間歇式燃燒氣體熱量計(jì)的制作方法
【專利摘要】一種間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,包括氣體質(zhì)量稱量裝置、電能校準(zhǔn)裝置和紅外分析組件,氣體質(zhì)量稱量裝置通過管路與電能校準(zhǔn)裝置的氣體熱量計(jì)組件連接,氣體熱量計(jì)組件通過管路與紅外分析組件連接;上述各裝置的電信號端分別與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接。本發(fā)明的有益效果是:測量結(jié)果準(zhǔn)確性好,不確定度小。
【專利說明】間歇式燃燒氣體熱量計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)赓|(zhì)量測量設(shè)備領(lǐng)域,更具體的涉及一種間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其作用是測量純氣體或混合燃?xì)獾臒嶂??!?br>
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣、煤氣、煤層氣、生物質(zhì)氣和液化石油氣等燃?xì)獾臒嶂?,是衡量其能量密度的唯一指?biāo),是燃?xì)赓Q(mào)易結(jié)算的重要依據(jù),因此準(zhǔn)確測量燃?xì)鉄嶂稻哂兄匾囊饬x。燃?xì)鉄嶂档臏y量方法有氣相色譜法和氣體熱量計(jì)兩種方法。
[0003]氣相色譜法通過測量燃?xì)獾慕M成,然后根據(jù)每種組分的含量和該組分純氣體熱值計(jì)算該組分的熱值,最后將每種組分的熱值累加起來,得到單位體積燃?xì)獾臒嶂?。對于管道傳輸?shù)娜細(xì)?,特別是天然氣,通過在線氣相色譜法測量單位體積燃?xì)獾臒嶂?,再通過流量計(jì)測量天然氣流量,最后根據(jù)單位體積熱值和流量進(jìn)行積分,得到一段時(shí)間內(nèi)通過管道的天然氣的總熱值。
[0004]氣體熱量計(jì)通過直接燃燒燃?xì)鉁y量燃?xì)獾臒嶂怠怏w熱量計(jì)包括兩類,分別是連續(xù)燃燒氣體熱量計(jì)和間歇燃燒氣體熱量計(jì)。連續(xù)燃燒氣體熱量計(jì)較為常見,包括水流式氣體熱量計(jì)和Culter-Ha_er氣體熱量計(jì),主要用來測量天然氣、煤氣、煤層氣和液化石油氣等混合氣體熱值。水流式氣體熱量計(jì)利用水流吸熱方式來測定熱值,即燃?xì)庠诤愣▔毫ο逻M(jìn)入本生燈連續(xù)燃燒,釋放出熱量;在熱量計(jì)內(nèi)與連續(xù)恒溫水流進(jìn)行充分的熱交換使水流溫度升高;最后可以根據(jù)固定時(shí)間內(nèi)流過熱量計(jì)的水的質(zhì)量、溫升、比熱以及燃?xì)獾捏w積來計(jì)算燃?xì)鉄嶂?。Culter-Hammer熱量計(jì)則利用空氣吸熱方式來測定熱值,即燃?xì)膺B續(xù)燃燒釋放出熱量,在熱量計(jì)內(nèi)與連續(xù)空氣流進(jìn)行充分的熱交換使空氣流溫度升高;最后可以根據(jù)固定時(shí)間內(nèi)流過熱量計(jì)的空氣的體積、溫升、比熱以及燃?xì)獾捏w積來計(jì)算燃?xì)獾臒嶂怠?br>
[0005]水流式熱量計(jì)測量氣體熱值的不確定度為l%;Culter-Hamme;r氣體熱量計(jì)測量氣體熱值的不確定度為(0.2%?0.3% )。
[0006]間歇燃燒氣體熱量計(jì)的特點(diǎn)是取一定量燃?xì)?,一次性燃燒,然后利用熱量?jì)測量其熱值。氧彈法氣體熱量計(jì)是一種典型的間歇燃燒氣體熱量計(jì),燃?xì)夂脱鯕獗幻芊庠谘鯊椫?,點(diǎn)火燃燒后熱量被氧彈及其周圍的水吸收,最后可以根據(jù)氧彈熱量計(jì)的熱容量和燃?xì)獾捏w積計(jì)算燃?xì)獾臒嶂?。氧彈式氣體熱量計(jì)的不確定度為(0.5%?0.6% )。
