CN204188564U - 一种火焰传播速度在线测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种火焰传播速度在线测量仪，其中，待测的定容燃烧弹内设有点火电极正极、点火电极负极、左测量电极和右测量电极；其中，点火电极正极和点火电极负极分别设置在定容燃烧弹的上下壁面，左测量电极和右测量电极分别设置在定容燃烧弹的左右壁面；点火电极负极、左测量电极和右测量电极的外端接地并与测量电路的一端连接，点火电极正极的外端与保护电路的负极相连，保护电路的正极与直流电源的正极相连，直流电源的负极与测量电路的另一端连接。本实用新型结构简单、价格低廉、体积小、测定迅速、响应快、准确率高，可实现高温高压下连续检测，可推广用于发动机、锅炉等燃烧室内的碳氢类火焰传播速度测量。
Description
技术领域
本实用新型属于定容燃烧弹工作过程燃烧参数测量领域，具体涉及一种火焰传播速度在线测量仪。
背景技术
近年来汽车保有量的急剧增长使我国面临严峻的能源短缺问题，此外排放法规也日益严格，寻找清洁高效的发动机替代燃料并对它们的燃烧特性进行研究成为我国汽车工业研究者非常关注的课题。层流火焰传播速度是评价燃料燃烧特性的重要指标之一，它可以在理论上预测气缸内燃烧过程的好坏及燃烧排放物的生成，具有重要的理论和工程应用价值。目前测量火焰传播速度的方法都是利用高速摄影技术，基于球形火焰扩散理论，通过记录定容燃烧弹中球形膨胀火焰的半径变化而得到。这种“光学法”对实验设备要求高，计算工作量也相当大，并且很难直接应用到燃烧的在线检测；当替代燃料种类繁多时这种方法工作量巨大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种火焰传播速度在线测量仪。
为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案予以实现：
一种火焰传播速度在线测量仪，待测的定容燃烧弹内设有点火电极正极、点火电极负极、左测量电极和右测量电极；其中，点火电极正极和点火电极负极分别设置在定容燃烧弹的上下壁面，左测量电极和右测量电极分别设置在定容燃烧弹的左右壁面；点火电极负极、左测量电极和右测量电极的外端接地并与测量电路的一端连接，点火电极正极的外端与保护电路的负极相连，保护电路的正极与直流电源的正极相连，直流电源的负极与测量电路的另一端连接。
本实用新型进一步的改进在于：点火电极正极与点火电极负极之间的间隙在0.7mm-1.5mm之间。
本实用新型进一步的改进在于：点火电极正极与点火电极负极均为电火花点火电极。
本实用新型进一步的改进在于：左测量电极和右测量电极均为柱状电极。
本实用新型进一步的改进在于：左测量电极和右测量电极分别水平安装在定容燃烧弹的左右壁面，外端分别接地，内端距离定容燃烧弹的中心距离分别记为L1、L2，其中，L1大于5mm，L2小于45mm，且15mm<L2-L1<25mm。
本实用新型进一步的改进在于：保护电路为高压硅堆，其中，点火电极正极与高压硅堆的负极相连接，高压硅堆的正极与直流电源的正极相连接，直流电源的负极与测量电路相连接。
本实用新型进一步的改进在于：直流电源为电池或蓄电池，其额定工作电压为100～500V。
本实用新型进一步的改进在于：测量电路由并联的电阻和电容组成，其中，电阻和电容并联后的一端与点火电极负极、左测量电极和右测量电极的外端相连，电阻和电容并联后的另一端与直流电源的负极相连。
本实用新型进一步的改进在于：还包括控制电极点火的装置，其包括点火控制器、初级线圈和次级线圈；其中，点火控制器与初级线圈相连，点火线圈次级的正极与点火电极正极的外端和保护电路的负极相连接，点火线圈次级的负极与点火电极负极的外端相连接。
