CN106323714A - 一种煤的平衡水分基样品的制备系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤的平衡水分基样品的制备系统，包括制备装置和制备电路，所述制备装置包括制备箱和用于对制备箱抽真空的真空泵，所述制备箱内设置有溶液槽、样品托盘、天平以及用于连接样品托盘和天平的升降机构，所述升降机构包括设置上下挡板、设置在上下挡板上的升降柱和设置在升降柱上的称重挡板，所述天平上连接有称重卡体，所述称重挡板上连接有与称重挂钩和用于连接样品托盘的称重杆。本发明还公开了一种煤的平衡水分基样品的制备方法。本发明结构简单、设计合理，提高了在制备煤的平衡水分基样品的过程中指标控制的精确度，方便称重，减少称重测量误差，提高了实验效率，使用操作方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于煤岩特性试验技术领域，具体涉及一种煤的平衡水分基样品的制备系统及方法。
背景技术
煤的平衡水分又称平衡湿度、最高内在水分和临界水分等，是指当煤样品处在湿度为96％-97％，温度为30±0.1℃的环境条件下的含水量。平衡水分基是模拟地层条件下煤层的含水状态，其含水量影响着煤层等温吸附曲线特征。因此，制备煤的平衡水分基样品是进行煤样等温吸附解吸实验的重要环节。目前，制备煤的平衡水分基样品的过程是将样品用碎样机破碎至60目以下，然后用小喷雾器向煤样喷洒蒸馏水，使其预湿，待充分混合之后，将预湿的煤样平铺在一个低平的敞口盘中，放入装有过过饱和硫酸钾溶液的恒温箱中，该溶液使煤样品的湿度保持在96％至97％之间，然后每24h将煤样品取出称重，直到相邻2次称重的质量基本不变为止，即认为煤样品处于饱和平衡水状态，该过程大约持续4天。
目前制备煤的平衡水分基样品一般存在三个问题，一、设备简单，温度、压力、湿度等指标控制不精确；二、由于每次称量都需要将样品取出，导致称重误差大，从而很难判断煤样是否达到全部润湿状态，从而影响煤样品饱和平衡水状态的判断；三、整个过程都需要试验人员亲力亲为，费力耗时。因此需要一种结构简单、设计合理的煤的平衡水分基样品的制备系统及方法，指标控制精确，称量误差小，提高试验效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤的平衡水分基样品的制备系统及方法，其结构简单、设计合理，提高了在制备煤的平衡水分基样品的过程中指标控制的精确度，方便称重，减少称重测量误差，提高了实验效率，使用操作方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：包括制备装置和制备电路，所述制备装置包括制备箱和用于对制备箱抽真空的真空泵，所述制备箱内设置有溶液槽、用于盛放煤样品的样品托盘、用于称量煤样品的天平以及用于连接样品托盘和天平的升降机构，所述升降机构包括设置在制备箱内部的上下挡板、设置在上下挡板上的升降柱和设置在升降柱上的称重挡板，所述天平设置在称重挡板的上方，所述样品托盘设置在上下挡板的下方，所述天平上连接有称重卡体，所述称重挡板上连接有与称重卡体配合的称重挂钩和用于连接样品托盘的称重杆，所述上下挡板上设置有供称重杆通过的称重杆通孔。
上述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述制备电路包括微控制器发明、与微控制器发明相接的存储器和与微控制器发明输入端连接且用于检测制备箱内环境的传感器模块，所述微控制器发明的输入端接有电源开关发明、升降按钮、计时器、键盘电路和泄压按钮，所述微控制器发明的输出端接有电源指示灯、升温模块、显示器、安装在制备箱上的泄压阀、用于驱动升降柱的升降驱动模块和用于驱动真空泵的泵驱动电机，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器，所述电源开关接有电源模块。
