CN118914122B - 一种煤炭水分红外检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤炭水分红外检测装置及方法，首先设置密封腔及可通断采样口，通入惰性气体，在与外界连通的采样口通过红外检测确定密封腔内气体基准电压值，然后保持采样口与外界断绝，加热已知重量的煤炭样品使水蒸气与惰性气体混合达平衡态，开启采样口，检测混合气体响应电压值；最后基于响应电压值和基准电压值得吸光度响应值，代入拟合数据模型得到煤炭样品的含水质量进而得到其水份值。使用该方法测得煤炭样品的水份值相比传统称量法来说操作更加简单，无需复杂的称重、记录及验证等步骤操作，具有极高便捷性，且测试效率高，能够快速得出测试结果，有效节省时间成本和人力成本。
Description
技术领域
本发明涉及在线测试领域，特别是涉及一种煤炭水分红外检测装置及方法。
背景技术
煤炭中的水分值是评价其经济价值的重要指标，煤炭中水分含量越多，煤炭的无用成分也越多，直接降低煤炭的热效率，导致其经济价值降低，此外煤中水分对锅炉的稳定燃烧，以及输煤系统稳定运行、运输和存储等方面带来不利的影响。因此，准确测量煤炭中的水分对于合理评价煤炭的经济价值至关重要。目前，煤炭中水分含量的测定方法较少，现有技术中一般参考《GB/T 211煤中全水分的测定方法》和《DL/T 2029煤中全水分测定自动仪器法》两个标准方法，即采用失重法和微波法测定煤炭中的水分，其中微波法由于对煤种的要求比较苛刻，暂未大量普及使用，因此主要采用的方法为失重法。失重法通过测定干燥前后样品的重量变化来得到水分的含量，但失重法检测步骤较为繁琐且耗时长，且检测过程由于其原理受限，对温度控制的要求较高，且测试时析出的物料微粒或挥发组分对测试结果也有一定的干扰。因此，为此提供一种针对煤炭水分的全新且简易的非称量方法来减少测试环节的测量装置和测量方法以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种煤炭水分红外检测装置及方法，解决了现有技术在煤炭水分检测过程中用时长效率低的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种煤炭水分红外检测方法，包括以下步骤：
步骤S1、设置一密封腔和可通断的采样口，通入惰性气体，在与外界连通的采样口通过红外检测确定所述密封腔内气体的基准电压值；
步骤S2、保持采样口与外界断绝，对密封腔内的煤炭样品进行加热，并使水蒸气与惰性气体混合达到平衡态；开启采样口，通过红外检测混合气体的响应电压值，煤炭样品的样品重量已知；
步骤S3、基于所述响应电压值和所述基准电压值得到煤炭样品的吸光度响应值；
步骤S4、将所述吸光度响应值代入拟合数据模型，得到煤炭样品的含水质量，进而得到煤炭样品的水份值。
进一步地，还包括拟合数据模型构建步骤：
获得已知质量的标准水样，并将质量记为含水质量；设置一密封腔和可通断的采样口，通入惰性气体，在与外界连通的采样口通过红外检测确定所述密封腔内气体的基准电压值；保持采样口与外界断绝，将标准水样放入密封腔内进行加热，并使水蒸气与惰性气体混合达到平衡态；开启采样口，通过红外检测混合气体的响应电压值，基于所述响应电压值和所述基准电压值得到标准水样的吸光度响应值；
重复上述步骤至少3次，获取至少3组标准水样的所述吸光度响应值；
获得拟合数据模型，式中：mw—含水质量，单位mg；A—吸光度响应值，单位A，将至少3组标准水样的所述吸光度响应值和含水质量代入所述拟合数据模型，确定k和b，进而确定拟合数据模型。
进一步地，煤炭样品的所述水份值是指煤炭样品中所述含水质量占样品重量的百分比，按以下公式计算得到所述水份值：
