阅读说明：本技术 一种气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置 (Minimum ignition energy and quenching distance testing device for gas mixture ) 是由 钟圣俊 苗楠 蒋关宇 林卫波 王娜娜 吕超 王健 钟明君 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及气体爆炸性能测试技术领域,提供一种气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置。本发明的装置包括控制箱、球形反应容器、支撑架、电火花发生系统、配气系统；球形反应容器包括球形反应部分和底座；电火花发生系统包括在过球心竖直截面两侧对称设置的两组电火花发生组件,电火花发生组件包括金属电极、螺帽、调整螺栓、绝缘端头、电极接头、电极套、绝缘法兰；配气系统包括真空泵、压力传感器、温度传感器、气体截断阀；控制箱包括高压电源、继电器、电容器组,高压电源通过继电器与电容器组电连接,电容器组的正极、负极分别与两个电极杆连接。本发明能够在一个装置中测试气体最小点火能及淬熄距离,且提高测试精确度。(The invention relates to the technical field of gas explosion performance testing, and provides a device for testing minimum ignition energy and quenching distance of a gas mixture. The device comprises a control box, a spherical reaction container, a support frame, an electric spark generation system and a gas distribution system; the spherical reaction vessel comprises a spherical reaction part and a base; the electric spark generation system comprises two groups of electric spark generation assemblies which are symmetrically arranged on two sides of a vertical section passing through a spherical center, wherein each electric spark generation assembly comprises a metal electrode, a screw cap, an adjusting bolt, an insulating end, an electrode joint, an electrode sleeve and an insulating flange; the gas distribution system comprises a vacuum pump, a pressure sensor, a temperature sensor and a gas block valve; the control box comprises a high-voltage power supply, a relay and a capacitor bank, wherein the high-voltage power supply is electrically connected with the capacitor bank through the relay, and the anode and the cathode of the capacitor bank are respectively connected with the two electrode rods. The invention can test the minimum ignition energy and quenching distance of gas in one device and improve the test accuracy.)

一种气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置

技术领域

本发明涉及气体***性能测试技术领域，特别是涉及一种气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置。

背景技术

气体最小点燃能MIE是气体最易被点燃条件下，可使气体火焰传播爆燃)自持的最小能量。气体最小点燃能是确定该气体所在区域防爆方法的重要依据。当最小点燃能量非常低时，应采取特殊的防爆措施。

对于释放能量很小的撞击摩擦火花、静电火花，其能量是否大于最小点火能量，是判定其能否作为火源引发火灾***事故的重要条件。

但是，淬熄距离的应用需要谨慎，因为其主要适用于点燃阶段且仅代表初始压力下的淬熄距离，与较高压力下的淬熄距离不同。在考虑所有与材料应用有关的因素进行火灾风险评估的时候，其结果可以作为火灾风险评估的因素之一。

现有技术中，金属电极的对中多采用人为对中，误差较高，从而测试精确度不够高。而且还没有在一个装置中测试气体最小点火能及淬熄距离的技术。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置，能够在一个装置中测试气体最小点火能及淬熄距离，且提高测试精确度。

本发明的技术方案为：

一种气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置，其特征在于：包括控制箱、球形反应容器、支撑架、电火花发生系统、配气系统；

所述球形反应容器的内腔为球形，所述球形反应容器包括球形反应部分和底座；

所述球形反应部分在下部被第一水平面切割后从外侧壁底部向外延伸出安装边并形成球形反应部分的内腔，所述球形反应部分在过球心竖直截面两侧对称开设有轴线过球心的两个第一圆形通孔；

所述底座为阶梯轴形式，所述底座的上轴段的直径大于底座的下轴段的直径；所述底座的上轴段在上端开设有与球形反应部分的内腔共球心的第一球形凹槽，所述第一球形凹槽与球形反应部分的内腔共同构成球形反应容器的内腔，所述底座的上轴段通过多个第一螺栓与所述安装边连接；所述底座的上轴段在侧壁开设有第一圆形凹槽，所述第一圆形凹槽在槽底开设有第二圆形通孔，所述第一圆形凹槽在内壁开设有内螺纹；所述底座的下轴段在下端开设有第二圆形凹槽，所述第二圆形凹槽在槽底开设有第三圆形凹槽、第四圆形凹槽，所述第三圆形凹槽在槽底开设有第三圆形通孔，所述第四圆形凹槽在槽底开设有第四圆形通孔，所述第四圆形通孔在内壁开设有内螺纹；

