2009.8

管道內氣體粉塵爆炸壓力火焰試驗中，對測試系統的構組建有很特殊的要求，歸納起來有：傳感器的選擇，與選定傳感器相對應的放大器，高速同步數據采集儀器以及測試系統各部分的安裝連接等，其中傳感器的選擇是最關鍵的。近十年來，我公司參與組建了數十套爆炸壓力測試系統，對系統的構建特別是壓力傳感器的選擇進行了全面系統的研究。已建成的系統代表性的有：煤科院重慶分院的粉塵氣體爆炸壓力火焰測試系統、重慶后勤工程學院供油系的管道內氣體爆炸測試系統、北京理工大學爆炸壓力測試系統、太原中北大學安全工程系的氣體爆炸測試系統、太原山西煤檢中心的粉塵爆炸壓力測試系統、河北科技大學管道內氣體爆炸測試系統等。下面分別介紹

1．壓力傳感器：

爆炸測試中，應該選用高頻壓力傳感器。目前爆炸測試，壓力傳感器一般選用壓電式或壓阻式。我們認為在氣體粉塵爆炸壓力測試中，選用壓阻式壓力傳感器比壓電式傳感器更好。

壓電式壓力傳感器測量的壓力較大，最大可到1000Mpa，目前國內的產品，最小量程為15Mpa，更小量程的傳感器制作很難。因此用國內的壓電式壓力傳感器測量氣體壓力是不合適的，進口傳感器的量程不是特別清楚，但價格太高。

壓電傳感器在測量管道內氣體爆炸壓力時，更大的問題是傳感器對熱敏感，測量由于熱的作用，會產生負信號，下圖為我們用打火機打著時壓電傳感器測到的曲線。

圖中最大負壓約為150Kpa，最大正壓為430Kpa

關于熱作用對壓電傳感器的影響，《科學通報》2007,52(17)有一篇中科院力學所的報告中(一種壓電式壓力傳感器的放防熱方法)有進一步的分析。

以前一般認為，壓電式傳感器的頻率響應很高。實際上，目前壓阻傳感器的頻響可以作得更高。進口壓電壓力傳感器的自振頻率最高的為400KHz—500kHz，國產的在150KHz—200KHz。而國產的壓阻式壓力傳感器自振頻率可以作到800KHz—1MHz。

但壓阻壓力傳感器在制成高頻響時，又必須考慮光對傳感器的影響，目前我們和有關傳感器廠家合作，生產出了防光影響的高頻壓阻式壓力傳感器，并在氣體爆炸壓力測試中，得到了很好的壓力波形。河北科技大學、中北大學的氣體爆炸壓力測試就是用這種傳感器，測量的壓力波形很好。

有必要強調一點，在爆炸瞬態測試中，傳感器出來的信號不一定是需要的測試信號。

2．火焰傳感器

   爆炸過程的火焰，一般通過測試爆炸過程的光來實現。目前常見的火焰傳感器是用光敏電阻作為傳感器，光敏電阻的頻率響應很低，將光信號轉換為開關量，只檢測有無火焰，事實上除了火焰在管道內的傳播規律，檢測點火焰的持續時間也是很重要的參數，我公司為重慶煤科院制作的火焰傳感器，利用光電管的高頻特性，把光電信號作為模擬信號，通過數據采集，能測量火焰的持續時間。下圖為該傳感器+TST6300采集儀器，用照相機閃光燈和打火機測量的曲線。

圖一.打火機著火過程測量曲線

 

圖二.閃光燈測量曲線

從圖中可以看出，打火機著火時，光線持續時間約40毫秒；閃光燈的光線時間35微秒。傳感器的響應時間在10微秒內

順應測量系統的發展趨勢，我公司開發了TST6000系列動態測試分析系統。TST6000系列是將動態信號采集、嵌入式總線、網絡通訊、模擬信號處理及計算機等多種技術融為一體的現代網絡化測試設備，它集信號調理、傳感器供電、數據采集、數據存儲為一體，通過TCP/IP協議與上位機進行通訊。直接聯接應變式傳感器、壓電式傳感器、ICP型傳感器，TST6300可完成速度、加速度、位移、力、壓力、溫度等物理量的信號采集。

采用嵌入式網絡數據采集方式，可避免計算機軟硬件升級帶來的問題，有效的延長儀器的使用時間。

 

爆炸壓力、火焰測試系統框圖如下：本測試系統由傳感器、TST6300高速動態測試儀，上位計算機及相應的連接線組成。壓力傳感器、火焰傳感器、溫度傳感器信號直接接到TST6300測試儀上，測試儀的控制、參數設置、數據傳輸等通過操作上位計算機實現（計算機帶網卡）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖  測試系統框圖

 

  1、通道數： 8CH/臺

2、采樣率：瞬態200K sps/CH，連續采集10K sps/CH，向下多檔可調。

　3、存儲深度：256K樣點/CH（瞬態模式），海量（連續）

　4、觸發方式：內觸發、外觸發、手動觸發

  5、量程：±5mV~±5V多檔可調。其中±5V檔單端輸入，其余檔差分/單端均可。

  6供橋電壓：4V，5V，6V，8V（電流50mA）

　7、綜合誤差：±0.3% F·S

8、耦合方式：直流耦合，接地，交流耦合（隔直）

9、低通濾波器(3dB)：1.5K、2K、5K、10K、20K、50K、100K、直通，程控可調

10、信號輸入接頭：5芯接頭

11、通訊接口：RJ45

12、電源：220V/50Hz帶濾波器（防電網干擾）

13、工作溫度：-10°C —— +50°C

 

1、通訊功能：設定需要使用的采集器個數并與上位機聯通

2、采集參數設定

    1)、采樣率設定

    2)、采樣長度、采樣延時及采樣時長設定

    3)、觸發方式、觸發通道及觸發沿設定，其中觸發方式有：手動觸發、內觸發、外觸發

觸發沿有：上升沿、下降沿。

3、標定

1)、靜態標定：按照GJB770-97規范做系統靜態標定。任意工程單位定標，直接得到工程單位值的時間（如Pa、g、dB 等）曲線。

2）、手動標定：輸入工程單位及對應的K、B值，直接加載到測試數據中。

   3）、零漂采集及恢復零漂

   4)、清除標定

 4、顯示及波形操作

    1)、支持8條或16條波形（通道波形或文件波形，下同）同時顯示

    2)、支持波形展開或壓縮

    3）、支持局部波形的放大或恢復

    4)、支持波形左右移動、及上下拖動

    5)、支持單光標、雙光標操作、幅度平均光標，光標讀數顯示在波形上方

    6)、支持坐標網格

 5、數學處理

      1)、曲線特征值計算

      2)、波形時域處理：波形相加、相減、相乘、積分、微分、相關計算

      3)、波形頻域處理：線性FFT幅度、對數FFT幅度、功率譜、通道FFT相位譜

      4)、波形濾波處理：IIR濾波（包括高通、低通、帶通、帶阻）、FIR濾波（包括高通、低通、帶通、帶阻）平滑濾波

 6、波形存盤、回放、打印功能

      1)、支持存當前窗口拷貝

      2)、支持選擇性存儲：數據存儲起點、存盤長度

3）存儲格式：二進制文件格式、文本文件（可供 word\excele\matlab等應用程序直接調用）、位圖格式（*.Bmp）

      4)、數據文件回放

      5)、支持所見即所得的打印