上述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述电源开关发明、电源指示灯、升降按钮、显示器和泄压按钮均设置在制备箱的箱体上，所述制备箱的箱体上还设置有压力表。
上述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述升温模块为加热器。
上述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述制备箱包括箱门和设置在箱门上的门把手，所述箱门上设置有可视窗口。
上述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述称重杆通孔内设置有用于密封箱内气体的真空塞。
本发明还公开了一种煤的平衡水分基样品的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、组装煤的平衡水分基样品的制备系统，其具体过程为：
步骤101、将溶液槽放入制备箱中，在溶液槽中加入过饱和硫酸钾溶液；
步骤102、样品托盘悬挂在制备箱中，将煤样品用碎样机破碎至60目以下，向煤样品喷洒蒸馏水，使其预湿，将预湿的煤样品放在样品托盘中，使其与过饱和硫酸钾溶液环境充分接触；
步骤二、煤的平衡水分基样品的制备，其具体过程为：
步骤201、制备箱内温度监测：当制备箱内的温度值低于额定温度值时，升温模块对制备箱加热；
步骤202、对制备箱抽真空：泵驱动电机带动真空泵开始工作，对制备箱抽真空，直到制备箱的负压值达到额定负压值时，真空泵停止工作，计时器开始计时；
步骤203、对制备箱泄压：计时器计时达到24h后，泄压阀打开，外界气体进入制备箱，制备箱内负压解除；
步骤三、称重：
步骤301、升降柱上升，称重挂钩顶冲过称重卡体后，升降柱开始下降，称重挂钩与称重卡体衔接在一起，将天平与样品托盘连接；
步骤302、通过天平测到样品托盘内煤样品的质量，记做Gm，将Gm存储在存储器内，其中m表示测量的次数，m＝1，2，…，n，n为正整数且n≥3；
步骤303、待步骤302中称重完成后，升降柱继续下降，带动称重挂钩离开称重卡体；
步骤四、结果输出：
步骤401、步骤重复步骤二和步骤三，再次得到煤样品的质量，记做Gm+1，将Gm+1存储在存储器内；
步骤402、计算：如果Δ≤2％，则煤样品制备过程完成，否则重复步骤401，其中，Δ表示煤样品的两次称重差占煤样品在干燥空气中的质量的百分比。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的结构简单、设计合理，实现及使用操作方便。
2、本发明通过升降机构将盛有煤样品的托盘升起或降落，通过与升降机构连接的天平来测量煤样品的重量，方便称重，不需要手动将煤样品从制备箱中拿出，减少称重测量误差，提高了实验效率，提高煤样品饱和平衡水状态的判断精度。
3、本发明采用真空泵对制备箱进行抽真空操作，提高了制备煤的平衡水分基样品的过程中的可靠性和精确度，实验效果好。
综上所述，本发明结构简单、设计合理，提高了在制备煤的平衡水分基样品的过程中指标控制的精确度，方便称重，减少称重测量误差，提高了实验效率，使用操作方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明煤的平衡水分基样品的制备方法的流程框图。
图2为本发明煤的平衡水分基样品的制备系统的结构示意图。
图3为图2的剖面图。
图4为本发明升降机构和天平的连接结构示意图。
图5为本发明制备电路的电路原理框图。
附图标记说明:
1—微控制器； 2—电源模块； 3—电源开关；
4—电源指示灯； 5—升降按钮； 6—升降驱动模块；
7—升降柱； 8—真空泵； 9—泵驱动电机；
10—温度传感器； 11—湿度传感器； 12—压力传感器；