所述支撑架设置在所述控制箱的上表面，所述支撑架的上端通过多个第二螺栓与底座的下轴段连接；

所述电火花发生系统包括在过球心竖直截面两侧对称设置的两组电火花发生组件；所述电火花发生组件包括金属电极、螺帽、调整螺栓、绝缘端头、电极接头、电极套、绝缘法兰，所述金属电极包括电极杆、电极尖端；

所述电极接头为圆柱形，所述电极接头在一端焊接在第一圆形通孔内部、在另一端端面开设有第五圆形凹槽，所述第五圆形凹槽在槽底开设有第五圆形通孔；

所述绝缘端头为阶梯轴形式且从里到外依次包括第一轴段、第二轴段、第三轴段、第四轴段，所述第一轴段为圆台形，所述第三轴段的直径大于第二轴段及第四轴段的直径；所述绝缘端头在外端端面开设有第六圆形凹槽，所述第六圆形凹槽在内壁开设有内螺纹，所述第六圆形凹槽在槽底开设有第六圆形通孔，所述第一轴段穿过第五圆形通孔，所述第三轴段的靠近第二轴段的端面抵靠在第五圆形凹槽的槽底；

所述电极套为阶梯轴形式且从里到外依次包括第五轴段、第六轴段，所述第六轴段的直径大于第五轴段的直径，所述电极套上开设有与电极套共轴的第七圆形通孔；所述电极套套在第四轴段上，所述第五轴段的端面抵靠在所述第三轴段的远离第二轴段的端面上，所述第六轴段与电极接头通过多个第一螺钉连接；

所述调整螺栓的头部开设有第七圆形凹槽，所述第七圆形凹槽在槽底开设有第八圆形通孔，所述调整螺栓的尾部旋入所述第六圆形凹槽内；

所述电极杆为阶梯轴形式且从里到外依次包括第七轴段、第八轴段、第九轴段，所述第八轴段的直径大于第七轴段及第九轴段的直径；所述第七轴段依次穿过第八圆形通孔、第六圆形通孔后伸入所述球形反应容器的内腔，所述第七轴段的靠近球心的一端开设有螺纹孔，所述第八轴段的靠近第七轴段的端面抵靠在所述第七圆形凹槽的槽底；

所述电极尖端为阶梯轴形式且从里到外依次包括第十轴段、第十一轴段、第十二轴段，所述第十一轴段的直径大于第十轴段及第十二轴段的直径，所述第十二轴段的侧壁开设有外螺纹，所述第十二轴段与所述第七轴段螺纹连接，所述第十轴段穿出所述绝缘法兰的中部通孔且与所述绝缘法兰固定连接；

所述螺帽在中部开设有第九圆形通孔，所述螺帽套住所述第九轴段后旋入所述第七圆形凹槽内；

所述配气系统包括真空泵、压力传感器、温度传感器、气体截断阀；所述真空泵的输出端连接有软管，所述软管通过螺纹接头与所述第一圆形凹槽螺纹连接，所述气体截断阀安装在所述第二圆形通孔内，所述压力传感器的感应接头与所述第四圆形通孔螺纹连接，所述温度传感器设置在所述球形反应容器的内腔里；

所述控制箱包括高压电源、继电器、电容器组，所述高压电源通过继电器与所述电容器组电连接，所述电容器组的正极、负极分别与两个电极杆的第九轴段连接；所述压力传感器、温度传感器的输出端均与所述控制箱的输入端电连接，所述真空泵、气体截断阀均与所述控制箱的输出端电连接。

进一步的，所述第一圆形凹槽、第二圆形通孔共轴且轴线均为水平轴线，所述球形反应部分的内腔的球心到所述第二圆形通孔的轴线的距离大于90％R，R为所述球形反应部分的内腔的半径。

进一步的，所述球形反应部分在顶部开设有第十圆形通孔且在顶部设置有观察组件，所述观察组件包括观察视窗、视窗接头、视镜盖；

所述观察视窗为圆饼形且为玻璃材质；

所述视窗接头为圆柱形，所述视窗接头在一端焊接在第十圆形通孔内部、在另一端端面开设有第八圆形凹槽，所述第八圆形凹槽在槽底开设有第十一圆形通孔；

所述视镜盖为圆柱形，所述视镜盖在上端开设有第十二圆形通孔、在下端开设有直径大于观察视窗直径且大于第十二圆形通孔直径的第九圆形凹槽，所述视镜盖与视窗接头通过多个第二螺钉连接；

