CN101308179A

CN101308179A - 粉尘电性质多工况模拟试验系统

Info

Publication number: CN101308179A
Application number: CNA2008100553786A
Authority: CN
Inventors: 原永涛; 齐立强
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: CN101308179B

Abstract

一种粉尘电性质多工况模拟试验系统，属测量技术领域，用于解决粉尘电性质测量问题。其技术方案是：它包括直流高压发生器、试验箱以及多工况模拟系统，所述试验箱由箱体、抽气泵以及“透吸式”测量电极部分组成，所述“透吸式”测量电极部分装于箱体内，其构成中自下而上依次叠放的是小托盘、过滤板、试样盘和上微孔电极盘，所述试样盘为内装被测试样的容器，其底作为下微孔电极盘，所述小托盘与过滤板之间形成下气室，下气室与装于箱体外部的抽气泵连接，所述直流高压发生器经一个微电流检测仪表加于上、下微孔电极盘之间。本发明不仅测量精度高，速度快，而且工况参数可任意调节，可使试验系统工况全面接近实际工况。

Description

粉尘电性质多工况模拟试验系统

技术领域

本发明涉及一种能在任意模拟工况下对粉尘电性质进行试验的装置，属测量技术领域。

背景技术

粉尘是由大量微小固体颗粒组成的物质，其电性质包括比电阻、漏泄电流、电击穿特性等。由于粉尘的内部含有大量空隙，颗粒之间和颗粒内部都会吸附水分和气体，其电性质不仅取决于粉尘母料自身的性质，还受到诸多环境工况因素(所在环境气体的化学成分、温度、湿度及压力等)的影响，因此粉尘电性质的测量要比其它密实性固体物质(如金属、玻璃、塑料等)复杂和困难得多。

现有的粉尘比电阻测量设备分为两类，一类是实验室测量仪器，用于在实验室条件下对从现场采集回来的粉尘进行测量，例如中国专利95226145.6号(名称为“高压粉尘比电阻测试装置”)给出了一种高压粉尘比电阻测试装置的技术方案，它采用了平行圆盘电极和旋转螺旋支杆式灰盘，能精确测量粉尘比电阻。这种测量仪器的缺点是仅测量温度可模拟，其它工况参数则不能模拟；另一类是现场测量仪器，例如中国专利93101434.4号(名称为“等速过滤式飞灰比电阻测定仪”)给出了一种等速过滤式飞灰比电阻测定仪的技术方案，这种仪器采用同心圆环型电极，可直接插入烟道内对粉尘比电阻进行测量，测量工况决定于烟气状态，其缺点是测量温度、湿度、烟气成分等不可调节。

在对粉尘电性质进行研究的过程中，常常需要在多种工况下对其比电阻、漏泄电流、击穿电压等进行测量，现有的测量设备由于未设计有环境气氛的调湿和调质系统，因此无法满足要求。此外，即便安装了调湿和调质系统，现有的平行圆盘电极也不可能使试样对外界气体湿度及成分的变化实现实时、灵敏反应。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足、提供一种可以对任意工况条件进行有效控制、灵敏调节和精确测量的粉尘电性质多工况模拟试验系统。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种粉尘电性质多工况模拟试验系统，它包括直流高压发生器H-DC、试验箱以及多工况模拟系统，所述试验箱由箱体、抽气泵以及“透吸式”测量电极部分组成，所述“透吸式”测量电极部分装于箱体内，其构成中自下而上依次叠放的是小托盘、过滤板、试样盘和上微孔电极盘，所述试样盘为内装被测试样的容器，其底作为下微孔电极盘，所述小托盘与过滤板之间形成下气室，下气室通过气管与装于箱体外部的抽气泵连接，所述直流高压发生器H-DC所输出的直流高压经一个微电流检测仪表加于上、下微孔电极盘之间。

