烟煤奥阿膨胀度测定仪的设计与实现

　　0 引 言

　　奥阿膨胀度实验是通过测试烟煤的最大收缩度和最大膨胀度来反映煤的塑性和粘结性的实验。它的优点是无需添加任何惰性物,能够直接测定烟煤的结焦性能等指标,不但能反映实验样煤中所含胶质体的多少,同时也能反映胶质体的性质,尤其适用于中等以上粘结性煤,特别是强粘结性煤,具有其它指标无法比拟的优点。因此,烟煤的结焦性能等指标是煤炭分类的重要指标之一,在煤炭的加工利用等方面有重要意义。

　　1 测量过程

　　烟煤胶质层指数测定方法(GB/T 479-2000)为奥阿膨胀度测量的国家标准。按照此国家标准,测量奥阿膨胀度的过程是:将实验煤样按照规定方法制成一定规格的煤笔,插入膨胀管内,煤笔的上边放置一根能在管内自由滑动的钢杆(膨胀杆)。将上述装置放入专用电炉内,按照规定升温速度加热一定的时间,并记录膨胀杆的移动曲线。之后通过分析膨胀杆的移动曲线得到煤样的胶体特性。测量结果有5项:

　　1)软化温度(T1):膨胀杆下降015mm时的温度。

　　2)开始膨胀温度(T2):膨胀杆下降到最低点后开始上升的温度。

　　3)固化温度(T3):膨胀杆停止移动时的温度。

　　4)最大收缩度(a):膨胀杆下降的最大距离占煤笔长度的百分数。

　　5)最大膨胀度(b):膨胀杆上升的最大距离占煤笔长度的百分数。

　　在实际测量中,不同煤样的膨胀曲线有所不同。国标中给出了4种典型曲线,曲线见文献[1]。实验时将测量时获得的曲线与这4种曲线进行比较,先判别所得到曲线的种类,然后再根据图形计算测量结果。

　　2 奥阿膨胀度测定仪的电路设计

　　奥阿膨胀度测定仪的电路框图如图1所示。奥阿膨胀度测量实验一般都是双炉同时进行。图1中位移传感器1、2为测量膨胀杆移动曲线的位移传感器,这两个位移传感器的信号输出范围都为0~5V,因此不需要放大,可以直接通过12位AD传感器采样。温度传感器为热电偶温度传感器,用来测量电炉内的温度,输出的信号为毫伏级,经放大电路放大后进入12位AD传感器采样。电路的核心微控制器采用PHILIPS公司的P87C51。P87C51根据所测得的电炉内的温度通过可控硅控制电炉内的温度,并将炉内温度和膨胀杆位移通过RS232串口发送给PC机。

　　3 奥阿膨胀度测定仪的软件实现

　　软件分为两部分:前端测控部分和PC机部分。前端测控部分运行在P8751上,功能是测量膨胀杆的位移和电炉内的温度,并发送给PC机。同时, P8751也负责控制电炉内的温度按照国标的要求升温。PC机部分的功能是记录收到的温度和位移数据,并实时在屏幕上画出曲线。在测量结束后,分析曲线,并计算测量结果。由于实际测量出的曲线是比较复杂的,不会象国标中给出的4种曲线那么分明,所以,对曲线的分析成为本软件设计的难点。图2为判定测量曲线种类的流程图。曲线初始均值J1为测量开始后最初1分钟位移的平均值,曲线结尾均值J2为测量结束前一分钟位移的平均值。根据国标,不同曲线的变化都是从T1点之后开始的, T1点为膨胀杆下降0.5mm时的温度,很容易计算。从T1点开始向后搜索位移最小点S和最大点M。如果S点在曲线尾部,则曲线类型必定为d型,为倾斜收缩。如果M点大于曲线初始部分的平均值J1,则说明曲线是正膨胀,必定是a型。在排除了a型和d型后,要区分的就是c型和b型曲线。由于S点是由T1点开始向后搜索的,所以,如果是c型曲线, S点的值会与曲线尾部的平均值J2非常接近。由此可以判断出是否是c型,其余的则为b型曲线。需要说明的是,对于一些指标,国标中并没有给出能够量化的方法,使实验的结果产生了一定的不确定型。如c型和d型曲线的判别,由于实际中几乎没有结尾完全平直的曲线,所以也就没有严格意义上的c型曲线,因此需要在程序中加入一些模糊判断,对于尾部倾斜度不大的曲线,判定为c型曲线。