CN103760057A

CN103760057A - 一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器

Info

Publication number: CN103760057A
Application number: CN201310630687.2A
Authority: CN
Inventors: 江维; 王晓亮; 曹立勇; 胡蕴成
Original assignee: Dongfang Electric Corp
Current assignee: Dongfang Electric Corp
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明公开了一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，包括控制平台和电加热平台，电加热平台包括加热电极、线性可控电源和金属丝网，加热电极连接线性可控电源的正负极输出端，电极端分别固定于两层金属丝网的两端；控制平台包括温度测量采集单元、LabviewReal-Time控制器、上位机和模拟电压输出模块，通过温度测量采集单元采集温度信号传送给控制器，控制器传送给上位机以此改变控制参数，并通过模拟电压输出模块调整加热功率，从而实现升温速率的大范围变动，适应性更广；可有效防止固体燃料的堆积；可控制合适的气流速度，及时将反应生成的气体吹扫，有效避免二次反应。

Description

一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器

技术领域

本发明涉及煤粉、生物质及废弃物热利用技术领域，特别是一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器。

背景技术

升温速率可控的电加热反应器主要包括有固定床、热重等。

固定床采用电加热，将反应器置于电炉内并被电炉加热。加热方式有两种：

一种是程序控制升温加热方式，其缺点是在加热速率可控的条件下，升温速率不高，一般都低于100℃/min；

另一种为快速升温，即将电炉加热到一定温度后，将反应器快速置于电炉内进行升温，其缺点是升温速率不可控，试验样品的升温历程与操作人员的操作关系很大，且重复性较差。例如：公开日为20110105，公开号为CN101936979A的中国专利文献，公开了一种高炉用焦炭反应后强度测定方法，该方法包括以下步骤：1)反应器内装入焦炭试样；2)反应器置于电加热炉内；3)将测温热电偶插入反应器的焦炭内；4)将电子天平放在升降台上并用链条将电子天平与反应器连接；5)用温度控制仪调节电炉加热，当料层中心温度达到400℃时通氮气；6)当料层中心温度达到780℃时通二氧化碳气体；7)当试样料层中心温度达到一定值时，切断氮气改通配好的混合气体，当焦炭试样的失重率达到要求值时，保持此时加热炉的温度不变继续通二氧化碳或混合气体达到规定的溶损量后改通氮气降温；8)到100℃以下，停止通氮气，自冷。这种方法虽然可以测定焦炭在高炉内的情况，但是人为的操作经验很关键，测定得到的焦炭热性质的准确率有一定的误差。

在煤粉、生物质及废弃物热利用技术研究领域，为了模拟实际炉膛中固定颗粒的升温速率，热重是一个很重要的研究手段，热重其本质也是电加热的，采用程序升温加热方式，但是由于热重也存在如下缺点：（1）加热速率过低；（2）样品堆积；（3）反应气体未直接穿过固体样品层。这些不仅使固体颗粒的升温速率与实际过程不相符，并且也会将导致二次反应。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，采用正负加热电极直接金属丝网，将固体样品预先置于两层金属丝网中间的方法，由于金属丝网电阻很小且为筛网状，不仅解决了加热速率低、样品堆积以及反应气体未直接穿过固体样品层等问题，通过适当通过金属丝网的气体流量，还可以有效降低以及避免二次反应。

本发明的技术方案如下：

一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：包括电加热平台、温度测量采集单元、Labview Real-Time（Labview 实时控制系统）控制器、上位机和模拟电压输出模块，温度测量采集单元接触电加热平台上的固体燃料，电加热平台连接模拟电压输出模块，温度测量采集单元连接至Labview Real-Time控制器，Labview Real-Time控制器分别于上位机、模拟电压输出模块连接；其中电加热平台包括加热电极、线性可控电源和用于放置固体燃料的两层金属丝网，加热电极的一端分别连接至线性可控电源的正负极输出端，加热电极的电极端分别设置于两层金属丝网的两端；所述热电偶接触放置于两层金属丝网之间的固体燃料；所述模拟电压输出模块采用NI9263。

