一種高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，包括外部恒溫槽、主體容器、燃燒室、導(dǎo)流筒、斜槳式攪拌器、測(cè)溫元件、等效熱容測(cè)試電加熱單元、半導(dǎo)體預(yù)冷單元，燃?xì)馊紵尫诺臒崃吭谥黧w容器內(nèi)被吸熱介質(zhì)吸收而得到精確測(cè)量，熱值測(cè)量不確定度優(yōu)于0.3%（k=2）。本實(shí)用新型的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置通過設(shè)置電功率模擬燃?xì)馊紵艧徇^程，精確測(cè)量系統(tǒng)等效熱容量；通過燃燒的方法直接測(cè)量燃?xì)鉄嶂?，保證熱值測(cè)量不確定度優(yōu)于0.3%（k=2）。
【專利說明】
一種高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，涉及基于燃燒法測(cè)定燃?xì)鉄嶂档膶?shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及 不確定度0.3%)的燃?xì)鉄嶂涤?jì)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，氣體燃料在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中所占比重快速提高，燃?xì)鉄嶂底鳛樘烊粴鈬?guó)際 貿(mào)易的結(jié)算單位，其準(zhǔn)確度對(duì)燃?xì)獾墓劫Q(mào)易具有十分重要的意義。但是我國(guó)現(xiàn)有燃?xì)鉄?值計(jì)量體系不完善，遠(yuǎn)落后于歐洲國(guó)家。
[0003] 燃?xì)鉄嶂抵敢欢w積或質(zhì)量的燃?xì)馔耆紵懦龅臒崃浚?dāng)所生成的水蒸氣完 全冷凝成水而釋放的熱量稱為高位熱值。氣體燃料熱值測(cè)試儀主要基于開放火焰燃燒法， 即燃?xì)鈽悠吩诘葴丨h(huán)境下定壓燃燒。開放火焰燃燒法又分為兩類:定流量法和定質(zhì)量法。 GB/T12206-2006中采用"容克式水流式熱量計(jì)"就是定流量法開放火焰燃燒法熱值測(cè)量裝 置，其熱值不確定度只能達(dá)到1%。定質(zhì)量法最早由Rossini提出，歐洲燃?xì)鉁y(cè)試聯(lián)盟和法國(guó) 國(guó)家計(jì)量院對(duì)Rossini法改進(jìn)后，研制出熱值不確定度達(dá)到0.05%的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量裝置。國(guó) 內(nèi)技術(shù)遠(yuǎn)不如國(guó)際技術(shù)。
[0004] 基于Rossini法直接測(cè)試燃?xì)鉄嶂档幕驹硎牵阂欢ㄙ|(zhì)量的燃?xì)馑腿肴紵抑?緩慢定壓燃燒，釋放的熱量全部由容器內(nèi)的吸熱介質(zhì)吸收，通過測(cè)試吸熱介質(zhì)的溫升，可得 到總發(fā)熱量，則燃?xì)鉄嶂悼捎上率接?jì)算得到：
[0005]
[0006] 式中ceq為容器內(nèi)吸熱介質(zhì)與燃燒室、攪拌器等的當(dāng)量比熱，ΔΤ為吸熱介質(zhì)的溫 升，mgas為燃?xì)赓|(zhì)量，K為考慮系統(tǒng)散熱等引起的熱量修正。
[0007] 獲得高準(zhǔn)確度燃?xì)鉄嶂禍y(cè)試結(jié)果的前提是準(zhǔn)確測(cè)試得到系統(tǒng)當(dāng)量比熱、吸熱介質(zhì) 的溫升、燃?xì)赓|(zhì)量以及系統(tǒng)散熱引起的熱量修正。
