[发明专利]一种基于温差变化的绝热反应起点判断和温度追踪方法

说明书

本发明公开了一种基于温差变化的绝热反应起点判断和温度追踪方法。本发明利用参照热电偶与样品热电偶间的参照温差变化对反应起点进行判断，并采用温差基线函数实现温差变化校正与反应过程绝热条件追踪的方法。本发明可避免测温波动对反应起点判断的影响，同时保证较高的检测灵敏度；利用通过惰性物质测得的温差基线函数，可对热电偶一致性漂移带来的起点检测与温度追踪误差进行校正。

技术领域

本发明属于化工测试仪器与技术领域，应用在绝热反应量热方法及其测量设备中，主要涉及利用绝热反应量热设备中的参照热电偶与样品热电偶的温差变化对反应起点进行判断，并采用温差基线函数实现温差变化校正与反应过程绝热条件追踪的方法。

背景技术

化学品在绝热条件下的反应量热测试是评估其热危险性的重要方法，实现该方法的代表性工具是由陶氏化学公司设计的绝热加速量热仪[1-3]，其结构原理如图1所示，盛放反应物样品(4)的样品池(5)悬置于炉(7)腔内，利用炉体加热器(1)和辐射加热器(6)对样品按照一定模式加热，直至达到反应物的起始反应温度，此后控温系统实时检测炉体热电偶(2)和样品热电偶(3)的温度信号，通过控温算法调节加热器(1)各部分的功率，保持炉体(7)温度实时跟踪样品(4)温度，以实现样品反应过程的绝热条件。样品热电偶(3)和压力传感器(未画出)连续记录反应物样品的温度、压力等原始数据，并借助数值理论计算，分析获取反应过程的多种热动力学参数，进而对化学品热危险性进行评估。

可见在绝热加速量热仪的实验过程中样品反应起点的检测至关重要，只有准确判断出发生反应的起点，才能实现准确的绝热反应过程。“加热-等待-搜寻”(以下简称“HWS”模式)是该仪器经典的检测控温模式，其运行原理如图2所示，过程简述如下：

首先，炉体(7)由炉体加热器(1)预加热至设定的初始温度并保持恒温控制等待一段时间，同时辐射加热器(6)将样品(4)从室温加热至相同温度后停止控温，直到炉体与样品达到热平衡(形成的初始温度台阶称为启动台阶)，随后样品热电偶(3)检测样品(4)的温度变化速率(“搜寻”样品温升速率)，若样品(4)温升速率小于预先设定的速率阈值则认为未发生反应，并重复上述步骤，继续按照预先设定的温度步长进行台阶式的“加热-等待-搜寻”过程。当在某个台阶的“搜寻”阶段发现样品(4)温升速率超过速率阈值时，则判断为反应发生，通过炉体(7)的温度追踪保持样品(4)的绝热条件直到反应结束。检测出反应的台阶温度为反应起点，反应终止温度与起点温度的差值为绝热温升，是评价反应危险程度的重要参数。

上述经典检测方法利用“搜寻”阶段样品实时温升速率与预设的速率阈值比较以判断反应发生，该方法容易受到测温波动的影响，而实际系统由环境、电路中产生的任意一种噪声都会导致测温的微小波动，温度变化速率的平稳性更难以保证。速率阈值设置过小容易由于速率波动造成误检测，速率阈值设置较大或利用较长时间的温升速率平均值进行判断，又易降低检测灵敏度。同时，若热电偶测温一致性产生漂移，会导致经典控温方法在反应追踪过程中出现跟踪误差。

参考文献

[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]钱新明,刘丽,张杰.绝热加速量热仪在化工生产热危险性评价中的应用[J].中国安全生产科学技术,2005,4,13-18.

发明内容