所述观察视窗设置在所述第八圆形凹槽内，所述观察视窗的下端面与所述第八圆形凹槽之间设置有第一硅胶垫，所述观察视窗的上端面与所述第九圆形凹槽之间设置有第二硅胶垫。

进一步的，所述支撑架为工字型。

进一步的，两个所述金属电极之间的电阻大于10¹²Ω。

进一步的，所述球形反应容器的容积为1L，所述球形反应容器的材质为不锈钢，所述绝缘端头的材质为聚四氟乙烯。

进一步的，所述第十轴段与所述绝缘法兰之间通过环氧乙烯树脂固定连接。

本发明的有益效果为：

本发明能够在一个装置中实现对可燃性气体、蒸气或可燃性气体-空气混合物的最小点火能及淬熄距离的测试。本发明的电火花发生系统中两个相对的金属电极的间隙可调，能够实现金属电极的可靠对中，减少人为对中的误差，提高测试精度。本发明的装置对淬熄距离的测试结果具有重复性，误差小于千分之一。本发明通过在球形反应容器的顶部设置观察组件，能够对反应容器内部的测试过程进行全程观察。

附图说明

图1为

具体实施方式

中本发明的气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置的主视图；

图2为具体实施方式中本发明的气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置中球形反应容器的竖直剖视图；

图3为具体实施方式中本发明的气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置中控制箱的结构示意图。

图中，1—控制箱；2—球形反应容器；3—支撑架；4—电火花发生系统，4-1—电极杆，4-2—电极尖端，4-3—螺帽，4-4—调整螺栓，4-5—绝缘端头，4-6—电极接头，4-7—电极套，4-8—绝缘法兰；5—观察组件，5-1—观察视窗，5-2—视窗接头，5-3—视镜盖，5-4—第一硅胶垫，5-5—第二硅胶垫；6—球形反应部分，6-1—安装边，6-2—球形反应部分的内腔，6-3—第一圆形通孔；7—底座，7-1—第一球形凹槽，7-2—第一圆形凹槽，7-3—第二圆形通孔，7-4—第二圆形凹槽，7-5—第三圆形凹槽，7-6—第四圆形凹槽，7-7—第三圆形通孔，7-8—第四圆形通孔；8—第一螺栓；9—第二螺栓；10—第一螺钉；11—第二螺钉。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明的气体混合物最小点火能及淬熄距离测试装置，包括控制箱1、球形反应容器2、支撑架3、电火花发生系统4、配气系统。

所述球形反应容器2的内腔为球形，所述球形反应容器2包括球形反应部分6和底座7。球形反应容器2的容积为1L，球形反应容器2的材质为不锈钢。

如图2所示，所述球形反应部分6在下部被第一水平面切割后从外侧壁底部向外延伸出安装边6-1并形成球形反应部分的内腔6-2，所述球形反应部分6在过球心竖直截面两侧对称开设有轴线过球心的两个第一圆形通孔6-3。

所述底座7为阶梯轴形式，所述底座7的上轴段的直径大于底座7的下轴段的直径；所述底座7的上轴段在上端开设有与球形反应部分的内腔6-2共球心的第一球形凹槽7-1，所述第一球形凹槽7-1与球形反应部分的内腔6-2共同构成球形反应容器2的内腔，所述底座7的上轴段通过多个第一螺栓8与所述安装边6-1连接；所述底座7的上轴段在侧壁开设有第一圆形凹槽7-2，所述第一圆形凹槽7-2在槽底开设有第二圆形通孔7-3，所述第一圆形凹槽7-2在内壁开设有内螺纹；所述底座7的下轴段在下端开设有第二圆形凹槽7-4，所述第二圆形凹槽7-4在槽底开设有第三圆形凹槽7-5、第四圆形凹槽7-6，所述第三圆形凹槽7-5在槽底开设有第三圆形通孔7-7，所述第四圆形凹槽7-6在槽底开设有第四圆形通孔7-8，所述第四圆形通孔7-8在内壁开设有内螺纹。

本实施例中，所述第一圆形凹槽7-2、第二圆形通孔7-3共轴且轴线均为水平轴线，所述球形反应部分的内腔6-2的球心到所述第二圆形通孔7-3的轴线的距离大于90％R，使得进气方向近似与容器壁相切，气体进入容器后可形成湍流漩涡，促进气体混合。其中，R为所述球形反应部分的内腔6-2的半径。