式中：M—水份值，单位%；
m—样品重量，单位mg；
k和b已知，A为煤炭样品的吸光度响应值。
进一步地，所述吸光度响应值基于以下公式获得：
式中：A—吸光度响应值，单位A；
V0—基准电压值；
V1—响应电压值。
进一步地，所述使水蒸气与惰性气体混合达到平衡态包括以下步骤：
步骤S21、通入惰性气体与煤炭样品干燥析出的水蒸气自发扩散进行混合；
步骤S22、判断在密封腔内压力是否达到设定值；
若是，则判断此时密封腔内水蒸气与惰性气体达到平衡态。
进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：
步骤S11、设置一密封腔、可与密封腔可通断的采样口和泄压口，采样口连接水分红外检测器，泄压口与密封腔的进口处设置压力检测器，关闭泄压口，对密封腔内部通入惰性气体；
步骤S12、在压力检测器监测到的泄压口进口处气体流量远大于通过采样口的气体流量时，开启泄压口和水分红外检测器，排出密封腔内惰性气体和含有杂质粒子的空气的混合气体；
步骤S13、在采样口通过红外检测混合气体的基准电压值；
步骤S14、基准电压值稳定后关闭泄压口与采样口。
为了实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：
一种煤炭水分红外检测装置，包括壳体、放样平台、加热部和水分红外检测器；
所述壳体包围形成密封腔，所述壳体的顶部设有与所述密封腔连通的采样口和泄压口，所述采样口和所述泄压口为可通断式结构；
所述放样平台位于所述密封腔底部；
所述加热部位于所述放样平台的下表面，用于将所述放样平台中的煤炭样品干燥析出水蒸气；
所述水分红外检测器设置在所述采样口上，用于检测基准电压值，还用于检测煤炭样品干燥时的响应电压值；
所述泄压口与所述密封腔连通的进口处设有压力检测器，用于检测所述泄压口入口处的气体流量，还用于检测通过所述红外检测器的气体流量；
所述壳体下部设有与所述密封腔连通的惰性气体入口，所述惰性气体入口用于对密封腔内部通入惰性气体以配合所述水分红外检测器检测所述基准电压值，还用于煤炭样品干燥时通入惰性气体与煤炭样品析出的水蒸气混合达到平衡态以配合所述水分红外检测器检测所述响应电压值。
进一步地，还包括压力控制模块，所述压力控制模块设置在所述泄压口上，用于检测所述密封腔内气体是否饱和，还用于监测所述密封腔内惰性气体和水蒸气是否到达平衡态。
进一步地，所述放样平台还包括用于与所述密封腔径向限位的连接件；所述连接件与所述壳体抵接或固定连接。
进一步地，所述连接件的一端与所述壳体顶部内表面固定连接，另一端与所述放样平台侧壁固定连接；和/或
所述连接件为所述放样平台侧壁水平延伸出的凸块，用于与所述壳体内壁抵接。
综上所述，与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：
本发明设计一种煤炭水分红外检测方法，首先设置密封腔及可通断采样口，通入惰性气体，在与外界连通的采样口通过红外检测确定密封腔内气体基准电压值，然后保持采样口与外界断绝，加热已知重量的煤炭样品使水蒸气与惰性气体混合达平衡态，开启采样口，检测混合气体响应电压值；最后基于响应电压值和基准电压值得吸光度响应值，代入拟合数据模型得到煤炭样品的含水质量进而得到其水份值。使用该方法测得煤炭样品的水份值相比传统称量法来说操作更加简单，无需复杂的称重、记录及验证等步骤操作，具有极高便捷性，且测试效率高，能够快速得出测试结果，有效节省时间成本和人力成本。
本发明还提供了一种与上述煤炭水分红外检测方法相对应的煤炭水分红外检测装置，具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的煤炭水分红外检测方法的流程图。
