活性炭着火点测定的自动化测量系统

第４２卷第２期

２０１１年３月太原理工大学学报

ＪＯＵＲＮＡＩ．０ＦＴＡｌＹＵＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（）ＦＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ

ＶｏＩ．４２Ｎｏ．２

Ｍａｒ．２０１１

文章编号：１００７—９４３２（２０１１）０２一０１３０—０３

活性炭着火点测定的自动化测量系统

程鹏，常晓敏

（太原理工大学测控技术研究所，太原０３００２４）

摘

要：为了提高测定活性炭着火点的人工实验效率和减少实验测定的误差和干扰，设计开发

了活性炭着火点测定的自动化测量系统。阐述了该系统的测量原理和组成结构，并对系统中各个

组成部分的功能和特性做了详实的说明。该系统简化了实验步骤，提高了实验可靠性，为活性炭着火点测定实验提供了自动化解决手段。

关键词：活性炭；着火点；自动化；测量中图分类号：ＴＰ２１６．１

文献标识码：Ａ

煤质活性炭是以煤为原料，经过炭化、活化等工序处理而得到的具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的炭质吸附剂［Ｉ】。由于其具有比表面积大、吸附能力强、使用方便、化学稳定性好、可以再生等特点，煤质活性炭被广泛应用于食品、医药、石油炼制、高分子物生产、无机试剂制备、有机合成、气体净化等方面。但是煤质活性炭中的炭层或放射性杂质在吸附过程会产生的热量，如果这种热量过大的，煤质活性炭在使用中可能着火［２］。因此，活性炭的着火特性是煤质活性炭质量的重要指标之一。而活性炭着火特性通过其着火点的温度表现出来的。在我国，活性炭着火点

但是根据文献［４］和在实际的活性炭着火点测定中，着火点的界定是通过活性炭着火前后的温度变化曲线处取切线，两条切线的交点所对应的温度即为着火点温度，如图１所示。

箸

时同

的测定都是相关检测机构的专业实验人员通过实验记录，计算出来的。这种方式要求极高的专业实验水平和繁杂的实验准备，具有检验时间长，人为干扰强并具有一定危险性等缺点。在此背景下，笔者参照我国国家标准

圈ｌ时闻疆度关系曲线

在本系统设计中，使用了三个热电偶，分别采集活性炭下方的受热空气和活性炭样品中上下部份的温度情况。当活性炭上下部温度超过受热空气温度时，记录温度值￡。，预示活性炭即将开始燃烧。当活性炭下部温度超过８００℃后，以其为计算曲线，取￡。值前后切线，切线的交点就是活性炭样品的着火点

温度。

《煤质颗粒活性炭试验方法：着火点的测定∥，设计开发

了活性炭着火点自动化测量装置，简化了实验复杂性，减少了人为干扰，提高了实验的可靠性。１

测量原理

根据《煤质颗粒活性炭试验方法：着火点的测定》

２

系统设计

为了实现活性炭着火点的自动化测定，本系统

的测定方法提要，将活性炭样品放置于空气流中，并按照一定升温速率加热空气流，直至活性炭着火。在加热过程中，记录活性炭层中的温度和进入活性炭的空气温度。当活性炭层温度突然上升，超过进入活性炭的空气温度时，活性炭开始燃烧。此刻。两个温度变化的交点可以看作是活性炭的着火点。

必须实时采集热电偶温度参数，自动调节加热速度，当达到着火点温度时，停止加热并自动开启氮气灭火。因此，本系统主要由实验子系统、采集控制子系统和计算机组成，如图２所示。

收稿日期：２０１０—１１．０６

基金项目：山西省青年科技研究基金资助项目（２０ｌ００２１０１８）

作者简介：程■（１９８０一），男。陕西汉中人，博士生。主要从事检测技术与自动化装置，（Ｔｅｌ）１５９３１５５５３７

万方数据

＆＃＃日Ⅱ＆§＾＾ｄ≈∞自自ｍ■ｔ｝‰

睡◇鞴㈣溅篡

口２镕ｔ女★＾＾自∞＊■■ｇ‰ｉｔ目

２．１实验子系统

实验子系统主要完成加热活性炭、通凡空气或氯气等功能。当加热活性炭样品时ｔ通人窀气。当活性炭开始燃烧时．通＾氯气阻止燃烧。实验干系统包括石英灼管，加热套，热电偶，流量计、俯子、干燥器和活性炭吸附器等实验器件＋如图３所示。

