RU2620328C1 - Прибор для определения параметров газовыделения - Google Patents
Прибор для определения параметров газовыделения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620328C1 RU2620328C1 RU2016125838A RU2016125838A RU2620328C1 RU 2620328 C1 RU2620328 C1 RU 2620328C1 RU 2016125838 A RU2016125838 A RU 2016125838A RU 2016125838 A RU2016125838 A RU 2016125838A RU 2620328 C1 RU2620328 C1 RU 2620328C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- flow rate
- analog
- personal computer
- digital converter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K17/00—Measuring quantity of heat
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам определения термической стабильности жидких однофазных и двухфазных, а также гетерогенных систем. Изобретение предназначено для определения максимальной скорости газовыделения (Wmax), температуры начала экзотермических процессов (Тн), индукционного периода (Тинд), суммарных объемов выделившихся газов (Vг) при атмосферном давлении и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности на любых предприятиях и заводах, где возможно попадание горючих веществ в смеси с окислителем на высокотемпературные операции. Предложен прибор для определения параметров газовыделения, содержащий воздушный термостат с электронагревателем и терморезистором. Внутрь термостата установлены две ячейки из нержавеющей стали, выполненные с возможностью заливания в них жидких образцов, при этом ячейки снабжены герметично закрывающимися крышками, в которые вмонтированы термопары. Крышки имеют отверстия для соединения с трубками газоотвода, которые соединены с ультразвуковыми измерителями скорости истечения газа с установленными пьезоэлементами и газовым переключателем на выходе. Термопары подключены к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу контроллера, выход которого подключен через интерфейс RS232/USB к персональному компьютеру, а терморезистор подключен к входам аналого-цифрового преобразователя и ПИД-регулятора, выход которого соединен с электронагревателем. Ультразвуковой измеритель скорости истечения газа подключен через интерфейс RS232/USB к персональному компьютеру, который выполнен на базе процессора, выполненного с возможностью: визуализации данных эксперимента в реальном времени, регистрации данных в файл, просмотра файлов экспериментов. Технический результат - повышение точности одновременного измерения скорости потоков газовых продуктов, а также возможность одновременного отбора как жидких, так и газовых проб. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам определения термической стабильности жидких однофазных и двухфазных, а также гетерогенных систем. Изобретение предназначено для определения максимальной скорости газовыделения (Wmax), температуры начала экзотермических процессов (Тн), индукционного периода (Тинд), суммарных объемов выделившихся газов (Vг) при атмосферном давлении и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности на любых предприятиях и заводах, где возможно попадание горючих веществ в смеси с окислителем на высокотемпературные операции.
В настоящее время применяются следующие типы калориметров: адиабатические, изотермические, диатермические, теплопроводящие, поточные. Однако все выше перечисленные калориметры направлены, в основном, на исследование твердых веществ.
Наиболее распространены калориметры переменной температуры, в которых количество теплоты Q определяется по изменению температуры калориметрической системы:
Q=W*ΔT,
где W - тепловое значение калориметра (т.е. количество теплоты, необходимое для его нагревания на 1 К), найденное предварительно в градуировочных опытах, ΔT - изменение температуры во время опыта.
За основу взят обычный калориметр, нагрев образцов в котором происходит в воздушном термостате.
Этот способ является одним из самых эффективных, недорогих и технически упрощенных, поэтому он был взят за основу.
Недостатком известного способа термического анализа является невозможность определения объема выделившихся в ходе реакции газообразных продуктов реакции
Технический результат изобретения - повышение точности одновременного измерения скорости потоков газовых продуктов, а также возможность одновременного отбора как жидких, так и газовых проб.
