燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】一種燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，在密閉腔體內(nèi)設(shè)有高精度的電子天平，在電子天平上裝有樣品支架，在樣品支架上設(shè)有燃?xì)夤奚笛b置和參比罐升降裝置，在燃?xì)夤奚笛b置和參比罐升降裝置上設(shè)有燃?xì)夤藓蛥⒈裙?；在密閉腔體內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器；燃?xì)夤尥ㄟ^(guò)細(xì)徑柔性氣體管路和四通閥與燃?xì)怃撈俊⒄婵毡煤蜔崃坑?jì)分別連接，在細(xì)徑柔性氣體管路上裝有氣壓計(jì)；電子天平、溫度濕度壓力傳感器、四通閥、真空泵和熱量計(jì)均與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)電連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性好，不確定度小。
【專利說(shuō)明】燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，更具體的涉及一種測(cè)量燃?xì)赓|(zhì)量的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣、煤氣、液化氣、煤層氣和生物質(zhì)氣等燃?xì)獾臒嶂禍y(cè)量方法包括在線氣相色譜法和氣體熱量計(jì)法兩類。
[0003]氣體熱量計(jì)通過(guò)直接燃燒燃?xì)鉁y(cè)量燃?xì)鉄嶂?。常見的氣體熱量計(jì)有兩種，即水流式氣體熱量計(jì)和Culter-Hammer氣體熱量計(jì)。水流式氣體熱量計(jì)利用水流吸熱方式來(lái)測(cè)定熱值，即燃?xì)庠诤愣▔毫ο逻M(jìn)入本生燈連續(xù)燃燒，釋放出熱量；在熱量計(jì)內(nèi)與連續(xù)恒溫水流進(jìn)行充分的熱交換使水流溫度升高；最后可以根據(jù)固定時(shí)間內(nèi)流過(guò)熱量計(jì)的水的質(zhì)量、溫升、比熱以及燃?xì)獾捏w積來(lái)計(jì)算燃?xì)鉄嶂怠?br> [0004]Culter-Hammer熱量計(jì)則利用空氣吸熱方式來(lái)測(cè)定熱值，即燃?xì)膺B續(xù)燃燒釋放出熱量，在熱量計(jì)內(nèi)與連續(xù)空氣流進(jìn)行充分的熱交換使空氣流溫度升高；最后可以根據(jù)固定時(shí)間內(nèi)流過(guò)熱量計(jì)的空氣的體積、溫升、比熱以及燃?xì)獾捏w積來(lái)計(jì)算燃?xì)獾臒嶂怠?br> [0005]上述兩種熱量計(jì)采用氣體流量計(jì)測(cè)定燃?xì)獾捏w積，測(cè)量不確定度在(0.1%?
0.4% )范圍內(nèi)。根據(jù)體積換算燃?xì)赓|(zhì)量，則燃?xì)赓|(zhì)量的測(cè)量不確定度在(0.1%?0.4% )范圍內(nèi)。燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)定的不確定度較大，制約了燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0006]除了上述兩種常見的連續(xù)燃燒熱量計(jì)，還有一種間歇燃燒的氧彈式氣體熱量計(jì)。在氧彈式氣體熱量計(jì)中，燃?xì)夂脱鯕獗幻荛]的氧彈中，點(diǎn)火燃燒后熱量被氧彈及其周圍的水吸收，最后可以根據(jù)氧彈熱量計(jì)的熱容量和燃?xì)獾捏w積計(jì)算燃?xì)獾臒嶂怠Ｑ鯊検綒怏w熱量計(jì)用水替代法測(cè)量燃?xì)怏w積，該方法存在系統(tǒng)誤差，估計(jì)體積測(cè)量不確定度在(0.1%?