[0008] 因此，一種高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)量比熱和吸熱介質(zhì)溫升 的準(zhǔn)確測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng) 的燃燒測(cè)試裝置，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0010] -種高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，包括外部恒溫槽、主體容器 單元、等效熱容測(cè)試電加熱單元、半導(dǎo)體預(yù)冷單元，所述外部恒溫槽，包括外部恒溫槽主體 和其上的外部恒溫槽上蓋;所述主體容器單元，包括主體容器、燃燒室、導(dǎo)流筒、斜槳式攪拌 器、攪拌軸、電機(jī)、測(cè)溫元件，主體容器制成雙層結(jié)構(gòu)，包括主體容器外殼體，主體容器內(nèi)殼 體，中間注入保溫材料，主體容器內(nèi)設(shè)置的吸熱介質(zhì)為純凈水。
[0011] 進(jìn)一步的，所述燃燒室內(nèi)設(shè)置燃?xì)膺M(jìn)氣管、氧、氬混合氣體進(jìn)氣管，點(diǎn)火腔、燃燒 腔，出氣盤管，水平儲(chǔ)液管，所述燃?xì)膺M(jìn)氣管從所述點(diǎn)火腔的底部伸入到點(diǎn)火腔的中上部； 所述氧、氬混合氣體進(jìn)氣管，分別通過點(diǎn)火腔側(cè)壁面的下部與點(diǎn)火腔連通。
[0012] 進(jìn)一步的，所述出氣盤管從所述燃燒腔頂部伸出后環(huán)繞在燃燒腔周圍，其下部與 水平儲(chǔ)液管連通。
[0013] 進(jìn)一步的，還包括點(diǎn)火線，所述點(diǎn)火線分別從所述氧、氬混合氣體進(jìn)氣管中伸入點(diǎn) 火腔中燃?xì)膺M(jìn)氣管的上部。
[0014] 進(jìn)一步的，還包括圓環(huán)管，所述圓環(huán)管套在燃?xì)膺M(jìn)氣管上并設(shè)有兩個(gè)通孔，點(diǎn)火線 通過該兩個(gè)通孔保持點(diǎn)火距離。
[0015] 進(jìn)一步的，還包括感溫元件，感溫元件置于點(diǎn)火腔的上端。
[0016] 進(jìn)一步的，所述斜槳式攪拌器置于吸熱介質(zhì)中間水位高度。
[0017] 進(jìn)一步的，所述等效熱容測(cè)試電加熱單元由電加熱帶、參考電阻、恒定電源串聯(lián)而 成，數(shù)字萬(wàn)用表分別實(shí)時(shí)采集記錄電加熱帶和參考電阻的電壓。
[0018] 進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體預(yù)冷單元包括半導(dǎo)體制冷片、水冷散熱翅片、散熱風(fēng)扇、兩 個(gè)水冷散熱器、水箱、水栗及連接管道，其中一個(gè)水冷散熱器設(shè)置于主體容器單元外部，另 一水冷散熱器設(shè)置于吸熱介質(zhì)，兩個(gè)水冷散熱器通過水栗和管道連接，管道上設(shè)有水箱。
[0019] 本發(fā)明的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置通過設(shè)置電功率模擬燃 氣燃燒放熱過程，精確測(cè)量系統(tǒng)等效熱容量;通過燃燒的方法直接測(cè)量燃?xì)鉄嶂?，保證熱值 測(cè)量不確定度優(yōu)于〇. 3%(k=2)。
【附圖說明】
[0020] 圖1是發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2是燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3a是主體容器示意圖，圖3b是F-F剖視圖，圖3c是G-G剖視圖；
[0023]圖4是主體容器的外觀示意圖；
[0024]圖5是半導(dǎo)體預(yù)冷單元示意圖。
[0025]圖中各附圖標(biāo)記含義：