图2为本发明的一种实施方式中提供的煤炭水分红外检测装置的剖视示意图。
附图标记说明：
1、壳体；11、密封腔；12、采样口；13、泄压口；14、惰性气体入口；15、端盖；16、本体；17、腔壁；171、延伸段；172、密封件；18、隔热层；
2、放样平台；21、连接件；
3、加热部；
4、水分红外检测器；
5、压力控制模块。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如附图1所示，一种煤炭水分红外检测方法，包括以下步骤：
步骤S1、设置一密封腔11和可通断的采样口12，通入惰性气体，在与外界连通的采样口12通过红外检测确定密封腔11内气体的基准电压值。
具体地，步骤S1包括以下步骤：
步骤S11、设置一密封腔11、可与密封腔11可通断的采样口12和泄压口13，采样口12连接水分红外检测器4，泄压口13与密封腔11的进口处设置压力检测器，关闭泄压口13，打开采样口12，对密封腔11内部通入惰性气体；
步骤S12、在压力检测器监测到的泄压口13气体流量远大于采样口12气体流量时，开启泄压口13和水分红外检测器4，排出密封腔11内惰性气体和含有杂质粒子的空气的混合气体；
步骤S13、在采样口12通过红外检测混合气体的基准电压值；
步骤S14、基准电压值稳定后关闭泄压口13与采样口12。
其中，通入惰性气体的流量优选为2L/min。
步骤S2、保持采样口12与外界断绝，对密封腔11内的煤炭样品进行加热，并使水蒸气与惰性气体混合达到平衡态；开启采样口12，通过红外检测混合气体的响应电压值，煤炭样品的样品重量已知。
其中，平衡态是指煤炭样品中所有的水分均析出且全部被密封腔11收集，是析出的水蒸气与惰性气体自发进行扩散、混匀后处于的平衡状态，此时的混合气体具有代表性，即后续从采样口12流出并通过水分红外检测器4检测的混合气体能够代表整个密封腔11内混合气体的平均状态，使得最后的检测结果能够真实反映煤炭样品的水份值情况。
更为具体地，使水蒸气与惰性气体混合达到平衡态包括以下步骤：
步骤S21、通入惰性气体与煤炭样品干燥析出的水蒸气自发扩散进行混合；
步骤S22、通过压力控制模块5判断在密封腔11内压力是否达到设定值；
若是，则判断此时密封腔11内水蒸气与惰性气体达到平衡态，可以打开采样口12开始后续水分红外检测器4的检测工作。
若否，则判断此时密封腔11内水蒸气与惰性气体还未达到平衡态，此时应该继续恒温干燥煤炭样品，使煤炭样品中的水分全部析出，且同时继续通入惰性气体，持续与煤炭析出的水蒸气进行自发扩散混合。
优选地，设定值设置为0.2MPa±200pa。
另外，将煤炭样品摊平后装入放样平台2中放入密封腔11内进行加热，每次检测的煤炭样品重量不少于5g。
步骤S3、基于测得的响应电压值和基准电压值得到煤炭样品的吸光度响应值。
具体地，吸光度响应值基于以下公式获得：
式中：A—吸光度响应值，单位A；
V0—基准电压值；
V1—响应电压值。
步骤S4、将吸光度响应值代入拟合数据模型，得到煤炭样品的含水质量，进而得到煤炭样品的水份值。
具体地，此步骤的计算过程可以选择在装置连接的计算机系统软件中进行，也可以人工手动进行计算。在展开计算之前，应该先预先通过最小二乘法构建好拟合数据模型，即应该通过标准水样来建立含水质量和吸光度响应值的函数关系，最后煤炭样品的含水质量应该由测得的吸光度响应值通过上述函数关系确定。更进一步地，标准水样可以选择超纯水、去离子水等满足实验室用水要求的水样，标准水样的含水比例为100%，即称得的标准水样的重量即为标准水样的含水质量。
因此本检测方法还包括拟合数据模型的构建步骤：
