CN114636731A - 一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，包括爆炸釜、真空泵和空气压缩机，所述爆炸釜顶部设置有溶解空气压力测试装置，所述爆炸釜侧面水平间隔依次安装有静态压力传感器保护阀、左侧火花电极、排气泄压阀、第一气体进气阀、第二气体进气阀、右侧火花电极、混合气体进气阀和第五气体进气阀。该测试仪增加了溶解空气压力测试装置，用以解决液体样品中溶解空气压力带来误差的问题，同时，采用金属电极与电热丝结合的爆炸触发组件，增加了触发爆炸发生方式的选择，该测试仪采用夹套设计，外带恒温油浴，使得爆炸釜控温更均匀。以上设计，均可以提高测试的精密度和准确性，从而提升测试结果对安全生产的指导意义。

Description

一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测 试仪

技术领域

本发明涉及爆炸极限测试设备技术领域，具体为一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪。

背景技术

现有的爆炸极限测试仪其主体通常只包含爆炸釜、真空泵及控制主机，当测试样本为液体时，常温常压下会溶解一定量的空气，溶解的空气会在液体挥发过程中从液体中逸散出来，当被测液体在爆炸釜中完全挥发后，爆炸釜内的气压等于液体挥发产生的气压和溶解空气的气压之和，由于现有的爆炸极限测试仪无法预先测量液体中溶解的空气的分压，错误的将液体挥发和溶解空气逸出产生的混合压力记作被测液体挥发产生的压力，用以计算被测液体浓度。例如，50℃时无水乙醇在真空中挥发后达到饱和时的压力为28.8kPa，其中溶解空气的压力为3.8kPa，而此时，现有的爆炸极限测试仪会记录无水乙醇挥发后的压力为32.6kPa。

由于液体中溶解的空气产生的压力引入了测试误差，严重影响了爆炸极限的测试准确度，所得的爆炸极限参数将失去对安全生产的指导意义，存在较大的安全隐患。所以需要针对上述问题设计一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，以解决上述背景技术中提出由于液体中溶解的空气产生的压力引入了测试误差，严重影响了爆炸极限的测试准确度，所得的爆炸极限参数将失去对安全生产的指导意义，存在较大的安全隐患的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，包括爆炸釜、真空泵和空气压缩机，所述爆炸釜顶部设置有溶解空气压力测试装置，且溶解空气压力测试装置与电控装置电性连接，并且电控装置安装在控制主机上，所述爆炸釜外壁上安装有油浴加热夹套，且油浴加热夹套与油浴加热循环机连接，并且爆炸釜底部安装有搅拌器，所述爆炸釜侧面水平间隔依次安装有静态压力传感器保护阀、左侧火花电极、排气泄压阀、第一气体进气阀、第二气体进气阀、右侧火花电极、混合气体进气阀和第五气体进气阀，且静态压力传感器保护阀上安装有外静态压力传感器，并且混合气体进气阀末端安装有第三气体进气阀和第四气体进气阀，同时第五气体进气阀与真空泵连接，所述爆炸釜内壁上依次安装有动态压力传感器、内静态压力传感器、火焰检测器、高精度温度传感器和爆炸温度传感器，所述第二气体进气阀与空气压缩机连接。

优选的，所述溶解空气压力测试装置包括测试装置外壳、第一测量室、第二测量室、三通球阀、球阀控制器、丝杆、电热模块、内压力传感器、内温度传感器、进样软管和活塞，所述测试装置外壳内侧底部和顶部分别设置有第一测量室和第二测量室，且第一测量室底部与三通球阀顶端连接，并且三通球阀一侧安装有球阀控制器，同时三通球阀另一侧安装有进样软管，所述三通球阀底端与爆炸釜顶部连接，所述第一测量室顶部安装活塞，且活塞底部两侧分别安装有内压力传感器和内温度传感器，并且活塞顶部安装有丝杆，所述测试装置外壳侧壁中部安装有电热模块。