[0026] 1-外部恒溫槽主體，2-主體容器外殼體，3-主體容器內(nèi)殼體，4-導(dǎo)流筒，5-斜槳 式攪拌器，6-攪拌軸，7-主體容器內(nèi)殼蓋板，8-主體容器外殼蓋板，9-外部恒溫槽上蓋，10-電機(jī)，11 -恒定電源，12、14-數(shù)字萬(wàn)用表，13-參考電阻，15-水栗，16-水箱，17、21 -水冷散熱 器，18-半導(dǎo)體制冷片，19-水冷散熱翅片，20-散熱風(fēng)扇，22、25-隔熱墊腳，23-電加熱帶，24-燃燒室，26-測(cè)溫元件，27-燃?xì)膺M(jìn)氣管，28、38-氧、氬混合氣體進(jìn)氣管，29-點(diǎn)火腔，30-圓環(huán) 管，31-燃燒腔，32-出氣盤管，33-感溫元件，34、35-點(diǎn)火線，36-水平儲(chǔ)液管，37-磨砂連接 件，39-密封圈，40-緊固件。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖， 僅以示意的方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，主要包括外 部恒溫槽、主體容器單元、等效熱容測(cè)試電加熱單元、半導(dǎo)體預(yù)冷單元等四部分。
[0029] 如圖1所示，所述外部恒溫槽，包括外部恒溫槽主體1和外部恒溫槽上蓋9。進(jìn)一步 的，所述外部恒溫槽主體內(nèi)的恒溫水浴的溫度為25°C ±2mK。
[0030] 如圖3a、3b所述，所述主體容器單元，包括主體容器外殼體2，主體容器內(nèi)殼體3，主 體容器內(nèi)殼蓋板7，主體容器外殼蓋板8，燃燒室24、導(dǎo)流筒4、斜槳式攪拌器5、攪拌軸6、電機(jī) 10、測(cè)溫元件26等。
[0031 ] 進(jìn)一步的，所述主體容器外殼體2、主體容器內(nèi)殼體3，體容器內(nèi)殼蓋板7，主體容器 外殼蓋板8由不銹鋼制成。主體容器制成雙層結(jié)構(gòu)，中間可注入保溫材料減小燃燒熱量向外 散失。主體容器內(nèi)吸熱介質(zhì)為純凈水。
[0032] 如圖4所示所述主體容器蓋板7、8的開孔通過如緊固件38、40與密封圈39所示的組 合配合完成。
[0033]如圖2所示，所述燃燒室24的燃?xì)膺M(jìn)氣管27、氧、氬混合氣體進(jìn)氣管28、38,點(diǎn)火腔 29、燃燒腔31，出氣盤管32，水平儲(chǔ)液管36都由石英玻璃制成，其透光率高，有助于將燃?xì)獾?燃燒熱以輻射換熱的形式快速高效的傳遞到吸熱介質(zhì)中。
[0034]所述出氣盤管32自所述燃燒腔31頂部連出后環(huán)繞在燃燒腔31周圍，其下部與水平 儲(chǔ)液管36連通，防止燃燒產(chǎn)物水蒸氣冷凝后堵住出氣盤管而不利排放。
[0035]所述燃?xì)膺M(jìn)氣管27,自所述點(diǎn)火腔29的底部伸入到點(diǎn)火腔29的中上部;所述氧、氬 混合氣體進(jìn)氣管28、38,分別通過點(diǎn)火腔29側(cè)壁面的下部與點(diǎn)火腔29連通。如此，保證所述 點(diǎn)火腔內(nèi)的燃?xì)庵車鶆蚍植碱A(yù)混好的氧氣、氬氣混合氣體，為燃?xì)獾倪B續(xù)穩(wěn)定的燃燒提 供有利的條件。
[0036]點(diǎn)火線34、35分別從所述氧、氬混合氣體進(jìn)氣管28、38中伸入點(diǎn)火腔29中燃?xì)膺M(jìn)氣 管27的上部。圓環(huán)管30套在燃?xì)膺M(jìn)氣管27上并設(shè)有兩個(gè)通孔，點(diǎn)火線通過這兩個(gè)通孔保持 最佳點(diǎn)火距離，有利于電弧的產(chǎn)生并為燃?xì)獾娜紵峁┳銐虻狞c(diǎn)火溫度。
[0037]感溫元件33置于點(diǎn)火腔29的上端，燃?xì)恻c(diǎn)燃時(shí)，感溫元件所在位置的溫度從吸熱 介質(zhì)的初始溫度開始急劇升高逐漸接近火焰溫度;燃?xì)饣鹧嫦鐣r(shí)，感溫元件所在位置的 溫度即刻降低逐漸接近吸熱介質(zhì)溫度。通過點(diǎn)火腔29內(nèi)感溫元件33溫度的驟升點(diǎn)和驟降點(diǎn) 來判斷燃?xì)馊紵某跏紩r(shí)刻和終止時(shí)刻。
[0038]斜槳式攪拌器5置于吸熱介質(zhì)中間水位高度。所述測(cè)溫元件26的放置點(diǎn)必須精確 代表吸熱介質(zhì)水浴的平均溫度，測(cè)溫元件26的最佳測(cè)溫點(diǎn)在燃燒腔31軸心與攪拌軸6軸心 的中線上，離殼體底部15cm處。