13—升温模块； 14—显示器； 15—计时器；
16—存储器； 17—键盘电路； 18—泄压按钮；
19—泄压阀； 20—门把手； 21—可视窗口；
22—溶液槽； 23—样品托盘； 24—天平；
25—称重杆； 26—称重卡体； 27—称重挂钩；
28—真空塞； 29—上下挡板； 30—真空泵通孔；
31—压力表； 32—箱门； 33—制备箱；
34—称重挡板。
具体实施方式
如图2、图3和图4所示，本发明包括制备装置和制备电路，所述制备装置包括制备箱33和用于对制备箱33抽真空的真空泵8，所述制备箱33内设置有溶液槽22、用于盛放煤样品的样品托盘23、用于称量煤样品的天平24以及用于连接样品托盘23和天平24的升降机构，所述升降机构包括设置在制备箱33内部的上下挡板29、设置在上下挡板29上的升降柱7和设置在升降柱7上的称重挡板34，所述天平24设置在称重挡板34的上方，所述样品托盘23设置在上下挡板29的下方，所述天平24上连接有称重卡体26，所述称重挡板34上连接有与称重卡体26配合的称重挂钩27和用于连接样品托盘23的称重杆25，所述上下挡板29上设置有供称重杆25通过的称重杆通孔。
如图5所示，本实施例中，所述制备电路包括微控制器1、与微控制器1相接的存储器16和与微控制器1输入端连接且用于检测制备箱33内环境的传感器模块，所述微控制器1的输入端接有电源开关3、升降按钮5、计时器15、键盘电路17和泄压按钮18，所述微控制器1的输出端接有电源指示灯4、升温模块13、显示器14、安装在制备箱33上的泄压阀19、用于驱动升降柱7的升降驱动模块6和用于驱动真空泵8的泵驱动电机9，所述传感器模块包括温度传感器10、湿度传感器11和压力传感器12，所述电源开关3接有电源模块2。
如图2和图3所示，本实施例中，所述电源开关3、电源指示灯4、升降按钮5、显示器14和泄压按钮18均设置在制备箱33的箱体上，所述制备箱33的箱体上还设置有压力表31。
本实施例中，所述升温模块13为加热器。
如图2所示，本实施例中，所述制备箱33包括箱门32和设置在箱门32上的门把手20，所述箱门32上设置有可视窗口21。
如图4所示，本实施例中，所述称重杆通孔内设置有用于密封箱内气体的真空塞28。
如图1所示，本发明的煤的平衡水分基样品的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、组装煤的平衡水分基样品的制备系统，其具体过程为：
步骤101、将溶液槽22放入制备箱33中，在溶液槽22中加入过饱和硫酸钾溶液；
步骤102、样品托盘23悬挂在制备箱33中，将煤样品用碎样机破碎至60目以下，向煤样品喷洒蒸馏水，使其预湿，将预湿的煤样品放在样品托盘23中，使其与过饱和硫酸钾溶液环境充分接触；
步骤二、煤的平衡水分基样品的制备，其具体过程为：
步骤201、制备箱内温度监测：当制备箱33内的温度值低于额定温度值时，升温模块13对制备箱33加热；
步骤202、对制备箱抽真空：泵驱动电机9带动真空泵8开始工作，对制备箱33抽真空，直到制备箱33的负压值达到额定负压值时，真空泵8停止工作，计时器9开始计时；
步骤203、对制备箱泄压：计时器9计时达到24h后，泄压阀19打开，外界气体进入制备箱33，制备箱33内负压解除；
步骤三、称重：
步骤301、升降柱7上升，称重挂钩27顶冲过称重卡体26后，升降柱7开始下降，称重挂钩27与称重卡体26衔接在一起，将天平24与样品托盘23连接；
步骤302、通过天平24测到样品托盘23内煤样品的质量，记做Gm，将Gm存储在存储器26内，其中m表示测量的次数，m＝1，2，…，n，n为正整数且n≥3；
步骤303、待步骤302中称重完成后，升降柱7继续下降，带动称重挂钩27离开称重卡体26；
步骤四、结果输出：
步骤401、步骤重复步骤二和步骤三，再次得到煤样品的质量，记做Gm+1，将Gm+1存储在存储器26内；
