За более чем столетнее существование метода определения теплоты сгорания углей в соответствии с общим развитием науки и техники калориметры превратились из простейших приборов в совершенные высокоскоростные автоматизированные установки с применением микропроцессоров. Несмотря на многочисленные усовершенствования и изменения конструкций отдельных узлов, общий принцип действия и существо метода сохранены полностью. Первые калориметры были очень сложны в эксплуатации, работа на них требовала большого мастерства, в то время как современные установки обслуживаются просто и легко.
За последние десятилетия современная калориметрия сделала гигантский шаг вперед в разработке новых приборов. Использование микропроцессоров и программного обеспечения превратило калориметры в высокоточные и высокоскоростные приборы.
При разработке первых моделей анализаторов авторы пытались не только автоматизировать измерительную часть приборов, но и механизировать весь процесс калориметрирования. В результате получались громоздкие и сложные в работе, не очень надежные калориметры типа АС-200 фирмы LECO (США). На следующем этапе разработки авторы вернулись к ручному проведению ряда операций, упростив механическую часть, но одновременно усовершенствовали измерительные системы калориметров.
В современных приборах вручную осуществляются: взвешивание пробы, помещение пробы в бомбу, заполнение бомбы кислородом, внесение бомбы в калориметрический сосуд, сброс давления в бомбе после окончания опыта. В то же время управление процессом автоматизировано: выравнивание температуры, работа мешалок, поджог пробы, мониторинг температур в калориметрическом сосуде и в термостате, расчет теплоты сгорания топлива с внесением поправок на теплообмен с окружающей средой и на теплоту сгорания запальной проволоки, градуировка прибора, расчет точности и многое другое. Таким образом, процесс калориметрирования от внесения бомбы в калориметрический сосуд до выдачи результатов проходит в автоматическом режиме.
В зависимости от степени автоматизации результаты определения теплоты сгорания могут выводиться на дисплей или в компьютер, распечатываться на принтере; можно получать результат в виде Qaб, а можно, введя дополнительные данные, – в виде Qdafs,V или Qri,V.
В последние годы фирма LECO (США) выпускала две модели автоматических калориметров – АС-350 и АС-500.
Калориметры серии АС относятся к калориметрам изотермического типа и состоят из системы измерения температуры и автоматической станции для заполнения калориметрических бомб кислородом. Настольная конструкция приборов со встроенной рециркуляционной водной системой замкнутого типа делает калориметры компактными и удобными в работе. Они не требуют дополнительных систем для охлаждения и вентиляции.
Термистор измеряет температуру в калориметрическом сосуде 6 раз в секунду. Перемешивание воды в сосуде осуществляется мешалкой, работающей с постоянной скоростью. Теплообмен между калориметрическим сосудом и окружающей средой в ходе опыта регистрируется микропроцессором калориметра, который учитывает влияние всех утечек тепла и вносит необходимые поправки.
Программное обеспечение прибора позволяет осуществлять разнообразные управляющие действия, в том числе корректировать результат с учетом длины запальной проволоки, вносить необходимые термохимические поправки на содержание в угле серы, влаги, на зольность угля и содержание азотной кислоты в смыве бомбы.
Калориметр комплектуется электронными аналитическими весами, подсоединенными к измерительной системе, и принтером, а модель АС-500 – внешним компьютером.
Приборы обладают высокой точностью. Средняя продолжительность анализа (без подготовки пробы и заполнения бомбы) составляет 8–9 мин.
Следующим шагом в усовершенствовании калориметров фирмы LECO явился анализатор АС-600.
Полуавтоматический изопериболический калориметр АС-600 отличается от предыдущих моделей эргономической конструкцией бомбы, которая стала легче, имеет скругленную форму дна и крышки и закрывается в 1,5 оборота. В конструкции калориметра также имеются отличия от предыдущих моделей:
– предложены новые приспособления для крепления бомбы в калориметрическом сосуде; – между калориметрическим сосудом и кожухом отсутствует воздушная прослойка; – бомбу помещают в калориметрический сосуд, который закрывают с помощью автоматического поршня. Сосуд с водой и бомбой помещают в кожух, который заполнен водой; – в ходе опыта проводят измерение температуры воды в сосуде и в кожухе каждую секунду; – предусмотрена система удаленной диагностики через интернет.В приборе предусмотрено два режима расчета результатов: первый – стандартное определение исправленного подъема температуры, второй – новый, разработанный в LECO режим термодинамического моделирования (TruSpeed). Программа моделирует теплообменные процессы в системе, что позволяет получать результаты анализа через 5,5 мин без потери точности измерения.
Полуавтоматический режим с использованием термодинамического моделирования (режим TruSpeed), позволяет получать с помощью АС-600 отличные результаты при увеличенной пропускной способности прибора.
По мнению разработчиков конструкция калориметра АС-600 устанавливает стандарты калориметров будущего.
На некоторых угольных предприятиях Российской Федерации работают калориметры фирмы IKA-Werke GmbH (Германия).
Известен ряд моделей калориметров этой фирмы, например, С 2000, С 5000, С 6000, которые соответствуют традиционным калориметрическим стандартам.
Калориметр IKA C1, подобно LECO АС-600, представляет последнее поколение изопериболических калориметров. Калориметр IKA C1 имеет высокую степень автоматизации, уникальный дизайн, занимает значительно меньше места на лабораторном столе по сравнению с предыдущими моделями. Вместо тяжелой стандартной бомбы с резьбой данная модель оснащена легкосъемной камерой сгорания. К калориметру можно подключить весы и принтер. В комплект с калориметром входит проточный криостат для подачи охлажденной воды, что обеспечивает оптимальные условия эксплуатации. Скорость работы на IKA C1 – 4 испытания в час.
Модельный ряд калориметров компании Parr instrument (США) состоит из целого семейства калориметров: 6200, 6300, 6400. Выбор калориметра зависит от индивидуальных требований заказчика к точности анализа, степени автоматизации и т.д.
Полуавтоматический калориметр 6200 представляет собой оптимальную модель для лабораторий со средней производительностью выполнения испытаний (4–5 анализов в час). Съемную калориметрическую бомбу заряжают вручную и помещают в овальный сосуд с дозированным объемом воды. Остальные операции выполняются автоматически. Этот калориметр по внешнему виду и существу работы аналогичен LECO АС-350.
Автоматические калориметры Parr 6300 и Parr 6400 являются моделями с высокой производительностью (6–8 испытаний в час). Все операции, кроме зарядки бомбы, выполняются автоматически. Калориметры снабжены несъемной бомбой, оборудованной автоматической системой смыва остатков сгорания. Управление осуществляет микропроцессор пятого поколения.
В России создана Инвестиционная Научно-производственная Компания «Русские энергетические технологии» (ИНПК РЭТ). Эта компания разработала и выпускает калориметры бомбовые АБК-1В для определения теплоты сгорания твердых, жидких и газообразных топлив. Калориметр АБК-1В сертифицирован и внесен в Государственный реестр средств измерений. Калориметр АБК-1В относится к калориметрам изопериболического типа и отвечает требованиям ГОСТ 147–2013 (ISO 1928:2009).