[0007]上述各種現(xiàn)有熱量計(jì)存在不確定度較大,精度差的缺點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的是提供一種間歇式燃燒氣體熱量計(jì),以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不確定度較高,精度差,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作不方便的問題。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,包括氣體質(zhì)量稱量裝置、氣體熱量計(jì)組件和紅外分析組件,氣體質(zhì)量稱量裝置通過管道與氣體熱量計(jì)組件連接,氣體熱量計(jì)組件通過管路與紅外分析組件連接;上述各裝置的電信號端分別與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:測量結(jié)果的不確定度較低,精度高,裝置的結(jié)構(gòu)比較簡單,操作方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是電能校準(zhǔn)裝置的電路圖。
[0013]圖3是電能校準(zhǔn)的時(shí)間-溫度曲線。
[0014]圖4是玻璃燃燒器的截面示意圖。
[0015]圖5是玻璃燃燒器旋轉(zhuǎn)90°后的截面示意圖。
[0016]圖6是氣體燃燒的時(shí)間-溫度曲線。
[0017]附圖標(biāo)記說明:
[0018]1、氣體質(zhì)量稱量裝置,2、氣體熱量計(jì)組件,3、紅外分析組件,4、燃?xì)夤奚笛b置,
5、參比罐,6、參比罐升降裝置,7、樣品支架,8、高精度電子天平,9、氧氣鋼瓶,10、氬氣鋼瓶,
11、第三質(zhì)量流量計(jì),12、第二質(zhì)量流量計(jì),13、第一質(zhì)量流量計(jì),14、真空泵,15、燃?xì)?甲烷)鋼瓶,16、四通閥,17、氣壓計(jì),18、燃?xì)夤蓿?9、溫度濕度壓力傳感器,20、控制恒溫槽,21外筒,22、熱量計(jì)內(nèi)筒,23、離子水,24、攪拌器,25、玻璃燃燒器,26、鉬絲,27、加熱電纜,28、熱管(插入內(nèi)筒的部分),29、密閉腔體,31、熱管(露在空氣中的部分),32、鉬電阻溫度計(jì),33、熱敏電阻溫度計(jì),34、點(diǎn)火電極,35、熱交換器,36、循環(huán)水機(jī),37、管路,38、氣體產(chǎn)物吸收裝置,39、紅外分析儀,40、直流電源,41和42、數(shù)字電壓表,43、標(biāo)準(zhǔn)電阻,44、氧氣管路(在燃燒器的入口),45、燃?xì)夤苈?在燃燒器的入口),46、排氣管,47、氬氣管路,48、工業(yè)控制計(jì)算機(jī),A、電能校準(zhǔn)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參見圖1?圖6,本發(fā)明一種間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,包括氣體質(zhì)量稱量裝置1、氣體熱量計(jì)組件2和紅外分析組件3,氣體質(zhì)量稱量裝置I通過管道與氣體熱量計(jì)組件2連接,氣體熱量計(jì)組件2通過管路37與紅外分析組件3連接;上述各裝置的電信號端分別與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)48連接。
[0020]所述的氣體質(zhì)量稱量裝置I包括:在一密閉腔體29內(nèi)設(shè)有高精度的電子天平8,在電子天平8上裝有樣品支架7,在樣品支架7上設(shè)有燃?xì)夤奚笛b置4和參比罐升降裝置6,在燃?xì)夤奚笛b置4和參比罐升降裝置6上設(shè)有燃?xì)夤?8和參比罐5 ;在該密閉腔體29內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器19 ;燃?xì)夤?8通過細(xì)徑柔性氣體管路與四通閥16的一端連接,在細(xì)徑柔性氣體管路上裝有氣壓計(jì)17 ;該四通閥16得其他各端還分別與燃?xì)怃撈?5、真空泵14和第一質(zhì)量流量計(jì)13的一端相連接,該第一質(zhì)量流量計(jì)13的另一端通過燃?xì)夤苈窂脑摎怏w熱量計(jì)組件的玻璃燃燒器25的底部通入;電子天平8、溫度濕度壓力傳感器19、四通閥16、真空泵14、第一質(zhì)量流量計(jì)13均與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)48電連接。