获得已知质量的标准水样，并将质量记为含水质量；设置一密封腔11和可通断的采样口12，通入惰性气体，在与外界连通的采样口12通过红外检测确定密封腔11内气体的基准电压值；保持采样口12与外界断绝，将标准水样放入密封腔11内进行加热，并使水蒸气与惰性气体混合达到平衡态；开启采样口12，通过红外检测混合气体的响应电压值，基于响应电压值和基准电压值得到标准水样的吸光度响应值；
重复上述步骤至少3次，获取至少3组标准水样的吸光度响应值，特别地，获取的越多组的标准水样，后续拟合结果越准确；
获得拟合数据模型，式中：mw—含水质量，单位mg；A—吸光度响应值，单位A，将至少3组标准水样的吸光度响应值和含水质量代入拟合数据模型，确定k和b，进而确定最终可供煤炭样品使用的拟合数据模型。
应当注意的是，本发明提供的煤炭水分红外检测方法预先构建一个模型就可以适用所有种类的煤炭进行含水质量的计算，具有较强的通用性。或者，为了满足不同检测需求或确保计算结果的准确，用户也可以选择每一次或者间隔一段时间更新拟合数据模型，根据实际情况进行调整和优化，在此不做限定。
最后，由于煤炭样品的水份值是指煤炭样品中含水质量占样品重量的百分比，还需通过煤炭样品的重量参数按以下公式计算得到水份值：
式中：M—水份值，单位%；
m—样品重量，单位mg；
k和b已知，A为煤炭样品的吸光度响应值。
使用上述煤炭水分红外检测方法测得煤炭样品的水份值相比传统称量法来说操作更加简单，无需复杂的称重、记录及验证等步骤操作，具有极高便捷性，且测试效率高，能够快速得出测试结果，有效节省时间成本和人力成本。
如附图2所示，除了上述煤炭水分红外检测方法，本发明还提供一种基于上述煤炭水分红外检测方法运行的煤炭水分红外检测装置，该煤炭水分红外检测装置与上述煤炭水分红外检测方法步骤相对应，下文描述的煤炭水分红外检测装置与上文描述的煤炭水分红外检测方法可相互对应参照。
一种煤炭水分红外检测装置，包括壳体1、放样平台2、加热部3和水分红外检测器4；
壳体1包围形成密封腔11，壳体1的顶部设有与密封腔11连通的采样口12和泄压口13，采样口12和泄压口13为可通断式结构；
放样平台2位于密封腔11底部；
加热部3位于放样平台2的下表面，用于将放样平台2中的煤炭样品干燥析出水蒸气；
水分红外检测器4设置在采样口12上，用于检测基准电压值，还用于检测煤炭样品干燥时的响应电压值；
泄压口13与密封腔11连通的进口处设有压力检测器（图中未标出），用于检测泄压口13入口处的气体流量，还用于检测通过水分红外检测器4的气体流量；
壳体1下部设有与密封腔11连通的惰性气体入口14，用于对密封腔11内部通入惰性气体以配合水分红外检测器4检测基准电压值，还用于煤炭样品干燥时通入惰性气体与煤炭样品析出的水蒸气混合达到平衡态以配合水分红外检测器4检测响应电压值。
具体地，壳体1包围形成一可以提供为煤炭样品检测提供环境的密封腔11，密封腔11可为检测提供稳定的环境，与密封腔11通断式连通的采样口12和泄压口13，能够实现对密封腔11内气体流出的智能控制，可以根据特定检测步骤决定是否允许密封腔11内的气体从采样口12或泄压口13流出。放样平台2、加热部3和惰性气体入口14均设置于密封腔11下部是由于可以在水蒸汽和惰性气体混合后且进入到设置在上方水分红外检测器4之前，为二者混匀进入平衡态的过程提供一定的空间，防止水蒸汽和惰性气体在进入密封腔11后分布不均匀，导致密封腔11内水蒸气局部浓度过高或过低，影响检测稳定性和准确性。相比传统使用称量法为基础的装置来说，本装置结构简单且操作更加简单，因此无需专业的检测人员即可进行检测，一般实验人员经过简单培训就能熟练掌握煤炭水分红外检测方法，提高了检测的可操作性和普及性。另外，由于操作步骤简单，因此测试效率高，能够快速得出测试结果，有效节省时间成本和人力成本。
