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技術(shù)文章

XRY-1D-2 全自動(dòng)量熱儀(氧彈熱量計(jì))工作原理

閱讀:66          發(fā)布時(shí)間:2025-10-28
一、儀器核心組成與功能定位
XRY-1D-2 型儀器是基于 “氧彈燃燒法" 測定物質(zhì)發(fā)熱量的全自動(dòng)設(shè)備,核心用于煤炭、焦炭、石油產(chǎn)品、生物質(zhì)等固體 / 液體樣品的高位發(fā)熱量(燃燒后產(chǎn)物含水分時(shí)的總發(fā)熱量)測量,廣泛應(yīng)用于能源、化工、質(zhì)檢等領(lǐng)域。其核心組成包括:
組件
核心功能
氧彈(核
提供密閉、高壓氧氣環(huán)境,確保樣品wanquan燃燒,材質(zhì)為耐高壓不銹鋼(可承受 3.5MPa 以上壓力)
恒溫浴系統(tǒng)
維持熱量測量環(huán)境溫度穩(wěn)定(±0.1℃),減少環(huán)境熱損失對(duì)結(jié)果的影響,分為外筒恒溫與內(nèi)筒量熱體系
熱量計(jì)主體
含內(nèi)筒(盛裝傳熱介質(zhì),通常為去離子水)、攪拌裝置、精密溫度傳感器(分辨率 0.001℃)
自動(dòng)控制系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充氧、自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)溫度采集、自動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算與結(jié)果輸出,替代人工操作
二、核心工作原理:“燃燒釋熱 - 熱量守恒" 法則
儀器本質(zhì)是通過測量樣品在氧彈內(nèi)wanquan燃燒釋放的熱量,傳遞給內(nèi)筒介質(zhì)后引起的溫度變化,結(jié)合儀器熱容計(jì)算樣品發(fā)熱量,具體流程分 5 步:
1. 樣品預(yù)處理與氧彈裝樣(全自動(dòng)前準(zhǔn)備)
  • 樣品制備:將固體樣品(如煤)粉碎至粒度<0.2mm,在 105℃烘箱中烘干至恒重,精確稱量(約 0.9-1.1g,用萬分之一天平);液體樣品(如柴油)需用專用石英坩堝盛裝。

  • 氧彈組裝:將樣品放入燃燒皿,置于氧彈內(nèi)電極下方,用點(diǎn)火絲(鎳鉻絲,已知發(fā)熱量約 6000J/g)連接電極與樣品(確保接觸良好,避免點(diǎn)火失?。?,旋緊氧彈蓋并檢查密封性。

2. 全自動(dòng)充氧與密封檢測
  • 充氧過程:儀器自動(dòng)將氧彈接入高壓氧氣源,緩慢充氧至 2.8-3.0MPa(壓力過低會(huì)導(dǎo)致燃燒不wanquan,過高有安全風(fēng)險(xiǎn)),保壓 30 秒后自動(dòng)切斷氣源,同時(shí)檢測氧彈密封性(若壓力下降>0.1MPa,需重新檢查密封)。

3. 恒溫環(huán)境建立與氧彈放置
  • 外筒恒溫:儀器啟動(dòng)恒溫系統(tǒng),將外筒水溫控制在設(shè)定溫度(如 25℃)并穩(wěn)定 30 分鐘,確保內(nèi)外筒溫差<0.5℃(減少熱交換誤差);

  • 內(nèi)筒準(zhǔn)備:向內(nèi)筒加入定量去離子水(如 2000g,重量需精確),將氧彈wanquan浸沒在內(nèi)筒水中,蓋緊熱量計(jì)蓋子,啟動(dòng)攪拌裝置(轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,確保水溫均勻)。

4. 自動(dòng)點(diǎn)火、燃燒釋熱與溫度監(jiān)測
  • 點(diǎn)火觸發(fā):儀器通過電極施加 12-24V 直流電壓,點(diǎn)燃點(diǎn)火絲,火焰引燃樣品;樣品在高壓氧氣中wanquan燃燒(如煤中 C→CO?、H→H?O、S→SO?,均為放熱反應(yīng));