步骤402、计算：如果Δ≤2％，则煤样品制备过程完成，否则重复步骤401，其中，Δ表示煤样品的两次称重差占煤样品在干燥空气中的质量的百分比。
具体实施时，首先将过饱和硫酸钾溶液倒入溶液槽22中，将盛有过饱和硫酸钾溶液的溶液槽22放入制备箱33内，然后将煤样品用碎样机破碎至60目以下，向煤样品喷洒蒸馏水，使其预湿，将预湿的煤样品放在样品托盘23中，尽量将煤样品铺开，与过饱和硫酸钾溶液环境充分接触，关闭箱门32，按下升降按钮5，微控制器1发出控制信号给升降驱动模块6，升降驱动模块6带动升降柱7开始下降，称重挡板34随之下降，称重挂钩27在重力的作用下与称重卡体26分离，样品托盘23悬挂在制备箱33中，同时真空塞28也下降，真空塞28用于密封上下挡板29上的通孔。
通过键盘电路17设定额定温度为30℃和额定负压值，打开电源开关3，电源模块2开始向自动控制电路供电，电源指示灯4亮起，微控制器1发出控制信号给泵驱动电机9，泵驱动电机9带动真空泵8工作，开始对制备箱33内抽真空，压力表31用于实时采集制备箱33内的负压值，以供实验人员观测。温度传感器10用于检测制备箱33内的温度值，湿度传感器11用于检测制备箱33内的湿度值，压力传感器12用于检测制备箱33内的负压值，并将检测到的温度值、湿度值和负压值发送给微控制器1，当微控制器1收到的负压值和键盘电路17设定的额定负压值相等时，微控制器1发出控制信号给泵驱动电机9，泵驱动电机9停止驱动真空泵8工作，当微控制器1收到的温度值和键盘电路17设定的额定温度值不同时，微控制器1发出控制信号给升温模块13，升温模块13开始对制备箱33加热，直到制备箱33内温度为额定温度值，升温模块13停止加热，当制备箱33内的温度值和负压值均达到额定值时，计时器9开始计时。
计时器9计时达到24h后，微控制器1发出控制信号给泄压阀19，泄压阀19打开，外界气体进入制备箱33，制备箱33内负压解除，称重开始。按下升降按钮5，微控制器1发出控制信号给升降驱动模块6，升降驱动模块6带动升降柱7开始上升，称重挡板34随之上升，将样品托盘23提升，同时带动真空塞28上升与上下挡板29上的通孔脱离，升降柱7继续上升，称重挂钩27顶冲过称重卡体26后，升降柱7开始下降，称重挂钩27和称重卡体26衔接在一起，使样品托盘23固定连接在天平24上，天平24开始称重，通过天平24测到样品托盘23内煤样品的质量，然后将测到的煤样品质量数据存储在存储器26内，微控制器1将当前煤样品质量数据显示在显示器14上，通过可视窗口21可观测箱体内的煤样品制备过程。
然后重复进行煤的平衡水分基样品的制备和称量的过程，称量每次煤样品的质量数据，如果相邻两次煤样品的称量变化不超过煤样品质量的2％，则煤样品制备过程完成，否则将重复制备过程和称量过程，直到相连两次质量数据的误差在接受范围内。
以上所述，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：包括制备装置和制备电路，所述制备装置包括制备箱(33)和用于对制备箱(33)抽真空的真空泵(8)，所述制备箱(33)内设置有溶液槽(22)、用于盛放煤样品的样品托盘(23)、用于称量煤样品的天平(24)以及用于连接样品托盘(23)和天平(24)的升降机构，所述升降机构包括设置在制备箱(33)内部的上下挡板(29)、设置在上下挡板(29)上的升降柱(7)和设置在升降柱(7)上的称重挡板(34)，所述天平(24)设置在称重挡板(34)的上方，所述样品托盘(23)设置在上下挡板(29)的下方，所述天平(24)上连接有称重卡体(26)，所述称重挡板(34)上连接有与称重卡体(26)配合的称重挂钩(27)和用于连接样品托盘(23)的称重杆(25)，所述上下挡板(29)上设置有供称重杆(25)通过的称重杆通孔。