优选的，所述电热模块环绕设置在测试装置外壳中部，且电热模块的高度大于测试装置外壳高度的1/2。

优选的，所述内压力传感器和内温度传感器在活塞底部对称分布，且内压力传感器和内温度传感器的表面与活塞底面平齐。

优选的，所述油浴加热夹套在爆炸釜上部外壁和下部外壁上对称分布，且爆炸釜由上下两个空心半球组成。

优选的，所述静态压力传感器保护阀、左侧火花电极、排气泄压阀、第一气体进气阀、第二气体进气阀、右侧火花电极、混合气体进气阀和第五气体进气阀在爆炸釜下部边缘按顺时针方向间隔分布。

优选的，所述动态压力传感器、内静态压力传感器、火焰检测器、高精度温度传感器和爆炸温度传感器在爆炸釜下部内壁上间隔分布，且动态压力传感器、内静态压力传感器、火焰检测器、高精度温度传感器和爆炸温度传感器均与控制主机电性连接。

本测试仪最高工作温度为200℃，最大工作压力为10MPa，不仅能够满足高温高压条件下气体和液体蒸气爆炸极限测试需求，同时与现有技术相比，本发明还具备以下有益效果：

1、本测试仪增加了溶解空气压力测试装置，当被测样本为可挥发液体时，能够在被测样本进入爆炸釜前预先对样本中溶解空气进行分压检测，并以此空气分压为基础对被测样本的极限压力进行修正(爆炸极限压力＝挥发总压-空气分压)，从而解决溶解空气压力带来误差的问题，与现有技术相比，本发明使得液体高温高压爆炸极限测试从传统的评估类测试，上升到精密分析类测试水平，有效提升了测试结果对安全生产的指导意义，排除测试误差引入的安全管理隐患。

2、本发明所涉及的测试仪采用金属电极与电热丝结合的爆炸触发组件，增加了触发爆炸发生方式的选择，增加了工况场所爆炸诱发原因的研究方向。

3、本测试仪通过外带恒温油浴实现釜内升温，同时结合夹套设计对爆炸釜进行均匀控温，使得反应环境保持稳定及准确，从而有效提升测试的精密度和准确性，最终有效指导安全生产。

