一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置及方法，所述裝置包括：煤樣罐，煤樣罐中盛裝有待測煤樣，煤樣罐外壁套設有加熱器，在煤樣罐兩端分別設置有上端蓋和下端蓋，下端蓋上開設有進氣口，上端蓋上開設有出氣口和一通孔，在加熱器外圍套設有外層保溫殼體，在外層保溫殼體和加熱器之間設置有進氣管，進氣管一端與煤樣罐的下端蓋上的進氣口連通，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實現(xiàn)精確控溫，誤差小于1℃，控溫精準；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驗裝置及方法
技術領域
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[0001]本發(fā)明涉及礦山安全工程技術領域，具體涉及一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置及方法。
【背景技術】
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[0002]煤礦煤炭自燃是當前影響煤礦安全生產和制約煤礦工作面順利開采的一大重要災害。在其早期防治和研究的基礎工作中，必須要測定煤自燃標志性氣體，即測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)展程度的預測預報工作，以保障煤礦的安全生產。
[0003]目前對煤自燃標志的氣體測定一般在實驗室內的加熱爐或高溫恒溫箱中進行，是在升溫控溫范圍在室溫+10°C?500°C之間進行測定實驗，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定出自燃標志氣體的組分，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，實際的精度為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)場進行試驗。
[0004]現(xiàn)有的另一種實驗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計的，標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，需要設計一種更適用的便于攜帶的新型煤樣加熱實驗裝置，以解決上述的問題。
【發(fā)明內容】
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[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于煤自燃標志氣體測定的便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置及方法，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行精確控溫。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0008]本發(fā)明提供的一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置，包括:煤樣罐，煤樣罐中盛裝有待測煤樣，煤樣罐外壁套設有加熱器，用以對煤樣罐進行加熱，在煤樣罐兩端分別設置有上端蓋和下端蓋，用以對煤樣罐進行密封，所述下端蓋上開設有進氣口，上端蓋上開設有出氣口和一通孔，在加熱器外圍套設有外層保溫殼體，在外層保溫殼體和加熱器之間設置有進氣管，進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氣口連通，進氣管另一端設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于煤樣罐中，用以實時讀取煤樣罐中待測煤樣的溫度
[0009]所述加熱器上設置有控溫線，所述控溫線連接有控溫器，用以對煤樣罐加熱時進行控溫，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]所述進氣管為螺旋狀，并在所述加熱器外側盤旋分布。
[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冷卻。
[0012]在所述空氣栗與進氣管之間還設置有流量計，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，用以測定氣體成分。
[0015]所述進氣管與煤樣罐、出氣管與煤樣罐的連接處分別設置有卡套，用以進行密封。
[0016]采用上述的便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置進行煤自燃標志性氣體測定的方法，具體步驟如下:
[0017]步驟一:打開空氣栗，同時給加熱器通電，通過進氣管向煤樣罐內送入空氣，且通過加熱器給煤樣罐和進氣管中的空氣按預設溫度進行加熱；
[0018]步驟二:在加熱過程中，待測煤樣在不同溫度時自身分解，或與栗入的空氣發(fā)生化學反應，釋放出不同氣體，通過溫度傳感器實時讀取煤樣罐中煤樣的溫度；
[0019]步驟三:在讀取的溫度值達到或者趨近于設定溫度值，且溫度值趨于穩(wěn)定時，通過出氣管外接的氣體取樣器進行取樣，再通過氣體取樣器外接的氣相色譜儀測定待測煤樣釋放出氣體的成分。
[0020]進一步地，在步驟一中，在所述空氣栗與進氣管之間還設置有流量計，用于控制氣體的流量。
[0021 ] 進一步地，在步驟二中，所述加熱器上設有控溫線，所述控溫線連接有控溫器，用以對煤樣罐進行加熱時進行控溫，用以實現(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驗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實現(xiàn)精確控溫，誤差小于1°C，控溫精準;體積小重量輕，便于攜帶;功耗小，工作安全可靠;采用煤樣罐測溫和加熱控溫雙聯(lián)動測溫方法，將煤樣罐煤樣溫度與加熱溫度相匹配，作為判定取樣的標準;煤樣罐采用不銹鋼材質，保證加熱煤樣時罐體不氧化、不會對煤樣產生催化作用。
【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驗裝置的結構示意圖；
[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-進氣管，13-流量計，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。【具體實施方式】:
[0030]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0031]根據(jù)圖1所示，一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置，包括:煤樣罐I，煤樣罐I中盛裝有待測煤樣，煤樣罐外壁套設有加熱器8，用以對煤樣罐進行加熱，在加熱器8上設置有控溫線9，所述控溫線9連接有控溫器10，用以對煤樣罐I加熱時進行控溫，在本實施例中，煤樣罐I為圓柱形，采用304不銹鋼材質制成，在煤樣罐I兩端分別螺紋連接有上端蓋2和下端蓋3，用以對煤樣罐I進行密封，如圖3所示，所述下端蓋3上開設有進氣口 5，如圖2所示，上端蓋2上開設有出氣口 7和一通孔6，在加熱器8外圍套設有外層保溫殼體11，在外層保溫殼體11和加熱器8之間設置有螺旋狀進氣管12，進氣管12在加熱器8外側盤旋分布，并延伸至煤樣罐I下部，且其一端與煤樣罐I的下端蓋3上的進氣口 5連通，進氣管12另一端設置在外層保溫殼體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，且在所述進氣管12與煤樣罐1、出氣管15與煤樣罐I的連接處分別設置有卡套4，進一步保證煤樣罐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冷卻，溫度傳感器18穿過上端蓋2上所述通孔6插設于煤樣罐I中，用以實時讀取煤樣罐I中待測煤樣的溫度，在本實施例中，溫度傳感器18通過測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)場進行試驗，非常適用。
[0032]在所述空氣栗14與進氣管12之間還設置有流量計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，用以測定氣體成分。
[0034]采用上述的便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置進行煤自燃標志性氣體測定的方法，具體步驟如下:
[0035]步驟一:打開空氣栗14，同時給加熱器8通電，加熱器8按預設溫度^給煤樣罐I進行加熱，使得煤樣罐外壁的溫度隨著加熱器8的加熱升高，進而使得煤樣罐I內部盛裝的待測煤樣的溫度也隨之升高，同時加熱器8還對通過進氣管12向煤樣罐I內送入的空氣加熱；
[0036]步驟二:在加熱過程中，待測煤樣會在不同溫度時自身分解，或與栗入的空氣發(fā)生化學反應，釋放出不同氣體，通過溫度傳感器18實時讀取煤樣罐I中煤樣的當前溫度t2;
[0037]如圖4所示，在加熱器8溫度升高到預設溫度時，煤樣罐外壁也達到預設溫度，如圖5所示，在煤樣罐I中的待測煤樣的溫度升高稍滯后于煤樣罐外壁，且待測煤樣溫度開始時加速升高，隨著升溫的繼續(xù)進行，待測煤樣溫度的升高逐漸變緩，最終使得待測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達到或者趨近于設定溫度值tl，依據(jù)tl= t2條件或煤樣罐I中待測煤樣溫度^趨于穩(wěn)定時，具體地說，即待測煤樣的升溫步距小于1°C的溫度精度差時，通過出氣管15外接的氣體取樣器17進行取樣，再通過氣體取樣器17外接的氣相色譜儀測定待測煤樣釋放出氣體的成分，即可得到在溫度為tiSts下待測煤樣釋放的各氣體成分；
[0039]另外，隨著待測煤樣的自身分解或與栗入的空氣發(fā)生化學反應，待測煤樣氧化放熱，此時，待測煤樣的溫度甚至會高于煤樣罐外壁溫度，通過描繪待測煤樣和煤樣罐外壁的溫度變化曲線，如圖6所示，可以看到每個溫度跳躍階段都會存在一個穩(wěn)定時間段，此時待測煤樣溫度曲線與煤樣罐外壁溫度曲線產生交匯，當交匯時長滿足十秒，且交匯處溫度差值小于等于0.5°C時，此時，也滿足取樣條件，可通過出氣管15外接的氣體取樣器17進行取樣，再通過氣體取樣器17外接的氣相色譜儀測定待測煤樣釋放出氣體的成分。
[0040]步驟一中，在所述空氣栗14與進氣管12之間還設置有流量計13，用于控制氣體的流量。
[0041]在步驟二中，所述加熱器8上設有控溫線9，所述控溫線9連接有控溫器10，用以對煤樣罐I進行加熱時進行控溫，用以實現(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]最后應該說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進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，其均應涵蓋在本權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置，其特征在于:包括:煤樣罐，煤樣罐中盛裝有待測煤樣，煤樣罐外壁套設有加熱器，用以對煤樣罐進行加熱，在煤樣罐兩端分別設置有上端蓋和下端蓋，用以對煤樣罐進行密封，所述下端蓋上開設有進氣口，上端蓋上開設有出氣口和一通孔，在加熱器外圍套設有外層保溫殼體，在外層保溫殼體和加熱器之間設置有進氣管，進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氣口連通，進氣管另一端設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于煤樣罐中，用以實時讀取煤樣罐中待測煤樣的溫度。2.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置，其特征在于:所述加熱器上設置有控溫線，所述控溫線連接有控溫器，用以對煤樣罐加熱時進行控溫，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)權利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置，其特征在于:所述進氣管為螺旋狀，并在所述加熱器外側盤旋分布。4.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置，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冷卻。5.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置，其特征在于:在所述空氣栗與進氣管之間還設置有流量計，用于控制氣體的流量。6.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置，其特征在于:所述煤樣罐為圓柱形，采用不銹鋼材質制成，所述上端蓋和下端蓋均與煤樣罐螺紋連接。7.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置，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，用以測定氣體成分。8.采用權利要求1所述的便攜式煤樣控溫加熱實驗裝置進行煤自燃標志性氣體測定的方法，其特征在于:具體步驟如下: 步驟一:打開空氣栗，同時給加熱器通電，通過進氣管向煤樣罐內送入空氣，且通過加熱器給煤樣罐和進氣管中的空氣按預設溫度進行加熱； 步驟二:在加熱過程中，待測煤樣在不同溫度時自身分解，或與栗入的空氣發(fā)生化學反應，釋放出不同氣體，通過溫度傳感器實時讀取煤樣罐中煤樣的溫度； 步驟三:在讀取的溫度值達到或者趨近于設定溫度值，且溫度值趨于穩(wěn)定時，通過出氣管外接的氣體取樣器進行取樣，再通過氣體取樣器外接的氣相色譜儀測定待測煤樣釋放出氣體的成分。9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于:在步驟一中，在所述空氣栗與進氣管之間還設置有流量計，用于控制氣體的流量。10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于:在步驟二中，所述加熱器上設有控溫線，所述控溫線連接有控溫器，用以對煤樣罐進行加熱時進行控溫，用以實現(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】G01N25/20GK106018468SQ201610296848
【公開日】2016年10月12日
【申請日】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
【申請人】遼寧工程技術大學