更进一步地，加热部3可以选择恒温加热板、恒温加热丝等恒温加热装置，在此不做限定。另外，惰性气体可以选择氮气、氦气等气体，在此不做限定。
在本发明的一个实施例中，为了在前期测定基准电压过程中检测密封腔11内气体是否饱和，或者监测煤炭样品开始检测水份值时密封腔11内惰性气体和水蒸气是否到达平衡态，本装置还在泄压口13上设有压力控制模块5，进一步帮助提高煤炭水分检测装置的准确性和可靠性。具体地，当快要到达干燥析水过程的终点时，通过压力控制模块5可以判断此时密封腔11内的混合气体状态是否稳定，如果稳定，说明煤炭样品干燥析水过程已充分进行，惰性气体和水蒸气组成的混合气体到达平衡态且已混合均匀，从而保证从采样口12流出的部分混合气体对密封腔11收集到的混合气体具有代表性，即该从采样口12流出的混合气体能够代表整个密封腔11内混合气体的平均状态，使得检测结果能够真实反映煤炭样品的水份值情况。另外，压力控制模块5在密封腔11压力出现异常升高的情况时，可以及时检测到这种异常压力变化，如果压力超过一定安全值，压力控制模块5会自动开启泄压口13释放部分压力，以避免密封腔11因压力过高而发生强度失效，对密封腔11起到保护作用。
在本发明的一个实施例中，放样平台2还包括用于与密封腔11径向限位的连接件21，连接件21的限位作用能够确保每次检测时放样平台2都位于加热部3的中心，避免某一次检测是时因位置变化导致加热不均匀，影响水分析出的效率和一致性。同时，还可以使水分红外检测器4与放样平台2上的煤炭样品每一次检测时均保持固定的相对位置，提高检测的一致性，有助于在需做多批次煤炭样品对比实验时建立统一的检测标准，方便对比不同的检测结果，也便于建立标准化的检测流程。连接件21可以选择与壳体1抵接或固定连接，具体地，连接件21可以选择一端与壳体1顶部内表面固定连接，通过增加与壳体1顶部内表面的贴合部分，能够显著提升连接的稳定性，贴合部分应设置有与采样口12和泄压口13连通的部分以保证装置正常运行，另一端与放样平台2侧壁固定连接，连接件21整体可以选用不锈钢等硬质材料，防止连接件21变形导致放样平台2在密封腔11内位置发生变化；和/或连接件21为放样平台2侧壁水平延伸出的凸块，用于与壳体1内壁抵接等固定方式，不同种固定方式对实验检测的结果无影响，用户可以根据实际使用需求如便利性、稳定性等因素进行选择，在此不做限定。
在本发明的一个实施例中，壳体1包括顶部的端盖15、与端盖15配合密封的本体16和设置在本体16侧壁内部的腔壁17。本体16的顶部外周设有若干凸块，端盖15 设有若干与凸块配合的限位通孔；凸块在与限位通孔对齐后，通过旋拧端盖15使凸块与限位通孔卡接进而将壳体1密封，此时密封腔11由端盖15、腔壁17和本体16底部包围而成。腔壁17抵接端盖15处垂直设有延伸段171，延伸段171上表面设有凹槽，用于放置密封件172，进一步增强密封效果。优选地，密封件172选择密封圈。
在本发明的一个实施例中，本体16内表面和腔壁17外表面之间设有隔热层18，隔热层18具有蓄热作用，防止密封腔11内温度受到外界低温影响而降低，而导致在煤炭样品加热析出水蒸气的过程中，水蒸气在腔壁17等部位冷凝，影响水分检测的准确性。
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1—拟合数据模型的预先构建：