0.2% )范圍內(nèi)，亦即質(zhì)量測(cè)量不確定度在(0.1 %?0.2% )范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種準(zhǔn)確測(cè)量參與燃燒的燃?xì)赓|(zhì)量的裝置，用于高精度氣體熱量計(jì)測(cè)量燃?xì)鉄嶂禃r(shí)燃?xì)赓|(zhì)量的測(cè)定。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，在密閉腔體內(nèi)設(shè)有高精度的電子天平，在電子天平上裝有樣品支架，在樣品支架上設(shè)有燃?xì)夤奚笛b置和參比罐升降裝置，在燃?xì)夤奚笛b置和參比罐升降裝置上設(shè)有燃?xì)夤藓蛥⒈裙?；在密閉腔體內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器；燃?xì)夤尥ㄟ^(guò)細(xì)徑柔性氣體管路和四通閥與燃?xì)怃撈?、真空泵和熱量?jì)分別連接，在細(xì)徑柔性氣體管路上裝有氣壓計(jì)；電子天平、溫度濕度壓力傳感器、四通閥、真空泵和熱量計(jì)均與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)電連接。
[0010]所述的高精度電子天平，最大稱樣量不小于200g，質(zhì)量測(cè)量分辨率不大于
0.0lmg ;所述的電子天平用于稱量燃?xì)夤藓蛥⒈裙薜馁|(zhì)量，根據(jù)燃?xì)忉尫徘啊⒑笕細(xì)夤拶|(zhì)量之差，計(jì)算從燃?xì)夤掎尫懦鰜?lái)、參與燃燒的燃?xì)獾馁|(zhì)量。[0011]所述的燃?xì)夤?，球型，由壁厚?.5mm的不銹鋼制成；燃?xì)夤迌?chǔ)存燃?xì)猓瑝毫υ?1.5 X IO6Pa?2.4X IO6Pa)范圍內(nèi)；燃?xì)夤薜撞坑杉?xì)徑柔性氣體管路與四通閥相連；所述的參比罐，球型，由壁厚為1.5mm的不銹鋼制成，體積與燃?xì)夤摅w積相同，底部連接細(xì)徑柔性氣體管路。
[0012]所述的樣品支架，放置在高精度電子天平的稱量臺(tái)上，用于支撐燃?xì)夤藁騾⒈裙?，以?shí)現(xiàn)燃?xì)夤藁騾⒈裙薜馁|(zhì)量測(cè)量。燃?xì)夤奚笛b置，用于升起或降落燃?xì)夤蓿?dāng)升起燃?xì)夤迺r(shí)，燃?xì)夤夼c樣品支架沒有接觸，當(dāng)降落燃?xì)夤迺r(shí)，燃?xì)夤蘼湓跇悠分Ъ苌?，可以稱量其質(zhì)量；參比罐升降裝置，用于升起或降落參比罐，當(dāng)升起參比罐時(shí)，參比罐與樣品支架沒有接觸，當(dāng)降落參比罐時(shí)，參比罐落在樣品支架上，可以稱量其質(zhì)量。
[0013]所述的密閉腔體，由不銹鋼制成，其長(zhǎng)寬高為600mmX600mmX600mm，其正面有帶
觀察窗的平開門；密閉腔體放置在隔振臺(tái)上；密閉腔體內(nèi)放置高精度電子、樣品支架、燃?xì)夤?、參比罐和溫度濕度壓力傳感器等?br> [0014]所述的溫度濕度壓力傳感器，用于測(cè)量密閉腔體內(nèi)空氣的溫度、濕度和壓力，用于計(jì)算空氣密度；溫度濕度壓力傳感器與計(jì)算機(jī)連接，可向計(jì)算機(jī)傳遞實(shí)時(shí)溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)。
[0015]所述的氣壓計(jì)，安裝在燃?xì)夤尥ㄏ蛩耐ㄩy的細(xì)徑柔性氣體管路上，用于測(cè)量管路內(nèi)氣體壓力；所述的細(xì)徑柔性氣體管路，其內(nèi)徑不大于1.5mm，非金屬材料制成，耐壓超過(guò)3X IO6Pa ;所述的四通閥，同時(shí)連接燃?xì)夤?、燃?xì)怃撈?、氣體熱量計(jì)和真空泵。
[0016]所述燃?xì)怃撈?，體積為40L，儲(chǔ)存可燃性純氣體或混合氣體，氣體壓力在(3 X IO6Pa?1.5 X IO7Pa);所述的氣體熱量計(jì)，為間歇燃燒氣體熱量計(jì)；所述的真空泵，由分子泵和機(jī)械泵串聯(lián)組成，可將燃?xì)夤蕹檎婵罩翚鈮盒∮趌X10_5Pa。
