2009.8

管道内气体粉尘爆炸压力火焰试验中，对测试系统的构组建有很特殊的要求，归纳起来有：传感器的选择，与选定传感器相对应的放大器，高速同步数据采集仪器以及测试系统各部分的安装连接等，其中传感器的选择是最关键的。近十年来，我公司参与组建了数十套爆炸压力测试系统，对系统的构建特别是压力传感器的选择进行了全面系统的研究。已建成的系统代表性的有：煤科院重庆分院的粉尘气体爆炸压力火焰测试系统、重庆后勤工程学院供油系的管道内气体爆炸测试系统、北京理工大学爆炸压力测试系统、太原中北大学安全工程系的气体爆炸测试系统、太原山西煤检中心的粉尘爆炸压力测试系统、河北科技大学管道内气体爆炸测试系统等。下面分别介绍

1．压力传感器：

爆炸测试中，应该选用高频压力传感器。目前爆炸测试，压力传感器一般选用压电式或压阻式。我们认为在气体粉尘爆炸压力测试中，选用压阻式压力传感器比压电式传感器更好。

压电式压力传感器测量的压力较大，最大可到1000Mpa，目前国内的产品，最小量程为15Mpa，更小量程的传感器制作很难。因此用国内的压电式压力传感器测量气体压力是不合适的，进口传感器的量程不是特别清楚，但价格太高。

压电传感器在测量管道内气体爆炸压力时，更大的问题是传感器对热敏感，测量由于热的作用，会产生负信号，下图为我们用打火机打着时压电传感器测到的曲线。

图中最大负压约为150Kpa，最大正压为430Kpa

关于热作用对压电传感器的影响，《科学通报》2007,52(17)有一篇中科院力学所的报告中(一种压电式压力传感器的放防热方法)有进一步的分析。

以前一般认为，压电式传感器的频率响应很高。实际上，目前压阻传感器的频响可以作得更高。进口压电压力传感器的自振频率最高的为400KHz—500kHz，国产的在150KHz—200KHz。而国产的压阻式压力传感器自振频率可以作到800KHz—1MHz。

但压阻压力传感器在制成高频响时，又必须考虑光对传感器的影响，目前我们和有关传感器厂家合作，生产出了防光影响的高频压阻式压力传感器，并在气体爆炸压力测试中，得到了很好的压力波形。河北科技大学、中北大学的气体爆炸压力测试就是用这种传感器，测量的压力波形很好。

有必要强调一点，在爆炸瞬态测试中，传感器出来的信号不一定是需要的测试信号。

2．火焰传感器

   爆炸过程的火焰，一般通过测试爆炸过程的光来实现。目前常见的火焰传感器是用光敏电阻作为传感器，光敏电阻的频率响应很低，将光信号转换为开关量，只检测有无火焰，事实上除了火焰在管道内的传播规律，检测点火焰的持续时间也是很重要的参数，我公司为重庆煤科院制作的火焰传感器，利用光电管的高频特性，把光电信号作为模拟信号，通过数据采集，能测量火焰的持续时间。下图为该传感器+TST6300采集仪器，用照相机闪光灯和打火机测量的曲线。

图一.打火机着火过程测量曲线

 

图二.闪光灯测量曲线

从图中可以看出，打火机着火时，光线持续时间约40毫秒；闪光灯的光线时间35微秒。传感器的响应时间在10微秒内

顺应测量系统的发展趋势，我公司开发了TST6000系列动态测试分析系统。TST6000系列是将动态信号采集、嵌入式总线、网络通讯、模拟信号处理及计算机等多种技术融为一体的现代网络化测试设备，它集信号调理、传感器供电、数据采集、数据存储为一体，通过TCP/IP协议与上位机进行通讯。直接联接应变式传感器、压电式传感器、ICP型传感器，TST6300可完成速度、加速度、位移、力、压力、温度等物理量的信号采集。

采用嵌入式网络数据采集方式，可避免计算机软硬件升级带来的问题，有效的延长仪器的使用时间。

 

爆炸压力、火焰测试系统框图如下：本测试系统由传感器、TST6300高速动态测试仪，上位计算机及相应的连接线组成。压力传感器、火焰传感器、温度传感器信号直接接到TST6300测试仪上，测试仪的控制、参数设置、数据传输等通过操作上位计算机实现（计算机带网卡）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图  测试系统框图

 

  1、通道数： 8CH/台

2、采样率：瞬态200K sps/CH，连续采集10K sps/CH，向下多档可调。

　3、存储深度：256K样点/CH（瞬态模式），海量（连续）

　4、触发方式：内触发、外触发、手动触发

  5、量程：±5mV~±5V多档可调。其中±5V档单端输入，其余档差分/单端均可。

  6供桥电压：4V，5V，6V，8V（电流50mA）

　7、综合误差：±0.3% F·S

8、耦合方式：直流耦合，接地，交流耦合（隔直）

9、低通滤波器(3dB)：1.5K、2K、5K、10K、20K、50K、100K、直通，程控可调

10、信号输入接头：5芯接头

11、通讯接口：RJ45

12、电源：220V/50Hz带滤波器（防电网干扰）

13、工作温度：-10°C —— +50°C

 

1、通讯功能：设定需要使用的采集器个数并与上位机联通

2、采集参数设定

    1)、采样率设定

    2)、采样长度、采样延时及采样时长设定

    3)、触发方式、触发通道及触发沿设定，其中触发方式有：手动触发、内触发、外触发

触发沿有：上升沿、下降沿。

3、标定

1)、静态标定：按照GJB770-97规范做系统静态标定。任意工程单位定标，直接得到工程单位值的时间（如Pa、g、dB 等）曲线。

2）、手动标定：输入工程单位及对应的K、B值，直接加载到测试数据中。

   3）、零漂采集及恢复零漂

   4)、清除标定

 4、显示及波形操作

    1)、支持8条或16条波形（通道波形或文件波形，下同）同时显示

    2)、支持波形展开或压缩

    3）、支持局部波形的放大或恢复

    4)、支持波形左右移动、及上下拖动

    5)、支持单光标、双光标操作、幅度平均光标，光标读数显示在波形上方

    6)、支持坐标网格

 5、数学处理

      1)、曲线特征值计算

      2)、波形时域处理：波形相加、相减、相乘、积分、微分、相关计算

      3)、波形频域处理：线性FFT幅度、对数FFT幅度、功率谱、通道FFT相位谱

      4)、波形滤波处理：IIR滤波（包括高通、低通、带通、带阻）、FIR滤波（包括高通、低通、带通、带阻）平滑滤波

 6、波形存盘、回放、打印功能

      1)、支持存当前窗口拷贝

      2)、支持选择性存储：数据存储起点、存盘长度

3）存储格式：二进制文件格式、文本文件（可供 word\excele\matlab等应用程序直接调用）、位图格式（*.Bmp）

      4)、数据文件回放

      5)、支持所见即所得的打印