[發明專利]一種基于溫差變化的絕熱反應起點判斷和溫度追蹤方法

有效

• 申請號: 201710636028.8
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107389723B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 許啟躍;丁炯;楊遂軍;葉樹亮
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N25/12
• 分類號: G01N25/12;G01N25/20
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明公開了一種基于溫差變化的絕熱反應起點判斷和溫度追蹤方法。本發明利用參照熱電偶與樣品熱電偶間的參照溫差變化對反應起點進行判斷，并采用溫差基線函數實現溫差變化校正與反應過程絕熱條件追蹤的方法。本發明可避免測溫波動對反應起點判斷的影響，同時保證較高的檢測靈敏度；利用通過惰性物質測得的溫差基線函數，可對熱電偶一致性漂移帶來的起點檢測與溫度追蹤誤差進行校正。

技術領域

本發明屬于化工測試儀器與技術領域，應用在絕熱反應量熱方法及其測量設備中，主要涉及利用絕熱反應量熱設備中的參照熱電偶與樣品熱電偶的溫差變化對反應起點進行判斷，并采用溫差基線函數實現溫差變化校正與反應過程絕熱條件追蹤的方法。

背景技術

化學品在絕熱條件下的反應量熱測試是評估其熱危險性的重要方法，實現該方法的代表性工具是由陶氏化學公司設計的絕熱加速量熱儀[1-3]，其結構原理如圖1所示，盛放反應物樣品(4)的樣品池(5)懸置于爐(7)腔內，利用爐體加熱器(1)和輻射加熱器(6)對樣品按照一定模式加熱，直至達到反應物的起始反應溫度，此后控溫系統實時檢測爐體熱電偶(2)和樣品熱電偶(3)的溫度信號，通過控溫算法調節加熱器(1)各部分的功率，保持爐體(7)溫度實時跟蹤樣品(4)溫度，以實現樣品反應過程的絕熱條件。樣品熱電偶(3)和壓力傳感器(未畫出)連續記錄反應物樣品的溫度、壓力等原始數據，并借助數值理論計算，分析獲取反應過程的多種熱動力學參數，進而對化學品熱危險性進行評估。

可見在絕熱加速量熱儀的實驗過程中樣品反應起點的檢測至關重要，只有準確判斷出發生反應的起點，才能實現準確的絕熱反應過程。“加熱-等待-搜尋”(以下簡稱“HWS”模式)是該儀器經典的檢測控溫模式，其運行原理如圖2所示，過程簡述如下：

首先，爐體(7)由爐體加熱器(1)預加熱至設定的初始溫度并保持恒溫控制等待一段時間，同時輻射加熱器(6)將樣品(4)從室溫加熱至相同溫度后停止控溫，直到爐體與樣品達到熱平衡(形成的初始溫度臺階稱為啟動臺階)，隨后樣品熱電偶(3)檢測樣品(4)的溫度變化速率(“搜尋”樣品溫升速率)，若樣品(4)溫升速率小于預先設定的速率閾值則認為未發生反應，并重復上述步驟，繼續按照預先設定的溫度步長進行臺階式的“加熱-等待-搜尋”過程。當在某個臺階的“搜尋”階段發現樣品(4)溫升速率超過速率閾值時，則判斷為反應發生，通過爐體(7)的溫度追蹤保持樣品(4)的絕熱條件直到反應結束。檢測出反應的臺階溫度為反應起點，反應終止溫度與起點溫度的差值為絕熱溫升，是評價反應危險程度的重要參數。

上述經典檢測方法利用“搜尋”階段樣品實時溫升速率與預設的速率閾值比較以判斷反應發生，該方法容易受到測溫波動的影響，而實際系統由環境、電路中產生的任意一種噪聲都會導致測溫的微小波動，溫度變化速率的平穩性更難以保證。速率閾值設置過小容易由于速率波動造成誤檢測，速率閾值設置較大或利用較長時間的溫升速率平均值進行判斷，又易降低檢測靈敏度。同時，若熱電偶測溫一致性產生漂移，會導致經典控溫方法在反應追蹤過程中出現跟蹤誤差。

參考文獻

[1]Townsend D I,Tou J C.Thermal hazard evaluation by an acceleratingrate calorimeter[J].Thermochimica Acta,1980,37(1):1-30.

[2]Tou J C,Whiting L F.The thermokinetic performance of anaccelerating rate calorimeter[J].Thermochimica Acta,1981,48(1-2):21-42.

[3]錢新明,劉麗,張杰.絕熱加速量熱儀在化工生產熱危險性評價中的應用[J].中國安全生產科學技術,2005,4,13-18.

發明內容