Технический результат достигается тем, что прибор для определения параметров газовыделения содержит воздушный термостат с электронагревателем и терморезистором, внутрь термостата установлены две ячейки из нержавеющей стали, выполненные с возможностью заливания в них жидких образцов, ячейки снабжены герметично закрывающимися крышками, в которые вмонтированы термопары, при этом крышки имеют отверстия для соединения с трубками газоотвода, которые соединены с ультразвуковыми измерителями скорости истечения газа с установленными пьезоэлементами и газовым переключателем на выходе, блок управления, состоящий из аналого-цифрового преобразователя, ПИД-регулятора, контроллера, интерфейса RS232/USB и блока питания, при этом термопары подключены к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу контроллера, выход которого подключен через интерфейс RS232/USB к персональному компьютеру, терморезистор подключен к входам аналого-цифрового преобразователя и ПИД-регулятора, выход которого соединен с электронагревателем, ультразвуковой измеритель скорости истечения газа подключен через интерфейс RS232/USB к персональному компьютеру, персональный компьютер выполнен на базе процессора, выполненного с возможностью: визуализации данных эксперимента в реальном времени, регистрации данных в файл, просмотра файлов экспериментов.
Для определения объема выделившихся газов использован ультразвуковой датчик измерения скорости истечения газов, что позволяет избавиться от погрешности измерений, связанной с хемосорбцией выделяющихся газов.
Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрированном чертежами, где показано следующее.
На фиг. 1 представлен прибор для определения параметров газовыделения, где:
1, 2 - ячейки;
3 - воздушный термостат;
4 - термопара;
5 - газовая трубка;
6 - ультразвуковой измеритель скорости истечения газа;
7 - пьезоэлемент;
8 - газовый переключатель;
9 - блок управления;
10 - персональный компьютер;
11 - электронагреватель;
12 - терморезистор.
На фиг. 2 представлена схема блока управления, где показано:
13 - АЦП
14 - Контроллер
15 - ПИД-регулятор
16 - Блок питания
17 - Интерфейс RS 232/USB.
На фиг. 3 показана блок-схема программы для ЭВМ-реализующей функции процессора, где:
18 - RS 232/USB-интерфейс
19 - Парсер
20 - Блок ввода параметров эксперимента
21 - Блок формирования строки параметров эксперимента
22 - Блок формирования строковой таблицы показаний датчиков
23 - Блок преобразования показаний датчиков
24 - Библиотека калибровочных коэффициентов
25 - Блок учета датчика свободных концов
26 - Формирование строковой таблицы преобразованных показаний датчиков и запись ее в файл
27 - Блок визуализации показаний датчиков.
Заявленный прибор для определения параметров газовыделения работает следующим образом:
Исследуемый образец помещается в одну из ячеек из нержавеющей стали объемом 2 мл (1), во вторую (2) - инертный при условиях исследования образец сравнения равной массы с близкой теплоемкостью. Каждая ячейка снабжена парой термопар (4), расположенной на разной высоте, для измерения температуры в образце и газовой фазе. С помощью АЦП (13) сигналы с термопар преобразовываются в цифровые показания в мВ, контроллер (14) в свою очередь преобразует строки данных и обеспечивает связь с ЭВМ через интерфейс RS 232/USB (17). Также крышка ячейки имеет отверстие для газоотвода, соединенного газовой трубкой (5) с одноканальным ультразвуковым измерителем скорости истечения газа (6). Принцип действия ультразвукового измерителя скорости истечения газа основан на измерении зависящего от расхода того или иного акустического эффекта, возникающего при прохождении ультразвуковых колебаний через контролируемый поток газа. В таких расходомерах ультразвуковые колебания, создаваемые пьезоэлементами (7), направляются по потоку газа и против него. Разность времен прохождения Δτ ультразвуковыми импульсами расстояния между излучателем и приемником по потоку и против потока пропорциональна скорости потока. Расходомер по конструктивному исполнению является одноканальным, где каждый пьезоэлемент работает попеременно в режиме излучателя и приемника, что обеспечивается системой переключателей. Основные трудности использования ультразвукового метода связаны с тем, что скорость ультразвука в среде зависит от физико-химических свойств последней: температуры, давления, и она значительно больше скорости среды, так что действительная скорость ультразвука в движущейся среде мало отличается от скорости в неподвижной среде. Разность времен прохождения Δτ равна 10-6…10-7 с даже при скоростях потока 10…15 м/с, причем измерять Δτ нужно с погрешностью 10-8…10-9 с. Эти обстоятельства обусловливают необходимость применения сложных электронных схем в сочетании с микропроцессорной техникой, обеспечивающих компенсацию влияния перечисленных факторов.