上述粉尘电性质多工况模拟试验系统，在所述“透吸式”测量电极部分的下方增设电极提升装置，所述电极提升装置由大托盘、螺旋支杆座和螺旋支杆组成，所述螺旋支杆座为筒状体，它与大托盘成一整体，通过下悬臂梁垂直固定在箱体内，螺旋支杆座与螺旋支杆构成一螺旋副；所述小托盘平放于大托盘上，其中部设有与下气室连通的通孔，通孔的下部设有抽气嘴；在上微孔电极盘上增设均流罩，所述均流罩与上微孔电极盘之间形成上气室，均流罩上开有进气小孔，在均流罩上部设置竖直吊杆，在箱体内设置上悬臂梁，所述吊杆从上悬臂梁的孔中穿过，并悬挂在该孔内。

上述粉尘电性质多工况模拟试验系统，所述多工况模拟系统包括温度模拟系统、湿度模拟系统和烟气成分模拟系统，所述温度模拟系统由温度传感器M1、电加热器R和温度控制器TC组成，所述电加热器R装于箱体内部下方，温度传感器M1装于箱体内部上方，温度控制器TC利用温度传感器的反馈信号控制电加热器工作；所述湿度模拟系统由湿度传感器M2、加湿器H和湿度控制器HC组成，所述湿度传感器M2装于箱体内，湿度控制器HC利用湿度传感器的反馈信号控制加湿器向箱体内送入湿气；所述烟气成分模拟系统由配气罐构成，配气罐的进气口经控制阀门与不同成份气瓶连接，出气口接入箱体。

上述粉尘电性质多工况模拟试验系统，所述直流高压发生器H-DC的正极依次经下悬臂梁、螺旋支杆座、大托盘、小托盘、过滤板与下微孔电极盘电连接，负极依次经微电流检测仪表、上悬臂梁、吊杆、均流罩与上微孔电极盘电连接。

本发明利用多工况模拟系统对箱体内的温度、湿度和气体成分进行调节，使工况参数可在全工况范围内调节；利用抽气泵使箱体内具有设定工况参数的气体经微孔电极盘和过滤板从被测试样中穿过，使被测试样中所吸附的气体能快速被箱体内的气体置换，既减少了残留气体引起的测量误差，也大大提高了工况参数调节速度。本发明不仅测量精度高，速度快，而且工况参数可任意调节，可使试验系统的模拟工况全面接近烟气的实际工况。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是“透吸式”测量电极的剖视图。

图中各符号为：1、上悬臂梁；2、“透吸式”测量电极；3、箱体；4、绝缘套管；5、下悬臂梁；6、绝缘套管；7、吊杆；8、上微孔电极盘；9、试样；10、上气室；11、均流罩；12、试样盘；13、下微孔电极盘；14、过滤板；15、下气室；16、小托盘；17、抽气嘴；18、螺旋支杆；19、螺旋支杆座；20、大托盘；P、抽气泵；H-DC、直流高压发生器；M1、温度传感器；G、配气罐；R、电加热器；TC、温度控制器；M2、湿度传感器；H、加湿器；HC、湿度控制器；μA、微电流检测仪表，V1～V4、控制阀。

文中所用符号：V_c、测量电压(kv)；V_j、击穿电压(kv)；S、主电极(上微孔电极盘)面积；D、灰层厚度；P、灰层的表面压强；ρ、比电阻值。

具体实施方式

本发明由试验箱、粉尘电性质测控系统及多工况模拟系统三大部分。其中，试验箱由试验箱体、“透吸式”测量电极及抽气泵等组成。“透吸式”构成中自上而下依次叠放的是均流罩、上微孔电极盘、试样盘、下微孔电极盘、过滤板、小托盘、大托盘、电极提升装置(旋丝座及顶丝)等。“透吸式”测量电极的工作原理是：经过调湿、调质、调温处理的模拟气体在微型抽气泵的抽吸下依次流经均流罩、上微孔电极盘、灰样、下微孔电极盘、过滤板排出试验箱。经过一定时间的抽吸，使存留于试样颗粒之间及吸附于颗粒表面的原始气体被模拟气体所置换。

粉尘电性质测控系统包括直流高压发生器H-DC、高压调控系统、数字高压表和微电流表等。所述直流高压发生器H-DC所输出的直流高压施加于上、下微孔电极盘之间的灰样上。所施加的电压值和流过灰层的漏泄电流由相应的测量仪表检出。

