CN104713800B - 一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备，旨在提供一种不仅能够在线同步检测物质加热质量变化，避免受外界环境的影响；而且能够有在采集气体收集箱内气体的同时，有效避免因烘箱内形成空气流动而导致测量数据难以真实有效的反应物质加热过程中的质量损失的问题的设备。它包括烘箱，安装架，设置在烘箱底部的电子称重装置，设置在安装架上、位于烘箱上方的气体收集箱，设置在气体收集箱上的气体采样装置及体积补偿装置；烘箱顶面上、位于电子称重装置正上方设有下通气口，气体收集箱底面上设有上通气口，上通气口与下通气口之间通过连接软管相连接。

Description

一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备

技术领域

本发明涉及一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备。

背景技术

目前现有的技术中，通常采用如下方法测量物质（如木材、药粉、药材等）在加热过程中的质量变化：首先要将物质放入烘箱内加热，待加热一段时间后将物质取出，并冷却至室温后；然后通过天平测量经加热后的物质质量，从而得到加热前、后物质质量的变化。另一方面，为了分析物质加热过程中释放/分解的气体；在加热物质的过程中，通过气泵抽取烘箱内的气体，从而采集物质热分解气化过程中分解的气体。

目前这种测量物质加热过程中质量变化的方法不仅效率低，而且当物质由烘箱内取出、冷却，再到天平中测量的过程中，物质高低温交替，环境湿度变化，如移出时从空气中吸收水分等会对实际的数据的准确度产生影响，导致测量数据难以真实有效的反应物质加热过程中的质量损失。

另外，由于在加热物质的过程中，通过气泵抽取烘箱内的气体，来采集物质热分解气化过程中分解的气体，这样就将在烘箱内形成空气流动；而电子称重装置（如电子天平）的称量精度高，且物质加热过程中的质量变化量本就很小，烘箱的空气流动将会影响到电子称重装置的称量准确性，尤其是对于物质等粉末状物质来说，受空气流动的影响更大；从而导致测量数据难以真实有效的反应物质加热过程中的质量损失。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备，其不仅能够在线同步检测物质加热质量变化，避免受外界环境的影响；而且能够有在采集烘箱内气体的同时，有效避免因烘箱内形成空气流动而导致测量数据难以真实有效的反应物质加热过程中的质量损失的问题。

本发明的技术方案是：

一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备包括烘箱，安装架，设置在烘箱底部的电子称重装置，设置在安装架上、并位于烘箱上方的气体收集箱，设置在气体收集箱上的气体采样装置及体积补偿装置；所述烘箱顶面上、位于电子称重装置正上方设有下通气口，气体收集箱底面上设有上通气口，所述上通气口与下通气口之间通过连接软管相连接；所述体积补偿装置包括设置在气体收集箱侧面上、并与气体收集箱的内腔相连通的水平导向套及可滑动设置在水平导向套内的补偿圆柱，所述水平导向套内侧面上、位于补偿圆柱与水平导向套内侧面之间设有第一密封圈；所述气体采样装置包括设置在安装架上的水平采集缸体，同轴设置在水平采集缸体内的推移轴杆及至少两个可滑动设置在水平采集缸体内的第一活塞体，且相邻两第一活塞体之间通过连接轴杆相连接，相邻两第一活塞体之间还设有气囊体；水平采集缸体的一端与气体收集箱的内腔相连通，另一端设有避让通孔，所述推移轴杆的一端与靠近避让通孔的第一活塞体相连接，另一端穿过避让通孔，并位于水平采集缸体外侧，所述推移轴杆上设有沿推移轴杆轴向延伸的主导气通道，且主导气通道往第一活塞体方向延伸，并穿过各连接轴杆；该主导气通道的一端往外延伸，并在水平采集缸体外侧的推移轴杆上形成进排气口，另一端封闭；各连接轴杆外侧面上分别设有与主导气通道相连通的径向通孔，且各气囊体的内腔分别与对应的径向通孔相连通；所述水平采集缸体外侧面上设有至少一个与水平采集缸体内腔连通的采样通孔；所述推移轴杆上、位于水平采集缸体内侧设有内限位挡块，当内限位挡块抵靠在避让通孔所在的水平采集缸体端面上时，各第一活塞体位于水平采集缸体内部，且相邻两第一活塞体之间的水平采集缸体上分别具有一个所述的采样通孔；所述水平采集缸体与水平导向套位于气体收集箱的同一侧，且水平采集缸体与水平导向套相平行；所述安装架上设有用于推动补偿圆柱及活塞体移动的推动装置，并且补偿圆柱与活塞体的移动速度相同，移动方向相反。

