产生恒量微体积气泡的微流控芯片及恒量微体积天然气气泡燃烧热值测算装置和方法制造方法及图纸

产生恒量微体积气泡的微流控芯片及恒量微体积天然气气泡燃烧热值测算装置和方法，涉及天然气释放及燃烧测试技术领域。本发明专利技术的目的是为了解决现有天然气热值测量方法存在测量精度低以及需要燃烧大量的天然气进行测量的问题。本发明专利技术通过拉曼光谱仪对天然气微气泡的组分进行测定，再通过热值传感器测得测算气瓶内的热值数据，根据信号采集卡采集到的测算气瓶和参照气瓶的热值信号，对比测算气瓶和参照气瓶的热值变化，排除环境及内部因素带来的热值测算干扰，得出测算气瓶内的燃烧热值。本发明专利技术可获得产生恒量微体积气泡的微流控芯片及恒量微体积天然气气泡燃烧热值测算装置和方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
产生恒量微体积气泡的微流控芯片及恒量微体积天然气气泡燃烧热值测算装置和方法


[0001]本专利技术涉及天然气释放及燃烧测试
，具体涉及产生恒量微体积气泡的微流控芯片及恒量微体积天然气气泡燃烧热值测算装置和方法。

技术介绍

[0002]天然气属于主体能源之一，被广泛用于日常生活和工业生产中。随着天然气能量计量发展和推广，天然气热值的准确测量是天然气贸易结算的核心和关键工作，天然气热值检测设备的量值溯源是技术机构面对的首要难题。针对目前天然气热值分析系统复杂、成本高的问题开展技术攻关，研制天然气热值检测设备，满足天然气热值在线准确测量和量值溯源难题，为天然气能量计量的开展提供技术保障显得尤为重要。
[0003]目前天然气热值的主要测量方法为直接测量法和间接计算法，直接测量法可直接测定天然气的热值，常用的气体热量计为水流型量热计。将天然气连续的通过量热计，其燃烧产生的热量被水流连续吸收，在气体燃烧时间内，利用通过的水量、进水口和出水口的温度可计算天然气热值，但是这种直接方法测量精度不高；同时直接测量法需要燃烧大量的天然气进行测量，存在燃烧不充分、热值测量不准确的问题。间接测量法通过物理或化学的分离分析方法识别其化学成分，并准确测定各组分的浓度，则可由各组分的热值，通过公式准确计算得出该混合气体的热值。相比于传统天然气测算技术，恒量微体积天然气组分测定与热值、碳排放因子测算装置采用直接法，能满足对不同气源的天然气进行组分测定、热值及碳排放因子测算。且微尺度天然气气泡较高的比表面积，能够使天然气充分燃烧，大样本恒量天然气气泡的连续燃烧测量能够大幅度提高测量的准确性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，而提供产生恒量微体积气泡的微流控芯片及恒量微体积天然气气泡燃烧热值测算装置和方法。
[0005]微流控芯片，所述的微流控芯片包括方形玻璃管10、锥形玻璃毛细管11、收集玻璃管12、高精度注射泵14、气密性进样器15、点胶针头17、气体样品气瓶18、恒量微体积气体气泡储存装置和高速相机23；所述的锥形玻璃毛细管11和收集玻璃管12同轴设置在方形玻璃管10内，且锥形玻璃毛细管11的锥形结构口设置在收集玻璃管12内，所述的点胶针头17的出水口设置在方形玻璃管10的进水口处，方形玻璃管10的两个端口分别与锥形玻璃毛细管11和收集玻璃管12密封设置；
[0006]所述的气密性进样器15通过管路a 16与点胶针头17的进水口连通，所述的管路a 16上设置有高精度注射泵14；所述的气体样品气瓶18通过管路b 21与锥形玻璃毛细管11的圆形结构口连通，所述的收集玻璃管12的出水口通过管路c 22与恒量微体积气体气泡储存装置的进水口连通。
[0007]利用所述的微流控芯片产生恒量微体积气泡的方法，按以下步骤进行：