（1）标准水样w1:将4.5mg的标准水样装入φ200mm深15mm的放样平台中，并将4.5mg记为含水质量mw；关闭采样口和泄压口，开启惰性气体入口，对密封腔内部以2L/min通入氮气；在压力控制模块监测到的气体流量远大于水分红外检测器监测到的气体流量时，开启泄压口与和采样口，排出密封腔内惰性气体和含有杂质粒子的空气的混合气体；在采样口通过红外检测混合气体的基准电压值V0为8.5404；基准电压值稳定后关闭泄压口与采样口；将放样平台移入密封腔内，并将端盖与本体卡接密封，保持采样口与外界断绝，开启加热部，使温度恒温保持在107℃对密封腔内的标准水样进行加热，开启惰性气体入口，通过压力控制模块读取在密封腔内压力为0.2MPa，开启采样口，通过水分红外检测器检测混合气体的响应电压值V1为7.4918；通过吸光度响应值的公式计算得到标准水样的吸光度响应值A=0.131A；
（2）标准水样w2:将6.6mg的标准水样装入φ200mm深15mm的放样平台中，并将6.6mg记为含水质量mw；关闭采样口和泄压口，开启惰性气体入口，对密封腔内部以2L/min通入氮气；在压力控制模块监测到的气体流量远大于水分红外检测器监测到的气体流量时，开启泄压口与和采样口，排出密封腔内惰性气体和含有杂质粒子的空气的混合气体；在采样口通过红外检测混合气体的基准电压值V0为8.5413；基准电压值稳定后关闭泄压口与采样口；将放样平台移入密封腔内，并将端盖与本体卡接密封，保持采样口与外界断绝，开启加热部，使温度恒温保持在107℃对密封腔内的标准水样进行加热，开启惰性气体入口，通过压力控制模块读取在密封腔内压力为0.2MPa，开启采样口，通过水分红外检测器检测混合气体的响应电压值V1为7.1693；通过吸光度响应值的公式计算得到标准水样的吸光度响应值A=0.1751A；
（3）标准水样w3:将8.3mg的标准水样装入φ200mm深15mm的放样平台中，并将8.3mg记为含水质量mw；关闭采样口和泄压口，开启惰性气体入口，对密封腔内部以2L/min通入氮气；在压力控制模块监测到的气体流量远大于水分红外检测器监测到的气体流量时，开启泄压口与和采样口，排出密封腔内惰性气体和含有杂质粒子的空气的混合气体；在采样口通过红外检测混合气体的基准电压值V0为8.5417；基准电压值稳定后关闭泄压口与采样口；将放样平台移入密封腔内，并将端盖与本体卡接密封，保持采样口与外界断绝，开启加热部，使温度恒温保持在107℃对密封腔内的标准水样进行加热，开启惰性气体入口，通过压力控制模块读取在密封腔内压力为0.2MPa，开启采样口，通过水分红外检测器检测混合气体的响应电压值V1为6.9453；通过吸光度响应值的公式计算得到标准水样的吸光度响应值A=0.2069A；
（4）标准水样w4:将9.9mg的标准水样装入φ200mm深15mm的放样平台中，并将9.9mg记为含水质量mw；关闭采样口和泄压口，开启惰性气体入口，对密封腔内部以2L/min通入氮气；在压力控制模块监测到的气体流量远大于水分红外检测器监测到的气体流量时，开启泄压口与和采样口，排出密封腔内惰性气体和含有杂质粒子的空气的混合气体；在采样口通过红外检测混合气体的基准电压值V0为8.5418；基准电压值稳定后关闭泄压口与采样口；将放样平台移入密封腔内，并将端盖与本体卡接密封，保持采样口与外界断绝，开启加热部，使温度恒温保持在107℃对密封腔内的标准水样进行加热，开启惰性气体入口，通过压力控制模块读取在密封腔内压力为0.2MPa，开启采样口，通过水分红外检测器检测混合气体的响应电压值V1为6.7441；通过吸光度响应值的公式计算得到标准水样的吸光度响应值A=0.2363A；
获得拟合数据模型，式中：mw—含水质量，单位mg；A—吸光度响应值，单位A，将上述4组标准水样的吸光度响应值和含水质量代入拟合数据模型，确定k=51.31和b= -2.2866，进而确定拟合数据模型mw=51.31×A-2.2866，其中R=0.9988，认为线性良好。
