CN203786140U - 可燃气体火焰速度探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是可燃气体火焰速度探测器，其结构包括：由一对离子探针（1）、绝缘螺套（3）构成的探头、转换器（9）及A、B信号线，其中一对离子探针（1）嵌装于绝缘螺套（3）内，一对离子探针（1）与绝缘螺套（3）间是绝缘填料胶（2），螺套（3）后的探针露出5mm接A信号线；A信号线连接转换器（9）的输入端，转换器（9）的输出端接B信号线。优点：可用于探测可燃气体的燃烧与否，进而探测其在通道、管道、容器等内燃烧的速度。应用于燃烧、爆炸发生及发展过程的科学实验，进而进行“危险性评估”的科研工作；也可应用于工农业生产过程气体燃烧的安全监测；具有工作原理清晰，探测器实用、可靠。
Description
技术领域
本实用新型是一种用于燃烧及安全工程领域的可燃气体火焰速度探测器，属于等离子探测技术领域。
背景技术
燃烧是一个古老的话题。人们利用燃料的燃烧产生热量，一方面提供工农业生产、交通运输及生活等使用，涉及热能工程、工程热物理等领域；另一方面，燃料无序、失控的燃烧带来了火灾、爆炸等灾难，涉及安全工程领域。
气体燃烧存在着慢烧，其燃烧速度小于1马赫数（含输运燃烧、对流燃烧）；快烧，其燃烧速度大于1马赫数（甚至产生爆轰）等形式。（范宝春，两相系统的燃烧、爆炸和爆轰.北京：国防工业出版社.1998.11）。可燃气体与氧气的混合物在管道、容器中发生燃烧，随着受限体长度、障碍物的形状多少等因素，又可分为层流和湍流燃烧。
随着热能大规模的使用、发展和产生灾害的严重性，燃烧的测控是一个必不可少的手段。可燃气体火焰速度是燃烧测控的参数之一。
目前，国内外火焰速度测试方法有以下两种：
1）火焰光敏探测法：工作原理是在管道或容器的侧面间隔一定的距离开出透镜窗口，窗口外安装光敏器件。当管道或容器内发生燃烧，火焰阵面发射的光触发光敏器件，使其的电信号发生翻转，再由数据记录仪进行显示和记录，进而得到火焰的速度。该方法的优点是光敏器件与火焰为非直接接触。缺点是透镜的耐温、耐压及光洁度要求较高，火焰的发光强度对光敏器件的灵敏度有所影响。
如中国矿业大学建成一套“瓦斯爆炸试验系统”进行试验，其中对于甲烷气体粉尘爆炸测速系统中，采用光电传感器和数据分析仪联合测定火焰传播速度，其采集速度可达到微秒级。
又如，安徽理工大学采用实验分析和理论分析相结合的方法分析了甲烷-空气预混气爆炸火焰传播的研究，用光电传感器、压力传感器及高速摄像等器件，建立了管内爆炸火焰传播的光信号和压力信号测试系统，其中火焰测试系统采用光电二极管作为火焰速度传感器。
2）高速摄像法：工作原理是在管道或容器的侧面开出透镜窗口。以高速摄像系统记录了管道内预混火焰加速传播的瞬态过程，进而得到火焰的速度。该方法的优点是一种非直接测试法。缺点是透镜的耐温、耐压及光洁度要求较高。
如南京理工大学使用玻璃管进行空气粉尘混合物层流燃烧速度的测定，采用摄像方法记录火焰传播过程，进而根据记录下的照片就可求算火焰速度。
又如，陈明在《管道内甲烷/空气预混火焰加速传播机理研究》文中利用高速纹影摄像系统清晰记录了管道内预混火焰加速传播的瞬态过程，由此可以计算出火焰阵面的瞬时传播过程；利用压力传感器和离子探针等精细测量系统记录了预混火焰传播过程中测点处超压、离子电流等的变化情况，分析得出了火焰的微观变化特性。
再如，何学超等在《90°弯曲管道内对丙烷-空气预混火焰传播的影响》文中运用高速纹影摄像、微细热电偶以及离子探针等测试手段对火焰在90°弯曲管道内的传播过程进行了实验研究。
发明内容
本实用新型提出的是一种可燃气体火焰速度探测器，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，采用接触式测试气体燃烧的火焰有无和火焰速度。
本实用新型的技术解决方案：可燃气体火焰速度探测器，其结构包括：由一对离子探针、绝缘螺套构成的探头、转换器及A、B信号线，其中一对离子探针嵌装于绝缘螺套内，一对离子探针与绝缘螺套间是绝缘填料胶，螺套后的探针露出5mm接A信号线；A信号线连接转换器的输入端，转换器的输出端接B信号线。探测器可与通用多通道数据记录仪组成一完整的探测系统。
本实用新型的优点：可用于测试可燃气体的燃烧与否及其在通道、管道、容器等内燃烧的速度，应用于燃烧、爆炸发生及发展过程的科学实验，进而进行“危险性评估”的科研工作；也可应用于工农业生产过程气体燃烧的安全监测。探测器工作原理清晰、实用、可靠。
