CN104614400B - 一种活塞式恒温量热仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞式恒温量热仪，涉及可燃物质发热量的分析仪器领域，它包括内筒(1)、氧弹(2)、外筒(3)、机盖(4)以及机壳(5)，内筒(1)和外筒(3)之间设有中筒(6)，内筒(1)和中筒(6)之间中空，机壳(5)上设有定位器(7)，机盖(4)下方设有活塞(8)，活塞(8)上下表面均为弧形凸面，活塞(8)与内筒(1)接触的位置设有密封圈(9)，活塞(8)底部设有点火电极(10)，内筒(1)内设有测温探头(11)和内筒搅拌机构(12)，外筒(3)内设有外筒搅拌机构(13)。本发明的活塞式恒温量热仪在测量时能够进行精确、快速的水定量，提高了量热仪的测定精度和测定效率。

Description

一种活塞式恒温量热仪

技术领域

本发明涉及可燃物质发热量的分析仪器领域，具体涉及一种活塞式恒温量热仪。

背景技术

燃烧发热量是评估煤炭质量最重要的指标之一，直接关系到煤炭交易的价格。煤炭发热量测定所用的仪器是量热仪，也称热量仪、热量计或氧弹仪。量热仪按原理可分为恒温式、绝热式、双干式。其中恒温式构造简单，容易维护，目前使用最广泛。恒温式量热仪一般由外筒、内筒、氧弹、机盖、机壳、搅拌系统、点火装置、控制系统等部分构成，自动化程度高的还设有进排水系统、控温系统、充氧系统等。恒温式量热仪采用氧弹法来测定发热量，将一定量样品装在氧弹中，氧弹中充入过量氧气，然后将氧弹浸没在一定量的水中，氧弹中样品点火后释放的热量被水吸收，根据实验前后水温的变化值即可计算出样品的发热量。

量热仪测量时氧弹绝大部分浸没在内筒水中，内筒中水的量必须要精确，国标规定误差不能超过1g。半自动量热仪的内筒可以单独取出，水定量可以采用电子称称重法，水量控制比较精确；全自动量热仪的内筒固定，无法取出，不能采用称重法进行水定量，目前采用的水定量方法有定容法、溢流法、探针法等。

定容法是用水泵通过管路将水注入定容器中，定容器上端有一溢流管，定容器中水满后，多余的水不断从溢流管流出，定容器始终保持充满水状态，水的体积恒定，如水温变化不大，水的重量也恒定。定容器中的水通过水泵注入内筒中。定容法存在的主要问题是内筒中水量不够精确，原因是进排水管路的存在不可避免的造成残余在管路中的水每次会有误差，另外实验结束内筒中水排出后内筒壁上或筒底残余的水量不一致。

溢流法是在内筒本身侧壁上设置一个溢流管，进出水管路有水泵和电磁阀，水泵从内筒底部将水注入或排出，注水时先将水注过量超过溢流管口，然后关闭进水泵、进水阀，水位慢慢溢流致和溢流管口高度一致。溢流法不存在内筒壁、内筒底水残留的问题，但会由于内筒搅拌使内筒水面产生晃动，造成水定量不准确。另外高低发热量不同的样品造成内筒水温变化不同，从而导致水的密度变化造成水溢出量不同，同时仪器使用一段时间后溢流管端部产生水垢和吸附异物都会造成溢流效果的不稳定。

探针法是在内筒上部设置金属探针，进水管路设有进水泵、电磁阀，进水时水面接触探针时，关闭电磁阀。探针法水定量准确，也不存在内筒排水后残留水的影响，但该方法的进水速度相对较慢，探针有时也会受到污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种活塞式恒温量热仪，操作全自动化，能够进行精确、快速的水定量，提高恒温量热仪的测定精度和测定效率。

为实现上述目的，本发明提供的活塞式恒温量热仪，包括内筒、氧弹、外筒、机盖以及机壳，所述机盖安装在所述机壳上，所述内筒置于所述外筒内，所述内筒和所述外筒之间设有中筒，所述内筒和所述中筒之间中空，所述机壳上设有定位器，所述机盖下方设有活塞，所述活塞上下表面均为弧形凸面，所述活塞直径比所述内筒内径略小，所述活塞与所述内筒接触的位置设有密封圈，所述密封圈为充气密封圈，未充气时活塞与内筒之间留有缝隙，所述活塞底部设有点火电极，所述内筒内设有测温探头和内筒搅拌机构，所述外筒内设有外筒搅拌机构。

本发明还提供第二种活塞式恒温量热仪，包括内筒、氧弹、外筒、机盖以及机壳，所述机盖安装在所述机壳上，所述内筒置于所述外筒内，所述内筒和所述外筒之间设有中筒，所述内筒和所述中筒之间中空，所述机壳上设有定位器，所述机盖下方设有活塞，所述活塞上下表面均为弧形凸面，所述活塞直径比所述内筒内径略小，所述活塞与所述内筒接触的位置设有密封圈，所述活塞上设有溢流管及溢流阀，所述活塞底部设有点火电极，所述内筒内设有测温探头和内筒搅拌机构，所述外筒内设有外筒搅拌机构。

