CN115931966A - 一种测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于温度测量技术领域，提供了一种测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，所述设备包括：传感模块，所述传感模块用于感知测量目标的温度，以获得煤体的实时温度；采集和显示模块，所述采集和显示模块用于对温度传感器探测的温度进行采集、显示和存储；反应模块，所述反应模块用于为煤低温氧化提供反应场所，本发明提供的设备，能够清楚地探测出煤在自燃潜伏期的温度变化，分析其温升特性。
Description
技术领域
本发明属于温度测量技术领域，尤其涉及一种测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备。
背景技术
煤炭自燃经常发生在煤矿、煤堆和煤炭储存和运输过程中，是煤矿等相关行业的主要自然灾害之一。煤炭自燃会使煤炭的热值下降，降低煤炭的工业使用价值；严重影响矿井生产，造成重大的资源和经济损失；容易引起矿井火灾甚至瓦斯爆炸，导致不同程度的危险。煤的自燃过程具有明显的低温缓慢反应和高温快速反应的分段特性，《煤矿安全规程》第二百六十一条中将煤炭自燃过程划分为3个阶段，即潜伏期、自热期和燃烧期。在这一过程中，自燃潜伏期速度很慢时间较长，但煤温一旦达到加速氧化临界温度，煤的自燃往往难以控制，因此对煤自燃潜伏期氧化特性的研究能够更早更快地抑制煤炭自燃。
目前许多学者把煤的氧化过程温度范围视为室温至200℃甚至更高，着重于高温阶段，在这些研究中获得的煤自然特性参数主要反映了煤在自热期而不是自燃潜伏期阶段的特征。然而自燃潜伏期才是煤自燃阶段的开始阶段，为煤自热和自燃提供了初始的能量来源，而且煤一旦达到自热期时煤氧复合反应会急剧加快，热量产生速率倍增，从煤的热量损失和控制时机角度来说，都不如在煤的自燃潜伏期采取措施使之无法进入自热期。为了达到这一目的，必须要清楚地知道煤在自燃潜伏期的温度变化规律和产生的氧化热，然后分析导致氧化热产生规律的因素及其影响程度，进而“对症下药”，通过控制这些影响氧化特性的各种因素来有效抑制煤自燃潜伏期氧化热的产生。虽然现有技术中曾经对煤低温氧化阶段的氧化热进行研究，但是没有设备精确测量出在自燃潜伏期这一范围内煤的氧化热。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，旨在解决背景技术中确定的现有技术存在的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，所述设备包括：传感模块，所述传感模块用于感知测量目标的温度，以获得煤体的实时温度；采集和显示模块，所述采集和显示模块用于对温度传感器探测的温度进行采集、显示和存储；反应模块，所述反应模块用于为煤低温氧化提供反应场所。
优选地，所述传感模块包括温度传感器，所述温度传感器包括多根E型热电偶串联的热电堆，热电堆由多根热电偶首尾相连。
优选地，所述热电偶的根数为17。
优选地，所述热电偶由两根不同材质的导体焊接组成，焊接在一起的端头称为热端，另一端为冷端。
优选地，所述反应模块包括煤样罐，所述温度传感器固定在煤样罐的中心高度处，多根热电偶呈均匀分布。
优选地，所述采集和显示模块包括采集卡和液晶显示器，所述采集卡与热电堆连接，所述液晶显示器设置在采集卡的另一端。
优选地，所述反应模块还包括升温炉和供气瓶，所述煤样罐上设有进气口和出气口，所述升温炉用于提供煤样罐内煤样的测温环境，所述供气瓶用于氮气和空气环境。
本发明实施例提供的测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，所述设备包括：传感模块，所述传感模块用于感知测量目标的温度，以获得煤体的实时温度；采集和显示模块，所述采集和显示模块用于对温度传感器探测的温度进行采集、显示和存储；反应模块，所述反应模块用于为煤低温氧化提供反应场所，本发明的测温设备可以清楚地探测出煤在自燃潜伏期的温度变化，分析其温升特性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的热电偶焊接示意图。