本方案通过烘箱来加热物质，并通过电子称重装置来在线同步检测物质加热质量变化，从而避免受外界环境的影响，有效提高测量效率及测量准确性。另一方面，本案通过气体采样装置来采集烘箱加热过程中的气体收集箱内的气体，从而采集物质热分解气化过程中分解的气体；并且在气体采集过程中，本方案的体积补偿装置将同时对气体收集箱内腔进行等体积的补偿，避免因气体收集箱内气体被取出，而导致气体收集箱及烘箱内气压减小，保证在气体采过程中，烘箱内的气压保持稳定，这样就可以有效避免气体采集过程中烘箱内形成空气流；因而本方案可以有效避免因烘箱内形成空气流动而导致测量数据难以真实有效的反应物质加热过程中的质量损失的问题。

另一方面，上通气口与下通气口之间通过连接软管相连接，这样可以有效避免气体采样装置工作过程中的振动，传递到烘箱上，从而影响电子称重装置的称量准确性。

作为优选，推动装置为同步反向推进装置，该同步反向推进装置包括设置在安装架上，并与采集缸体相平行的两条导轨，与导轨相平行的两条齿条，设置在两齿条之间的驱动齿轮及设置在安装架上用于带动驱动齿轮转动的伺服电机；两齿条中的一齿条设置在一导轨上，另一齿条设置在另一导轨上，且两齿条可沿导轨滑动，所述驱动齿轮与两齿条相啮合，所述活塞杆与一齿条之间通过第一连接件相连，所述补偿圆柱与另一齿条之间通过第二连接件相连。本方案只通过一个驱动装置（伺服电机）即能可靠、稳定的实现补偿圆柱与活塞体的移动速度相同，移动方向相反的功能，从而有效保证在气体采过程中，烘箱内的气压保持稳定。

作为优选，气体采样装置还包括若干个气体收集器，所述气体收集器包括两端封闭的收集缸体，可滑动设置在收集缸体内的第一活塞体及设置在第一活塞体上的推拉杆，所述收集缸体的一端设有可与采样通孔相连接的进气接头，另一端设有避让通孔；所述推拉杆及避让通孔位于第一活塞体的同一侧，推拉杆的端部穿过避让通孔、位于收集缸体的外侧；所述进气接头的端部设有螺纹连接的密封端盖。

作为优选，进气接头设置在收集缸体的外端面上，并与收集缸体内腔相连通。

作为优选，进气接头与采样通孔之间可通过螺纹相连接。

作为优选，水平采集缸体的内径与补偿圆柱的外径相同。

作为优选，气囊体包括套设在连接轴杆上的气囊套，且气囊套的两端分别与连接轴杆外侧面密封连接。

作为优选，电子称重装置包括电子天平，设置在烘箱内的托盘，设置在烘箱底面上、并位于托盘正下方的穿杆通孔，设置在穿杆通孔正下方的支撑平板及连接托盘与支撑平板的竖直支撑杆，竖直支撑杆穿过穿杆通孔。

作为优选，推移轴杆上、位于水平采集缸体外侧设有外限位挡块，并且当外限位挡块靠在避让通孔所在的水平采集缸体端面上时，各第一活塞体中与推移轴杆相邻的第一活塞体位于水平采集缸体内，其余第一活塞体位于水平采集缸体外侧的气体收集箱内。

作为优选，烘箱内、位于电子称重装置正上方设有横截面自下而上逐渐减小的导流套，导流套的上端口与下通气口相连接。

本发明的有益效果是：不仅能够在线同步检测物质加热质量变化，避免受外界环境的影响；而且能够有在采集气体收集箱内气体的同时，有效避免因烘箱内形成空气流动而导致测量数据难以真实有效的反应物质加热过程中的质量损失的问题。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1中A-A处的一种局部剖面结构示意图。