温度测量采集单元的主要采用热电偶，通过热电偶测量固体燃料的温度。

温度测量采集单元还包括热电偶采集模块、A/D转换器、温度校正模块，所述热电偶依次通过温度校正模块、A/D转换器连接至热电偶采集模块，热电偶采集模块通过可重配置机箱NI cRIO-9113与Labview Real-Time控制器连接；所述热电偶采集模块采用NI9214，温度校正模块集成于NI9214。

所述加热电极两端电压低于12V。

所述热电偶的电偶丝直径为50.4μm ~76.2μm。

所述金属丝网的平均孔径为50~70μm。

本发明的具体工作方法为：先将固体燃料放置于两层金属丝网中间，通过金属丝网将固体燃料夹紧；通电后，电加热平台的加热电极对金属丝网进行加热，固体燃料被金属丝网加热；温度测量采集单元的热电偶用于测量固体燃料的温度，通过温度校正器进行温度校正，然后将温度信号转换为数字信号，由温度测量采集单元的热电偶采集模块将数字信号传输给Labview Real-Time控制器，Labview Real-Time控制器将数字信号传输到上位机并显示，并且通过模拟电压输出模块控制电源的输出功率，从而通过调节加热功率来改变固体颗粒的加热速率，同时可以将气流速率控制为0.2~0.3 m/s；对比不同工况下，固体颗粒加热前后的质量变化以及气体产物分布规律，得出固定颗粒的反应特性。

所述上位机设置有紧急停止加热按钮，在出现误操作时可有效保护整个丝网反应器系统。

所述Labview Real-Time控制器与上位机通过网线连接，运行时，上位机上的操作指令通过网线下载到Labview Real-Time控制器中，进而根据控制指令控制运算，通过模拟电压输出模块控制电源的输出功率，实现加热速率可控的目的。

本发明的有益效果如下：

（1）可以将采集到固体燃料的温度信号有效传输到上位机，通过改变控制参数，通过控制电源输出功率调节加热功率，从而实现升温速率的大范围变动，适应性更广；

（2）采用金属丝网可以有效防止固体燃料的堆积；

（3）金属丝网的结构可以方便控制通过穿过金属丝网的合适的气流速度，及时将反应生成的气体吹扫，有效避免二次反应。

附图说明

图1为本发明的的原理示意图

其中，附图标记为：1上位机，2 Labview Real-Time控制器，3热电偶采集模块，4 A/D转换器，5温度校正模块，6热电偶，7金属丝网，8加热电极，9线性可控电源，10模拟电压输出模块。

具体实施方式

一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，包括电加热平台、温度测量采集单元、Labview Real-Time控制器2、上位机1和模拟电压输出模块10，温度测量采集单元接触电加热平台上的固体燃料，电加热平台连接模拟电压输出模块10，温度测量采集单元连接至Labview Real-Time控制器2，Labview Real-Time控制器2分别于上位机1、模拟电压输出模块10连接；其中电加热平台包括加热电极8、线性可控电源9和用于放置固体燃料的两层金属丝网7，加热电极8的一端分别连接至线性可控电源9的正负极输出端，加热电极8的电极端分别设置于两层金属丝网7的两端；所述热电偶6接触放置于两层金属丝网7之间的固体燃料；所述模拟电压输出模块10采用NI9263。

温度测量采集单元的主要采用热电偶6，通过热电偶6测量固体燃料的温度。

所述温度测量采集单元还包括热电偶采集模块3、A/D转换器4、温度校正模块5，所述热电偶6依次通过温度校正模块5、A/D转换器4连接至热电偶采集模块3，热电偶采集模块3通过可重配置机箱NI cRIO-9113与Labview Real-Time控制器2连接；所述热电偶采集模块3采用NI9214，温度校正模块5集成于NI9214。