附图说明

图1为本发明爆炸釜打开状态立体结构示意图；

图2为本发明图1中A处放大结构示意图；

图3为本发明混合气体进气阀、真空泵连接阀和第三气体进气阀立体结构示意图；

图4为本发明爆炸釜闭合状态正视结构示意图；

图5为本发明溶解空气压力测试装置正视结构示意图；

图6为本发明溶解空气压力测试装置正视剖面结构示意图。

图中：1、爆炸釜；2、溶解空气压力测试装置；201、测试装置外壳；201a、第一测量室；201b、第二测量室；202、三通球阀；203、球阀控制器；204、丝杆；205、电热模块；206、内压力传感器；207、内温度传感器；208、进样软管；209、活塞；3、电控装置；4、控制主机；5、真空泵；6、油浴加热夹套；7、油浴加热循环机；8、搅拌器；9、静态压力传感器保护阀；10、外静态压力传感器；11、左侧火花电极；12、排气泄压阀；13、第一气体进气阀；14、第二气体进气阀；15、右侧火花电极；16、混合气体进气阀；17、第三气体进气阀；18、第四气体进气阀；19、第五气体进气阀；20、动态压力传感器；21、内静态压力传感器；22、火焰检测器；23、高精度温度传感器；24、爆炸温度传感器；25、空气压缩机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，包括爆炸釜1、溶解空气压力测试装置2、测试装置外壳201、第一测量室201a、第二测量室201b、三通球阀202、球阀控制器203、丝杆204、电热模块205、内压力传感器206、内温度传感器207、进样软管208、活塞209、电控装置3、控制主机4、真空泵5、油浴加热夹套6、油浴加热循环机7、搅拌器8、静态压力传感器保护阀9、外静态压力传感器10、左侧火花电极11、排气泄压阀12、第一气体进气阀13、第二气体进气阀14、右侧火花电极15、混合气体进气阀16、第三气体进气阀17、第四气体进气阀18、第五气体进气阀19、动态压力传感器20、内静态压力传感器21、火焰检测器22、高精度温度传感器23、爆炸温度传感器24和空气压缩机25，爆炸釜1顶部设置有溶解空气压力测试装置2，且溶解空气压力测试装置2与电控装置3电性连接，并且电控装置3安装在控制主机4上，爆炸釜1外壁上安装有油浴加热夹套6，且油浴加热夹套6与油浴加热循环机7连接，并且爆炸釜1底部安装有搅拌器8，爆炸釜1侧面水平间隔依次安装有静态压力传感器保护阀9、左侧火花电极11、排气泄压阀12、第一气体进气阀13、第二气体进气阀14、右侧火花电极15、混合气体进气阀16和第五气体进气阀19，且静态压力传感器保护阀9上安装有外静态压力传感器10，并且混合气体进气阀16末端安装有第三气体进气阀17和第四气体进气阀18，同时第五气体进气阀19与真空泵5连接，爆炸釜1内壁上依次安装有动态压力传感器20、内静态压力传感器21、火焰检测器22、高精度温度传感器23和爆炸温度传感器24，第二气体进气阀14与空气压缩机25连接。

本例的溶解空气压力测试装置2包括测试装置外壳201、第一测量室201a、第二测量室201b、三通球阀202、球阀控制器203、丝杆204、电热模块205、内压力传感器206、内温度传感器207、进样软管208和活塞209，测试装置外壳201内侧底部和顶部分别设置有第一测量室201a和第二测量室201b，且第一测量室201a底部与三通球阀202顶端连接，并且三通球阀202一侧安装有球阀控制器203，同时三通球阀202另一侧安装有进样软管208，三通球阀202底端与爆炸釜1顶部连接，第一测量室201a顶部安装活塞209，且活塞209底部两侧分别安装有内压力传感器206和内温度传感器207，并且活塞209顶部安装有丝杆204，测试装置外壳201侧壁中部安装有电热模块205，上述的结构设计能够准确计算被测液体中溶解空气的压力。

电热模块205环绕设置在测试装置外壳201中部，且电热模块205的高度大于测试装置外壳201高度的1/2，上述的结构设计保证被测液体能够加热至爆炸极限测试温度。

内压力传感器206和内温度传感器207在活塞209底部对称分布，且内压力传感器206和内温度传感器207的表面与活塞209底面平齐，上述的结构设计保证内压力传感器206和内温度传感器207能够正常工作，避免在活塞209位移过程中与第一测量室201a底面碰撞受损。

油浴加热夹套6在爆炸釜1上部外壁和下部外壁上对称分布，且爆炸釜1由上下两个空心半球组成，上述的结构设计使得爆炸釜1整体能够均匀的承受较强的爆炸冲击力，且能进行稳定的加热。

静态压力传感器保护阀9、左侧火花电极11、排气泄压阀12、第一气体进气阀13、第二气体进气阀14、右侧火花电极15、混合气体进气阀16和第五气体进气阀19在爆炸釜1下部边缘按顺时针方向间隔分布，上述的结构设计能保证爆炸的正常进行，令抽真空、进气加压和注入可燃气体能操作可以便捷的进行。

动态压力传感器20、内静态压力传感器21、火焰检测器22、高精度温度传感器23和爆炸温度传感器24在爆炸釜1下部内壁上间隔分布，且动态压力传感器20、内静态压力传感器21、火焰检测器22、高精度温度传感器23和爆炸温度传感器24均与控制主机4电性连接，上述的结构设计能对爆炸的多项数据进行准确检测。