多工况模拟系统包括温度模拟系统、湿度模拟系统和烟气成分模拟系统。其中温度模拟系统由温度传感器M1、电加热器R和温度控制器TC组成，所述电加热器R装于箱体内部下方，温度传感器M1装于箱体内部上方，温度控制器TC利用温度传感器的反馈信号控制电加热器工作；湿度控制系统由湿度传感器M2、加湿器H和湿度控制器HC组成，所述湿度传感器M2装于箱体内，湿度控制器HC利用湿度传感器的反馈信号控制加湿器向试验箱内输入湿气；所述配气罐的进气口经阀门与不同成份气瓶连接，出气口接箱体；烟气成分模拟系统由配气罐和外置配气瓶及其控制阀组构成。试验前根据需要将不同的试验气体按一定比例输入配气罐配成试验气体，再按照一定流量喷入试验箱内。

试样盘12为内装被测试样的容器，其底作为下微孔电极盘13，所述小托盘16与过滤板14之间形成下气室15，下气室15通过气管与装于箱体3外部的抽气泵P连接，所述直流高压发生器H-DC所输出的直流高压经一个微电流检测仪表加于上、下微孔电极盘之间。

本发明在小托盘16下依次增设大托盘20和螺旋支杆座19，所述螺旋支杆座19为筒状体，通过箱体3上的下悬臂梁5垂直固定，其上端开有向下延伸的导轨孔，下部装有向上延伸到导轨孔内的螺旋支杆18，侧面沿轴向开条形孔；所述大托盘20为平放于螺旋支杆座19上的圆板，其中部有与螺旋支杆座19的导轨孔匹配的通孔；小托盘16平放于大托盘20上，其中部设置有与下气室15连通的向下延伸至螺旋支杆座19内且下端封闭的导管，所述抽气泵P的进气管穿过螺旋支杆座19侧面的条形孔经抽气嘴17与该导管侧面连接；同时，在上微孔电极盘8上增设均流罩11，所述均流罩11与上微孔电极板8之间形成上气室10，均流罩11上开设进气孔，在均流罩11上部设置竖直吊杆7，在箱体3上设置端部带孔的上悬臂梁1，所述吊杆7从上悬臂梁1的孔中穿过，其上端有限位盘，下端与均流罩11的中央固定连接。

本发明具有气体的湿度模拟、化学成份模拟及温度模拟等多种功能，必要时还可以增加微负压模拟功能，从而使试验系统的模拟工况全面接近烟气的实际工况；本装置的“透吸式”测量电极可使试样表面和内部的工况参数在极短暂的时间内完成对试验箱气体模拟参数(湿度、化学成分和温度)的均匀、快速响应，从而使试样电性质的测量更具有仿真性；

本发明进行试验的粉尘、化学实验气体和水蒸气受控于ron容积仅为450×450×450mm的试验箱内，因此实验中气(化学气体)耗(＜100ml/s)、汽耗(＜100ml/s)、粉料消耗(＜10g)以及系统能耗极低；由于粉样不悬浮，因此不必安装尾部发尘装置和除尘装置；采用PID人工智能调节技术可以实现对气体温度和湿度的精确模拟系统模拟参数的调节速度快、响应快、稳定性好；系统的密封性能好，因而易于控制化学气体外泄及气体压力的稳定性；装置占地小，造价低。