[0021]所述的高精度電子天平8,最大稱樣量不小于200g,質(zhì)量測量分辨率不大于
0.0lmg ;所述的電子天平8用于稱量燃?xì)夤?8和參比罐5的質(zhì)量,根據(jù)燃?xì)忉尫徘?、后燃?xì)夤?8質(zhì)量之差,計(jì)算從燃?xì)夤?8釋放出來、參與燃燒的燃?xì)獾馁|(zhì)量;[0022]所述的燃?xì)夤?8為球形,由壁厚為1.5m的不銹鋼制成;燃?xì)夤迌Υ嫒細(xì)?,壓力?1.5X106Pa?2.4X106Pa)范圍內(nèi);燃?xì)夤?8底部由細(xì)徑柔性氣體管路與四通閥16相連;所述的參比罐5為球形,由壁厚為1.5mm的不銹鋼制成,體積與燃?xì)夤?8體積相同,底部連接細(xì)徑柔性氣體管路。
[0023]所述的樣品支架7,放置在高精度電子天平8的稱量臺上,用于支撐燃?xì)夤?8和參比罐5,以實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤?8或參比罐5的質(zhì)量測量;燃?xì)夤奚笛b置4用于升起或降落燃?xì)夤?8,當(dāng)升起燃?xì)夤?8時(shí),燃?xì)夤?8與樣品支架7沒有接觸,當(dāng)降落燃?xì)夤?8時(shí),燃?xì)夤?8落在樣品支架7上,可以稱量其質(zhì)量;參比罐升降裝置6,用于升起或降落參比罐5,當(dāng)升起參比罐5時(shí),參比罐與樣品支架7沒有接觸,當(dāng)降落參比罐5時(shí),參比罐5落在樣品支架7上,用于稱量其質(zhì)量。
[0024]所述的密閉腔體29,由不銹鋼制成,其長寬高為600mmX600mmX600mm,其正面有
帶觀察窗的平開門;密閉腔體29放置在隔振臺(未圖示)上;密閉腔體29內(nèi)放置高精度電子天平8、樣品支架7、燃?xì)夤?8、參比罐5和溫度濕度壓力傳感器19等。
[0025]所述的溫度濕度壓力傳感器19,用于測量密閉腔體29內(nèi)空氣的溫度、濕度和壓力,用于計(jì)算空氣密度;溫度濕度壓力傳感器19與計(jì)算機(jī)48連接,可向計(jì)算機(jī)傳遞實(shí)時(shí)溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)。
[0026]所述的氣壓計(jì)17,安裝在燃?xì)夤?8通向四通閥16的細(xì)徑柔性氣體管路上,用于測量管路內(nèi)氣體壓力。
[0027]所述的細(xì)徑柔性氣體管路,其內(nèi)徑不大于1.5mm,非金屬材料制成,耐壓超過3X106Pa。
[0028]所述的四通閥16,同時(shí)連接燃?xì)夤?8、燃?xì)怃撈?5、第一(氣體)質(zhì)量流量計(jì)13
和真空泵14。
[0029]所述燃?xì)怃撈?5的體積為40L,儲存可燃性純氣體或混合氣體,氣體壓力在(3X106Pa?1.5X107Pa);所述氧氣鋼瓶9和氮?dú)怃撈?0的體積為40L,儲存氣體壓力在(3X 106Pa?1.5X107Pa);所述的真空泵14由分子泵和機(jī)械泵串聯(lián)組成,可將燃?xì)夤蕹檎婵罩翚鈮盒∮趌X10-5Pa。
[0030]所述的氣體熱量計(jì)組件2包括氣體熱量計(jì)裝置和電能校準(zhǔn)裝置A,氣體熱量計(jì)裝置包括內(nèi)筒22、外筒21和恒溫槽20,該內(nèi)筒22和外筒21由不銹鋼制成,外筒21的內(nèi)表面拋光,該內(nèi)筒22的外表面拋光;該外筒21浸泡在恒溫槽20中,恒溫槽20內(nèi)的去離子水溫度在27.000°C保持恒定;該內(nèi)筒22外壁與外筒21內(nèi)壁間距Icm ;內(nèi)筒22內(nèi)充滿去離子水23,水的初始溫度為23.(TC左右;該內(nèi)筒22中設(shè)有玻璃燃燒器25、攪拌器24、點(diǎn)火電極34和冷卻裝置;通過攪拌器24攪拌,使得內(nèi)筒22的水溫均勻;冷卻裝置包括深入內(nèi)筒22的冷卻熱管31、冷卻熱管31的熱交換器35以及半導(dǎo)體制冷的循環(huán)水機(jī)36 ;—氧氣鋼瓶9通過第二質(zhì)量流量計(jì)12和氧氣管路從燃燒器25側(cè)面通入;所述的燃?xì)夤苈?5和氧氣管路44分別通過兩個(gè)同軸的氣體管路在燃燒器25內(nèi)部向上傳輸,并在管路的開口處(點(diǎn)火處)混合;一氬氣鋼瓶10通過第三質(zhì)量流量計(jì)11和氬氣管路47從燃燒器25的側(cè)面通入。