图2为本发明实施例提供的与热电堆连接的煤样罐示意图。
图3为本发明实施例提供的热电堆与煤样罐连接示意图。
图4为本发明实施例提供的等温流动反应器示意图。
图5为本发明实施例提供的测量得到的煤样在自燃潜伏期温升特性图。
附图中：1-热电偶；2-数据采集卡；3-进气口；4-出气口；5-连接孔；6-冷端；7-热端；8-连接头；9-供气瓶；10-升温炉；11-煤样罐；12-热电堆；13-液晶显示器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
本发明提供的测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，基于煤的低温氧化阶段，在该温度阶段煤的氧化升温幅度、氧化热太少，现存的测温设备灵敏度不高，无法测出煤在低温状态下释放出的微小反应热，测定困难。虽然煤在自燃潜伏期的氧化热很少，但是煤自燃确实是从常温慢慢升高到临界温度，这说明氧化热是客观存在的。研究测量这种微小的氧化热的测定方法和装置，进一步研究煤自燃潜伏期的氧化特性，提供煤自燃数值模拟的基础氧化热参数，具有重要的意义。
本发明涉及温度传感器即热电堆的高分辨率。提供一种可以测量煤在自燃潜伏期氧化产生的微小温度变化的热电堆温度传感器，并将其与等温流动反应器相连接，可以实时监测不同条件下煤温的变化。
热电堆是将多个热电偶1首尾连接起来的传感器。热电偶1是根据热电效应将温差转成热电势的一种感温元件。热电偶1是由两根不同材质的导体焊接在一起组成的，焊接在一起的端头称为热端7，另一端为冷端6。热电偶1与被测物体呈闭合回路时，当两端的温度不同热电偶1中便会出现电流，此时两端就会存在电动势，电动势与温差的大小具有一定的比例关系，根据电动势与温度的函数关系，制成热电偶1分度表，进而在测出热电偶1中的电动势的前提下便可以测量被测物体的温度。
按照是否具有国家标准规范，热电偶1通常分为标准热电偶与非标准热电偶。标准化热电偶按照IEC国家标准生产，其中K、S、E、B、R、J、T作为中国统一设计型的标准热电偶。在0到70℃的范围内，相同温度下E型热电偶1可以产生最大的电动势。组成E型热电偶1的导体正极为为镍铬(镍铬10合金)，负极为铜镍合金(铜55％镍45％)，两种导体都为廉金属，造价便宜，适合作为热电偶1的原材料。虽然E型热电偶1在所有热电偶1中电动势率最大，在0～70℃内大约为60μv/℃，在温度变化0.01℃时产生的电动势仅为0.0006mv，而现存的电位计中采集到0.01mv的信号就已经十分困难，所以必须要增大热电偶1产生的电动势，才能用其测量煤在自燃潜伏期的温升特性。由热电偶1串联而成的热电堆恰好可以使热电偶1的电动势率成倍增长。
有n支型号相同的热电偶1串联，若每支热电偶1的热电势值为E1，E2······En，则其总输出端的热电势为：
E串＝E1+E2+……En (1)
若每支热电偶1的热电势值相等，则
E串＝nEn (2)
此式表明在将n根热电偶1放入同一温度场内，则测量得到的电动势为单一热电偶1的n倍。为了使传感器达到1000μv/℃的分辨率，我们串联了17根E型热电偶1，计算得到热电堆的电动势率为1036μv/℃。
热电堆制作完成后，将其与煤样罐2连接，放入等温流动反应器中就可以探测煤在自燃潜伏期的温升特性，反应模块还包括升温炉10和供气瓶9，所述煤样罐上设有进气口3和出气口4，所述升温炉10用于提供煤样罐内煤样的测温环境，所述供气瓶9用于氮气和空气环境，以此形成等温流动反应器。
如图1-图4所示，为本发明的一个实施例提供的一种测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备的结构图，本实施实例中，首先制作了由17根热电偶1串联形成的热电堆12。截取直径为0.5mm的镍铬丝和康铜丝各1m，使用氩弧焊接的方式将其焊接为一根热电偶1。然后选取内径0.6mm外径1mm的聚四氟乙烯管套在热电偶1丝外面，避免热电偶1丝之间直接接触。然后依次焊接17根相同的热电偶1。最后将它们首尾焊接起来。