[0008]打开管路b 21上的气体样品气瓶阀门20，将气体样品气瓶18内的气体输送到锥形玻璃毛细管11内，同时通过高精度注射泵14将气密性进样器15内的不可燃液体通过点胶针头17输送到方形玻璃管10内，气体和不可燃液体在锥形玻璃毛细管11的锥形结构口接触，并在气液两相流作用下合并为恒量微体积气泡，恒量微体积气泡再经收集玻璃管12回收到恒量微体积气体气泡储存装置内，所述的恒量微体积气泡的粒径为50～800μm，所述的不可燃液体为油性不可燃液体或水性不可燃液体，油性不可燃液体为二甲基硅油，水性不可燃液体为去离子水；所述的高速相机23对产生的恒量微体积气体气泡的直径和数量进行计数。
[0009]基于所述的方法产生的恒量微体积天然气气泡燃烧热值的测算装置，所述的基于恒量微体积天然气气泡燃烧热值的测算装置包括恒量微体积天然气气泡储存装置1
‑
1、恒量微体积氮气气泡储存装置1
‑
2、测算气瓶3、拉曼光谱仪4、信号采集卡5、热值传感器a 6
‑
1、热值传感器b 6
‑
2、参照气瓶7、电火花触发器8、高压电极a 9
‑
1和高压电极b 9
‑
2；
[0010]所述的恒量微体积天然气气泡储存装置1
‑
1的出水口通过管路与测算气瓶3的进水口连通，所述的测算气瓶3的检测口通过管路与拉曼光谱仪4的进样口连通，测算气瓶3上设置有氧气入口303、气体出口305、热值传感器a 6
‑
1、高压电极a 9
‑
1和排水口a 306；
[0011]所述的恒量微体积氮气气泡储存装置1
‑
2的出水口通过管路与参照气瓶7的进水口连通，所述的参照气瓶7上设置有热值传感器b 6
‑
2、气体出口b 703、高压电极b 9
‑
2和排水口b 704；
[0012]所述的热值传感器a 6
‑
1和热值传感器b 6
‑
2的信号输出端均与信号采集卡5的信号采集端电连接，所述的高压电极a 9
‑
1和高压电极b 9
‑
2均与电火花触发器8电连接。
[0013]采用所述的测算装置测算恒量微体积天然气气泡燃烧热值的方法，按以下步骤进行：
[0014]步骤一、将恒量微体积天然气气泡储存装置1
‑
1内的天然气微气泡2
‑
1通入至测算气瓶3内，通过拉曼光谱仪4对天然气微气泡2
‑
1的组分进行一次测定；同时通过恒量微体积氮气气泡储存装置1
‑
2向参照气瓶7内通入同等数量和体积的氮气微气泡2
‑
2；
[0015]步骤二、启动电火花触发器8分别向高压电极a 9
‑
1和高压电极b 9
‑
2传输电火花，通过高压电极a 9
‑
1和电火花点燃测算气瓶3内的天然气微气泡2
‑
1，然后通过拉曼光谱仪4测得天然气微气泡2
‑
1的元素变化曲线，并根据元素变化曲线对天然气微气泡2
‑
1的组分进行二次测定，以及根据C元素测得单位体积的天然气微气泡2
‑
1的碳排放量；再通过热值传感器a 6
‑
1测得测算气瓶3内的热值数据，通过热值传感器b 6
‑
2测得参照气瓶7内的热值数据，进一步根据信号采集卡5采集到的测算气瓶3和参照气瓶7的热值信号，对比测算气瓶3和参照气瓶7的热值变化，排除环境及内部因素带来的热值测算干扰，得出测算气瓶3内的燃烧热值。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017](1)本专利技术通过构建微流控芯片，并利用气液两相流技术能够生成大小均匀、体积在纳升至微升级别的天然气微泡或氮气微泡，利用高速摄影装置，可实时计算单个天然气(或氮气)微泡的体积与天然气(或氮气)气泡的总体积，然后通过拉曼光谱仪对天然气微气泡的元素变化曲线，进而对其组分进行测定，再通过热值传感器测得测算气瓶内的热