所述支撑架3设置在所述控制箱1的上表面，所述支撑架3的上端通过多个第二螺栓9与底座7的下轴段连接。本实施例中，所述支撑架3为工字型。

所述电火花发生系统4包括在过球心竖直截面两侧对称设置的两组电火花发生组件；所述电火花发生组件包括金属电极、螺帽4-3、调整螺栓4-4、绝缘端头4-5、电极接头4-6、电极套4-7、绝缘法兰4-8，所述金属电极包括电极杆4-1、电极尖端4-2。

本实施例中，两个所述金属电极之间的电阻大于10¹²Ω。

所述电极接头4-6为圆柱形，所述电极接头4-6在一端焊接在第一圆形通孔6-3内部、在另一端端面开设有第五圆形凹槽，所述第五圆形凹槽在槽底开设有第五圆形通孔；

所述绝缘端头4-5为阶梯轴形式且从里到外依次包括第一轴段、第二轴段、第三轴段、第四轴段，所述第一轴段为圆台形，所述第三轴段的直径大于第二轴段及第四轴段的直径；所述绝缘端头4-5在外端端面开设有第六圆形凹槽，所述第六圆形凹槽在内壁开设有内螺纹，所述第六圆形凹槽在槽底开设有第六圆形通孔，所述第一轴段穿过第五圆形通孔，所述第三轴段的靠近第二轴段的端面抵靠在第五圆形凹槽的槽底；绝缘端头4-5的材质为聚四氟乙烯；

所述电极套4-7为阶梯轴形式且从里到外依次包括第五轴段、第六轴段，所述第六轴段的直径大于第五轴段的直径，所述电极套4-7上开设有与电极套4-7共轴的第七圆形通孔；所述电极套4-7套在第四轴段上，所述第五轴段的端面抵靠在所述第三轴段的远离第二轴段的端面上，所述第六轴段与电极接头4-6通过多个第一螺钉10连接；

所述调整螺栓4-4的头部开设有第七圆形凹槽，所述第七圆形凹槽在槽底开设有第八圆形通孔，所述调整螺栓4-4的尾部旋入所述第六圆形凹槽内；

所述电极杆4-1为阶梯轴形式且从里到外依次包括第七轴段、第八轴段、第九轴段，所述第八轴段的直径大于第七轴段及第九轴段的直径；所述第七轴段依次穿过第八圆形通孔、第六圆形通孔后伸入所述球形反应容器2的内腔，所述第七轴段的靠近球心的一端开设有螺纹孔，所述第八轴段的靠近第七轴段的端面抵靠在所述第七圆形凹槽的槽底；

所述电极尖端4-2为阶梯轴形式且从里到外依次包括第十轴段、第十一轴段、第十二轴段，所述第十一轴段的直径大于第十轴段及第十二轴段的直径，所述第十二轴段的侧壁开设有外螺纹，所述第十二轴段与所述第七轴段螺纹连接，所述第十轴段穿出所述绝缘法兰4-8的中部通孔且与所述绝缘法兰4-8通过环氧乙烯树脂固定连接；

所述螺帽4-3在中部开设有第九圆形通孔，所述螺帽4-2套住所述第九轴段后旋入所述第七圆形凹槽内。

所述配气系统包括真空泵、压力传感器、温度传感器、气体截断阀；所述真空泵的输出端连接有软管，所述软管通过螺纹接头与所述第一圆形凹槽7-2螺纹连接，所述气体截断阀安装在所述第二圆形通孔7-3内，所述压力传感器的感应接头与所述第四圆形通孔7-8螺纹连接，所述温度传感器设置在所述球形反应容器2的内腔里。恒定容积条件下，温度变化会影响气体的压强，从而影响气体的点火能和淬熄距离，使用温度传感器来测量温度，以表征实验条件。

如图3所示，所述控制箱1包括高压电源、继电器、电容器组，所述高压电源通过继电器与所述电容器组电连接，所述电容器组的正极、负极分别与两个电极杆4-1的第九轴段连接；所述压力传感器、温度传感器的输出端均与所述控制箱1的输入端电连接，所述真空泵、气体截断阀均与所述控制箱1的输出端电连接。其中，继电器为陶瓷真空继电器，电容器为聚氯乙烯薄膜电容器。控制箱1还包括PLC、触摸屏、按钮、空气开关、压阻传感器、开关电源。通过高压电源给电容器组充电，然后高压电源断开，电容器正负极直接连接放电电极，高压击穿空气，产生电火花，电容器组的能量通过电火花释放。高压电源的连通与断开通过图3中的陶瓷真空继电器J1控制。