[0017]所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，用于控制四通閥和真空泵的開關(guān)，用于采集高精度電子天平、溫度濕度壓力傳感器、氣壓計(jì)和氣體熱量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)，用于計(jì)算氣體密度和燃?xì)夤掎尫懦鰜?lái)的、參與燃燒的燃?xì)獾馁|(zhì)量。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性好，不確定度小。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參見圖1，本發(fā)明一種燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，在密閉腔體內(nèi)設(shè)有高精度的電子天平2，在電子天平2上裝有樣品支架3，在樣品支架3上設(shè)有燃?xì)夤奚笛b置6和參比罐升降裝置4，在燃?xì)夤奚笛b置6和參比罐升降裝置4上設(shè)有燃?xì)夤?和參比罐5 ；在密閉腔體9內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器7 ;燃?xì)夤?通過(guò)細(xì)徑柔性氣體管路和四通閥11與燃?xì)怃撈?2、真空泵14和熱量計(jì)13分別連接，在細(xì)徑柔性氣體管路上裝有氣壓計(jì)10 ;電子天平2、溫度濕度壓力傳感器7、四通閥11、真空泵14和熱量計(jì)13均與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)I電連接。
[0021]所述的高精度電子天平2，最大稱樣量不小于200g，質(zhì)量測(cè)量分辨率不大于
0.0lmg ;所述的電子天平2用于稱量燃?xì)夤?和參比罐5的質(zhì)量，根據(jù)燃?xì)忉尫徘?、后燃?xì)夤拶|(zhì)量之差，計(jì)算從燃?xì)夤掎尫懦鰜?lái)、參與燃燒的燃?xì)獾馁|(zhì)量。
[0022]所述的燃?xì)夤?為球形，由壁厚為1. 5mm的不銹鋼制成；燃?xì)夤?儲(chǔ)存燃?xì)?，壓?在（1.5X106Pa?2.4X106Pa)范圍內(nèi)；燃?xì)夤?的底部由細(xì)徑柔性氣體管路與四通閥11 相連；所述的參比罐5為球形，由壁厚為1. 5mm的不銹鋼制成，體積與燃?xì)夤?的體積相同， 底部連接細(xì)徑柔性氣體管路。
[0023]所述的樣品支架3，放置在高精度電子天平2的稱量臺(tái)上，用于支撐燃?xì)夤?或參 比罐5，以實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤?或參比罐5的質(zhì)量測(cè)量。燃?xì)夤奚笛b置6，用于升起或降落燃?xì)?罐8，當(dāng)升起燃?xì)夤?時(shí)，燃?xì)夤?與樣品支架3沒有接觸，當(dāng)降落燃?xì)夤?時(shí)，燃?xì)夤?落 在樣品支架3上，可以稱量其質(zhì)量；參比罐升降裝置4，用于升起或降落參比罐5，當(dāng)升起參 比罐5時(shí)，參比罐5與樣品支架3沒有接觸，當(dāng)降落參比罐5時(shí)，參比罐5落在樣品支架3 上，可以稱量其質(zhì)量。
[0024]所述的密閉腔體9，由不銹鋼制成，其長(zhǎng)寬高為600mmX600mmX600mm，其正面有
帶觀察窗的平開門；密閉腔體9放置在隔振臺(tái)（未圖示）上；密閉腔體9內(nèi)放置高精度電子 天平2、樣品支架3、燃?xì)夤?、參比罐5和溫度濕度壓力傳感器7等。
[0025]所述的溫度濕度壓力傳感器7，用于測(cè)量密閉腔體9內(nèi)空氣的溫度、濕度和壓力， 用于計(jì)算空氣密度；溫度濕度壓力傳感器7與計(jì)算機(jī)1連接，可向計(jì)算機(jī)1傳遞實(shí)時(shí)溫度、 濕度和壓力數(shù)據(jù)。
[0026]所述的氣壓計(jì)13，安裝在燃?xì)夤?通向四通閥11的細(xì)徑柔性氣體管路上，用于測(cè) 量管路內(nèi)氣體壓力；所述的細(xì)徑柔性氣體管路，其內(nèi)徑不大于1. 5mm，非金屬材料制成，耐 壓超過(guò)3X106Pa ;所述的四通閥11，其四端分別連接燃?xì)夤?、燃?xì)怃撈?2、氣體熱量計(jì)13 和真空泵14，根據(jù)需要在各路之間轉(zhuǎn)換（由計(jì)算機(jī)1自動(dòng)控制）。