所述加热电极8两端电压低于12V。

所述热电偶6的电偶丝直径为50.4μm ~76.2μm。

所述金属丝网7的孔径为50~70μm。

本发明的具体工作方法为：先将质量为5~10mg，粒径为106~150μm的固体燃料放置于两层金属丝网7中间，通过金属丝网7将固体燃料夹紧，这里的金属丝网7可以选择孔径为63μm的；通电后，电加热平台的加热电极8对金属丝网7进行加热，固体燃料也随之被加热；温度测量采集单元的热电偶6用于测量固体燃料的温度，并将温度信号传输给Labview Real-Time控制器2，Labview Real-Time控制器2将温度信号传输到上位机1并显示，并且通过模拟电压输出模块10控制电源的输出功率，从而通过调节加热功率来改变固体颗粒的加热速率，同时可以将气流速率控制为0.2~0.3 m/s；对比不同工况下，固体颗粒加热前后的质量变化以及气体产物分布规律，可以得出固定颗粒的反应特性。

所述上位机1设置有紧急停止加热按钮，在出现误操作时可有效保护整个丝网反应器系统。

所述Labview Real-Time控制器2与上位机1通过网线连接，运行时，上位机1上的操作指令通过网线下载到Labview Real-Time控制器2中，进而根据控制指令控制运算，通过模拟电压输出模块10控制电源的输出功率，实现加热速率可控的目的。

Claims

1.一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：包括控制平台和用于加热的电加热平台两部分，其中：电加热平台包括加热电极（8）、线性可控电源（9）和用于放置加热对象的两层金属丝网（7），加热电极（8）连接至线性可控电源（9）的正负极输出端，加热电极（8）的电极端固定于两层金属丝网（7）的两端；所述控制平台包括温度测量采集单元、Labview Real-Time控制器（2）、上位机（1）和模拟电压输出模块（10），温度测量采集单元接触所述金属丝网（7）上的加热对象，温度测量采集单元连接至Labview Real-Time控制器（2），Labview Real-Time控制器（2）分别于上位机（1）、模拟电压输出模块（10），模拟电压输出模块（10）与电加热平台的线性可控电源（9）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：所述模拟电压输出模块（10）采用NI9263；所述温度测量采集单元采用热电偶（6）。

3.根据权利要求2所述的一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：所述温度测量采集单元还包括热电偶采集模块（3）、A/D转换器（4）、温度校正模块（5），所述热电偶（6）依次通过温度校正模块（5）、A/D转换器（4）连接至热电偶采集模块（3），热电偶采集模块（3）通过可重配置机箱NI cRIO-9113与Labview Real-Time控制器（2）连接；所述热电偶采集模块（3）采用NI9214，温度校正模块（5）集成于NI9214。

4.根据权利要求1所述的一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：所述加热电极（8）两端电压低于12V。

5.根据权利要求2所述的一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：所述热电偶（6）的电偶丝直径为50.4μm ~76.2μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：所述金属丝网（7）的孔径为50~70μm。

7.根据权利要求1所述的一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：所述上位机（1）设置有紧急停止加热按钮。

8.根据权利要求1所述的一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：所述Labview Real-Time控制器（2）与上位机（1）通过网线连接。

9.根据权利要求3所述的一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于具体工作过程为：先将固体燃料放置于两层金属丝网（7）中间，通过金属丝网（7）将固体燃料夹紧；通电后，电加热平台的加热电极（8）对金属丝网（7）进行加热，固体燃料被金属丝网（7）加热；温度测量采集单元的热电偶（6）用于测量固体燃料的温度，通过温度校正器进行温度校正，然后将温度信号转换为数字信号，由温度测量采集单元的热电偶采集模块（3）将数字信号传输给Labview Real-Time控制器（2），Labview Real-Time控制器（2）将数字信号传输到上位机（1）并显示，并且通过模拟电压输出模块（10）控制电源的输出功率，从而通过调节加热功率来改变固体颗粒的加热速率；对比不同工况下，固体颗粒加热前后的质量变化以及气体产物分布规律，得出固定颗粒的反应特性。

10.根据权利要求9所述的一种基于Labview的升温速率可控的丝网反应器，其特征在于：通过两层金属丝网（7）的气流速度控制为0.2~0.3 m/s。