На выходе ультразвукового измерителя скорости истечения газа имеется газовый переключатель (8), который дает возможность отбора проб для анализа химического состава газа. Ячейки помещаются в воздушный термостат (3), снабженный электронагревательным элементом (4), управляемый персональным компьютеров на базе процессора.
Попадая в визуальную среду программы, а именно в блок ввода параметров эксперимента (блок 20), пользователь выбирает режим эксперимента (количество ступеней нагрева, скорость нагрева, временные интервалы), блок формирования строки параметров эксперимента (21) формирует строку, содержащую эти данные, и отправляет в ПИД-регулятор (15) после запуска эксперимента.
ЭВМ в свою очередь получает от контроллера (14) строки данных вида:
t; U1; U2; U3; …Un,
где t - текущее время эксперимента, Ux - показания терморезистора измерения температуры свободных концов в мВ.
Каждая термопара предварительно калибруется, а калибровочные коэффициенты хранятся в библиотеке калибровочных коэффициентов (24), блок преобразования показаний датчиков (23) осуществляет преобразование показаний термопар (мВ) в градусы по шкале Цельсия с помощью функции вида:
А1х1+В1=Т1,
где А1, В1 - коэффициенты преобразования, Т1 - вычисленная температура в градусах Цельсия, x1 - соответствующее показание термопар в мВ.
Так как температура термопарами регистрируется относительно их свободных концов, чтобы получить истинную температуру, к рассчитанным значениям прибавляется значение температуры свободных концов, эта операция производится блоком учета датчика свободных концов (25):
Т1к=Тсв.к.+Т1.
Формирование строковой таблицы преобразованных показаний датчиков и запись ее в файл производятся в блоке 26. Результаты вычисленных значений построчно записываются в файл, выводятся на экран монитора, как в виде числовых значений на текущий момент, так и в виде точки на временной диаграмме в блоке визуализации показаний датчиков (27) визуальной среды программы.
Таким образом достигается технический результат изобретения, выражающийся в повышении точности одновременного измерения скорости потоков газовых продуктов, а также возможность одновременного отбора как жидких, так и газовых проб.
В качестве АЦП можно использовать, например, серийный блок ICP.COMI-7019R.
В качестве ультразвукового измерителя скорости истечения газа можно использовать, например, серийный датчик ONICON F-4000.
В качестве контроллера можно использовать, например, серийный блок ICP.COMI-7188.
Claims (1)
- Прибор для определения параметров газовыделения содержит воздушный термостат с электронагревателем и терморезистором, внутрь термостата установлены две ячейки из нержавеющей стали, выполненные с возможностью заливания в них жидких образцов, ячейки снабжены герметично закрывающимися крышками, в которые вмонтированы термопары, при этом крышки имеют отверстия для соединения с трубками газоотвода, которые соединены с ультразвуковыми измерителями скорости истечения газа с установленными пьезоэлементами и газовым переключателем на выходе, блок управления, состоящий из аналого-цифрового преобразователя, ПИД-регулятора, контроллера, интерфейса RS232/USB и блока питания, при этом термопары подключены к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу контроллера, выход которого подключен через интерфейс RS232/USB к персональному компьютеру, терморезистор подключен к входам аналого-цифрового преобразователя и ПИД-регулятора, выход которого соединен с электронагревателем, ультразвуковой измеритель скорости истечения газа подключен через интерфейс RS232/USB к персональному компьютеру, персональный компьютер выполнен на базе процессора, выполненного с возможностью: визуализации данных эксперимента в реальном времени, регистрации данных в файл, просмотра файлов экспериментов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125838A RU2620328C1 (ru) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Прибор для определения параметров газовыделения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016125838A RU2620328C1 (ru) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Прибор для определения параметров газовыделения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2620328C1 true RU2620328C1 (ru) | 2017-05-24 |