[0027]所述燃?xì)怃撈?2，體積為40L，儲(chǔ)存可燃性純氣體或混合氣體，氣體壓力在 (3X106Pa?1.5X107Pa);所述的氣體熱量計(jì)13，為間歇燃燒氣體熱量計(jì)；所述的真空泵 14，由分子泵和機(jī)械泵串聯(lián)組成，可將燃?xì)夤蕹檎婵罩翚鈮盒∮贗X 10_5Pa。
[0028]所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1，用于控制四通閥11和真空泵14的開關(guān)，用于采集高精度 電子天平2、溫度濕度壓力傳感器7、氣壓計(jì)10和氣體熱量計(jì)13測(cè)量數(shù)據(jù)，用于計(jì)算氣體密 度和燃?xì)夤掎尫懦鰜?lái)的、參與燃燒的燃?xì)獾馁|(zhì)量。
[0029]本發(fā)明的核心是提供了一種燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，能夠有效提高燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量結(jié)果 的準(zhǔn)確性。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體工作過(guò)程和原理加以說(shuō)明。
[0030]首先，溫度濕度壓力傳感器7測(cè)定密閉腔體9內(nèi)的空氣溫度⑴、濕度（h)和大氣 壓力（P)，數(shù)據(jù)傳輸給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1，按照如下公式計(jì)算空氣密度。
[0031]Pw=~： P~c2hexp(AT2+BT + C + Y-)(1)
[0032]式中：pair-空氣密度，mg/cm3 ；
[0033]P-密閉腔體內(nèi)大氣壓力，Pa ；
[0034]T——密閉腔體內(nèi)空氣溫度，K ；
[0035]h——相對(duì)濕度，％ ;
[0036]Cl、c2-參數(shù)，Cl = 3. 48488 X 1(T3，c2 = 0. 37952 ；
[0037]A、B、C 和 D-均為參數(shù)，A = 1. 23788 X 1(T5，B = _1. 91213 X 1(T2，C = 33. 93711，D = -6.34316X 103。
[0038]在測(cè)量過(guò)程中，空氣溫度、濕度和大氣壓力的變化較小，空氣密度變化也較小，因此可以在測(cè)量質(zhì)量的過(guò)程中取多次空氣密度測(cè)量結(jié)果的平均值作為空氣密度值。在測(cè)量過(guò)程中，每一次升降參比罐升降裝置4或樣品罐升降裝置6，都需要開啟密閉腔體，進(jìn)行手動(dòng)操作，操作后關(guān)閉腔體，讀取天平，溫度濕度壓力傳感器和氣壓計(jì)的讀數(shù)；密閉腔體的主要作用是，保證天平周圍環(huán)境無(wú)空氣流動(dòng)干擾，保證溫度，壓力和濕度的相對(duì)穩(wěn)定。
[0039]其次，用質(zhì)量已知的砝碼標(biāo)定高精度電子天平2的斜率(e)。降下參比罐升降裝置4，將參比罐5降落在樣品支架3 (樣品支架3安放在天平2的樣品盤上，有上下兩層，上層放置樣品罐(即燃?xì)夤?)，下層放置參比罐5)上，待天平示數(shù)穩(wěn)定后，使天平讀數(shù)歸零；然后在天平上加上一個(gè)質(zhì)量為1.0OOg的砝碼，待天平穩(wěn)定后讀取天平示數(shù)(m)。天平的斜率(即1.0OOg的砝碼產(chǎn)生的斜率)按如下公式計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，在密閉腔體內(nèi)設(shè)有高精度的電子天平，在電子天平上裝有樣品支架，在樣品支架上設(shè)有燃?xì)夤奚笛b置和參比罐升降裝置，在燃?xì)夤奚笛b置和參比罐升降裝置上設(shè)有燃?xì)夤藓蛥⒈裙蓿辉诿荛]腔體內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器；燃?xì)夤尥ㄟ^(guò)細(xì)徑柔性氣體管路和四通閥與燃?xì)怃撈?