本实施实例中，为了将热电堆12与煤样罐2连接，定制了圆柱形不锈钢煤样罐2。煤样罐2中心高度处均布布置17个孔，用来连接热电堆12。孔径为2.5mm。热电堆12深入煤样罐2长度为煤样罐2半径的2/3处，使用高粘度胶密封连接孔5，使两者紧密结合在一起。在煤样罐2底部布置一个进气口3，煤样罐2上部布置一个出气口4。
本实施实例中，在测温过程中，热电堆12的冷端6始终放在冰水混合物种，避免外界环境对其的影响。选择北京中泰联创科技有限公司生产的EM9104C/3型号温度和电压数据采集设备作为数据采集卡2，将其与热电堆12连接，连接位置设有连接头8。通过以外网的通讯方式数据采集卡2采集到的数据传输到液晶显示器13上，实时显示煤温的变化。
为了验证本发明制得的测温设备的测试煤自燃潜伏期温升特性的效果，利用制得的测温设备进行了煤低温氧化实验，具体步骤如下：
选取长焰煤作为此次实验的煤样，将其粉碎成120-200目的煤粉。在煤样罐2的底部铺上一层薄薄的棉花以阻止煤粉堵塞气路。将煤粉倒入煤样罐2中，然后在上面同样铺上一层薄薄的棉花。把煤样罐2放入等温流动反应器中，调节温度为70℃,通入氮气干燥10h。然后将温度调节为40℃，气氛不变，保持10h。最后将气氛转变为空气，在40℃条件下记录煤温的变化。测试结果如图5所示。
结果表明，煤在自燃潜伏期的温度变化及其微弱，使用普通的热电偶1无法探测出其温度变化。而本发明制作的测温设备可以清楚地探测出煤在自燃潜伏期的温度变化，分析其温升特性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，其特征在于，所述设备包括：传感模块，所述传感模块用于感知测量目标的温度，以获得煤体的实时温度；采集和显示模块，所述采集和显示模块用于对温度传感器探测的温度进行采集、显示和存储；反应模块，所述反应模块用于为煤低温氧化提供反应场所；所述传感模块包括温度传感器，所述温度传感器包括多根E型热电偶串联的热电堆，热电堆由多根热电偶首尾相连。
2.根据权利要求1所述的测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，其特征在于，所述热电偶的根数为17。
3.根据权利要求2所述的测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，其特征在于，所述热电偶由两根不同材质的导体焊接组成，焊接在一起的端头称为热端，另一端为冷端。
4.根据权利要求1所述的测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，其特征在于，所述反应模块包括煤样罐，所述温度传感器固定在煤样罐的中心高度处，多根热电偶呈均匀分布。
5.根据权利要求2所述的测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，其特征在于，所述采集和显示模块包括采集卡和液晶显示器，所述采集卡与热电堆连接，所述液晶显示器设置在采集卡的另一端。
6.根据权利要求1-5任一所述的测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，其特征在于，所述反应模块还包括升温炉和供气瓶，所述煤样罐上设有进气口和出气口，所述升温炉用于提供煤样罐内煤样的测温环境，所述供气瓶用于氮气和空气环境。
7.根据权利要求1-5任一所述的测量煤在自燃潜伏期温升特性的设备，其特征在于，所述热电偶与被测物体呈闭合回路时，当其两端的温度不同时，热电偶中出现电流，此时其两端即存在电动势，电动势与温差的大小具有预设的比例关系，根据电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表，进而在测出热电偶中的电动势的前提下便可以测量被测物体的温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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