CN111965213A - 一种可自动测量堆积体自热倾向性强弱的*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自动测量堆积体自热倾向性强弱的***，包括有（1）能够程序升温的101‑1B型号的烘箱，（2）用于盛放测试对象的以304不锈钢为材料制作，直径为12cm圆筒状金属网篮，（3）PT100热敏电阻温度传感器（4）可进行AD采集和与PC端串口通信的自制单片机，（5）可对该***进行操作控制以及实时显示测试数据的软件。本发明的结构简单，操作容易，且测试数据获取方便，解决了测试堆积体自热倾向性操作步骤复杂的难题，且对预报自燃性火灾的发生具有一定的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种可自动判断堆积体自热倾向性等级的***，具体是一种可自动测量堆积体自热倾向性强弱的***。
背景技术
各种化学物品出现在生产生活中的各个领域，与此同时自燃类火灾事故发生的频率及其危害程度也越来越高。自燃类火灾与***是由于反应热量在物质内部蓄积,引起燃烧而导致的火灾或***。在积累了足够的热量的情况下，能够发生自燃的化学物质有很多，例如煤、干草、堆肥等。然而在所有自燃火灾中，发生在矿井的火灾占据很大的比重，尤其是有煤炭自燃而引发的火灾。我国重点煤矿中的矿井中，有发生自燃火灾危险的矿井占56％以上。在所有矿井火灾中，有90％以上的火灾是由煤炭自燃造成的。近年来，由于科学技术的发展，大大提高了煤矿生产的效率，但在生产现场还存在采空区遗留残煤多、漏风严重的现象，这大大增加了矿井火灾发生的危险，严重阻碍了煤炭的生产和矿井的发展。一般地说，在一定条件下，绝大部分能发生放热反应的化学物质具有自燃发热的性质。由于反应热量在物质内部蓄积,引起燃烧而导致的火灾或***的现象常常发生。若能够设计出一种可以自动测试堆积体自热倾向性等级的***，就可预报发生自燃性火灾的发生。
目前国内外对物质的自热倾向性有初步的研究，并且有一些较成熟的自燃预报技术，但研究对象还不够广泛，只对煤，矿石有一定的研究，还未能判断不同种类物质的自热倾向性的强弱，并未很好地将这一特性用于防火防爆的实际应用中。虽然有一些较成熟的自燃预测技术，但这些技术的成本较高，仪器较复杂，操作繁琐，只能运用于较大规模的生产中。且此些仪器体积较大，测量不够便捷。
发明内容
本发明之目的：就是为了方便预报自燃性火灾的发生，减少发生火灾或***的可能性，同时弥补现有技术的不足。
为了实现上述发明目的，拟采用以下的技术：基于温度交叉点法，通过得到 Tc(温度交叉点)，Tc的获得是通过将盛放堆积体的容器放入程序升温的烘箱中，测量在同一水平线上的容器的中心温度和容器内部的温度，当这两个温度相同时，此温度即为Tc。重复五次实验，每次给烤箱设置将要到达的不同的温度，得出五个Tc，最后利用氧化动力学方程：
得到
的直线，由该直线可以分别通过直线的斜率和截距来得出 Ea和A。最后通过判断表观活化能(Ea)来判断堆积体的自热倾向性。具体技术方案如下：
一种可自动测量堆积体自热倾向性强弱的***，包括101-1B型号的烘箱，用于程序升温给测试提供所需温度环境；以304不锈钢为材料制作的金属网篮，用于盛放测试对象；PT100热敏电阻温度传感器，用于测量温度；单片机，用于进行AD采集和与PC端串口通信；控制模块，用于对单片机传输数据进行读取，对该***进行操作控制，数据处理以及实时显示测试数据，将金属网篮放入 101-1B型号的烘箱进行测试，PT100热敏电阻温度传感器与圆筒状金属网篮内的相应点进行固定，同时与单片机上的对应接口相连，单片机与控制模块连接。
进一步的，所述金属网篮为具有耐高温的特性，孔径为100目、直径为12cm 的圆筒状金属网篮。
