一种可调超高能扩散点火能量发生装置及控制方法

摘要

本发明涉及一种能量可调的超高能扩散点火发生装置及控制方法，包括储能电容器组、直流稳压电源、充放电保护电路、电压监控模块、点火继电器、微型计算机测控单元，通过两个点火电极直接短路产生瞬间超高能量使金属点火电极接触部位迅速气化并在燃爆测试装置内快速扩散，技术效果是可替代实验室高能化学点火具，可靠引爆可燃气体（蒸气）和可燃粉尘云，安全可靠，性能稳定，操作简便，点火能量范围实现1kJ至10kJ可调。

说明书

技术领域

本发明涉及一种点火能量发生装置，特别涉及一种可调超高能扩散点火能量发生装置及控制方法。

背景技术

可燃气体（蒸气）、可燃粉尘云爆炸性参数测定是化学品鉴定与分类的重要内容，实验室测定通常采用20L的球形不锈钢爆炸罐、1m³的圆柱形爆炸室及管式燃烧器等。目前我国粉尘云爆炸下限浓度、最大爆炸压力和最大压力上升速率测定方法国家标准分别为GB/T16425、GB/T16426，点火源总能量为10kJ的烟火点火具，其点火剂质量为2.4g，由40％的锆粉、30％的硝酸钡和30％的过氧化钡组成。这些化学电火花剂（电雷管）储存及运输过程存在安全隐患，且实验室配置过程存在能量不稳定、重复性差等问题。

欧洲标准粉尘云爆炸最大爆炸压力和最大压力上升速率测定方法标准分别为（EN 14034-1）、（EN 14034-2），标准点火源为2个5kJ的化学点火具，国际ISO标准（ISO /IEC80079-20-2，2016）关于可燃粉尘测定方法中1m³爆炸参数测定装置的点火能为2个5kJ的化学点火具，20L球采用2个1kJ化学点火具。为适应国内外可燃粉尘云爆炸性特征参数测定分析要求，目前急需能量可调的高能点火发生装置，保证测定过程点火能量的稳定性和可靠性，消除化学点火的储运安全风险。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种能量可调的超高能扩散点火发生装置，依据测定燃爆参数要求在1kJ~10kJ宽范围内选择合适的点火能量，保证测定过程点火的稳定性和可靠性。具体技术方案是，一种能量可调的超高能扩散点火发生装置，其特征在于：包括储能电路、点火电路及控制系统，所述的储能电路包括储能电容器组、直流稳压电源、充放电保护电路、电压监控模块；所述的点火电路包括同步触发电路、点火继电器、金属电极、点火电极线、高速气动驱动软管、点火电磁铁、两位三通电磁阀；所述的控制系统包括微型计算机测控单元、液晶显示器、键盘和开关电源，电路连接为，直流稳压电源、充放电保护电路、储能电容器组、电压监控模块依次单向连接，电压监控模块输出端与微型计算机测控单元输入端连接，液晶显示器、键盘和开关电源分别连接微型计算机测控单元，微型计算机测控单元输出端与点火继电器控制端连接，点火继电器输出端连接两位三通电磁阀控制端，储能电容器组正极接一根点火电极线、负极接另一根点火电极线并分别连接金属电极，点火继电器输出端还连接点火电磁铁输入端，点火电磁铁输出端连接一个金属电极。

所述的点火系统点火动作有两种方式，一种采用两位三通电磁阀将高压气体快速充入高速气动点火驱动软管使两个金属电极（10）迅速靠近并短路实现点火，其中两位三通电磁阀的常闭端口接压缩空气、常开端口与大气相通、公共端口连接高速气动点火驱动软管，第二种采用点火继电器驱动点火电磁铁动作使两个金属电极迅速靠近并短路实现点火。

所述的金属电极是由惰性金属材料构成的两个合金电极，一个为平面端面，另一个为尖端，且斜面夹角为30°-120°，点火前两个金属电极中间有0.5mm-1.0mm的缝隙。

由储能电容器组、两个金属电极及点火电极线组成的放电回路无任何限流电阻和电感器件，使点火电流最大，实现静电能量的快速集中释放。

控制步骤如下，一、在测试设备中安装点火装置，分为采用高速气动点火驱动软管驱动点火和采用点火电磁铁驱动方式进行点火两种方式，①、采用高速气动点火驱动软管驱动方式进行点火，将两位三通电磁阀安装于测试设备上，两个金属电极安装于测试设备的点火位置，并有0.5mm-1.0mm的缝隙，使两位三通电磁阀的常闭端口接压缩空气，常开端口与大气相通，公共端口连接高速气动点火驱动软管并固定于两个金属电极处，②采用点火电磁铁驱动方式进行点火，点火电磁铁和两个金属电极安装于测试设备的点火位置处，并有0.5mm-1.0mm的缝隙；二、外部点火信号输入到本发明的同步触发电路的输入端；三、打开电源，自检完成后显示主菜单，高压指示灯微亮，选择启动试验菜单，设定电火花能量，仪器启动充电不显示充电电压和当前储能，储能完毕后进入等待启动信号，同时高压指示灯亮度增加， 四、启动微型计算机测控单元，控制充放电保护电路将直流稳压电源的电能充入储能电容器组，电压监控模块动态监测储能电容器组上的电压，并将该电压值传输到微型计算机测控单元，微型计算机测控单元计算储能电容器组储存的能量，进而可精确控制储存在储能电容器组上的静电能量E，当储能电容器组储存的能量达到设定能量值时，停止充电，微型计算机测控单元进入监测外部点火信号状态；五、微型计算机测控单元驱动点火继电器动作，当外部点火信号经同步触发电路将点火信号同步传输到微型计算机测控单元，微型计算机测控单元同步驱动点火继电器动作，采用高速气动点火驱动软管驱动方式进行点火时，点火继电器驱动两位三通电磁阀动作将高压气体快速充入高速气动点火驱动软管使两个点火电极迅速靠近并短路实现点火，采用点火电磁铁驱动方式进行点火时，点火继电器驱动点火电磁铁动作，将高压气体快速充入高速气动点火驱动软管使两个点火电极迅速靠近并短路实现点火；六、点火完成后，微型计算机测控单元自动控制充放电保护电路对储能电容器组上的残余电量放电，放电完成后设备回到初始上电状态。