、真空泵和熱量?jì)分別連接，在細(xì)徑柔性氣體管路上裝有氣壓計(jì)；電子天平、溫度濕度壓力傳感器、四通閥、真空泵和熱量計(jì)均與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，所述的電子天平的最大稱樣量不小于200g，質(zhì)量測(cè)量分辨率不大于0.0lmg ;所述的電子天平用于稱量燃?xì)夤藓蛥⒈裙薜馁|(zhì)量，根據(jù)燃?xì)忉尫徘?、后燃?xì)夤拶|(zhì)量之差，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)計(jì)算從燃?xì)夤掎尫懦鰜?lái)、參與燃燒的燃?xì)獾馁|(zhì)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，所述的燃?xì)夤藓蛥⒈裙逓榍蛐?，由壁厚?.5mm的不銹鋼制成，兩者體積相同；燃?xì)夤迌?chǔ)存燃?xì)?，壓力?.5 X IO6Pa?2.4X IO6Pa范圍內(nèi)；燃?xì)夤薜撞坑杉?xì)徑柔性氣體管路與四通閥相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，所述的樣品支架放置在高精度電子天平的稱量臺(tái)上，用于支撐燃?xì)夤藁騾⒈裙?，以?shí)現(xiàn)燃?xì)夤藁騾⒈裙薜馁|(zhì)量測(cè)量; 所述的燃?xì)夤奚笛b置用于升起或降落燃?xì)夤?，?dāng)升起燃?xì)夤迺r(shí)，燃?xì)夤夼c樣品支架沒有接觸，當(dāng)降落燃?xì)夤迺r(shí)，燃?xì)夤蘼湓跇悠分Ъ苌?，可以稱量其質(zhì)量； 所述的參比罐升降裝置，用于升起或降落參比罐，當(dāng)升起參比罐時(shí)，參比罐與樣品支架沒有接觸，當(dāng)降落參比罐時(shí)，參比罐落在樣品支架上，可以稱量其質(zhì)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，所述的密閉腔體由不銹鋼制成，其長(zhǎng)寬高為600mmX600mmX 600mm，其正面有帶觀察窗的平開門；密閉腔體放置在隔振臺(tái)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，所述的溫度濕度壓力傳感器用于測(cè)量密閉腔體內(nèi)空氣的溫度、濕度和壓力；并向計(jì)算機(jī)傳遞測(cè)量的實(shí)時(shí)溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，所述的氣壓計(jì)安裝在燃?xì)夤尥ㄏ蛩耐ㄩy的細(xì)徑柔性氣體管路上，用于測(cè)量管路內(nèi)氣體壓力；所述的細(xì)徑柔性氣體管路其內(nèi)徑不大于1.5mm，非金屬材料制成，耐壓超過(guò)3X IO6Pa;所述的四通閥為三位四通閥，能夠分別在燃?xì)夤夼c燃?xì)怃撈?、氣體熱量計(jì)或真空泵之間轉(zhuǎn)換。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，所述的燃?xì)怃撈康捏w積為40L，儲(chǔ)存可燃性純氣體或混合氣體，氣體壓力在3 X IO6Pa?1.5 X IO7Pa ;所述的氣體熱量計(jì)為間歇燃燒氣體熱量計(jì)；所述的真空泵由分子泵和機(jī)械泵串聯(lián)組成，能夠?qū)⑷細(xì)夤蕹檎婵罩翚鈮盒∮趌Xl(T5Pa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)赓|(zhì)量測(cè)量裝置，其特征在于，所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于控制四通閥和真空泵的開關(guān)，用于采集電子天平、溫度濕度壓力傳感器、氣壓計(jì)和氣體熱量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)，用于計(jì)算氣體密度和燃?xì)夤掎尫懦鰜?lái)的、參與燃燒的燃?xì)獾馁|(zhì)量。
【文檔編號(hào)】G01G17/04GK103487121SQ201310398735
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】王海峰, 李佳, 孫國(guó)華, 宋小平 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院