2.按照权利要求1所述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述制备电路包括微控制器(1)、与微控制器(1)相接的存储器(16)和与微控制器(1)输入端连接且用于检测制备箱(33)内环境的传感器模块，所述微控制器(1)的输入端接有电源开关(3)、升降按钮(5)、计时器(15)、键盘电路(17)和泄压按钮(18)，所述微控制器(1)的输出端接有电源指示灯(4)、升温模块(13)、显示器(14)、安装在制备箱(33)上的泄压阀(19)、用于驱动升降柱(7)的升降驱动模块(6)和用于驱动真空泵(8)的泵驱动电机(9)，所述传感器模块包括温度传感器(10)、湿度传感器(11)和压力传感器(12)，所述电源开关(3)接有电源模块(2)。
3.按照权利要求2所述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述电源开关(3)、电源指示灯(4)、升降按钮(5)、显示器(14)和泄压按钮(18)均设置在制备箱(33)的箱体上，所述制备箱(33)的箱体上还设置有压力表(31)。
4.按照权利要求2所述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述升温模块(13)为加热器。
5.按照权利要求1所述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述制备箱(33)包括箱门(32)和设置在箱门(32)上的门把手(20)，所述箱门(32)上设置有可视窗口(21)。
6.按照权利要求1所述的一种煤的平衡水分基样品的制备系统，其特征在于：所述称重杆通孔内设置有用于密封箱内气体的真空塞(28)。
7.一种利用如权利要求2所述的系统进行煤的平衡水分基样品的制备的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、组装煤的平衡水分基样品的制备系统，其具体过程为：
步骤101、将溶液槽(22)放入制备箱(33)中，在溶液槽(22)中加入过饱和硫酸钾溶液；
步骤102、样品托盘(23)悬挂在制备箱(33)中，将煤样品用碎样机破碎至60目以下，称量煤样品在干燥空气中的质量，记做M，向煤样品喷洒蒸馏水，使其预湿，将预湿的煤样品放在样品托盘(23)中，使其与过饱和硫酸钾溶液环境充分接触；
步骤二、开始制备煤的平衡水分基样品，其具体过程为：
步骤201、制备箱内温度监测：当制备箱(33)内的温度值低于额定温度值时，升温模块(13)对制备箱(33)加热；
步骤202、对制备箱抽真空：泵驱动电机(9)带动真空泵(8)开始工作，对制备箱(33)抽真空，直到制备箱(33)的负压值达到额定负压值时，真空泵(8)停止工作，计时器(9)开始计时；
步骤203、对制备箱泄压：计时器(9)计时达到24h后，泄压阀(19)打开，外界气体进入制备箱(33)，制备箱(33)内负压解除；
步骤三、称重：
步骤301、升降柱(7)上升，称重挂钩(27)顶冲过称重卡体(26)后，升降柱(7)开始下降，称重挂钩(27)与称重卡体(26)衔接在一起，将天平(24)与样品托盘(23)连接；
步骤302、通过天平(24)测到样品托盘(23)内煤样品的质量，记做Gm，将Gm存储在存储器(26)内，其中m表示测量的次数，m＝1，2，…，n，n为正整数且n≥3；
步骤303、待步骤302中称重完成后，升降柱(7)继续下降，带动称重挂钩(27)离开称重卡体(26)；
步骤四、结果输出：
步骤401、步骤重复步骤二和步骤三，再次得到煤样品的质量，记做Gm+1，将Gm+1存储在存储器(26)内；
步骤402、计算：如果Δ≤2％，则煤样品制备过程完成，否则重复步骤401，其中，Δ表示煤样品的两次称重差占煤样品在干燥空气中的质量的百分比。
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