[0031]所述的電能校準(zhǔn)裝置A包括加熱電纜27、鉬電阻溫度計(jì)32、熱敏電阻溫度計(jì)33、直流穩(wěn)壓電源40、標(biāo)準(zhǔn)電阻43和兩臺高精度數(shù)字電壓表41和42,該加熱電纜27與標(biāo)準(zhǔn)電阻43串聯(lián)在直流穩(wěn)壓電源40的正負(fù)極之間,加熱電纜27兩端和標(biāo)準(zhǔn)電阻43兩端各自連接高精度數(shù)字電壓表41和42,加熱電纜纏繞在玻璃燃燒器的外面。
[0032]所述的加熱電纜27由內(nèi)外三層構(gòu)成,內(nèi)層是鎳鉻合金,作為加熱元件,加熱元件由兩端的冷端和中間的熱端組成,冷端的線電阻為0.6 Ω /m,中間的熱端線電阻為12.5 Ω /m ;中層是高密度礦物絕緣粉,外層是鎳鉻鐵合金,作為保護(hù)層;加熱電纜的總電阻約為46.7Ω,總長約為4m ;加熱電纜與標(biāo)準(zhǔn)電阻和直流穩(wěn)壓電源串聯(lián);加熱電纜同時(shí)與數(shù)字電壓表并聯(lián);所述的標(biāo)準(zhǔn)電阻,其電阻值為25 Ω,電阻值經(jīng)計(jì)量部門檢定,能夠溯源到直流電阻國家基準(zhǔn)上,電阻阻值的不確定度小于2.5 X 10-4 Ω。
[0033]所述的鉬電阻溫度計(jì)32,電阻值約為25Ω,使用高精度直流電橋測定其電阻值,從而計(jì)算內(nèi)筒得水溫;鉬電阻溫度計(jì)32和高精度直流電橋經(jīng)計(jì)量部門檢定,使得溫度測量結(jié)果在23°C?27°C范圍內(nèi)溫度測量不確定度小于0.0OlK ;熱敏電阻溫度計(jì)33測量內(nèi)筒水溫,根據(jù)鉬電阻溫度計(jì)的測量結(jié)果修正熱敏電阻溫度計(jì)的測量結(jié)果,在23°C?27°C范圍內(nèi)溫度測量不確定度小于0.005K。
[0034]所述的直流穩(wěn)壓電源40的最大電壓為50V ;所述的兩臺高精度數(shù)字電壓表41和42的精度為八位半,分別測量加熱電纜和標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓;高精度數(shù)字電壓表經(jīng)計(jì)量部門檢定,使電壓測量結(jié)果的不確定度小于0.4mV。
[0035]所述的玻璃燃燒器25由石英玻璃制成,包括上、下兩部分,兩者之間用磨口連接;點(diǎn)火電極34由一根鉬絲和一根鉬絲組成,鉬絲從氬氣管路進(jìn)入燃燒器25,安裝于燃?xì)夤苈泛脱鯕夤苈坊旌系拈_口處;根鉬絲單獨(dú)從燃燒器側(cè)面通入燃燒器25,也安裝于燃?xì)夂脱鯕饣旌系墓苈烽_口處(火焰處);點(diǎn)火電極34與電脈沖點(diǎn)火器(感應(yīng)式脈沖電壓發(fā)生器,產(chǎn)生高電壓,使得空氣電離,即打火)相連;玻璃燃燒器25的上半部分頂部連有排氣管46,排氣管下行到燃燒器中部位置,纏繞一圈半后,垂直向上導(dǎo)出氣體燃燒產(chǎn)物;玻璃燃燒器上半部分外纏繞所述的加熱電纜。
[0036]所述的紅外分析組件3包括氣體產(chǎn)物吸收裝置和氣體產(chǎn)物紅外分析儀39,氣體產(chǎn)物吸收裝置包括由三個(gè)填充了高氯酸鎂的干燥管38組成,干燥管38 —端與玻璃燃燒器25的排氣管路相連,另一端與氣體產(chǎn)物紅外分析儀39相連;干燥管38之間用不銹鋼毛細(xì)管串聯(lián);所述的氣體產(chǎn)物紅外分析儀39設(shè)有雙通道檢測器,能夠同時(shí)檢測兩種氣體產(chǎn)物的組成及含量;該氣體產(chǎn)物紅外分析儀與所述的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)44相連。
[0037]本發(fā)明的核心是提供了一種間歇式燃燒的氣體熱量計(jì),能夠準(zhǔn)確的測量燃?xì)獾臒嶂?。下面結(jié)合附圖,以甲烷氣體為例,對本發(fā)明的工作過程和原理進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0038]1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:
[0039]將氣體質(zhì)量稱量裝置1、氣體熱量計(jì)組件2、氣體產(chǎn)物吸收裝置38和紅外分析儀39放置在恒溫間內(nèi),恒溫間溫度設(shè)置為26.(TC,一天之內(nèi)溫差不超過0.5°C。電能校準(zhǔn)相關(guān)儀表、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和循環(huán)水機(jī)36放在恒溫間外。恒溫間外室溫設(shè)置為24°C,一天之內(nèi)溫差不超過2°C??刂坪銣夭?0溫度為27.000°C。在熱量計(jì)內(nèi)筒22中加入4300.0Og去離子水。在熱量計(jì)內(nèi)筒22中插入熱量計(jì)冷卻裝置的熱管31,將熱量計(jì)內(nèi)筒22水溫降至23.(TC。
[0040]2、電能校準(zhǔn):
[0041]首先,安裝攪拌器24、加熱電纜27、鉬電阻溫度計(jì)32和熱敏電阻溫度計(jì)33的連接線。鉬電阻溫度計(jì)連接高精度測溫電橋。連接安裝玻璃燃燒器25的氣體管路接口,使得甲烷、氧氣和氬氣能夠進(jìn)入燃燒器,尾氣能夠排出燃燒器。將加熱電纜27的兩端用導(dǎo)線與直流電源40和標(biāo)準(zhǔn)電阻43串聯(lián),將加熱電纜的兩端用導(dǎo)線與數(shù)字電壓表41并聯(lián)。將標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端用導(dǎo)線與直流電源和加熱電纜串聯(lián),將標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端用導(dǎo)線與數(shù)字電壓表42并聯(lián)。上述攪拌器、測溫用高精度電橋和數(shù)字電壓表、測量加熱電纜和標(biāo)準(zhǔn)電阻的數(shù)字電壓表,以及直流電源,均與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和動(dòng)作控制。
[0042]其次,開始電能校準(zhǔn)。開動(dòng)攪拌器。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連續(xù)記錄鉬電阻溫度計(jì)32和熱敏電阻溫度計(jì)33溫度值。內(nèi)筒22水溫度緩慢升高,在40min左右溫度升高至23.3°C左右。計(jì)算鉬電阻溫度計(jì)32和熱敏電阻溫度計(jì)33的溫度測量結(jié)果,以鉬電阻溫度計(jì)32測量結(jié)果為真值,計(jì)算熱敏電阻溫度計(jì)33的修正值,并對熱敏電阻溫度計(jì)33進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。啟動(dòng)直流電源,對加熱電纜27輸出恒定加熱電流。兩臺數(shù)字電壓表41分別實(shí)時(shí)記錄加熱電纜27和標(biāo)準(zhǔn)電阻上電壓值。加熱功率約為46w,加熱時(shí)間精確控制在1200s。加熱時(shí)間截止時(shí),關(guān)閉直流電源,停止采集數(shù)字電壓表讀數(shù),繼續(xù)采集鉬電阻溫度計(jì)32和熱敏電阻溫度計(jì)33溫度測量結(jié)果。約Ih后停止采集溫度結(jié)果。電能校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)過程結(jié)束。
[0043]再次,將熱量計(jì)冷卻用的熱管插入熱量計(jì)內(nèi)筒,將熱量計(jì)冷卻到23.000°C,以便下次實(shí)驗(yàn)。
[0044]再次,計(jì)算總的加熱電能。電能加熱的總能量按照如下公式計(jì)算。
[0046]式中:W是電能加熱的總能量,J ;
[0047]t是電加熱的總時(shí)間,1200s ;
[0048]I是瞬時(shí)加熱電流,A;
[0049]E2是加熱電纜上的瞬時(shí)電壓,V ;
[0050]E1是標(biāo)準(zhǔn)電阻上的瞬時(shí)電壓,V ;