  • 熱量傳遞:燃燒釋放的熱量通過氧彈壁傳遞給內(nèi)筒水,內(nèi)筒水溫逐漸升高;精密溫度傳感器每隔 1-2 秒自動(dòng)采集內(nèi)筒水溫,記錄溫度變化曲線(從點(diǎn)火前的 “平穩(wěn)期" 到燃燒后的 “升溫期",再到 “降溫期");

  • 關(guān)鍵控制:全自動(dòng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷點(diǎn)火是否成功(若 5 秒內(nèi)無溫度上升,提示 “點(diǎn)火失敗" 并報(bào)警),同時(shí)避免燃燒過程中氧彈漏氣(漏氣會(huì)導(dǎo)致熱量散失,溫度變化異常)。

5. 數(shù)據(jù)計(jì)算與結(jié)果輸出(全自動(dòng)核心環(huán)節(jié))
儀器基于 “熱量守恒定律",通過以下公式計(jì)算樣品的高位發(fā)熱量(Qgr,ad,單位:J/g 或 kJ/kg):
Qgr,ad = [(C×ΔT) - Q 點(diǎn)火 - Q 添加劑] /m
  • 各參數(shù)含義:

  • C:儀器總熱容(J/℃,需提前用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn),如苯甲酸,其發(fā)熱量已知為 26460J/g);

  • ΔT:內(nèi)筒水溫凈變化值(℃,需扣除環(huán)境熱損失修正,儀器自動(dòng)計(jì)算);

  • Q 點(diǎn)火:點(diǎn)火絲燃燒釋放的熱量(J,由點(diǎn)火絲重量 × 其發(fā)熱量計(jì)算,全自動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)記錄點(diǎn)火絲重量);

  • Q 添加劑:若樣品難燃添加助燃劑(如硝xiaosuan),需扣除助燃劑釋放的熱量;

  • m:樣品實(shí)際稱量質(zhì)量(g)。

  • 全自動(dòng)輸出:儀器自動(dòng)完成上述計(jì)算,直接顯示樣品的高位發(fā)熱量、平行樣偏差(通常要求≤0.2%),并可打印報(bào)告(含樣品信息、測試參數(shù)、計(jì)算過程)。

三、關(guān)鍵技術(shù)保障:確保測量準(zhǔn)確性
  1. 氧彈密封性保障:氧彈蓋采用 “O 型橡膠密封圈 + 金屬密封面" 雙重密封,每次使用前檢查密封圈磨損情況,避免燃燒時(shí)氧氣泄漏或煙氣逸出;

  1. 恒溫精度控制:外筒采用 “智能 PID 溫控",配備加熱管與制冷片,可在環(huán)境溫度 5-35℃下穩(wěn)定控制外筒溫度,減少環(huán)境熱輻射對(duì)測量的影響;

  1. 儀器熱容校準(zhǔn):每 3 個(gè)月或更換內(nèi)筒、氧彈后,需用苯甲酸(標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))校準(zhǔn)儀器熱容 C,確保計(jì)算基準(zhǔn)準(zhǔn)確;

  1. 熱損失修正:全自動(dòng)系統(tǒng)通過 “雷諾溫度校正法",自動(dòng)修正內(nèi)筒與外筒之間的熱交換(如升溫期內(nèi)筒吸熱、降溫期內(nèi)筒放熱),消除環(huán)境誤差。

四、典型應(yīng)用場景
  • 煤炭行業(yè):測定原煤、精煤的發(fā)熱量,用于煤炭定價(jià)與鍋爐用煤熱值匹配;

  • 石油化工:測量柴油、重油的發(fā)熱量,評(píng)估燃料燃燒效率;

  • 生物質(zhì)能源:檢測秸稈、木屑等生物質(zhì)的發(fā)熱量,為生物質(zhì)燃料開發(fā)提供數(shù)據(jù)。


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