进一步的，所述单片机包括使用STLINK下载程序SWD模块，进行串口通信的UART1，AD采集模块，复位电路模块，LED灯模块，把12V转化为5V和3.3V 的电源电压转换模块，STM32RET6芯片，继电器模块。
进一步的，所述控制模块包括处理得出实际温度模块，滤波模块，逐点求导模块，得出活化能和自热倾向性等级模块，其中处理得出实际温度模块(包括串口配置，串口读取数值显示，处理后温度值图像实时显示，得出活化能和自热倾向性等级模块包括数据处理，拟合图像显示，得出活化能显示。
附图说明
图1是本发明的整体连接结构图；
图2是热电偶与金属网篮放置的示意图
图3是***软件的操作界面；
图4为数据处理后在操作界面上显示得出结果的效果图；
图5是硬件的原理图
图6是硬件的打板图。
具体实施方式
下面结合附图和测试方法对本发明作进一步说明：
本发明有以下几个功能：
一、通过热敏电阻温度传感器测量得出的温度数据，可实时显示在PC端的操作界面上。
二、本***可对测量得到的温度进行计算和数据处理，数据处理的过程也可显示在操作界面上。
三、数据在经过处理后可得出被测试堆积体的表观活化能，并将表观活化能的数值显示在操作界面中，用户根据得出的表观活化能可对照自热倾向性的分级标准得出该堆积体的自热倾向性大小。
四、具有自我保护功能，当探测到的温度在180-200℃时，***低频报警；在200-220℃时，中频报警；220℃以上时，高频报警。当温度达到220℃时，降温喷淋就会开启。
本发明在结构上包括：
a、硬件(1)能够程序升温的101-1B型号的烘箱。(2)用于盛放测试对象的以 304不锈钢为材料制作，直径为12cm圆筒状金属网篮。(3)PT100热敏电阻温度传感器(4)可进行AD采集和与PC端串口通信的自制单片机。(5)可对该***进行操作控制以及实时显示测试数据的控制模块。
b、显示软件，使用Labview图形编程软件制作的能够实时显示图像与最终测试结果的显示软件。
本发明的使用环境：热敏电阻温度传感器可在环境温度为-50℃～200℃的环境下正常测试。但单片机不可在超过50℃的环境温度下工作。
如图1-6所示，本发明的可自动测量堆积体自热倾向性强弱的***，包括有能够程序升温给测试提供所需温度环境的101-1B型号的烘箱1，用于盛放测试对象的以304不锈钢为材料制作，直径为12cm圆筒状金属网篮2，用于测量温度的PT100热敏电阻温度传感器3，能够进行AD采集和与PC端串口通信的单片机4，可对单片机传输数据进行读取，对该***进行操作控制，数据处理以及实时显示测试数据的控制模块5。盛放测试物体的金属网篮2放入能够程序升温的101-1B型号的烘箱1进行测试，PT100热敏电阻温度传感器3与对应金属网篮2 内的相应点进行固定，同时与单片机4上的对应接口相连，单片机4内含AD采集和串口通信功能，单片机4又与可对该***进行操作控制以及实时显示测试数据的控制模块5连接。
金属网篮2的特征是：由于测试环境需在程序升温至100℃以上并恒温的情况下进行，因此金属网篮的制作有一定的要求。随着温度的上升，测试物体的表面和内部温度也会上升。当测试物体的热量积累并达到他本身的自燃临界温度，并且有充足的氧气供给时，测试物体就有可能发生自燃。根据这一原理，盛放测试物体的容器应选取氧气流通性较好的金属网篮。此外，测试的环境温度一般较高，在100℃以上，因此，金属网篮应该同时具有耐高温的特性，304不锈钢因为具有较好的耐热性而作为制作金属网篮的材料。为了使容器具有较好的氧气流通性同时测试物体不会轻易漏出来，参考一般测试物体的粒径大小(一般目数在 35～100目之间)，最终选择100目的金属网篮，且以304不锈钢为材料制作出直径为12cm的圆筒状金属网篮。