[0051 ] Rs是標(biāo)準(zhǔn)電阻的電阻值,Ω。
[0052]再次,計(jì)算熱量計(jì)的溫升。熱量計(jì)的溫升按照如下公式計(jì)算。
[0053]Δ Θ corr= Θ e- Θ b+ Δ θ (2)
[0054]式中:Λ θ是熱量計(jì)的熱量計(jì)的溫升,K ;
[0055]06是熱量計(jì)末期的溫度,K;
[0056]Θ b是熱量計(jì)初期的溫度,K ;
[0057]Δ Θ是根據(jù)內(nèi)筒外筒熱交換計(jì)算得到的溫度修正項(xiàng),K。
[0058]由于外筒溫度高于內(nèi)筒溫度,因此外筒通過熱傳導(dǎo)方式向內(nèi)筒傳遞熱流,由此造成的內(nèi)筒溫度變化用修正項(xiàng)Λ Θ表示。Λ Θ是根據(jù)依據(jù)牛頓冷去定律導(dǎo)出的瑞方公式,由內(nèi)筒和外筒的實(shí)時(shí)溫度計(jì)算得到。
[0059]最后,計(jì)算熱量計(jì)的熱容量。熱量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)初態(tài)熱容量按照如下公式計(jì)算。
W
[0060]^si =-7^~ (3)
禮rr.[0061]式中:ε Si是熱量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)初態(tài)熱容量,簡稱熱容量,J/K。
[0062]3、氣體質(zhì)量稱量
[0063]甲烷氣體存儲在燃?xì)夤?8中,測量熱值時(shí),甲烷從燃?xì)夤蘖魅霘怏w熱量計(jì)中燃燒;在點(diǎn)燃甲烷前后分別稱量燃?xì)夤薜馁|(zhì)量,以實(shí)現(xiàn)參與燃燒的甲烷質(zhì)量的精確測定。[0064]首先,溫度濕度壓力傳感器19測定密閉腔體內(nèi)的空氣溫度(T)、濕度(h)和大氣壓力(P),數(shù)據(jù)傳輸給工業(yè)控制計(jì)算機(jī),按照如下公式計(jì)算空氣密度。
[0065]
【權(quán)利要求】
1.一種間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,包括氣體質(zhì)量稱量裝置、氣體熱量計(jì)組件和紅外分析組件,氣體質(zhì)量稱量裝置通過管道與氣體熱量計(jì)組件連接,氣體熱量計(jì)組件通過管路與紅外分析組件連接;上述各裝置的電信號端分別與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的氣體質(zhì)量稱量裝置I包括:在一密閉腔體內(nèi)設(shè)有高精度的電子天平8,在電子天平8上裝有樣品支架7,在樣品支架7上設(shè)有燃?xì)夤奚笛b置4和參比罐升降裝置6,在燃?xì)夤奚笛b置4和參比罐升降裝置6上設(shè)有燃?xì)夤?8和參比罐5 ;在該密閉腔體內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器19 ;燃?xì)夤?8通過細(xì)徑柔性氣體管路與四通閥16的一端連接,在細(xì)徑柔性氣體管路上裝有氣壓計(jì)17 ;該四通閥16得其他各端還分別與燃?xì)怃撈?5、真空泵14和第一質(zhì)量流量計(jì)13的一端相連接,該第一質(zhì)量流量計(jì)13的另一端通過燃?xì)夤苈窂脑摎怏w熱量計(jì)組件的玻璃燃燒器25的底部通入;電子天平8、溫度濕度壓力傳感器19、四通閥16、真空泵14、第一質(zhì)量流量計(jì)13均與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)44電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的高精度電子天平,最大稱樣量不小于200g,質(zhì)量測量分辨率不大于0.01mg ;所述的電子天平用于稱量燃?xì)夤藓蛥⒈裙薜馁|(zhì)量,根據(jù)燃?xì)忉尫徘?、后燃?xì)夤拶|(zhì)量之差,計(jì)算從燃?xì)夤掎尫懦鰜?