实施例2—煤炭样品07L水份值检测：
步骤S1、关闭采样口和泄压口，开启惰性气体入口，对密封腔内部以2L/min通入氮气；在压力控制模块监测到的气体流量远大于水分红外检测器监测到的气体流量时，开启泄压口与和采样口，排出密封腔内惰性气体和含有杂质粒子的空气的混合气体；在采样口通过红外检测混合气体的基准电压值8.5416；基准电压值稳定后关闭泄压口与采样口；
步骤S2、将80.1mg的待测样品粉末摊平后装入φ200mm深15mm的放样平台中。将放样平台移入密封腔内，并将端盖与本体卡接密封，保持采样口与外界断绝，开启加热部，使温度恒温保持在107℃对密封腔内的煤炭样品进行加热，开启惰性气体入口，通过压力控制模块读取在密封腔内压力为0.2MPa，开启采样口，通过水分红外检测器检测混合气体的响应电压值为7.6030；
步骤S3、基于响应电压值7.6030和基准电压值8.5416得到煤炭样品的吸光度响应值0.1164A；
步骤S4、将吸光度响应值0.1164A代入拟合数据模型mw=51.31×A-2.2866中，得到煤炭样品的含水质量mw为3.68mg，将mw=3.68mg和m=80.1mg代入到水份值的计算公式M=mw/m×100%中得到煤炭样品的水份值为4.59%。
实施例3—煤炭样品01s水份值检测：
步骤S1、关闭采样口和泄压口，开启惰性气体入口，对密封腔内部以2L/min通入氮气；在压力控制模块监测到的气体流量远大于水分红外检测器监测到的气体流量时，开启泄压口与和采样口，排出密封腔内惰性气体和含有杂质粒子的空气的混合气体；在采样口通过红外检测混合气体的基准电压值8.5411；基准电压值稳定后关闭泄压口与采样口；
步骤S2、将80.2mg的待测样品粉末摊平后装入φ200mm深15mm的放样平台中。将放样平台移入密封腔内，并将端盖与本体卡接密封，保持采样口与外界断绝，开启加热部，使温度恒温保持在107℃对密封腔内的煤炭样品进行加热，开启惰性气体入口，通过压力控制模块读取在密封腔内压力为0.2MPa，开启采样口，通过水分红外检测器检测混合气体的响应电压值为7.5904；
步骤S3、基于响应电压值7.5904和基准电压值8.5411得到煤炭样品的吸光度响应值0.1180A；
步骤S4、将吸光度响应值0.1180A代入拟合数据模型mw=51.31×A-2.2866中，得到煤炭样品的含水质量mw为3.77mg，将mw=3.77mg和m=80.2mg代入到水份值的计算公式M=mw/m×100%中得到煤炭样品的水份值为4.70%。
表1
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种煤炭水分红外检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、设置一密封腔和可通断的采样口，通入惰性气体，在与外界连通的采样口通过红外检测确定所述密封腔内气体的基准电压值；
步骤S2、保持采样口与外界断绝，对密封腔内的煤炭样品进行加热，并使水蒸气与惰性气体混合达到平衡态；开启采样口，通过红外检测混合气体的响应电压值，煤炭样品的样品重量已知；
步骤S3、基于所述响应电压值和所述基准电压值按照公式得到煤炭样品的吸光度响应值，式中：A—吸光度响应值，单位A，V0—基准电压值，V1—响应电压值；
步骤S4、将所述吸光度响应值代入拟合数据模型，得到煤炭样品的含水质量，按照公式M=mw/m*100%计算煤炭样品中所述含水质量占样品重量的百分比，式中：M—水份值，单位%，mw—含水质量，单位mg，m—样品重量，单位mg，进而得到煤炭样品的水份值；