图3是本发明的气体收集器的一种剖面结构示意图。

图4是本发明的气体采样装置完成气体采集后的一种剖面结构示意图。

图中：烘箱1a、安装架1b、气体收集箱1c、气体采样装置2、第一活塞体21、连接轴杆22、气囊体23、内限位挡块24、推移轴杆25、水平采集缸体26、外限位挡块27、避让通孔28、采样通孔29、主导气通道210、径向通孔211、进排气口212，气体收集器2a、收集缸体2a1、第一活塞体2a2、进气接头2a3、密封端盖2a4、推拉杆2a5、避让通孔2a6，电子称重装置3、托盘31、支撑平板32、竖直支撑杆33、热电偶34、电子天平35，体积补偿装置4、水平导向套41、补偿圆柱42、第一密封圈43，同步反向推进装置5、导轨51、齿条52、第一连接件53、驱动齿轮54、第二连接件55，导流套6、下通气口7、连接软管8、上通气口9。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1、图2所示，一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备包括烘箱1a，安装架1b，设置在烘箱底部的电子称重装置3，设置在安装架上、位于烘箱上方的气体收集箱1c，设置在气体收集箱上的气体采样装置2及体积补偿装置4。烘箱内腔为密封腔体。烘箱的侧面设有密封箱门。烘箱底部设有支撑脚。烘箱上设有用于检测烘箱内腔的温度的温度传感器。烘箱上还设有电加热器。

气体收集箱位于烘箱正上方。烘箱顶面上、位于电子称重装置正上方设有下通气口7。气体收集箱底面上设有上通气口9。上、下通气口正对设置。上通气口与下通气口之间通过连接软管8相连接。烘箱内、位于电子称重装置正上方设有横截面自下而上逐渐减小的导流套6。导流套的上端口与下通气口相连接。

电子称重装置包括电子天平35，设置在烘箱内的托盘31，设置在烘箱底面上、并位于托盘正下方的穿杆通孔，设置在穿杆通孔正下方的支撑平板32及连接托盘与支撑平板的竖直支撑杆33。竖直支撑杆穿过穿杆通孔。托盘内设有热电偶34。烘箱底面上设有穿线孔，且穿线孔内设有密封胶套。热电偶的信号线穿过密封胶套。电子天平位于烘箱下方。

体积补偿装置4包括设置在气体收集箱侧面上、并与气体收集箱内腔相连通的水平导向套41及可滑动设置在水平导向套内的补偿圆柱42。水平导向套内侧面上、位于补偿圆柱与导向套内侧面之间设有第一密封圈43。

气体采样装置2包括包括三个气体收集器2a，设置在安装架上的水平采集缸体26，同轴设置在水平采集缸体内的推移轴杆25及四个可滑动设置在水平采集缸体内的第一活塞体21，且相邻两第一活塞体之间通过连接轴杆22相连接，相邻两第一活塞体之间还设有气囊体23。连接轴杆与第一活塞体同轴设置。四个第一活塞体等距分布。水平采集缸体的一端与气体收集箱内腔相连通，另一端设有避让通孔28。推移轴杆的一端与靠近避让通孔的第一活塞体相连接，另一端穿过避让通孔，并位于水平采集缸体外侧。

推移轴杆上设有沿推移轴杆轴向延伸的主导气通道210，且主导气通道往第一活塞体方向延伸，并穿过各连接轴杆。该主导气通道的一端往外延伸，并在水平采集缸体外侧的推移轴杆上形成进排气口212，另一端封闭。各连接轴杆外侧面上分别设有与主导气通道相连通的径向通孔211。各气囊体的内腔分别与对应的径向通孔相连通。气囊体包括套设在连接轴杆上的气囊套，且气囊套的两端分别与连接轴杆外侧面密封连接。

水平采集缸体外侧面上设有三个与水平采集缸体内腔连通的采样通孔29。三个采样通孔等距分布。推移轴杆上、位于水平采集缸体内侧设有内限位挡块24。内限位挡块靠近第一活塞体。推移轴杆上、位于水平采集缸体外侧设有外限位挡块27。如图4所示，当内限位挡块抵靠在避让通孔所在的水平采集缸体端面上时，各第一活塞体位于水平采集缸体内部，且相邻两第一活塞体之间的水平采集缸体上分别具有一个所述的采样通孔。如图1、图2所示，当外限位挡块靠在避让通孔所在的水平采集缸体端面上时，各第一活塞体中与推移轴杆相邻的第一活塞体位于水平采集缸体内，其余第一活塞体位于水平采集缸体外侧的气体收集箱内。