所述第二种活塞式恒温量热仪中内筒底部通过进出水管路连接进水泵、进水阀以及排水泵、排水阀。

所述活塞侧面设有一圈凹槽，所述密封圈嵌入所述活塞凹槽中或所述内筒口部内侧设有一圈凹槽，所述密封圈嵌入所述内筒口部内侧凹槽中或所述密封圈安装在所述活塞底部或所述密封圈安装在内筒口端部平面。

所述定位器采用机械定位元件或光电定位元件。

本发明活塞式恒温量热仪的机盖上安装一活塞，合上机盖后活塞进入内筒，通过电子或机械控制进行精确定位，保证活塞每次进入内筒的深度一致，使内筒中的水量保持恒定。活塞的上下表面均为弧形凸面，方便活塞进入内筒，也使活塞与内筒分离时活塞上下两个表面粘的水能快速滴落干净。活塞与内筒接触的位置设有密封圈，保证活塞和内筒壁紧密贴合，提高内筒水的测量精度，也使量热仪的工作环境温度相对恒定，能够进一步提高量热仪的测量精度。

本发明通过活塞和定位器，能够有效保证内筒中水量恒定，并借助密封圈使内筒形成一个与外界隔离的密闭容器，防止内筒热量向外扩散，使测试精度更为准确；测量过程全自动化控制，操作简便，测试效率快。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图中，1内筒；2氧弹；3外筒；4机盖；5机壳；6中筒；7定位器；8活塞；9密封圈；10点火电极；11测温探头；12内筒搅拌机构；13外筒搅拌机构；14进水泵；15进水阀；16排水泵；17排水阀；18溢流管；19溢流阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，一种活塞式恒温量热仪，包括内筒1、氧弹2、外筒3、机盖4以及机壳5，所述内筒1置于所述外筒3内，所述内筒1和所述外筒3之间设有中筒6，所述内筒1和所述中筒6密封中空连接成一个整体，内筒1和中筒6完全浸没在所述外筒3的水中。所述机盖4通过铰链安装在机壳5上，机盖4下方设有活塞8，所述活塞8的口径比内筒1内径略小，形状和内筒1断面形状一致，活塞8的上下表面均为弧形凸面，方便活塞8进入内筒1，也使活塞8从内筒1中提出时上下两表面粘的水能快速滴落干净。活塞8的侧面设有一圈凹槽，凹槽内安装充气密封圈9，自然状态下，活塞8和内筒1之间留有缝隙，向密封圈9充气时，密封圈9因受内压力作用而发生变形，保证活塞8和内筒1侧壁紧密贴合，不漏水，提高内筒水的计量精度。活塞8底部设有点火电极10，通过点火电极10可使氧弹2内的样品燃烧。所述机壳5上设有定位器7，用于活塞8位置精确定位，保证活塞每次进入内筒的深度一致，使内筒1中的水量保持恒定。所述内筒1内侧壁设有测温探头11，用于测量内筒1内的水温，内筒1底部设有内筒搅拌机构12，通过不断搅动内筒1中的水，使内筒1内各处的水温基本保持一致，从而提高了量热仪的测量精度。所述外筒3内设有外筒搅拌机构13。

工作原理：实验时，打开机盖4，在内筒1和外筒3中装入一定容量的水，将装好样品的氧弹2放入内筒1中，然后将机盖4合上。合上机盖4后，活塞8进入内筒1中，机盖4接触到定位器7时便无法继续下行，被准确限定在定位器7所在位置，内筒1中多余的水通过活塞8与内筒1之间的缝隙溢出。给密封圈9充气，使内筒1与外界隔绝。活塞8上的点火电极10和氧弹2的对应触点连接，氧弹2全部浸没在内筒1水中。可燃物质在氧弹2内燃烧，其产生的热量通过氧弹2向内筒1的水扩散，导致内筒1中水温升高。内筒搅拌机构12将内筒1中各处的水混匀，测温探头11测量内筒水的水温。密封圈9使内筒1与外界环境完全隔绝，以防止热量向外对流扩散。实验结束后，提起机盖4，将氧弹2取出，内外筒水通过内筒搅拌机构12和外筒搅拌机构13重新混合均匀。