工作原理：进样前，连通装置电源，将图6中的进样软管208末端放置于盛有足够被测液体的测试瓶中，测试软件通过控制主机4，启动丝杆204带动活塞209向上抬起至指定位置，指定位置由所需测试液体的体积决定，通过测试软件设置，丝杆204带动活塞209上升过程中，被测液体通过进样软管208被吸入第一测量室201a，活塞209到达指定位置后，进样结束；

测试软件通过控制主机4传输信号至球阀控制器203封闭三通球阀202，电热模块205将被测液体加热至爆炸极限测试温度，丝杆204带动活塞209向上抬起至指定高度1完成一次膨胀，测试软件记录此时第一测量室201a内的压力TP1，之后，丝杆204带动活塞209向上抬起至指定高度2完成二次膨胀，测试软件记录此时第一测量室201a内的压力TP2，之后，丝杆204带动活塞209向上抬起至指定高度3完成三次膨胀，测试软件记录此时第一测量室201a内的压力TP3，三次膨胀完成后，通过测试软件，应用亨利定律，即“在一定温度和平衡状态下，气体在液体里的溶解度(用摩尔分数表示)和该气体的平衡分压成正比”，计算被测液体中溶解空气的压力；

上述信号设置及传输流程如下：

(1)设置实验参数，包括初始参数(测试温度)、三次膨胀参数(吸入液体体积)等；

(2)启动电源，测试软件通过控制主机4向电控装置3传输信号，电控装置3根据初始参数将丝杆204抬至相应高度，转动球阀控制器203，进样软管208与第一测量室201a连接，完成进样操作，三通球阀202封闭；

(3)控制主机4中的测试软件根据三次膨胀参数，通过电热模块205、电控装置3带动丝杆204及活塞209完成膨胀，并计算最终数据(溶解空气分压)；

爆炸釜1的工作流程如下：

1)进样

开动真空泵5，在爆炸釜1内形成真空，小于等于0.5kPa；

当被测样本为液体时，被测液体经过前述溶解空气压力测试装置2的操作步骤，完成溶解空气压力测试后，转动球阀控制器203，连通第一测量室201a与爆炸釜1，被测液体被吸入爆炸釜1，完成进样，同时，丝杆204带动活塞209向下压，当被测液体全部进入爆炸釜1后，活塞209到达第一测量室201a底部，确保所有被测液体全部进入爆炸釜1；