水平采集缸体与水平导向套位于气体收集箱的同一侧，且水平采集缸体与水平导向套相平行。采集缸体的内径与补偿圆柱的外径相同。安装架上设有用于推动补偿圆柱及活塞体移动的推动装置，并且补偿圆柱与活塞体的移动速度相同，移动方向相反。该推动装置为同步反向推进装置。同步反向推进装置5包括设置在安装架上，并与采集缸体相平行的两条导轨51，与导轨相平行的两条齿条52，设置在两齿条之间的驱动齿轮54及设置在安装架上用于带动驱动齿轮转动的伺服电机。两齿条中的一齿条设置在一导轨上，另一齿条设置在另一导轨上，且两齿条可沿导轨滑动。驱动齿轮与两齿条相啮合。活塞杆与一齿条之间通过第一连接件53相连，且第一连接件位于采集缸体外侧。补偿圆柱与另一齿条之间通过第二连接件55相连。

本实施例中的推动装置还可以设置为两个推移气缸或两个推杆电机，其中一个推移气缸或推杆电机用于带动补偿圆柱移动，另一个推移气缸或推杆电机用于带动活塞体移动。

如图3所示，气体收集器包括两端封闭的收集缸体2a1，可滑动设置在收集缸体内的第二活塞体2a2及设置在第二活塞体上的推拉杆2a5。推拉杆与第二活塞体同轴设置。收集缸体的一端设有可与采样通孔相连接的进气接头2a3，另一端设有避让通孔2a6。推拉杆及避让通孔位于第二活塞体的同一侧，推拉杆的端部穿过避让通孔、位于收集缸体的外侧。进气接头设置在收集缸体的外端面上，并与收集缸体内腔相连通。进气接头呈圆筒形，并与收集缸体同轴设置。进气接头与采样通孔之间可通过螺纹相连接；具体说是，进气接头外侧面上设有外螺纹，采样通孔内侧面上设有内螺纹，进气接头的外螺纹与采样通孔的内螺纹相适配。进气接头的端部设有螺纹连接的密封端盖2a4。

本发明的集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备的具体使用过程如下：

第一，将气体收集器的密封端盖取下，并通过推拉杆将第二活塞体移动至靠近进气接头的收集缸体端部，然后将进气接头与采样通孔之间通过螺纹相连接；各采样通孔分别与一气体收集器的进气接头连接；

通过伺服电机，驱动齿轮及齿条带动补偿圆柱往烘箱外移动，活塞体往烘箱内移动，直至外限位挡块靠在避让通孔所在的采集缸体端面上，此时各活塞体中与活塞杆相连的活塞体位于采集缸体内，其余活塞体位于采集缸体外侧的气体收集箱内；

将待测物质放置在托盘内；将电子天平放置在支撑平板正下方，并将支撑平板放置在电子天平顶部的称重平台上；此时托盘通过竖直支撑杆及支撑平板放置在电子天平上。

第二，烘箱加热，从而通过电子天平来在线同步检测物质加热质量变化。

在烘箱加热过程中，待需要采集烘箱内气体时：

a，通过伺服电机，驱动齿轮及齿条带动活塞体往采集缸体内移动，同时补偿圆柱往气体收集箱内移动；并且补偿圆柱与第一活塞体的移动速度相同，移动方向相反。当内限位挡块抵靠在避让通孔所在的采集缸体端面上，伺服电机停止工作，此时各第一活塞体位于采集缸体内部。

由于在第一活塞体往采集缸体内移动的同时，补偿圆柱将往气体收集箱内移动；这样在气体采样装置采集气体收集箱内气体的过程中，由气体收集箱腔体内移出至采集缸体内体积（该体积为原置于气体收集箱腔体内的第一活塞体，连接杆与位于相邻两第一活塞体之间的气体的体积之和）与移动至气体收集箱腔体内的补偿圆柱的体积相同；因而在气体采集过程中，体积补偿装置将同时对气体收集箱内腔进行等体积的补偿，从而避免气体收集箱及烘箱内腔的气压减小，使烘箱内的气压保持不变，这样可以避免在烘箱内形成空气流，保证测量数据的真实有效。

第三，通过现有的气泵由进排气口、主导气通道及径向通孔往各气囊体内充气，使气囊体膨胀，从而使相邻两活塞体之间的气体由采样通孔排出到收集缸体内，如图4所示；

然后，将气体收集器取下，并将密封端盖重新安装在进气接头上，封遮进气接头即可。

Claims (7)

1.一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备，其特征是，包括烘箱（1），安装架（6），设置在烘箱底部的电子称重装置（3），设置在安装架上、位于烘箱上方的气体收集箱，设置在气体收集箱上的气体采样装置（2）及体积补偿装置（4）；所述烘箱顶面上、位于电子称重装置正上方设有下通气口，气体收集箱底面上设有上通气口，所述上通气口与下通气口之间通过连接软管相连接；