实施例2

如图2所示，一种活塞式恒温量热仪，包括内筒1、氧弹2、外筒3、机盖4以及机壳5，所述内筒1置于所述外筒3内，所述内筒1和所述外筒3之间设有中筒6，所述内筒1和所述中筒6之间中空，所述机盖4通过升降机构安装在机壳5上，机盖4下方设有活塞8，所述活塞8的口径比内筒1内口径略小，形状和内筒1断面形状一致，活塞8的上下表面均为弧形凸面，方便活塞8进入内筒1，也使活塞8从内筒1中提出时上下两表面粘的水能快速滴落干净。所述活塞8底部设有点火电极10，通过点火电极10可使氧弹2内的样品燃烧。所述内筒1口部内侧设有凹槽，凹槽内安装密封圈9，保证活塞8和内筒1侧壁紧密贴合，不漏水，提高内筒1水的计量精度。所述机壳5上设有定位器7，用于活塞8位置精确定位，保证活塞8每次进入内筒的深度一致。所述内筒1内侧壁设有测温探头11，用于测量内筒1内的水温，内筒1底部设有内筒搅拌机构12，内筒搅拌机构12起到搅拌内筒1中水的作用，保证了内筒1内各处的水温基本保持一致，所述外筒3内设有外筒搅拌机构13，保证了外筒3内各处的水温基本保持一致，从而提高了量热仪的测量精度。内筒1底部通过进排水管路连接进水泵14、进水阀15以及排水泵16、排水阀17。活塞8上还设有溢流管18和溢流阀19，溢流管18兼具排除空气和液体介质的作用。

工作原理：实验时，打开机盖4，在外筒3中装入一定容量的水，将装好样品的氧弹2放入内筒1中，然后将机盖4合上。合上机盖4后，活塞8进入内筒1中，机盖4接触到定位器7时便无法再继续下行，被准确限定在定位器7所在位置。打开进水泵14、进水阀15，内筒1开始进水，当水充满整个内筒1时打开溢流阀19，多余的水通过溢流管18以及溢流阀19流入外筒中。内筒1进水过程中，筒内储存的空气也通过溢流管18排出。关闭进水泵14、进水阀15、溢流阀19，进水完成。活塞8上的点火电极10和氧弹2的对应触点连接，可燃物质在氧弹2内燃烧，其产生的热量通过氧弹2向内筒1的水扩散，导致内筒1中水温升高。内筒搅拌机构12将内筒1中各处的水混匀，测温探头11测量内筒水的水温。密封圈9将内筒1与外界环境完全隔绝，以防止热量向外对流扩散。实验结束后，打开溢流阀19、排水阀17、排水泵16，排空内筒1中的水，排出的水返回外接储水箱中，提起机盖4，即可将氧弹2取出。

以上两个实施例是本发明的优选实施方式，此外，所述密封圈9还可以安装在所述活塞8底部，或安装在内筒1口端部平面，使活塞8与内筒1接触密封。

Claims (5)

1.一种活塞式恒温量热仪，包括内筒(1)、氧弹(2)、外筒(3)、机盖(4)以及机壳(5)，所述机盖(4)安装在所述机壳(5)上，所述内筒(1)置于所述外筒(3)内，所述内筒(1)和所述外筒(3)之间设有中筒(6)，所述内筒(1)和所述中筒(6)之间中空，其特征在于，所述机壳(5)上设有定位器(7)，所述机盖(4)下方设有活塞(8)，所述活塞(8)上下表面均为弧形凸面，所述活塞(8)直径比内筒(1)内径略小，所述活塞(8)与内筒(1)接触的位置设有密封圈(9)，所述密封圈(9)为充气密封圈，未充气时活塞(8)与内筒(1)之间留有缝隙，所述活塞(8)底部设有点火电极(10)，所述内筒(1)内设有测温探头(11)和内筒搅拌机构(12)，所述外筒(3)内设有外筒搅拌机构(13)。

2.一种活塞式恒温量热仪，包括内筒(1)、氧弹(2)、外筒(3)、机盖(4)以及机壳(5)，所述机盖(4)安装在所述机壳(5)上，所述内筒(1)置于所述外筒(3)内，所述内筒(1)和所述外筒(3)之间设有中筒(6)，所述内筒(1)和所述中筒(6)之间中空，其特征在于，所述机壳(5)上设有定位器(7)，所述机盖(4)下方设有活塞(8)，所述活塞(8)上下表面均为弧形凸面，所述活塞(8)直径比内筒(1)内径略小，所述活塞(8)与内筒(1)接触的位置设有密封圈(9)，所述活塞(8)上设有溢流管(18)及溢流阀(19)，所述活塞(8)底部设有点火电极(10)，所述内筒(1)内设有测温探头(11)和内筒搅拌机构(12)，所述外筒(3)内设有外筒搅拌机构(13)。

3.根据权利要求2所述的活塞式恒温量热仪，其特征在于，所述内筒(1)底部通过进出水管路连接进水泵(14)、进水阀(15)以及排水泵(16)、排水阀(17)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的活塞式恒温量热仪，其特征在于，所述活塞(8)侧面设有一圈凹槽，所述密封圈(9)嵌入所述活塞凹槽中或所述内筒(1)口部内侧设有一圈凹槽，所述密封圈(9)嵌入所述内筒口部内侧凹槽中或所述密封圈(9)安装在所述活塞(8)底部或所述密封圈(9)安装在所述内筒(1)口端部平面。

5.根据权利要求1至3任一项所述的活塞式恒温量热仪，其特征在于，所述定位器(7)采用机械定位元件或光电定位元件。