目ａ女ｔｆ§‰目

为丁消赊其他因素对宴驻的影响．空气须通过干燥器和活性炭吸附器净化，使空气在２ｓ５ｃ下的相对湿度要小于５％。石英灼管内还应填＾直径等

于或小于４ｍｍ的石英球，促使空气流受热均匀。

活性炭样品放八石琏灼管的中郭，样品上覆盖石英球，防止炭流态化。受热空气按照一定流髓通过筛子（直径为７６

２

ｍｍ筛眼足寸为１５０“ｍ）加热样

品。热电偶分别蒯最受热空气、样品下部和上部的

温度。

空气和氯气通路上各安装丁一个电磁阀．以便自动切换空气和氯气的供给。加热套可以杖通过继电器控制开启和关田。为Ｔ保证实验的可靠性．必

须在开始加热话性炭样品之前．使空气以３０ｍ／…

的崖度吹过活性炭样品．从而去除样品中的碳粉。基于对整个系统成奉和简易性的考虑下，流量计采用指针式流量Ｈ．流量的大小通过手动闭门控制。

２

２采集控制子景统

采集控制于系统是整个系统的信息控制巾枢．

必须能够实时采集ｊ路热电偶的温度．井将温度信号上传持计算机；宴时监测计算机发回的控制信号．

万方数据

响应并通过继电器和电磁蒯控制加热开盖．空气和氯气通路；通过可控硅啊节加热速度。它主要由Ｍｃｕ桉心控制单元、温度采集电路、数据传输电路、控制接口电路、状态显示电路、电源部分组成，如

图４所示。

口４￥＾＆■ｆｇ《《Ⅲ

Ｍｃｕ核心控制单元以ＴＩ公司的１６位ＭｓＰ４３。单片机为控制接心－内部带有１２位ＡＤ转换器．１６位定时器．串行通讯接口，内部电压监测等功能５。通过对内部电压和供电屯压的监删，Ｍｃｕ核心控制单元可以监测其供电情况．并通过状态显示单元中的发光二极管直观地表现出来，状态显示单元还可Ⅸ显不出加热套的闭合．空气／氯气通路的闭合等状态信息。

温度采集电路由二块热电偶数宇转换芯片ＭＡｘ６６７５宴现三路温度采集“。ＭＡｘ６６７ｊ是美

国ＭＡｘＩＭ公司生产的带有净端补倦，线性校正、

热电偶断线检测的串行Ｋ型热电偶模致转换器－它的温度分辨能力为ｏ２５ｃ，玲端朴偿范围为一２０～

＋８０ｃ．工作电压为３ｏ～５５

ｖ。Ｍ＾ｘ６６７５内部

集成冷端补偿电路和断线柱删电路，带有简单的３位串行接口．可将热电偶电压信号转化为敷字信号，ＭＡｘ６６７５电路罔如网５所示。

口５

ＭＡｘ６６７５ｔ镕目

计算机与采集控制子系统之问的数据传输电路是Ｒｓ２３２串行通信接ｕ电路－单片机通丘上Ｒ５２ｓ２接口向计算机发进温度信号或者接受计算机的命夸。

由于本系统Ｔ作于３

３

ｖ电压ｔ串口通信的芯片采

甩ＭＡＸｌＭ公司的ＭＡＸ３２３２。

采集控制于系统通过控制接口电蹄控制实验子系统中的空气和氮气通路的选择、加热套开关以及加热速度。控制接口电路主要包括光电隔离，继电

１３２

太原理工大学学报第４２卷

器、触发模块和可控硅。用于控制加热套加热速度的接口电路主要由触发模块和可控硅组成，触发模块选用ＪＫＨ—Ａ１单相可控硅移相触发板，它由德国西门子公司生产的集成触发电路、运算放大器、脉冲变压器等单元组成，可广泛应用于负载要求连续平滑调节，控制精度要求较高或不允许大电流冲击的控制系统。可控硅选用西班牙ＣＡＴＥＬＥＣ可控硅。用于控制加热开关和电磁阀的接口电路由光电耦合芯片ＰＳ２５０２和固态继电器组成，如图６所示。

＋１２Ｖ

统、空气通路和氮气通路的控制，生成并打印实验报告等功能。计算机软件通过亚控科技的组态王开发监控系统软件开发而成。本软件可以为活性炭着火点检测试验的操作者构建直观，生动的系统状态监控画面，以动画地形式显示控制设备的状态；并且实时显示温度状态，描绘实时趋势曲线；自动完成着火点测试试验，自动开启和关闭对加热，空气通路和氮气通路的控制，实现自动化操作；通过温度曲线计算活性炭着火点的温度，并发出声音警示信号；能够自动生成检测报表，支持打印，建立监测数据历史数据库等等。３