、參與燃燒的燃?xì)獾馁|(zhì)量; 所述的燃?xì)夤?,球型,由壁厚?.5mm的不銹鋼制成;燃?xì)夤迌Υ嫒細(xì)?,壓力?1.5X106Pa~2.4X106Pa)范圍內(nèi);燃?xì)夤薜撞坑杉?xì)徑柔性氣體管路與四通閥相連;所述的參比罐,球型,由壁厚為1.5mm的不銹鋼制成,體積與燃?xì)夤摅w積相同,底部連接細(xì)徑柔性氣體管路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的樣品支架,放置在高精度電子天平的稱量臺上,用于支撐燃?xì)夤藁騾⒈裙蓿詫?shí)現(xiàn)燃?xì)夤藁騾⒈裙薜馁|(zhì)量測量;燃?xì)夤奚笛b置,用于升起或降落燃?xì)夤?,?dāng)升起燃?xì)夤迺r(shí),燃?xì)夤夼c樣品支架沒有接觸,當(dāng)降落燃?xì)夤迺r(shí),燃?xì)夤蘼?在樣品支架上,可以稱量其質(zhì)量;參比罐升降裝置,用于升起或降落參比罐,當(dāng)升起參比罐時(shí),參比罐與樣品支架沒有接觸,當(dāng)降落參比罐時(shí),參比罐落在樣品支架上,用于稱量其質(zhì)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的密閉腔體,由不銹鋼制成,其長寬高為600mmX600mX600mm,其正面有帶觀察窗的平開門;密閉腔體放置在隔振臺上;密閉腔體內(nèi)放置高精度電子、樣品支架、燃?xì)夤?、參比罐和溫度濕度壓力傳?br>
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的溫度濕度壓力傳感器,用于測量密閉腔體內(nèi)空氣的溫度、濕度和壓力,用于計(jì)算空氣密度;溫度濕度壓力傳感器與計(jì)算機(jī)連接,可向計(jì)算機(jī)傳遞實(shí)時(shí)溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù); 所述的氣壓計(jì),安裝在燃?xì)夤尥ㄏ蛩耐ㄩy的細(xì)徑柔性氣體管路上,用于測量管路內(nèi)氣體壓力; 所述的細(xì)徑柔性氣體管路,其內(nèi)徑不大于1.5mm,非金屬材料制成,耐壓超過3X106Pa ; 所述的四通閥,同時(shí)連接燃?xì)夤蕖⑷細(xì)怃撈?、氣體熱量計(jì)和真空泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述燃?xì)怃撈康捏w積為40L,儲存可燃性純氣體或混合氣體,氣體壓力在(3X 106Pa~1.5X107Pa);所述氧氣和氮?dú)怃撈?,體積為40L,儲存氣體壓力在(3X106Pa~1.5X107Pa);所述的真空泵,由分子泵和機(jī)械泵串聯(lián)組成,可將燃?xì)夤蕹檎婵罩翚鈮盒∮趌X10-5Pa。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的氣體熱量計(jì)組件2包括氣體熱量計(jì)裝置和電能校準(zhǔn)裝置A,氣體熱量計(jì)裝置包括內(nèi)筒22、外筒21和恒溫槽20,該內(nèi)筒22和外筒21由不銹鋼制成,外筒21的內(nèi)表面拋光,該內(nèi)筒22的外表面拋光;該外筒21浸泡在恒溫槽20中,恒溫槽20內(nèi)的去離子水溫度在27.000°C保持恒定;該內(nèi)筒22外壁與外筒21內(nèi)壁間距Icm ;內(nèi)筒22內(nèi)充滿去離子水23,水的初始溫度為23.(TC左右;該內(nèi)筒22中設(shè)有玻璃燃燒器25、攪拌器24、點(diǎn)火電極34和冷卻裝置;通過攪拌器24攪拌,使得內(nèi)筒22的水溫均勻;冷卻裝置包括深入內(nèi)筒22的冷卻熱管31、冷卻熱管31的熱交換器35以及半導(dǎo)體制冷的循環(huán)水機(jī)36 ;—氧氣鋼瓶9通過第二質(zhì)量流量計(jì)12和氧氣管路從燃燒器25側(cè)面通入;所述的燃?xì)夤苈?5和氧氣管路44分別通過兩個(gè)同軸的氣體管路在燃燒器25內(nèi)部向上傳輸,并在管路的開口處(點(diǎn)火處)混合;一||氣鋼瓶10通過第三質(zhì)量流量計(jì)11和氬氣管路47從燃燒器25的側(cè)面通入; 