与现有技术相比，本实用新型用于定容燃烧弹中，利用安装在定容燃烧弹中的一对测量电极，运用离子电流法，通过离子电流信号特征值检测火焰接触测量电极的时刻，最后应用简单的公式计算出火焰传播速度。通过上述方式实现火焰传播速度的无附加设备测量，发展一种使用可靠、成本低廉、测定迅速、响应时间快和连续检测的在线测量传感器，为研究燃料燃烧特性提供一种新型的测量系统。
当待测的定容燃烧弹工作时，在点火电极上加一适当的直流电压，使电极两端产生一定的电势差，当燃气燃烧时，燃气与氧气发生作用，生成CHO+、C3H3 +、C2H2 +、CH3 +、CH3O+、CH3H3 +、NO+、e-等大量离子和电子，这些燃气离子和电子通过容弹内电极在测量回路中产生离子电流。容弹点火成功后，火焰稳定传播，火焰前锋面接触到左右测量电极的时刻(分别记为t1、t2)，离子电流都会出现的一个明显的上升信号。因为火焰传播速度基本不变，所以可以根据离子电流特征值测量出火焰在这段时间的平均传播速度
附图说明
图1为本实用新型一种火焰传播速度在线测量仪的结构示意图；
图2为本实用新型的实施例示意图。
其中：1为定容燃烧弹；2为点火电极正极；3为点火电极负极；4为左测量电极；5为右测量电极；6为保护电路；7为直流电源；8为测量电路；9为点火控制器；D为高压硅堆；E为蓄电池；C为电容；R1为电阻；R2为点火线圈初级；R3为点火线圈次级。
图3为采用本实用新型实测的离子电流和压力图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
在附图1中，本实用新型一种火焰传播速度在线测量仪，待测的定容燃烧弹1内设有点火电极正极2、点火电极负极3、左测量电极4和右测量电极5，其中，点火电极正极2和点火电极负极3分别设置在定容燃烧弹1的上下壁面，左测量电极4和右测量电极5分别设置在定容燃烧弹1的左右壁面；点火电极负极3、左测量电极4和右测量电极5的外端接地并与测量电路8的一端连接，点火电极正极2的外端与保护电路6的负极相连，保护电路6的正极与直流电源7的正极相连，直流电源7的负极与测量电路8的另一端连接。当燃气燃烧时，在火焰前锋面产生大量离子，通过保护电路6和直流电源7，可使点火电极正极2与点火电极负极3、左侧量电极4、右测量电极5之间的离子定向运动从而形成离子电流，通过测量电路8即可得到与燃烧状态相应的离子电流。
在附图2中，定容燃烧弹1内设有点火电极正极2、点火电极负极3和左测量电极4、右测量电极5，保护电路6为高压硅堆D，保护电路6的负极与点火电极正极2的外端相连，直流电源7正极与保护电路6的正极相连接。测量电路8由并联的电阻R1和电容C组成，其中，电阻R1和电容C并联后的一端与点火电极负极3、左测量电极4和右测量电极5的外端相连，电阻R1和电容C并联后的另一端与直流电源7的负极相连，通过电阻R1两端输出离子电流测量信号。控制电极点火的装置由点火控制器9、初级线圈R2和次级线圈R3组成；其中，点火控制器9与初级线圈R2相连，点火线圈次级R3的正极与点火电极正极2的外端和保护电路6的负极相连接，点火线圈次级R3的负极与点火电极负极3的外端相连接。点火控制器9控制点火系统点火，并通过初级线圈R2和次级线圈R3升压，使点火电极正极2和点火电极负极3之间产生高压击穿电极间的介质产生电火花，点燃混合气，燃气燃烧并产生大量正负离子和电子。直流电源7通过高压硅堆D加载在定容燃烧弹1内正负电极之间，使离子和电子定向移动并产生离子电流，而高压硅堆D与点火电极正极2和直流电源7之间的连接方式同时又阻断点火高压电进入测量电路8。离子接触左测量电极4和右测量电极5会引起离子电流参数的变化，并通过测量电阻R1转换为电压的变化输出。另外，为了确保电极适应高温的工作环境，定容燃烧弹1内电极均由耐高温合金材料制成，如镍锰等耐热合金材料。点火电极正极2与点火电极负极3之间的间隙在0.7mm-1.5mm之间。左测量电极4和右测量电极5分别水平安装在定容燃烧弹1的左右壁面，外端分别接地，内端距离定容燃烧弹1的中心距离分别记为L1、L2，其中，L1大于5mm，L2小于45mm，且15mm<L2-L1<25mm。