附图说明
图1是离子探头的结构示意图。
图2是可燃气体火焰速度探测器的结构示意图。
图3是转换器的结构示意图。
图4-1是转换器前面板示意图。
图4-2是转换器的后面板示意图。
图5是由两个可燃气体火焰速度探测器及通用数据记录仪组成的可燃气体火焰速度探测系统。
图6是火焰速度探测系统与管道的安装示意图。
图中的1是离子探针、2是绝缘填料、3是绝缘螺套、4是信号输入插座、5是单相电源插座、6是熔断丝、7是电源开关、8是二芯插座、 9是转换器、 10是信号记录仪。
具体实施方式
对照附图1、2，探头含一对离子探针1，绝缘填料2，安装螺套3。一对离子探针1嵌装于螺套3内，两者间由绝缘填料胶2绝缘，螺套前一对探针露出5mm、并相对弯曲，针尖间距离1mm；螺套后探针露出5mm，接A两芯信号线； A信号线连接转换器9的输入端，转换器9的输出端接B信号线。
对照附图3、4-1、4、2，转换器，包括高压直流电压源E、三个分压电阻R 1、R 2、R 3，其中高压直流电压源E的一端与离子探针的一端相接，离子探针与第一分压电阻R 1并联；离子探针的另一端与第二分压电阻R 2的一端相接，第二分压电阻R 2的另一端与第三分压电阻R 3的一端相接，第三分压电阻R 3的另一端与高压直流电压源E的地端相接；第二分压电阻R 22与地端输出电压Vo。工作时，转换器是将离子探针通断信号由转换器对其进行处理，对应输出高低电平供后属数据记录仪。
工作流程
可燃气体火焰的探测是利用火焰离子态的导电性，当火焰阵面扫过离子探针，引起离子探中一对离子探针的电信号通断；转换器将离子探针通断信号对应输出高低电平供后属数据记录仪。
可燃气体的燃烧与否及其在通道、管道、容器等内燃烧的速度，在燃烧、爆炸发生及发展过程的科学实验和工业生产过程气体燃烧的安全监测等方面有其重要的应用背景。
实施例
1）对照附图5、6，可燃气体火焰速度探测使用系统由本专利两个可燃气体火焰速度探测器及外配通用数据记录仪组成的。
其中，可燃气体火焰速度探测器包括：探头、转换器及信号线。
探头含一对离子探针1，绝缘填料2，安装螺套3。一对离子探针1嵌装于螺套3内，两者间由绝缘填料胶2绝缘，螺套前一对探针露出5mm、并相对弯曲，针尖间距离1mm；螺套后探针露出5mm，接A两芯信号线； A信号线连接转换器9的输入端，转换器9的输出端接B信号线。
转换器由电路板及机箱、组成。按原理图（图3）购置元器件，制作电路板。将电路板、信号输入插座4、单相电源插座5、熔断丝6、电源开关7；输出插座8组装于机箱内。
信号记录仪10为外配的通用多通道信号记录仪，和可燃气体火焰速度探测器一起构成可燃气体火焰速度探测使用系统。
2）按图进行各部分的连接。
3）主要技术参数：一对离子探针针尖间距离1mm，直流电源180V。
4）使用过程：多路离子探针以已知的距离L分布于被测管道或场所，当火焰阵面扫过探针，引起探针一对离子探针1电信号的通断，经转换器9、数据记录仪10得到两通道高低电平转换的时间间隔，进而获取燃烧火焰的有无和速度。根据已知的距离计算得燃烧火焰的速度。
如L为0.05m，记录仪记录的两通道高低电平转换的时间间隔为0.0005s,得火焰速度为100m/s。
Claims (3)
1.可燃气体火焰速度探测器，其特征是包括：由一对离子探针（1）、绝缘螺套（3）构成的探头、转换器（9）及A、B信号线，其中一对离子探针（1）嵌装于绝缘螺套（3）内，一对离子探针（1）与绝缘螺套（3）间是绝缘填料胶（2），A信号线连接转换器（9）的输入端，转换器（9）的输出端接B信号线。
2.根据权利要求1所述的可燃气体火焰速度探测器，其特征是所述的螺套前一对探针露出5mm、并相对弯曲，针尖间距离1mm；螺套后探针露出5mm，接A两芯信号线。
3.根据权利要求1所述的可燃气体火焰速度探测器，其特征是所述的转换器，包括高压直流电压源（E）、三个分压电阻（R 1、R 2、R 3），其中高压直流电压源（E）的一端与离子探针的一端相接，离子探针与第一分压电阻（R 1）并联；离子探针的另一端与第二分压电阻（R 2）的一端相接，第二分压电阻（R 2）的另一端与第三分压电阻（R 3）的一端相接，第三分压电阻（R 3）的另一端与高压直流电压源(E)的地端相接；第二分压电阻（R 2）与地端输出电压Vo。
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