当被测样本为气体时，省略前述溶解空气压力测试装置2的操作步骤，被测气体直接通过爆炸釜1上的第一气体进气阀13进入爆炸釜1，完成进样。

2)搅拌

开启搅拌器8，对样品进行搅拌，每次搅拌3分钟，可手动操作控制主机4上搅拌按键，增加搅拌次数，测试软件采集并记录液体完全挥发后，爆炸釜1内的压力。

3)导入空气

常压下测试：打开与环境空气连通的第一气体进气阀13，通入空气，待爆炸釜1、内压力达到大气压，将第一气体进气阀13关闭；

高压下测试：打开第二气体进气阀14，启动空气压缩机25，空气压缩机25将高压空气配入爆炸釜1内，达到目标压力，关闭第二气体进气阀14。

4)二次搅拌

开启搅拌器8，搅拌3分钟，测试软件采集并记录配气后爆炸釜1内的压力，并根据前述溶解空气压力测试装置2的操作步骤中得到的计算结果，计算纯液体的浓度。

5)关闭阀门

关闭与爆炸釜1连接的所有阀门，特别是静态压力传感器保护阀9。

6)点火引爆

控制主机4传输信号至左侧火花电极11和右侧火花电极15的控制器，选择高压电极点火或电热丝点火，测试前，将根据测试要求，将电极更换为高压金属电极，或者电热丝，单次实验结束，测试软件记录爆炸极限测试过程中的全部数据，包括爆炸前，爆炸釜1内的温度、压力和浓度，爆炸后，爆炸釜1内的温度、压力、爆炸压力上升速率和压力曲线等，这就是该一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪的工作原理。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，包括爆炸釜(1)、真空泵(5)和空气压缩机(25)，其特征在于：所述爆炸釜(1)顶部设置有溶解空气压力测试装置(2)，且溶解空气压力测试装置(2)与电控装置(3)电性连接，并且电控装置(3)安装在控制主机(4)上，所述爆炸釜(1)外壁上安装有油浴加热夹套(6)，且油浴加热夹套(6)与油浴加热循环机(7)连接，并且爆炸釜(1)底部安装有搅拌器(8)，所述爆炸釜(1)侧面水平间隔依次安装有静态压力传感器保护阀(9)、左侧火花电极(11)、排气泄压阀(12)、第一气体进气阀(13)、第二气体进气阀(14)、右侧火花电极(15)、混合气体进气阀(16)和第五气体进气阀(19)，且静态压力传感器保护阀(9)上安装有外静态压力传感器(10)，并且混合气体进气阀(16)末端安装有第三气体进气阀(17)和第四气体进气阀(18)，同时第五气体进气阀(19)与真空泵(5)连接，所述爆炸釜(1)内壁上依次安装有动态压力传感器(20)、内静态压力传感器(21)、火焰检测器(22)、高精度温度传感器(23)和爆炸温度传感器(24)，所述第二气体进气阀(14)与空气压缩机(25)连接。

2.根据权利要求1所述的一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，其特征在于：所述溶解空气压力测试装置(2)包括测试装置外壳(201)、第一测量室(201a)、第二测量室(201b)、三通球阀(202)、球阀控制器(203)、丝杆(204)、电热模块(205)、内压力传感器(206)、内温度传感器(207)、进样软管(208)和活塞(209)，所述测试装置外壳(201)内侧底部和顶部分别设置有第一测量室(201a)和第二测量室(201b)，且第一测量室(201a)底部与三通球阀(202)顶端连接，并且三通球阀(202)一侧安装有球阀控制器(203)，同时三通球阀(202)另一侧安装有进样软管(208)，所述三通球阀(202)底端与爆炸釜(1)顶部连接，所述第一测量室(201a)顶部安装活塞(209)，且活塞(209)底部两侧分别安装有内压力传感器(206)和内温度传感器(207)，并且活塞(209)顶部安装有丝杆(204)，所述测试装置外壳(201)侧壁中部安装有电热模块(205)。

3.根据权利要求2所述的一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，其特征在于：所述电热模块(205)环绕设置在测试装置外壳(201)中部，且电热模块(205)的高度大于测试装置外壳(201)高度的1/2。

4.根据权利要求2所述的一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，其特征在于：所述内压力传感器(206)和内温度传感器(207)在活塞(209)底部对称分布，且内压力传感器(206)和内温度传感器(207)的表面与活塞(209)底面平齐。

5.根据权利要求1所述的一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，其特征在于：所述油浴加热夹套(6)在爆炸釜(1)上部外壁和下部外壁上对称分布，且爆炸釜(1)由上下两个空心半球组成。

6.根据权利要求1所述的一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，其特征在于：所述静态压力传感器保护阀(9)、左侧火花电极(11)、排气泄压阀(12)、第一气体进气阀(13)、第二气体进气阀(14)、右侧火花电极(15)、混合气体进气阀(16)和第五气体进气阀(19)在爆炸釜(1)下部边缘按顺时针方向间隔分布。

7.根据权利要求1所述的一种可确定被测液体中溶解空气浓度的高精度爆炸极限测试仪，其特征在于：所述动态压力传感器(20)、内静态压力传感器(21)、火焰检测器(22)、高精度温度传感器(23)和爆炸温度传感器(24)在爆炸釜(1)下部内壁上间隔分布，且动态压力传感器(20)、内静态压力传感器(21)、火焰检测器(22)、高精度温度传感器(23)和爆炸温度传感器(24)均与控制主机(4)电性连接。

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