[0039]如圖1所示，等效熱容測(cè)試電加熱單元由電加熱帶23、參考電阻13、恒定電源11串 聯(lián)而成，數(shù)字萬(wàn)用表12、14實(shí)時(shí)采集記錄電加熱帶23和參考電阻13電壓。所述電加熱帶23由 聚酰亞胺加熱膜制成，貼附在燃燒腔31的外壁面，可提供快速高效的熱傳輸，加熱面溫度均 勻，能高效模擬燃?xì)庠谌紵蝗紵募訜峁β?，提高系統(tǒng)當(dāng)量比熱測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0040] 如圖5所示，半導(dǎo)體預(yù)冷裝置包括半導(dǎo)體制冷片18,水冷散熱翅片19,散熱風(fēng)扇20， 水冷散熱器17、21，水箱16、水栗15及連接管道。所述水冷散熱器17、21由銅制成并包裹保溫 材料，防止冷量散失。
[0041] 半導(dǎo)體預(yù)冷裝置工作時(shí)，半導(dǎo)體制冷片18通電、水栗15通電后，水經(jīng)過水冷散熱器 17時(shí)從半導(dǎo)體制冷片冷端吸收冷量，再經(jīng)過水冷散熱器21時(shí)釋放給吸熱介質(zhì)，不斷循環(huán)以 降低吸熱介質(zhì)的溫度;半導(dǎo)體制冷片18斷電后，半導(dǎo)體預(yù)冷裝置停止工作，吸熱介質(zhì)不再獲 得冷量。
[0042] 燃?xì)鉄嶂禍y(cè)試過程中，外部恒溫槽內(nèi)水浴溫度始終恒定為25°C ±2mK，斜槳式攪拌 器5始終保持以一定轉(zhuǎn)速(300rpm)轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)溫元件26和感溫元件33始終保持工作狀態(tài)。通過 半導(dǎo)體預(yù)冷裝置工作將吸熱介質(zhì)溫度降低至23.5°C時(shí)，燃?xì)忾_始點(diǎn)火燃燒。首先將按比例 預(yù)混好的氧氣、氬氣從氧、氬混合氣體進(jìn)氣管28、38通入點(diǎn)火腔29中，然后點(diǎn)火線34、35通電 產(chǎn)生電弧，再將lg燃?xì)鈴娜細(xì)膺M(jìn)氣管27送入點(diǎn)火腔29中，感溫元件33通過溫度驟升判斷燃 氣點(diǎn)燃后，點(diǎn)火線34、35停止產(chǎn)生電弧。燃?xì)膺B續(xù)緩慢穩(wěn)定燃燒，不斷釋放熱量，測(cè)溫元件26 實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)吸熱介質(zhì)溫度。待燃?xì)馊紵耆?，感溫元?3檢測(cè)到火焰熄滅后，測(cè)溫元件26 繼續(xù)采集測(cè)量數(shù)據(jù)20min。
[0043] 系統(tǒng)等效熱容測(cè)試過程:如圖1所示，用電加熱模擬燃燒放熱，設(shè)置電加熱帶23的 電功率與燃燒實(shí)驗(yàn)的放熱功率一致，電加熱時(shí)間也與燃燒時(shí)間保持一致，通過測(cè)溫元件26 獲得電加熱絕熱溫升，數(shù)字萬(wàn)用表12、14實(shí)時(shí)測(cè)量電加熱帶23、參考電阻14的電壓，系統(tǒng)等 效熱容量可由下式計(jì)算得到：
[0044]
[0045]
[0046] 式中為系統(tǒng)等效熱容量，E m為電加熱能量，△ 7^^為電加熱溫升，5^為參考 電阻，為電加熱帶的電壓，為參考電阻的電壓，ii為時(shí)間。
[0047] 上述實(shí)例僅僅是為說明所做的舉例，并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的技 術(shù)人員，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化或變動(dòng)，這些由此所引伸出 的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，包括外部恒溫槽、主體容器單 元、等效熱容測(cè)試電加熱單元、半導(dǎo)體預(yù)冷單元，其特征在于:所述外部恒溫槽，包括外部恒 溫槽主體（1)和其上的外部恒溫槽上蓋（9);所述主體容器單元，包括主體容器、燃燒室 (24)、導(dǎo)流筒(4)、斜槳式攪拌器(5)、攪拌軸(6)、電機(jī)（10)、測(cè)溫元件(26)，主體容器制成雙 層結(jié)構(gòu)，包括主體容器外殼體(2)，主體容器內(nèi)殼體(3)，中間注入保溫材料，主體容器內(nèi)設(shè) 置的吸熱介質(zhì)為純凈水。