CN115685301B - 一种防爆型氚浓度测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防爆型氚浓度测量仪，属于氚测量技术领域。测量仪包括主机，主机包括防爆机箱、真空抽取及气体测量单元和数据处理与控制单元；真空抽取及气体测量单元包括探测系统和气体抽取单元，探测系统对被测气体进行浓度测量；气体抽取单元包括真空泵、进气和出气管路等，进气和出气管路上设置电磁阀，电磁阀与进气口和排气口之间的管路上设置阻火器；数据处理与控制单元包括显示与控制模块、硬件模块和电离室模块，硬件模块分别与显示与控制模块和电离室模块相连。本发明主要用于军队等存在爆炸性环境中的气态氚浓度测量，从根源上减少设备内部电火花等引起环境燃烧爆炸的机率，具有良好的防爆阻燃性能，且测量结果精准。

Description

一种防爆型氚浓度测量仪

技术领域

本发明属于氚测量技术领域，特别涉及一种防爆型氚浓度测量仪。

背景技术

氚是氢的放射性同位素、最大衰变能为18.6 keV的纯β放射体，半衰期为12.35 a。氚在医学、科学研究、工业尤其核工业领域有多方面的应用，特别是作为核聚变反应的主要轻质材料。我国从60年代起就开始了氚监测技术研究，取得了巨大进展；70年代因为社会公众关注大气层核爆炸试验的环境影响；80年代转为日益增长的核动力电站和核设施的排放，并且80年代进行的几次全国性环境放射性水平调查更使氚监测技术得到了重视和发展。

环境氚的监测，长期以来受到人们的重视，表明即使在未来环境中氚的监测也将仍然十分重要，随着核工业化进程的加快，由此引发的氚泄露事故时常发生，氚浓度测量仪引发研究与关注。目前市面上的氚浓度测量仪，作为精密设备，并不具有防爆功能，一般采用从爆炸性场所取气转移到非爆炸性场所进行测量的方式实现，这种测量方式往往导致耗时长、操作繁琐，转移过程中还可能发生取到的气体泄露等情况，对测量结果产生较大误差。在具有防爆要求的工作场所，非防爆型氚测量仪的使用，存在巨大的安全隐患，对人身、设备的安全造成威胁，继而造成极大的经济损失。因此，急需一种有效防爆的氚浓度测量仪。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种防爆型氚浓度测量仪，使其具有在可燃气体中工作而不引起暴躁的能力以及确定带外壳的设备隔断其内部发生火焰爆炸不蔓延到外部的能力。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种防爆型氚浓度测量仪，测量仪包括主机，所述主机包括防爆机箱、真空抽取及气体测量单元和数据处理与控制单元，所述防爆机箱包括底板、连接板和机壳，连接板设置于底板上，机壳固定于底板上形成密封腔室，机壳的侧壁上设置进气口、出气口，真空抽取及气体测量单元和数据处理与控制单元设置于防爆机箱内；

（1）气体测量

所述真空抽取及气体测量单元包括探测系统和气体抽取单元，所述探测系统包括电离室和静电计，探测系统对注入的被测气体进行浓度测量；

所述气体抽取单元包括真空泵、进气管路、出气管路、电磁阀和压力变送器，所述进气管路的一端与进气口相连，另一端通过电离室后与真空泵相连，所述出气管路的一端与真空泵相连，另一端与出气口相连，所述进气管路和出气管路上设置有电磁阀，所述电磁阀与进气口和排气口之间的管路上设置有阻火器，进气管路上还设置有离子捕获器和压力变送器，真空泵对探测系统进行抽真空，被测气体通过进气口进入进气管路，注入电离室内完成测量后，通过出气管路从出气口排出，气体通过阻火器后有效降低自由基与空气中固有分子接触和碰撞的机率，阻断其继续传播，实现防爆阻燃功能；

（2）数据处理与控制

所述数据处理与控制单元包括三级功能块，第一级为显示与控制模块，第二级为硬件模块，第三级为电离室模块，所述硬件模块分别与显示与控制模块和电离室模块相连；

所述显示与控制模块包括软件界面、状态指示灯、急停按钮和电源开关，实现人机交互功能；

所述硬件模块包括真空压力监测、电源管理、ADC采集模块以及真空泵和电磁阀的控制，所述真空压力监测实现检测电离室的真空度功能，所述电源管理实现为测量仪各模块、单元供电并且监测电离室高压、静电计电源的供电状态功能，所述ADC采集模块实现将传感器以及静电计测量到的信号由模拟信号转换为数字信号功能，所述真空泵和电磁阀的控制实现控制真空泵和电磁阀的工作状态；