Family
ID=58882665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016125838A RU2620328C1 (ru) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | Прибор для определения параметров газовыделения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2620328C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754002C1 (ru) * | 2020-11-03 | 2021-08-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Прибор для определения параметров экзотермических процессов при давлении выше атмосферного |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1283553A2 (ru) * | 1985-08-07 | 1987-01-15 | Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения | Дифференциальный микрокалориметр |
| US20030058918A1 (en) * | 2000-09-04 | 2003-03-27 | Ulrich Fischer | Calorimeter |
| RU2371685C1 (ru) * | 2008-07-02 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" | Калориметр переменной температуры с изотермической оболочкой |
| RU2529664C1 (ru) * | 2013-07-11 | 2014-09-27 | Ярослав Олегович Иноземцев | Калориметр переменной температуры (варианты) |
-
2016
- 2016-06-29 RU RU2016125838A patent/RU2620328C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1283553A2 (ru) * | 1985-08-07 | 1987-01-15 | Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения | Дифференциальный микрокалориметр |
| US20030058918A1 (en) * | 2000-09-04 | 2003-03-27 | Ulrich Fischer | Calorimeter |
| RU2371685C1 (ru) * | 2008-07-02 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" | Калориметр переменной температуры с изотермической оболочкой |
| RU2529664C1 (ru) * | 2013-07-11 | 2014-09-27 | Ярослав Олегович Иноземцев | Калориметр переменной температуры (варианты) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754002C1 (ru) * | 2020-11-03 | 2021-08-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Прибор для определения параметров экзотермических процессов при давлении выше атмосферного |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9874467B2 (en) | MEMS thermal flow sensor with compensation for fluid composition | |
| EP2042850A2 (en) | Method for determining carbon content of a hydrocarbon-containing mixture | |
| US20150316401A1 (en) | Thermal, flow measuring apparatus and method for determining and/or monitoring flow of a medium | |
| US20160313160A1 (en) | Apparatus and method for determining concentrations of components of a gas mixture | |
| JP2011226927A (ja) | 温度拡散率測定システム、カロリー成分濃度測定システム、及び流量測定システム | |
| US11474092B2 (en) | Method for determining properties of a hydrocarbon-containing gas mixture and device for the same | |
| JPS6159457B2 (ru) | ||
| EP3153854B1 (en) | Determination of volumetric flow rate of a gas in a gas flow | |
| RU2620328C1 (ru) | Прибор для определения параметров газовыделения | |
| Jimenez et al. | A microfluidic strategy for accessing the thermal conductivity of liquids at different temperatures | |
| JP5690003B2 (ja) | 比熱容量測定システム及び流量測定システム | |
| JP7037883B2 (ja) | 排ガス流量測定装置、燃費測定装置、排ガス流量測定装置用プログラム、及び排ガス流量測定方法 | |
| RU2743511C1 (ru) | Поточный способ для измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей с помощью щелевого сужающего устройства | |
| CN201732071U (zh) | 一种测定不良导热材料热导率的装置 | |
| UA23910U (en) | Appliance for measurement of rate and direction of gas flow | |
| Wehbi et al. | Heat transfer based flowmeter for high temperature flow rate measurements: Design, implementation and testing | |
| RU2631007C1 (ru) | Теплосчетчик на основе накладных датчиков | |
| RU2754002C1 (ru) | Прибор для определения параметров экзотермических процессов при давлении выше атмосферного | |
| EP3583393B1 (en) | Calorimetric probe and a method for calorimetric measurement | |
| JPH01313748A (ja) | 流れている蒸気の性能のモニター | |
| JP3246860B2 (ja) | 熱特性測定装置及びこれを用いた土壌水分率測定装置 | |
| RU2422810C1 (ru) | Способ экспресс-определения состава многокомпонентной жидкой среды | |
| CN217820129U (zh) | 一种气体定压比热容测量装置 | |
| RU2152593C1 (ru) | Способ измерения расхода потока | |
| RU2751579C1 (ru) | Способ измерения долей компонентов в потоке двухфазной среды |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20171227 Effective date: 20171227 |