本发明的有益效果是，可替代实验室高能化学点火具，可靠引爆可燃气体（蒸气）和可燃粉尘云，安全可靠，性能稳定，操作简便，点火能量范围实现1kJ至10kJ可调。

附图说明

图1是本发明的电路原理方框图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明的技术方案做进一步详细描述。

如图1所示，一种能量可调的超高能扩散点火发生装置，包括储能电路1、点火电路2及控制系统3，所述的储能系统1包括储能电容器组4、直流稳压电源5、充放电保护电路6、电压监控模块7；所述的点火电路2包括同步触发电路8、点火继电器9、金属电极10、点火电极线11、高速气动驱动软管12、点火电磁铁13、两位三通电磁阀18；所述的控制系统3包括微型计算机测控单元14、液晶显示器15、键盘16和开关电源17，电路连接为，直流稳压电源5、充放电保护电路6、储能电容器组4、电压监控模块7依次单向连接，电压监控模块7输出端与微型计算机测控单元14输入端连接，其中，算机测控单元14采用光电隔离控制，对其他控制设备干扰小，且可通过外接控制信息实现与燃爆测试设备的同步动作，液晶显示器15、键盘16和开关电源17分别连接微型计算机测控单元14，微型计算机测控单元14输出端与点火继电器9控制端连接，点火继电器9输出端连接两位三通电磁阀18控制端，储能电容器组4正极接一根点火电极线11、负极接另一根点火电极线11并分别连接金属电极10，点火继电器9输出端还连接点火电磁铁13输入端，点火电磁铁13输出端连接一个金属电极10。

点火电路2，点火动作有两种方式，一种采用两位三通电磁阀18将高压气体快速充入高速气动点火驱动软管12使两个金属电极10迅速靠近并短路实现点火，其中两位三通电磁阀18的常闭端口接压缩空气、常开端口与大气相通、公共端口连接高速气动点火驱动软管12，第二种采用点火继电器9驱动点火电磁铁13动作将高压气体快速充入高速气动点火驱动软管使两个点火电极迅速靠近并短路实现点火。

金属电极10是由惰性金属材料构成的两个合金电极，一个为平面端面，另一个为尖端，且斜面夹角为30°-120°，点火前两个金属电极10中间有0.5mm-1.0mm的缝隙，防止储能电容器组上的电压击穿电极缝隙直接放电，同时，实现快速热引弧，平面端面电极实现与尖端电极的气化部分形成大的接触面积，产生更大的放电电流，实现电极的快速气化，形成快速扩散点火。

由储能电容器组4、两个金属电极10及点火电极线11组成的放电回路无任何限流电阻和电感器件，使点火电流最大，实现静电能量的快速集中释放。

控制步骤如下，

一、在测试设备中安装点火装置，点火装置分为采用高速气动点火驱动软管驱动点火和采用点火电磁铁驱动方式进行点火两种方式，

①采用高速气动点火驱动软管驱动方式进行点火，将两位三通电磁阀18安装于测试设备上，两个金属电极10安装于测试设备的点火位置，并有0.5mm-1.0mm的缝隙，使两位三通电磁阀18的常闭端口接压缩空气，常开端口与大气相通，公共端口连接高速气动点火驱动软管12并固定于两个金属电极10处，

②采用点火电磁铁驱动方式进行点火，点火电磁铁13和两个金属电极10安装于测试设备的点火位置处，并有0.5mm-1.0mm的缝隙；

二、外部点火信号输入到本发明的同步触发电路8的输入端；

三、打开电源，自检完成后显示主菜单，高压指示灯微亮，选择启动试验菜单，设定电火花能量，仪器启动充电不显示充电电压和当前储能，储能完毕后进入等待启动信号，同时高压指示灯亮度增加；

四、启动微型计算机测控单元14，控制充放电保护电路6将直流稳压电源5的电能充入储能电容器组4，电压监控模块7动态监测储能电容器组4上的电压，并将该电压值传输到微型计算机测控单元14，微型计算机测控单元14计算储能电容器组4储存的能量，进而可精确控制储存在储能电容器组上的静电能量E，

计算公式：E=1/2CU²

E:储能电容器组储存的静电能量，单位J

C:储能电容器组组的电容值，单位F

U: 储能电容器组的充电电压值，单位V

当储能电容器组4储存的能量达到设定能量值时，停止充电，微型计算机测控单元14进入监测外部点火信号状态；

五、微型计算机测控单元14驱动点火继电器9动作，当外部点火信号经同步触发电路8将点火信号同步传输到微型计算机测控单元14，微型计算机测控单元14同步驱动点火继电器9动作，采用高速气动点火驱动软管驱动方式进行点火时，点火继电器9驱动两位三通电磁阀18动作将高压气体快速充入高速气动点火驱动软管12使两个点火电极10迅速靠近并短路实现点火，采用点火电磁铁驱动方式进行点火时，点火继电器9驱动点火电磁铁13动作使两个点火电极10迅速靠近并短路实现点火；

六、点火完成后，微型计算机测控单元（14）自动控制充放电保护电路（6）对储能电容器组（4）上的残余电量放电，放电完成后设备回到初始上电状态。