[发明专利]一种测量高温环境下块状物料结构比电阻的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量高温环境下块状物料结构比电阻值的装置以及方法。

背景技术

块状物料的结构比电阻是一项重要的性质参数，这一参数由物料的本身的性质以及物料承受的压力等一系列因素相关，且波动范围较大。对块状物料结构比电阻值的检测，可以指导工业化生产中对原料投入比例、用量以及生产条件的控制，具重要的实用意义。

以电石生产工艺为例，需要对投入电炉内的物料的导电性能有全面的了解，以便在生产过程中对电炉的电气参数进行精确的调整，保证电炉能够安全稳定的运行。具体而言，物料的结构比电阻的大小直接影响电炉的操作电阻，操作电阻是一个非常活跃的电气参数，电石生产过程中，控制好操作电阻，就可以使电极适当地插入炉料内控制好炉料电阻，更有利于将电能转化为热能，提高热效率，控制住炉料的结构比电阻，就等于控制住电炉的有效相电压和电极电流的比值。然而，电石炉工作温度往往高达2000℃以上，炉内物料温度极高，块状物料的结构比电阻随着温度的升高变化很大，难以实现准确测量。

目前，尚未有测量高温环境下块状物料的比电阻的装置及相关报道。报道比较多的比电阻测试装置不适用于块状物料结构比电阻的测量，更无法实现高温环境下块状物料结构比电阻的测量。

发明内容

本发明的第一目的是填补现有技术的空白，提供一种可以准确测量高温块状混合物料的结构比电阻的装置，该装置安全、可靠、准确，可以获得物料在高温环境下的结构比电阻值以及结构比电阻随着温度升高的变化规律。

本发明所述结构比电阻是指块状物料的几何尺寸与其电阻值之比，具体是指块状物料的本征比电阻和接触比电阻二者之和。本发明所述块状物料电阻值是指块状物料在其高度方向上的电压与电流值之比。本发明所述的块状物料的几何形状可以为多种，优选为柱体，其几何尺寸是指柱体的高度以及横截面积等参数。所述结构比电阻的单位为欧姆·米。

具体而言，本发明提供的装置包括料槽、位于所述料槽外侧的加热装置、电阻测量单元以及温度监测单元。

所述料槽用于填充待测物料，确保待测物料被填充成料槽所限定的形状，获得块状物料，继而实现对块状物料高度、横截面积等几何参数的检测。

所述料槽顶部开放，为空心柱体；优选为横截面直径与高度之比12～15：30～40的空心圆柱体。为了方便操作，并使检测所得的数据更具有实际参考价值，所述料槽进一步优选为横截面直径120～150mm、高300～400mm的空心圆柱体。上述横截面直径、高度等均为料槽内部空间的几何参数。

本发明所述料柱的横截面积与料槽空间内部的横截面积直接对应。

所述料柱高度需通过测量获得。为了获得料柱的高度，可在所述料槽侧壁的内表面沿其高度的方向均匀标记刻度，物料填充完毕后，通过所述刻度读出料柱的高度；也可在料槽的侧壁镶嵌透明刻度尺，从料槽的外表面准确读取料柱的高度。

所述料槽采用耐高温绝缘材料制备而成，优选为耐高温陶瓷材质。

由于所述装置在实际测量过程中处于高温环境，最高温度可达2000℃，电阻检测单元相连的导线容易被高温环境烧蚀而引起断路。本发明为了确保测量电路正常进行测量，针对性地设置了高温保护模块。具体而言，所述料槽的上、下端各设置一组高温保护模块，每组高温保护模块由耐高温绝缘体和纵向贯穿所述耐高温绝缘体的导电棒组成。所述上、下端高温保护模块为截面直径与料槽内径相等的柱体。

所述料槽的内部还包含上、下电极，待测物料紧密填充于所述上、下电极之间。所述上、下电极分别与贯穿上、下端高温保护模块的导电棒内端接触，为了确保所述导电棒应与电极充分接触，使检测得到的电阻信号准确、稳定，本发明所述导电棒均以嵌入方式分别与所述上、下电极接触，即：所述导电棒分别嵌入所述上、下电极内部。所述电阻测量单元通过导线与所述导电棒外端相连。上述结构可确保上、下电极依次通过导电棒以及导线与电阻测量单元相连，用于检测料槽内部上下电极之间的块状物料的电阻值。所述电阻测量装置可选用万用表。

所述电极优选为厚20～50mm的圆柱体，进一步优选其水平截面直径与所述料槽水平截面内径相等。

为了适应高温测量环境，所述上、下电极以及导电棒均优选为石墨材质。所述耐高温绝缘体为刚玉材质。

其中，所述上端的高温保护模块和上电极可以不固定。在实际操作中，在物料填充完毕后，将上电极和上端高温保护模块依次放置于物料上表面的中心位置即可。所述下端的高温保护模块和下电极应被固定在料槽底端内壁的中心位置。