其中，所述拟合数据模型的构建包括以下步骤：获得已知质量的标准水样，并将质量记为含水质量；设置一密封腔和可通断的采样口，通入惰性气体，在与外界连通的采样口通过红外检测确定所述密封腔内气体的基准电压值；保持采样口与外界断绝，将标准水样放入密封腔内进行加热，并使水蒸气与惰性气体混合达到平衡态；开启采样口，通过红外检测混合气体的响应电压值，基于所述响应电压值和所述基准电压值得到标准水样的吸光度响应值；重复上述步骤至少3次，获取至少3组标准水样的所述吸光度响应值；
获得拟合数据模型，式中：mw—含水质量，单位mg；A—吸光度响应值，单位A，将至少3组标准水样的所述吸光度响应值和含水质量代入所述拟合数据模型，确定k和b，进而确定拟合数据模型。
2.如权利要求1所述的煤炭水分红外检测方法，其特征在于，所述使水蒸气与惰性气体混合达到平衡态包括以下步骤：
步骤S21、通入惰性气体与煤炭样品干燥析出的水蒸气自发扩散进行混合；
步骤S22、判断在密封腔内压力是否达到设定值；
若是，则判断此时密封腔内水蒸气与惰性气体达到平衡态。
3.如权利要求1所述的煤炭水分红外检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
步骤S11、设置一密封腔、可与密封腔可通断的采样口和泄压口，采样口连接水分红外检测器，泄压口与密封腔的进口处设置压力检测器，关闭泄压口，对密封腔内部通入惰性气体；
步骤S12、在压力检测器监测到的泄压口进口处气体流量远大于通过采样口的气体流量时，开启泄压口和水分红外检测器，排出密封腔内惰性气体和含有杂质粒子的空气的混合气体；
步骤S13、在采样口通过红外检测混合气体的基准电压值；
步骤S14、基准电压值稳定后关闭泄压口与采样口。
4.一种煤炭水分红外检测装置，其特征在于，包括壳体、放样平台、加热部、压力检测器和水分红外检测器；
所述壳体包围形成密封腔，所述壳体的顶部设有与所述密封腔连通的采样口和泄压口，所述采样口和所述泄压口为可通断式结构；
所述放样平台位于所述密封腔底部；
所述加热部位于所述放样平台的下表面，用于将所述放样平台中的煤炭样品干燥析出水蒸气；
所述水分红外检测器设置在所述采样口上，用于检测基准电压值，还用于检测煤炭样品干燥时的响应电压值；
所述泄压口与所述密封腔连通的进口处设有压力检测器，用于检测所述泄压口入口处的气体流量，还用于检测通过所述水分红外检测器的气体流量；
所述壳体下部设有与所述密封腔连通的惰性气体入口，所述惰性气体入口用于对密封腔内部通入惰性气体以配合所述水分红外检测器检测所述基准电压值；
首先在所述惰性气体入口通入惰性气体，在与外界连通的所述采样口通过所述水分红外检测器检测确定所述密封腔内气体基准电压值，然后保持所述采样口与外界断绝，在所述密封腔内加热已知重量的煤炭样品使水蒸气与惰性气体混合达平衡态，开启所述采样口，所述水分红外检测器检测混合气体的响应电压值；最后基于所述响应电压值和所述基准电压值得吸光度响应值。
5.如权利要求4所述的煤炭水分红外检测装置，其特征在于，还包括压力控制模块，所述压力控制模块设置在所述泄压口上，用于检测所述密封腔内气体是否饱和，还用于监测所述密封腔内惰性气体和水蒸气是否到达平衡态。
6.如权利要求4所述的煤炭水分红外检测装置，其特征在于，所述放样平台还包括用于与所述密封腔径向限位的连接件；所述连接件与所述壳体抵接或固定连接。
7.如权利要求6所述的煤炭水分红外检测装置，其特征在于，
所述连接件的一端与所述壳体顶部内表面固定连接，另一端与所述放样平台侧壁固定连接；和/或
所述连接件为所述放样平台侧壁水平延伸出的凸块，用于与所述壳体内壁抵接。
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