所述的電能校準(zhǔn)裝置A包括加熱電纜27、鉬電阻溫度計(jì)32、熱敏電阻溫度計(jì)33、直流穩(wěn)壓電源40、標(biāo)準(zhǔn)電阻43和兩臺高精度數(shù)字電壓表41和42,該加熱電纜27與標(biāo)準(zhǔn)電阻43串聯(lián)在直流穩(wěn)壓電源40的正負(fù)極之間,加熱電纜27兩端和標(biāo)準(zhǔn)電阻43兩端各自連接高精度數(shù)字電壓表41和42,加熱電纜纏繞在玻璃燃燒器的外面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的加熱電纜27由內(nèi)外三層構(gòu)成,內(nèi)層是鎳鉻合金,作為加熱元件,加熱元件由兩端的冷端和中間的熱端組成,冷端的線電阻為0.6 Ω/m,中間的熱端線電阻為12.5Ω/πι ;中層是高密度礦物絕緣粉,外層是鎳鉻鐵合金,作為保護(hù)層;加熱電纜的總電阻約為46.7Ω,總長約為4m;加熱電纜與標(biāo)準(zhǔn)電阻和直流穩(wěn)壓電源串聯(lián);加熱電纜同時(shí)與數(shù)字電壓表并聯(lián);所述的標(biāo)準(zhǔn)電阻,其電阻值為25 Ω,電阻值經(jīng)計(jì)量部門 檢定,能夠溯源到直流電阻國家基準(zhǔn)上,電阻阻值的不確定度小于 2.5 X 10-4 Ω。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的鉬電阻溫度計(jì)32,電阻值約為25 Ω,使用高精度直流電橋測定其電阻值,從而計(jì)算內(nèi)筒得水溫;鉬電阻溫度計(jì)32和高精度直流電橋經(jīng)計(jì)量部門檢定,使得溫度測量結(jié)果在23°C~27°C范圍內(nèi)溫度測量不確定度小于0.0OlK ;熱敏電阻溫度計(jì)33測量內(nèi)筒水溫,根據(jù)鉬電阻溫度計(jì)的測量結(jié)果修正熱敏電阻溫度計(jì)的測量結(jié)果,在23°C~27°C范圍內(nèi)溫度測量不確定度小于0.005K。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的直流穩(wěn)壓電源40的最大電壓為50V ;所述的兩臺高精度數(shù)字電壓表41和42的精度為八位半,分別測量加熱電纜和標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓;高精度數(shù)字電壓表經(jīng)計(jì)量部門檢定,使電壓測量結(jié)果的不確定度小于0.4mV。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的玻璃燃燒器25由石英玻璃制成,包括上、下兩部分,兩者之間用磨口連接;點(diǎn)火電極34由一根鉬絲和一根鉬絲組成,鉬絲從氬氣管路進(jìn)入燃燒器25,安裝于燃?xì)夤苈泛脱鯕夤苈坊旌系拈_口處;根鉬絲單獨(dú)從燃燒器側(cè)面通入燃燒器25,也安裝于燃?xì)夂脱鯕饣旌系墓苈烽_口處;點(diǎn)火電極34與電脈沖點(diǎn)火器相連;玻璃燃燒器25的上半部分頂部連有排氣管46,排氣管下行到燃燒器中部位置,纏繞一圈半后,垂直向上導(dǎo)出氣體燃燒產(chǎn)物;玻璃燃燒器上半部分外纏繞所述的加熱電纜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間歇式燃燒氣體熱量計(jì),其特征在于,所述的紅外分析組件3包括氣體產(chǎn)物吸收裝置和氣體產(chǎn)物紅外分析儀39,氣體產(chǎn)物吸收裝置包括由三個(gè)填充了高氯酸鎂的干燥管38組成,干燥管38 —端與玻璃燃燒器25的排氣管路相連,另一端與氣體產(chǎn)物紅外分析儀39相連;干燥管38之間用不銹鋼毛細(xì)管串聯(lián);所述的氣體產(chǎn)物紅外分析儀39設(shè)有雙通道檢測器,能夠同時(shí)檢測兩種氣體產(chǎn)物的組成及含量;該氣體產(chǎn)物紅外分析儀與所述的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)44相 連。
【文檔編號】G01N25/26GK103487349SQ201310398713
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】王海峰, 李佳, 孫國華, 宋小平 申請人:中國計(jì)量科學(xué)研究院