所述电离室模块包括电离室处理和静电计模块，所述静电计模块实现补偿电离室信号功能，所述电离室处理实现采集由氚β衰变产生的弱电流信号，并上传至上一级的ADC采集模块。

进一步地：所述机壳的顶部开有两个矩形开口，分别安装显示器和防爆鼠标，机壳的顶部还开有三个圆形开口，分别安装急停按钮、状态指示灯和电源开关，所述机壳上设置有把手，所述底板的四个角上设置有脚轮。

进一步地：所述防爆机箱的材料为耐腐蚀的铝金属材料，防爆机箱的防爆等级为Ex dII BT4。

进一步地：所述真空泵通过螺钉安装于底板上，且真空泵的底座与底板间放置至少四颗规格为15*12*8的硅胶脚垫，使得真空泵的底座与底板之间的距离为5-7mm。

进一步地：所述出气口包括出气口A和出气口B，所述进气管路包括管路A和管路B，管路A的一端与进气口相连，另一端与电离室的进气孔相连，管路B的一端与电离室的出气孔相连，另一端与真空泵的吸入口相连，所述出气管路的一端与真空泵的排出口相连，另一端通过三通器将管路分为管路C和管路D两段，分别与出气口A和出气口B相连。

进一步地：所述管路A、管路B、管路C和管路D上分别对应设置电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C和电磁阀D，进气口与电磁阀A之间的管路、出气口A与电磁阀C之间的管路和出气口B与电磁阀D之间的管路上设置阻火器，电磁阀A与电离室的进气孔间设置离子捕获器。

进一步地：所述离子捕获器与电离室的进气孔之间的管路上设置三通器，三通器的入口连接于离子捕获器，三通器的两个出口分别连接于压力变送器和电离室的进气孔。

进一步地：所述三通器的开口处设置丁腈O型橡胶圈进行密封。

进一步地：所述电离室通过支架设置于连接板上，且电离室用屏蔽外壳密封包裹。

进一步地：所述机壳侧壁上设置有防爆型电源接头和插头。

根据燃烧与爆炸连锁反应理论：认为燃烧炸现象不是分子间直接作用的结果，而是在外来能源（热能、辐射能、电能、化学反应能等）的激发下，使分子分裂为十分活泼而寿命短促的自由基。化学反应是靠这些自由基进行的。

阻火器的内部滤芯的网状结构，使得发生爆炸和燃烧形成的自由基与空气中固有分子产生接触或碰撞的机率越来越小，以阻断其继续传播，达到防爆阻燃效果。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1）本发明的氚浓度测量仪的机箱采用铝金属材料，其内部的电离室外设置屏蔽外壳，有效屏蔽了周围测量环境中的电磁干扰和洁净度的影响，使得氚浓度测量结果更佳精准；

2）本发明的氚浓度测量仪主要用于部队等爆炸性环境中，防爆机箱满足《GB3836爆炸性环境设备通用要求》的要求，其防爆等级达到Ex dII BT4，并且对于进气口和出气口的气路管道上均至少设置一个阻火器，通过阻火器从根源上减少易燃易爆气体中活跃的自由基与空气中固有分子产生接触或碰撞的机率，再通过防爆机箱与电离室的屏蔽外壳的包裹，减少外界能源的干扰，进而达到测量仪内部防爆的效果，即从根源上减少设备内部电火花等引起环境燃烧爆炸的机率。同时当外界环境发生爆炸时，该测量仪不会受到其干扰继而产生进一步的爆炸，达到防爆阻燃的效果；

3）本发明在保证测量结果精准的同时有效提高了氚浓度测量仪在爆炸性环境中的安全性，对测量仪和操作人员达到了有效的双重保护，同时避免造成巨大的经济损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明提供的一种防爆型氚浓度测量仪的外部结构示意图。