参看图1、2，透吸式微孔圆盘电极的安装操作步骤如下：

1、将小托盘16安放于大托盘20和螺旋支杆座19的孔内；

2、将抽气端嘴17旋紧在小托盘16下部的导管上；

3、上好螺旋支杆18，以不顶起小托盘16为好；

以上一次性安装好后，以后不必拆卸。

4、将过滤板14安放在小托盘16内；

5、将试样松散装入底部为下微孔电极盘13的试样盘12内，再用直尺将灰面轻轻刮平，然后放置于过滤板14之上；

6、将上微孔电极盘8嵌入均流罩11底部(图2中的上微孔电极盘8带有便于与均流罩11嵌接的上翻边)；

7、将均流罩11扣放在试样盘12上，此时上微孔电极盘8与灰层表面处于准接触状态；

8、旋动螺旋支杆18，将小托盘16轻轻托起，托起高度以吊杆7端部的限位盘稍许离开上悬臂梁1时为好。这时灰层承受到的压强达到设计最大值(10g/cm²)。

上述操作完成后，即可关闭试验箱门准备开机试验。

本发明可以很方便地完成试样的击穿电压、漏泄电流和比电阻的测试，测量步骤如下：

1、装入灰样

旋动调距螺杆18，使上汽室罩11平放于托盘上，此时组装在一起的上汽室罩和上微孔电极板由吊杆悬挂在上悬臂梁上。取出试样盘12并装入松散灰样，用直尺将灰样刮平后(注意：直尺面与灰盘应保持垂直，且从一端刮向另一端，一次完成，不允许往复刮)将试样盘12放在托盘内，使试样盘处于上微孔电极板的正下方，再轻轻调节调距螺杆18，将试样盘连同上微孔电极板、下微孔电极板轻轻托起，关好电极箱门。

2、工况调节

(1)温度调节

调节温度控制器TC，根据试验要求预先设定好试验箱的加热温度。温度控制器TC同时显示电极箱实际温度和电极箱设定温度，它采用PID温度控制技术，当试验箱内温度低于设定温度时控制电加热器R加热，而当试验箱内温度达到设定温度时，温度控制器TC控制电加热器R中止加热，并保持恒温状态。

(2)湿度调节

①按试验要求对湿度控制器HC进行参数设定，加湿器H自动开启；

②开启抽气泵P抽气；

③安装于试验箱的湿度传感器M2将箱内的气体湿度信号传输给湿度控制器HC。湿度控制采用PID技术，当箱内湿度达到设定值时，湿度控制器HC控制加湿器H自动调节加湿量，并维持设定湿度；

④在设定湿度下对试样抽气达3～5分钟后，即可启动直流高压测控系统对试样的电性质进行测量，直流高压系统的测控范围0~20KV。

(3)气体化学成份调节

①按不同配气比开启各气瓶向配气罐G混合供气，配气种类可根据需要任意选择；

②抽取并检测配气罐G内混合气体成分(根据需要随意配置)；

③当检测配气罐G内气体配比满足实验要求后，开启配气罐G供气控制阀门向试验箱输气；

④开启抽气泵P对试样抽气。

在微型抽气泵P的抽吸作用下经过调湿、调质、调温的气体依次流经均流罩11的进气孔、上气室10、上微孔电极盘8、试样9、下微孔电极盘13、过滤板14、下气室15、抽气嘴17和抽气泵排出试验箱，在对试样抽气达5～10分钟后，存留于试样颗粒之间及吸附于试样表面的原有气体即被新的试验气体所置换，此时即可启动直流高压控制系统对试样的电性质进行测量。

试验完成后，关闭各气瓶和配气罐控制阀门，继续对试验箱维持抽气20分钟，直至将箱内残余试验气体排空。对于有毒和腐蚀性气体，应通过实验室通风厨排出。

3、测量灰样的击穿电压

接通直流高压电源H-DC，旋转调压旋钮缓慢升压，同时注意监视电压表和微电流检测仪表指针变化，当出现电流突然增大，电流表出现回摆现象时(电极箱内还往往伴随有“劈叭”声)，表明灰样发生击穿，此时的电压即为灰样击穿电压V_j。

4、漏泄电流测量

(1)击穿电压测量结束后，取出试样盘，用细毛刷将微孔电极板内外仔细刷净，重新装好灰盘，二次置于电极箱内；

(2)测量电压一般可按下面公式确定：

V_c＝0.9×V_j (kv)

式中：V_c-测量电压(kv)

V_j-击穿电压(kv)