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微流控芯片，其特征在于所述的微流控芯片包括方形玻璃管(10)、锥形玻璃毛细管(11)、收集玻璃管(12)、高精度注射泵(14)、气密性进样器(15)、点胶针头(17)、气体样品气瓶(18)、恒量微体积气体气泡储存装置和高速相机(23)；所述的锥形玻璃毛细管(11)和收集玻璃管(12)同轴设置在方形玻璃管(10)内，且锥形玻璃毛细管(11)的锥形结构口设置在收集玻璃管(12)内，所述的点胶针头(17)的出水口设置在方形玻璃管(10)的进水口处，方形玻璃管(10)的两个端口分别与锥形玻璃毛细管(11)和收集玻璃管(12)密封设置；所述的气密性进样器(15)通过管路a(16)与点胶针头(17)的进水口连通，所述的管路a(16)上设置有高精度注射泵(14)；所述的气体样品气瓶(18)通过管路b(21)与锥形玻璃毛细管(11)的圆形结构口连通，所述的收集玻璃管(12)的出水口通过管路c(22)与恒量微体积气体气泡储存装置的进水口连通。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于所述的方形玻璃管(10)设置在载玻片(13)上。3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于所述的恒量微体积气体气泡储存装置为恒量微体积天然气气泡储存装置(1
‑
1)和恒量微体积氮气气泡储存装置(1
‑
2)。4.利用如权利要求1
‑
3任意一项所述的微流控芯片产生恒量微体积气泡的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：打开管路b(21)上的气体样品气瓶阀门(20)，将气体样品气瓶(18)内的气体输送到锥形玻璃毛细管(11)内，同时通过高精度注射泵(14)将气密性进样器(15)内的不可燃液体通过点胶针头(17)输送到方形玻璃管(10)内，气体和不可燃液体在锥形玻璃毛细管(11)的锥形结构口接触，并在气液两相流作用下合并为恒量微体积气泡，恒量微体积气泡再经收集玻璃管(12)回收到恒量微体积气体气泡储存装置内，所述的恒量微体积气泡的粒径为50～800μm，所述的不可燃液体为油性不可燃液体或水性不可燃液体，油性不可燃液体为二甲基硅油，水性不可燃液体为去离子水；所述的高速相机(23)对产生的恒量微体积气体气泡的直径和数量进行计数。5.根据权利要求4所述的利用微流控芯片产生恒量微体积气泡的方法，其特征在于所述的气体为天然气或氮气。6.根据权利要求4所述的利用微流控芯片产生恒量微体积气泡的方法，其特征在于所述的恒量微体积气体气泡储存装置为恒量微体积天然气气泡储存装置(1
‑
1)或恒量微体积氮气气泡储存装置(1
‑
2)。7.如权利要求5
‑
6任意一项所述的方法产生的恒量微体积天然气气泡燃烧热值的测算装置，其特征在于所述的基于恒量微体积天然气气泡燃烧热值的测算装置包括恒量微体积天然气气泡储存装置(1
‑
1)、恒量微体积氮气气泡储存装置(1
‑
2)、测算气瓶(3)、拉曼光谱仪(4)、信号采集卡(5)、热值传感器a(6
‑
1)、热值传感器b(6
‑
2)、参照气瓶(7)、电火花触发器(8)、高压电极a(9
‑
1)和高压电极b(9
‑
2)；所述的恒量微体积天然气气泡储存装置(1
‑
1)的出水口通过管路与测算气瓶(3)的进水口连通，所述的测算气瓶(3)的检测口通过管路与拉曼光谱仪(...

【专利技术属性】
技术研发人员：成伟，李长武，侯立凯，倪金春，包福兵，蒋建林，任瑞琪，王艺伟，陈瑗媛，孟祥希，包亚东，邹韵燚，
申请(专利权)人：苏州市计量测试院，
类型：发明
国别省市：