可进行AD采集和与PC端串口通信的单片机3的特征是：单片机组成部分有用于可使用STLINK下载程序SWD模块41，可进行串口通信的UART1 42，AD采集模块43，复位电路模块44，LED灯模块45，可把12V转化为5V和3.3V的电源电压转换模块46，STM32RET6芯片47，继电器模块48。去除了多余不需要的功能缩小了开发板的体积，整块电路板尺寸为55mm×45mm，便于携带，测试方便。
可对该***进行操作控制以及实时显示测试数据的软件的特征是：该软件的组成部分有处理得出实际温度模块51，滤波模块52，逐点求导模块53，得出活化能和自热倾向性等级模块54。其中处理得出实际温度模块51包括串口配置，串口读取数值显示，处理后温度值图像实时显示，得出活化能和自热倾向性等级模块54包括数据处理，拟合图像显示，得出活化能显示。
本发明的测试方法如下：
由图1所示，将各个部分按图连接，将盛放实验对象的网篮放入烘箱中，将热敏电阻温度传感器和金属网篮按图2所示连接，同时热敏电阻与单片机相连，单片机通过串口与PC端连接，打开操作界面准备开始测试。
将烘箱设置匀速升温至150℃，点击操作界面的开始按钮，***就会开始采集温度，并将实时的温度曲线显示在图3中的“T-t图”中。
“T-t图”中的图像又经过滤波得到的图像在图3中的“拟合”图像中显示，对处理后的图像进行逐点求导，在图3中的“T-t图求导”图像中显示。
进行至可找到图2中的通道1和通道2的温度相同的点时可以停止烘箱工作
分别将烘箱设置匀速升温至160℃，170℃，180℃，190℃，重复上述设置为150℃之后的操作，可得出5个通道1和通道2的温度相同点，以及通道2在此温度相同点的导数。
***会自动读取这五个温度相同点及其导数，并显示在图3操作界面上，经过数据处理后，得出的表观活化能也会在图3的操作界面上。
Claims (4)
1.一种可自动测量堆积体自热倾向性强弱的***，包括101-1B型号的烘箱（1），用于程序升温给测试提供所需温度环境；以304不锈钢为材料制作的金属网篮（2），用于盛放测试对象；PT100热敏电阻温度传感器（3），用于测量温度；单片机（4），用于进行AD采集和与PC端串口通信；控制模块（5），用于对单片机传输数据进行读取，对该***进行操作控制，数据处理以及实时显示测试数据，其特征在于：将金属网篮（2）放入101-1B型号的烘箱（1）进行测试，PT100热敏电阻温度传感器（3）与圆筒状金属网篮（2）内的相应点进行固定，同时与单片机（4）上的对应接口相连，单片机与控制模块（5）连接。
2.如权利要求1所述的可自动测量堆积体自热倾向性强弱的***，其特征在于：所述金属网篮（2）为具有耐高温的特性，孔径为100目、直径为12cm的圆筒状金属网篮。
3.如权利要求1所述的可自动测量堆积体自热倾向性强弱的***，其特征在于：所述单片机（3）包括使用STLINK下载程序SWD模块（41），进行串口通信的UART1（42），AD采集模块（43），复位电路模块（44），LED灯模块（45），把12V转化为5V和3.3V的电源电压转换模块（46），STM32RET6芯片（47），继电器模块（48）。
4.如权利要求1所述的可自动测量堆积体自热倾向性强弱的***，其特征在于：所述控制模块（5）包括处理得出实际温度模块（51），滤波模块（52），逐点求导模块（53），得出活化能和自热倾向性等级模块（54），其中处理得出实际温度模块（51）包括串口配置，串口读取数值显示，处理后温度值图像实时显示，得出活化能和自热倾向性等级模块（54）包括数据处理，拟合图像显示，得出活化能显示。
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