基于热重方法的自动煤质工业分析仪研究

　　1　引　　言

　　煤的工业分析是评价煤质和合理利用煤炭资源的基本依据[1～2]。目前,国内煤的工业分析基本上还是参照国家标准GB212-1991[2]进行,采用人工称重,使用普通烘箱及实验电炉加热,人工送样、取样、判断实验状态等,因此检测手段和方法落后、自动化程度低[2]。国际上对煤质工业分析早已开始使用自动的分析仪器进行测定。我国于20世纪90年代初也曾从国外引进过自动工业分析仪,如LECO公司的TGA601和MAC500,但是仪器十分昂贵,配件供应十分缺乏,因此一般企业根本无法承受。此外也有研究采用程序升温的热重分析方法TGA进行煤的工业分析[3],但是一般的TGA只适合微量的样品分析,分析速度很慢,分析精度低,只适合单样品测试,而且在价格上也是国内单位很难承受的,因此在煤质工业分析上应用很少。所以十分有必要研制一种适合我国国情的自动煤质工业分析仪。

　　2　自动工业分析仪原理与优化

　　2.1　自动工业分析仪组成及原理

　　研究设计的煤质工业分析仪测量装置如图1所示。仪器由箱体、高温炉、电子天平、称杆、试样托盘、托盘轴、旋转装置、升降装置、转动阻尼及计算机接口等部分组成。其中实验电炉置于箱体上部,转动惯性阻尼置于箱体中部隔板上,托盘轴安装于阻尼通孔中并与阻尼滚珠接触,其上端固定有试样托盘,下端与托盘旋转装置的水平旋转电机相连,托盘升降装置安装于箱体底板上,电子天平安装于与底板相连的支架上,其上固定有一端延伸到试样托盘下方的天平称杆。托盘旋转定位装置由水平旋转电机、定位分度盘、光偶等部分组成,定位盘边缘均匀分布有与试样托盘通孔数相同的缺口,并固定于样品托盘轴下端,且其外圆周安装有检测缺口的光偶,如图2所示。托盘升降装置由升降电机、底座、升降架、丝杆、丝杆座、定位块、导向轴、光偶组成,底座上垂直安装有两导向座并固定在箱体底板上,丝杆座安装在底座上。升降架两端设有三根导向轴,光偶固定在升降架中部,水平旋转电机安装在升降架上面并与试样托盘轴相连。升降电机也安装于上台面并通过丝杆与丝杆座相连。平行于导向轴上的定位块上设有两定位缺口,并固定于升降架上且定位缺口可卡入定位光偶的凹槽中。

　　研究主要解决了在多样品分析情况下样品的自动称重,其工作过程如下:当试样托盘升降机构工作时,升降电机通过丝杆、丝杆座将旋转运动变换成升降架的垂直上下位移运动,进而带动托盘轴、托盘作垂直运动。升降位置由二个光偶器件和上下移动的定位块控制。当定位块槽口上部禁止光电器件透光时,表示试样托盘到达最上位置,当定位块槽中下部禁止光电器件透光时,表示试样托盘到达最下位置,当定位块底部使光电器件透光时,表示试样托盘处于异常状态。计算机通过对这二个光电器件信号的判别实现试样托盘升降控制和异常处理。在水平运动方面:水平旋转电机通过与托盘轴连接。使试样托盘水平旋转。水平旋转的定位由光偶和水平旋转定位盘控制。例如:当定位1号试样时,旋转电机旋转直到定位盘1号槽口,并直至光线透过为止。当定位N号试样时,旋转电机旋转,直到定位盘上槽口光线透过次数累计N次为止。通过样品盘的升降及旋转自动完成了试样的称重。