结论

活性炭着火点测定的自动化测量系统基于我国

国家标准《煤质颗粒活性炭试验方法：着火点的测

圈６控制加热开关和电磁阀的接口电路

２．３

计算机软件设计

在本系统中，计算机主要完成显示实时温度；计

定》开发而成，完全取代了以前人工试验，填补了自动化进行活性炭着火点测定的空白。该系统具有操作简单，安全高效，误差小，易于维护等特点。

算活性炭着火点；按照特定试验步骤，发出对加热系

参考文献：

［１］靳灿，赵文甲，丁莉．我国煤质活性炭现状及发展趋势口］．才智，２００９（２１）：２５４—２５６．［２］宁光跃，吴景卫．煤炭着火点的简易测定［Ｊ］．节能与环保，１９８６（３）：７・８．

［３］国家技术监督局．ＧＢ／Ｔ７７０２．１～７７０２．２２—１９９７。煤质颗粒活性炭试验方法（着火点的测定）［Ｓ］．北京：中国标准出版社，１９９７．［４］

Ａｍｅｒｉｃａｎ

Ａｃｔｉｖａｔｅｄ

ｓｏｃｉｅｔｙｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇａｎｄ

Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｄ３４６６—７６（１９９８）ｓｔａｎｄａｒｄ

ｏｆ

ＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒ

ＩｇｎｉｔｉｏｎＴｅｍｐｅｒａｔｕ弛ｏｆ

Ｇｒａｎｕｌａｒ

Ｃａｒｂｏｎ［Ｓ］．ｗｅｓｔＣｏｎｓｈｏｈｏｃｋ蚰：ＴｈｅＡｎｎｕａｌＢｏｏｋ

ＡＳＴＭ

ｓｔａｎｄａｒｄｓ，１９９８．

［５］马育锋，龚沈光．基于ＭＰ４３０单片机的多路信号采集系统口］．武汉理工大学学报：交通科学与工程版，２００９，３３（２）：２９０－３７２．［６］

祖一康．基于Ｋ型热电偶与ＭＡｘ６６７５多路温度采集系统［Ｊ］．江西理工大学学报，２００７，２８（４）。２５—２７．

ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅＩｇｎｉｔｉｏｎＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＡｃｔｉＶａｔｅｄＣａｒｂＯｎ

ＣＨＥＮＧＰｅｎｇ，ＣＨＡＮＧＸｉａ０一ｍｉｎ

（Ｊ押谢ｔ“据ｏ，Ｍ∞５“一以ｇ鲫ｄＣ０肋－ｏＺＺｉ雄ｇ，ＴＵＴ，％ｉｙ纰疗０３００２４，ｃ＾ｉ，ｌ口）

Ａｂｓｔｒ舵ｔ：Ｆｏｒｔｈｅｂｅｔｔｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｌｏｗｅｒ

ａｎ

ｅｒｒｏｒｓ

ｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｍａｎｉｐｕｌａｔｅｄｂｙｐｅｏｐｌｅ，

ａｕｔｏｍａｔｉｃｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｔｈａｔ

ｃａｎ

ｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｇｒａｎｕｌａｒａｃｔｉｖａｔｅｄ

ｃａｒｂｏｎｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｄｅＶｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔ

Ｔｈｅｓｙｓ—

ｐａｒｔｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｅｌｅｍｅｎｔｉｎｄｅｔａｉｌ．

ｔｅｍｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｉｍｐｒｏＶｅｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｕｔｏｍａｔｉｏｎｔｏｏｌｓ

ｔｏ

ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｃａｒｂｏｎｉｇｎｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．

１【ｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉＶａｔｅｄｃａｒｂｏｎ；ｉｇｎｉｔｉｏｎｐｏｉｎｔ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ；ｍｅａｓｕｒｅ

（编辑：刘笑达）

万方数据

活性炭着火点测定的自动化测量系统

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

程鹏， 常晓敏， CHENG Peng， CHANG Xiao-min太原理工大学,测控技术研究所,太原,030024太原理工大学学报

JOURNAL OF TAIYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY2011,42(2)

参考文献(6条)

1. 靳灿;赵文甲;丁莉 我国煤质活性炭现状及发展趋势 2009(21)

2. 宁光跃;吴景卫 煤炭着火点的简易测定[期刊论文]-节能与环保 1986(03)

3. 国家质量技术监督局 GB/T7702.1～7702.22-1997,煤质颗粒活性炭试验方法(着火点的测定) 19974. American Society for Testing and Materials D 3466-76(1998),Standard Test Method for IgnitionTemperature of Granular Activated Carbon 1998

5. 马育锋;龚沈光 基于MP430单片机的多路信号采集系统 2009(02)

6. 祖一康 基于K型热电偶与MAX6675多路温度采集系统[期刊论文]-江西理工大学学报 2007(04)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tylgdxxb201102006.aspx