣罐中盛裝有待測(cè)煤樣，煤樣罐外壁套設(shè)有加熱器，用以對(duì)煤樣罐進(jìn)行加熱，在煤樣罐兩端分別設(shè)置有上端蓋和下端蓋，用以對(duì)煤樣罐進(jìn)行密封，所述下端蓋上開設(shè)有進(jìn)氣口，上端蓋上開設(shè)有出氣口和一通孔，在加熱器外圍套設(shè)有外層保溫殼體，在外層保溫殼體和加熱器之間設(shè)置有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管延伸至煤樣罐下部，且其一端與煤樣罐的下端蓋上的進(jìn)氣口連通，進(jìn)氣管另一端設(shè)置在外層保溫殼體的外部，與空氣栗連通；出氣管一端與煤樣罐上端蓋上的出氣口連通，另一端與冷卻管一端連通，所述冷卻管的另一端連接氣體取樣器，溫度傳感器穿過上端蓋上所述通孔插設(shè)于煤樣罐中，用以實(shí)時(shí)讀取煤樣罐中待測(cè)煤樣的溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述加熱器上設(shè)置有控溫線，所述控溫線連接有控溫器，用以對(duì)煤樣罐加熱時(shí)進(jìn)行控溫，所述溫度傳感器外接溫度采集器，用以記錄煤樣罐中的溫度變化。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述進(jìn)氣管為螺旋狀，并在所述加熱器外側(cè)盤旋分布。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述冷卻管為螺旋狀，用以保證煤樣罐中流出的高溫氣流的及時(shí)冷卻。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在所述空氣栗與進(jìn)氣管之間還設(shè)置有流量計(jì)，用于控制氣體的流量。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述煤樣罐為圓柱形，采用不銹鋼材質(zhì)制成，所述上端蓋和下端蓋均與煤樣罐螺紋連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述氣體取樣器為微型氣栗，所述氣體取樣器外接氣相色譜儀，用以測(cè)定氣體成分。8.采用權(quán)利要求1所述的便攜式煤樣控溫加熱實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行煤自燃標(biāo)志性氣體測(cè)定的方法，其特征在于:具體步驟如下: 步驟一:打開空氣栗，同時(shí)給加熱器通電，通過進(jìn)氣管向煤樣罐內(nèi)送入空氣，且通過加熱器給煤樣罐和進(jìn)氣管中的空氣按預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行加熱； 步驟二:在加熱過程中，待測(cè)煤樣在不同溫度時(shí)自身分解，或與栗入的空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出不同氣體，通過溫度傳感器實(shí)時(shí)讀取煤樣罐中煤樣的溫度； 步驟三:在讀取的溫度值達(dá)到或者趨近于設(shè)定溫度值，且溫度值趨于穩(wěn)定時(shí)，通過出氣管外接的氣體取樣器進(jìn)行取樣，再通過氣體取樣器外接的氣相色譜儀測(cè)定待測(cè)煤樣釋放出氣體的成分。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:在步驟一中，在所述空氣栗與進(jìn)氣管之間還設(shè)置有流量計(jì)，用于控制氣體的流量。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:在步驟二中，所述加熱器上設(shè)有控溫線，所述控溫線連接有控溫器，用以對(duì)煤樣罐進(jìn)行加熱時(shí)進(jìn)行控溫，用以實(shí)現(xiàn)煤樣罐的升溫控溫范圍在室溫?500°C之間，且所述溫度傳感器外接溫度采集器，用以記錄煤樣罐中煤樣的溫度變化。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK106018468SQ201610296848
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】李宗翔, 高磊, 李騰, 王雙勇, 王雅迪, 王天明, 吳邦大, 路寶生
【申請(qǐng)人】遼寧工程技術(shù)大學(xué)