2. 如權(quán)利要求1所述的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，其特征在于:所 述燃燒室(24)內(nèi)設(shè)置燃?xì)膺M(jìn)氣管(27)、氧、氬混合氣體進(jìn)氣管(28、38)，點(diǎn)火腔(29)、燃燒腔 (31)、出氣盤管(32)、水平儲(chǔ)液管(36)，所述燃?xì)膺M(jìn)氣管(27)從所述點(diǎn)火腔(29)的底部伸入 到點(diǎn)火腔（29)的中上部;所述氧、氬混合氣體進(jìn)氣管（28、38)，分別通過點(diǎn)火腔（29)側(cè)壁面 的下部與點(diǎn)火腔(29)連通。3. 如權(quán)利要求2所述的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，其特征在于:所 述出氣盤管(32)從所述燃燒腔(31)頂部伸出后環(huán)繞在燃燒腔(31)周圍，其下部與水平儲(chǔ)液 管(36)連通。4. 如權(quán)利要求2所述的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，其特征在于:還 包括點(diǎn)火線(34、35)，所述點(diǎn)火線(34、35)分別從所述氧、氬混合氣體進(jìn)氣管(28、38)中伸入 點(diǎn)火腔(29)中燃?xì)膺M(jìn)氣管(27)的上部。5. 如權(quán)利要求4所述的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，其特征在于:還 包括圓環(huán)管(30)，所述圓環(huán)管(30)套在燃?xì)膺M(jìn)氣管(27)上并設(shè)有兩個(gè)通孔，點(diǎn)火線（34、35) 通過該兩個(gè)通孔保持點(diǎn)火距離。6. 如權(quán)利要求2所述的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，其特征在于:還 包括感溫元件(33)，感溫元件(33)置于點(diǎn)火腔(29)的上端。7. 如權(quán)利要求1所述的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，其特征在于:所 述斜槳式攪拌器(5)置于吸熱介質(zhì)中間水位高度。8. 如權(quán)利要求1所述的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，其特征在于:所 述等效熱容測(cè)試電加熱單元由電加熱帶(23)、參考電阻（13)、恒定電源（11)串聯(lián)而成，數(shù)字 萬(wàn)用表(12、14)分別實(shí)時(shí)采集記錄電加熱帶(23)和參考電阻（13)的電壓。9. 如權(quán)利要求1所述的高準(zhǔn)確度的燃?xì)鉄嶂禍y(cè)量系統(tǒng)的燃燒測(cè)試裝置，其特征在于:所 述半導(dǎo)體預(yù)冷單元包括半導(dǎo)體制冷片（18)、水冷散熱翅片（19)、散熱風(fēng)扇(20)、兩個(gè)水冷散 熱器（17、21 )、水箱（16 )、水栗（15 )及連接管道，其中一個(gè)水冷散熱器（17 )設(shè)置于主體容器 單元外部，另一水冷散熱器(21)設(shè)置于吸熱介質(zhì)，兩個(gè)水冷散熱器（17、21)通過水栗（15)和 管道連接，管道上設(shè)有水箱（16)。
【文檔編號(hào)】G01N25/44GK205607904SQ201620266623
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】杜軍燕, 王玉剛, 潘江, 秦宇, 孫喜榮, 周秉直
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量學(xué)院, 陜西省計(jì)量科學(xué)研究院