为了防止高压点火脉冲对测量电路8和采集信号等的干扰，所设置信号保护电路高压硅堆D的接法适用于以下原则：点火线圈次级R3的正极与点火电极正极2的外端相连接，高压硅堆D的负极与点火电极正极2的外端相连，高压硅堆D的正极与直流电源7的正极相连，直流电源7的负极与测量电路8相连。
输出的信号可通过一般信号处理技术进行检测和处理，例如采用高速数据采集系统、计算机、数字示波器等。
在附图3中，“a”为离子接触到左测量电极4产生的上升信号，可提取火焰接触到左侧量电极4的时刻t1；“b”为离子接触到右测量电极5产生的上升信号，可提取火焰接触到右测量电极5的时刻t2。则可根据公式计算出火焰传播速度其中，L1为左测量电极4内端距定容燃烧弹1中心距离，L2为右测量电极5内端距定容燃烧弹1中心距离。
本实用新型用于定容燃烧弹，也可以推广用于发动机、锅炉等燃烧室内的火焰传播速度测量，实现碳氢类燃烧过程中火焰传播速度的测量，可发展成为一种具有学术意义和实用价值的燃烧检测及测控系统，为电控领域提供新思路。
Claims (9)
1.一种火焰传播速度在线测量仪，其特征在于：待测的定容燃烧弹(1)内设有点火电极正极(2)、点火电极负极(3)、左测量电极(4)和右测量电极(5)；其中，点火电极正极(2)和点火电极负极(3)分别设置在定容燃烧弹(1)的上下壁面，左测量电极(4)和右测量电极(5)分别设置在定容燃烧弹(1)的左右壁面；点火电极负极(3)、左测量电极(4)和右测量电极(5)的外端接地并与测量电路(8)的一端连接，点火电极正极(2)的外端与保护电路(6)的负极相连，保护电路(6)的正极与直流电源(7)的正极相连，直流电源(7)的负极与测量电路(8)的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种火焰传播速度在线测量仪，其特征在于：点火电极正极(2)与点火电极负极(3)之间的间隙在0.7mm-1.5mm之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种火焰传播速度在线测量仪，其特征在于：点火电极正极(2)与点火电极负极(3)均为电火花点火电极。
4.根据权利要求1所述的一种火焰传播速度在线测量仪，其特征在于：左测量电极(4)和右测量电极(5)均为柱状电极。
5.根据权利要求1或4所述的一种火焰传播速度在线测量仪，其特征在于：左测量电极(4)和右测量电极(5)分别水平安装在定容燃烧弹(1)的左右壁面，外端分别接地，内端距离定容燃烧弹(1)的中心距离分别记为L1、L2，其中，L1大于5mm，L2小于45mm，且15mm<L2-L1<25mm。
6.根据权利要求1所述的一种火焰传播速度在线测量仪，其特征在于：保护电路(6)为高压硅堆(D)，其中，点火电极正极(2)与高压硅堆(D)的负极相连接，高压硅堆(D)的正极与直流电源(7)的正极相连接，直流电源(7)的负极与测量电路(8)相连接。
7.根据权利要求1所述的一种火焰传播速度在线测量仪，其特征在于：直流电源(7)为电池或蓄电池，其额定工作电压为100～500V。
8.根据权利要求1所述的一种火焰传播速度在线测量仪，其特征在于：测量电路(8)由并联的电阻(R1)和电容(C)组成，其中，电阻(R1)和电容(C)并联后的一端与点火电极负极(3)、左测量电极(4)和右测量电极(5)的外端相连，电阻(R1)和电容(C)并联后的另一端与直流电源(7)的负极相连。
9.根据权利要求1所述的一种火焰传播速度在线测量仪，其特征在于：还包括控制电极点火的装置，其包括点火控制器(9)、初级线圈(R2)和次级线圈(R3)；其中，点火控制器(9)与初级线圈(R2)相连，点火线圈次级(R3)的正极与点火电极正极(2)的外端和保护电路(6)的负极相连接，点火线圈次级(R3)的负极与点火电极负极(3)的外端相连接。
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