图2是本发明提供的一种防爆型氚浓度测量仪的内部结构示意图。

图3是图2的正视图。

图4是图2的侧视图。

图5是本发明提供的一种防爆型氚浓度测量仪的真空抽取及气体测量单元的各部件连接示意图。

图6是本发明提供的一种防爆型氚浓度测量仪的数据处理与控制单元的模块连接示意图。

图中标记分别为：

1.底板，2.连接板，3.机壳，4.电离室，5.进气管路，6.出气管路，7.进气口，8.出气口，9.阻火器，10.电磁阀，11.离子捕获器，12.压力变送器，13.真空泵。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，一种防爆型氚浓度测量仪，所述测量仪包括主机，所述主机包括防爆机箱、真空抽取及气体测量单元和数据处理与控制单元，所述防爆机箱包括底板1、连接板2和机壳3，连接板2设置于底板1上，机壳3固定于底板1上形成密封腔室，机壳3的侧壁上设置进气口7、出气口8，真空抽取及气体测量单元和数据处理与控制单元设置于防爆机箱内。

进一步地，所述机壳3的顶部开有两个矩形开口，分别安装显示器和防爆鼠标，机壳3的顶部还开有三个圆形开口，分别安装急停按钮、状态指示灯和电源开关，所述机壳3上设置有把手，所述底板1的四个角上设置有脚轮；

进一步地，所述防爆机箱的材料为耐腐蚀的铝金属材料，防爆机箱的防爆等级为Ex dII BT4，满足《GB3836爆炸性环境设备通用要求》的要求。

（1）气体测量

所述真空抽取及气体测量单元包括探测系统和气体抽取单元，所述探测系统包括电离室4和静电计，探测系统对注入的被测气体进行浓度测量；

如图5所示，所述气体抽取单元包括真空泵13、进气管路5、出气管路6、电磁阀10和压力变送器12，所述进气管路5的一端与进气口7相连，另一端通过电离室4后与真空泵13相连，所述出气管路6的一端与真空泵13相连，另一端与出气口8相连，所述进气管路5和出气管路6上设置有电磁阀10，所述电磁阀10与进气口7和排气口之间的管路上设置有阻火器9，进气管路5上还设置有离子捕获器11和压力变送器12，真空泵13对探测系统进行抽真空，被测气体通过进气口7进入进气管路5，注入电离室4内完成测量后，通过出气管路6从出气口8排出，气体通过阻火器9后有效降低自由基与空气中固有分子接触和碰撞的机率，阻断其继续传播，实现防爆阻燃功能。

进一步地，所述真空泵13通过螺钉安装于底板1上，且真空泵13的底座与底板1间放置至少四颗规格为15*12*8的硅胶脚垫，使得真空泵13的底座与底板1之间的距离为5-7mm；

进一步地，所述出气口8包括出气口8A和出气口8B，所述进气管路5包括管路A和管路B，管路A的一端与进气口7相连，另一端与电离室4的进气孔相连，管路B的一端与电离室4的出气孔相连，另一端与真空泵13的吸入口相连，所述出气管路6的一端与真空泵13的排出口相连，另一端通过三通器将管路分为管路C和管路D两段，分别与出气口8A和出气口8B相连；

进一步地，所述管路A、管路B、管路C和管路D上分别对应设置电磁阀10A、电磁阀10B、电磁阀10C和电磁阀10D，进气口7与电磁阀10A之间的管路、出气口8A与电磁阀10C之间的管路和出气口8B与电磁阀10D之间的管路上设置阻火器9，电磁阀10A与电离室4的进气孔间设置离子捕获器11；

进一步地，所述离子捕获器11与电离室4的进气孔之间的管路上设置三通器，三通器的入口连接于离子捕获器11，三通器的两个出口分别连接于压力变送器12和电离室4的进气孔；

进一步地，所述三通器的开口处设置丁腈O型橡胶圈进行密封；所述电离室4通过支架设置于连接板2上，且电离室4用屏蔽外壳密封包裹；所述机壳3侧壁上设置有防爆型电源接头和插头。

（2）数据处理与控制

如图6所示，所述数据处理与控制单元包括三级功能块，第一级为显示与控制模块，第二级为硬件模块，第三级为电离室4模块，所述硬件模块分别与显示与控制模块和电离室4模块相连；

所述显示与控制模块包括软件界面、状态指示灯、急停按钮和电源开关，实现人机交互功能；

所述硬件模块包括真空压力监测、电源管理、ADC采集模块以及真空泵13和电磁阀10的控制，所述真空压力监测实现检测电离室4的真空度功能，所述电源管理实现为测量仪各模块、单元供电并且监测电离室4高压、静电计电源的供电状态功能，所述ADC采集模块实现将传感器以及静电计测量到的信号由模拟信号转换为数字信号功能，所述真空泵13和电磁阀10的控制实现控制真空泵13和电磁阀10的工作状态；