(3)重新装入灰样，调节工况，接通直流高压电源H-DC，旋转调压旋钮缓慢升压，并将电压稳定于测量电压V_c；

(4)记录下微电流检测仪的显示值，得到漏泄电流I。

5、比电阻值的计算

电极的结构依据相关规范设计，其主电极(上微孔电极板)面积S(即被测粉尘的过流面积)、灰层厚度D以及灰层的表面压强P均为定值，分别为2.54cm²、0.5cm和10g/cm²，从而有效降低了测量误差。

比电阻值ρ的计算公式为：ρ＝V_c·S/I·D。

为了提供测量数据的重复性，试验台采用了升降式调距机构，有效降低了传统平行圆盘电极在操作过程中所产生的人为操作误差。

图1中，V4为压力平衡控制阀，当试验箱内的气压高于或低于设定压力阈值时，平衡阀开启，压力回复到设定压力时自动关闭。该平衡阀还起到安全阀的作用。

Claims

1、一种粉尘电性质多工况模拟试验系统，其特征是，它包括直流高压发生器(H-DC)、试验箱以及多工况模拟系统，所述试验箱由箱体(3)、抽气泵(P)以及“透吸式”测量电极(2)部分组成，所述”透吸式”测量电极(2)部分装于箱体(3)内，其构成中自下而上依次叠放的是小托盘(16)、过滤板(14)、试样盘(12)和上微孔电极盘(8)，所述试样盘(12)为内装被测试样(9)的容器，其底作为下微孔电极盘(13)，所述小托盘(16)与过滤板(14)之间形成下气室(15)，下气室(15)通过气管与装于箱体(3)外部的箱体(3)连接，所述直流高压发生器(H-DC)所输出的直流高压经一个微电流检测仪表(μA)加于上、下微孔电极盘(13)之间。

2、根据权利要求1所述粉尘电性质多工况模拟试验系统，其特征是，在所述”透吸式”测量电极(2)部分的下方增设电极提升装置，所述电极提升装置由大托盘(20)、螺旋支杆座(19)和螺旋支杆(18)组成，所述螺旋支杆座(19)为筒状体，它与大托盘(20)成一整体，通过下悬臂梁(5)垂直固定在箱体(3)内，螺旋支杆座(19)与螺旋支杆(18)构成一螺旋副；所述小托盘(16)平放于大托盘(20)上，其中部设有与下气室(15)连通的通孔，通孔的下部设有抽气嘴(17)；在上微孔电极盘(8)上增设均流罩(11)，所述均流罩(11)与上微孔电极盘(8)之间形成上气室(10)，均流罩(11)上开有进气小孔，在均流罩(11)上部设置竖直吊杆(7)，在箱体(3)内设置上悬臂梁(1)，所述吊杆(7)从悬臂梁(1)的孔中穿过，并悬挂在该孔内。

3、根据权利要求1或2所述粉尘电性质多工况模拟试验系统，其特征是，所述多工况模拟系统包括温度模拟系统、湿度模拟系统和烟气成分模拟系统，所述温度模拟系统由温度传感器(M1)、电加热器(R)和温度控制器(TC)组成，所述电加热器(R)装于箱体(3)内部下方，温度传感器(M1)装于箱体(3)内部上方，温度控制器(TC)利用温度传感器(M1)的反馈信号控制电加热器(R)工作；所述湿度模拟系统由湿度传感器(M2)、加湿器(H)和湿度控制器(HC)组成，所述湿度传感器(M2)装于箱体(3)内，湿度控制器(HC)利用湿度传感器(M2)的反馈信号控制加湿器(H)向箱体(3)内送入湿气；所述烟气成分模拟系统由配气罐(G)构成，配气罐(G)的进气口经控制阀门与不同成份气瓶连接，出气口接入箱体(3)。

4、根据权利要求3所述粉尘电性质多工况模拟试验系统，其特征是，所述直流高压发生器(H-DC)的正极依次经下悬臂梁(5)、螺旋支杆座(19)、大托盘(20)、小托盘(16)、过滤板(14)与下微孔电极盘(13)电连接，负极依次经微电流检测仪表(μA)、上悬臂梁(1)、吊杆(7)、均流罩(11)与上微孔电极盘(8)电连接。