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粉尘云的最小点火能是重要的爆炸特性参数之一,它对研究粉尘爆炸危险性和防止粉尘的燃烧、爆炸有重要意义。目前,研究粉尘云最小点火能测试可以参考的标准主要有德国工程师协会VDI2263标准、国际电工委员会IEC31标准以及我国的最小点火能测试标准GB/T16428-1996。
通过查阅文献资料,比较了六种粉尘云的最小点火能测试常用的电火花发生系统:三电极辅助火花触发系统,电极移动触发系统,电压增加(涓流充电电路)触发系统,辅助火花触发双电极系统,自然衰减型电容放电火花发生系统和大能量(高压放电低压续弧)电容放电火花发生系统。前四种是电容电感放电,后两种是电容电阻放电,电容电阻放电在调整放电火花的放电时间和放电瞬时功率上比较方便,适合用来分析放电火花随时间和空间分布对最小点火能的影响,这六种电火花点火系统都符合了粉尘云最小能测试的相关标准,适合作为测量最小点火能的点火系统。
同时还总结了放电火花最小点火能测量系统中用来测量放电火花发生系统中电压和电流的仪器和方法。测量电压波形可以使用商用的高压探头,测量电流波形可以采用电阻分流器;记录装置使用USB数据采集器或者数字储存示波器。
研制了1.2 L哈特曼管点火能量测试仪。点火装置采用自然衰减型电容放电电路,通过高压电源对电容充电,施加一个脉冲触发闸流管导通,使得高电压加在电极两端,电火花放电点燃粉尘云。用高速USB数据采集器记录放电波形。通过对放电电极两端的电压和电流进行高速数据采集,采用放电功率对时间积分的方式计算粉尘云爆炸的最小点火能。编写了粉尘云最小点火能测试分析软件,实现了在计算机上进行测试,过程控制,数据采集和点火能量计算。
研制了大能量电容放电火花发生系统,采用高电压放电击穿电压续弧的电路,即先以10KV左右的高压将电极间的间隙击穿再以300V-800V的电压续弧放电,在电路中串联有回路电阻,这种电路对改变放电火花能量随时间和空间分布上也十分方便,研究中通过改变回路电阻和电容的容量和充电电压的组合实现对放电时间和放电强度的改变。在对能量的计算上也采用积分计算能量的方法。
编写了小点火能测试系统分析软件,它以VB-NET 2005程序编写,使用了著名的图形控件ZedGraph绘制图形,实现了采集到的放电电压电流波形的重现,绘制功率曲线间隙电阻曲线和计算点火能量的功能。