所述电离室4模块包括电离室4处理和静电计模块，所述静电计模块实现补偿电离室4信号功能，所述电离室4处理实现采集由氚β衰变产生的弱电流信号，并上传至上一级的ADC采集模块。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述防爆型氚浓度测量仪包括主机，所述主机包括防爆机箱、真空抽取及气体测量单元和数据处理与控制单元，所述防爆机箱包括底板、连接板和机壳，连接板设置于底板上，机壳固定于底板上形成密封腔室，机壳的侧壁上设置进气口、出气口，真空抽取及气体测量单元和数据处理与控制单元设置于防爆机箱内；

所述真空抽取及气体测量单元包括探测系统和气体抽取单元，所述探测系统包括电离室和静电计，探测系统对注入的被测气体进行浓度测量；

所述气体抽取单元包括真空泵、进气管路、出气管路、电磁阀和压力变送器，所述进气管路的一端与进气口相连，另一端通过电离室后与真空泵相连，所述出气管路的一端与真空泵相连，另一端与出气口相连，所述进气管路和出气管路上设置有电磁阀，所述电磁阀与进气口和排气口之间的管路上设置有阻火器，进气管路上还设置有离子捕获器和压力变送器，真空泵对探测系统进行抽真空，被测气体通过进气口进入进气管路，注入电离室内完成测量后，通过出气管路从出气口排出，气体通过阻火器后有效降低自由基与空气中固有分子接触和碰撞的机率，阻断其继续传播，实现防爆阻燃功能；

所述数据处理与控制单元包括三级功能块，第一级为显示与控制模块，第二级为硬件模块，第三级为电离室模块，所述硬件模块分别与显示与控制模块和电离室模块相连；

所述显示与控制模块包括软件界面、状态指示灯、急停按钮和电源开关，实现人机交互功能；

所述硬件模块包括真空压力监测、电源管理、ADC采集模块以及真空泵和电磁阀的控制，所述真空压力监测实现检测电离室的真空度功能，所述电源管理实现为测量仪各模块、单元供电并且监测电离室高压、静电计电源的供电状态功能，所述ADC采集模块实现将传感器以及静电计测量到的信号由模拟信号转换为数字信号功能，所述真空泵和电磁阀的控制实现控制真空泵和电磁阀的工作状态；

所述电离室模块包括电离室处理和静电计模块，所述静电计模块实现补偿电离室信号功能，所述电离室处理实现采集由氚β衰变产生的弱电流信号，并上传至上一级的ADC采集模块。

2.根据权利要求1所述的一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述机壳的顶部开有两个矩形开口，分别安装显示器和防爆鼠标，机壳的顶部还开有三个圆形开口，分别安装急停按钮、状态指示灯和电源开关，所述机壳上设置有把手，所述底板的四个角上设置有脚轮。

3.根据权利要求1所述的一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述防爆机箱的材料为耐腐蚀的铝金属材料，防爆机箱的防爆等级为Ex dII BT4。

4.根据权利要求1所述的一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述真空泵通过螺钉安装于底板上，且真空泵的底座与底板间放置至少四颗规格为15*12*8的硅胶脚垫，使得真空泵的底座与底板之间的距离为5-7mm。

5.根据权利要求1所述的一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述出气口包括出气口A和出气口B，所述进气管路包括管路A和管路B，管路A的一端与进气口相连，另一端与电离室的进气孔相连，管路B的一端与电离室的出气孔相连，另一端与真空泵的吸入口相连，所述出气管路的一端与真空泵的排出口相连，另一端通过三通器将管路分为管路C和管路D两段，分别与出气口A和出气口B相连。

6.根据权利要求5所述的一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述管路A、管路B、管路C和管路D上分别对应设置电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C和电磁阀D，进气口与电磁阀A之间的管路、出气口A与电磁阀C之间的管路和出气口B与电磁阀D之间的管路上设置阻火器，电磁阀A与电离室的进气孔间设置离子捕获器。

7.根据权利要求6所述的一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述离子捕获器与电离室的进气孔之间的管路上设置三通器，三通器的入口连接于离子捕获器，三通器的两个出口分别连接于压力变送器和电离室的进气孔。

8.根据权利要求7所述的一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述三通器的开口处设置丁腈O型橡胶圈进行密封。

9.根据权利要求1所述的一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述电离室通过支架设置于连接板上，且电离室用屏蔽外壳密封包裹。

10.根据权利要求1所述的一种防爆型氚浓度测量仪，其特征在于，所述机壳侧壁上设置有防爆型电源接头和插头。

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