所述体积补偿装置包括设置在气体收集箱侧面上、并与气体收集箱的内腔相连通的水平导向套（41）及可滑动设置在水平导向套内的补偿圆柱（42），所述水平导向套内侧面上、位于补偿圆柱与水平导向套内侧面之间设有第一密封圈；

所述气体采样装置包括设置在安装架上的水平采集缸体（26），同轴设置在水平采集缸体内的推移轴杆（25）及至少两个可滑动设置在水平采集缸体内的第一活塞体（21），且相邻两第一活塞体之间通过连接轴杆（22）相连接，相邻两第一活塞体之间还设有气囊体（23）；水平采集缸体的一端与气体收集箱的内腔相连通，另一端设有避让通孔（28），所述推移轴杆的一端与靠近避让通孔的第一活塞体相连接，另一端穿过避让通孔，并位于水平采集缸体外侧，所述推移轴杆上设有沿推移轴杆轴向延伸的主导气通道（210），且主导气通道往第一活塞体方向延伸，并穿过各连接轴杆；该主导气通道的一端往外延伸，并在水平采集缸体外侧的推移轴杆上形成进排气口（212），另一端封闭；各连接轴杆外侧面上分别设有与主导气通道相连通的径向通孔（211），且各气囊体的内腔分别与对应的径向通孔相连通；所述水平采集缸体外侧面上设有至少一个与水平采集缸体内腔连通的采样通孔（29）；所述推移轴杆上、位于水平采集缸体内侧设有内限位挡块（24），当内限位挡块抵靠在避让通孔所在的水平采集缸体端面上时，各第一活塞体位于水平采集缸体内部，且相邻两第一活塞体之间的水平采集缸体上分别具有一个所述的采样通孔；

所述水平采集缸体与水平导向套位于气体收集箱的同一侧，且水平采集缸体与水平导向套相平行；所述安装架上设有用于推动补偿圆柱及活塞体移动的推动装置，并且补偿圆柱与活塞体的移动速度相同，移动方向相反；

所述推动装置为同步反向推进装置（5），该同步反向推进装置包括设置在安装架上，并与采集缸体相平行的两条导轨（51），与导轨相平行的两条齿条（52），设置在两齿条之间的驱动齿轮（54）及设置在安装架上用于带动驱动齿轮转动的伺服电机；两齿条中的一齿条设置在一导轨上，另一齿条设置在另一导轨上，且两齿条可沿导轨滑动，所述驱动齿轮与两齿条相啮合，所述推移轴杆与一齿条之间通过第一连接件（53）相连，所述补偿圆柱与另一齿条之间通过第二连接件（55）相连；

所述采集缸体的内径与补偿圆柱的外径相同；

所述气囊体包括套设在连接杆上的气囊套，且气囊套的两端分别与连接杆外侧面密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备，其特征是，所述气体采样装置还包括若干个气体收集器（2a），所述气体收集器包括两端封闭的收集缸体（2a1），可滑动设置在收集缸体内的第二活塞体（2a2）及设置在第二活塞体上的推拉杆（2a5），所述收集缸体的一端设有可与采样通孔相连接的进气接头（2a3），另一端设有避让通孔（2a6）；所述推拉杆及避让通孔位于第二活塞体的同一侧，推拉杆的端部穿过避让通孔、位于收集缸体的外侧；所述进气接头的端部设有螺纹连接的密封端盖（2a4）。

3.根据权利要求2所述的一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备，其特征是，所述进气接头设置在收集缸体的外端面上，并与收集缸体内腔相连通。

4.根据权利要求2所述的一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备，其特征是，所述进气接头与采样通孔之间通过螺纹相连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备，所述电子称重装置包括电子天平（35），设置在烘箱内的托盘（31），设置在烘箱底面上、并位于托盘正下方的穿杆通孔，设置在穿杆通孔正下方的支撑平板（32）及连接托盘与支撑平板的竖直支撑杆（33），竖直支撑杆穿过穿杆通孔。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备，其特征是，所述推移轴杆上、位于采集缸体外侧设有外限位挡块（27），并且当外限位挡块靠在避让通孔所在的采集缸体端面上时，各第一活塞体中与推移轴杆相邻的第一活塞体位于采集缸体内，其余第一活塞体位于采集缸体外侧的气体收集箱内。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种集在线测量加热质量损失与气体采样于一体的设备，其特征是，所述烘箱内、位于电子称重装置正上方设有横截面自下而上逐渐减小的导流套，导流套的上端口与下通气口相连接。