本实施例中，所述球形反应部分6在顶部开设有第十圆形通孔且在顶部设置有观察组件5，所述观察组件5包括观察视窗5-1、视窗接头5-2、视镜盖5-3；

所述观察视窗5-1为圆饼形且为玻璃材质；

所述视窗接头5-2为圆柱形，所述视窗接头5-2在一端焊接在第十圆形通孔内部、在另一端端面开设有第八圆形凹槽，所述第八圆形凹槽在槽底开设有第十一圆形通孔；

所述视镜盖5-3为圆柱形，所述视镜盖5-3在上端开设有第十二圆形通孔、在下端开设有直径大于观察视窗5-1直径且大于第十二圆形通孔直径的第九圆形凹槽，所述视镜盖5-3与视窗接头5-2通过多个第二螺钉11连接；

所述观察视窗5-1设置在所述第八圆形凹槽内，所述观察视窗5-1的下端面与所述第八圆形凹槽之间设置有第一硅胶垫5-4，所述观察视窗5-1的上端面与所述第九圆形凹槽之间设置有第二硅胶垫5-5。其中，硅胶垫的设置使得玻璃材质的观察视窗5-1的上、下端面不会直接与视镜盖5-3、视窗接头5-2接触而产生磨损。

操作人员透过观察视窗5-1能够对反应容器内部的测试过程进行全程观察。

下面结合附图说明本发明的使用原理：

如非首次操作、测试，需要将球形反应容器上半部分取下清理，保证反应容器内部清洁度，然后将球形反应容器盖好密封。设置反应容器内电极的预设距离，确定实验所需电容储能(电容储能与待测气体的最小点火能有关)，并根据预设能量和电容计算匹配的电压值。

其中，电容储能E＝0.5CU²。C为电容值，U为电压。测定最小点火能的时候，电极间距要保证能够放电，产生电火花；因为能量很小，电极间距降低后电极无法击穿空气，不能产生电火花。测定淬熄距离的时候，用的能量很大，大于最小点火能，保证能够点燃，然后逐步减小电极间距，到一定程度后，由于间距太小，导致火焰无法传播，这个时候的电极间距就是淬熄距离。

通过控制箱1控制气体截断阀打开，控制真空泵将球形反应容器2的内腔抽真空，再控制真空泵将待测气体依次经第一圆形凹槽7-2、第二圆形通孔7-3充入球形反应容器2的内腔，压力传感器对球形反应容器2的内腔的气压进行测量并将压力数据传输给控制箱1，当球形反应容器2的内腔的气压达到预设分压时停止充入待测气体，控制真空泵将空气充入球形反应容器2的内腔，当球形反应容器2的内腔的气压稍高于预设分压时关闭气体截断阀。由于进气方向近似与容器壁相切，气体进入容器后形成湍流漩涡，促进气体混合。

同时转动两个调整螺栓4-4直至两个电极尖端4-2的间隙达到预设距离。闭合继电器，通过高压电源为电容器组充电，当电容器组的电容储能达到实验所需电容储能时断开继电器，电容器组放电。

当待测气体的成分及最小点火能已知时，执行以下步骤：

逐渐增加电压，若在两个电极尖端4-2的间隙间产生电火花，则记录临界电压值并立即减小外加电压，根据临界电压值计算最小点火能；若未观察到引燃现象，则重复该步骤五次。若待测气体依然不能被点燃，参照下列情况进行试验：

若临界电压值与预设电压值一致，则逐步增加电容储能或电极间隙，重复试验，直至待测气体被引燃；

若临界电压值与预设电压值不一致，则排尽球形反应容器2内的气体，检查金属电极之间的距离，移除两个绝缘法兰4-8，重新开始试验。

当待测气体的成分及最小点火能未知时，执行以下步骤：

预设距离为本发明的装置所能允许的最大电极间距，实验所需电容储能为最大储能。

设定好电容储能后，参照测定已知成分及最小点火能的待测气体的方法逐渐减小电极间隙进行引燃试验，直至逐渐接近待测气体的淬熄距离。在电极间隙大于点燃淬熄距离时，点燃较容易发生；但电极间隙接近或等于淬熄距离时，点燃现象迅速消失。调节电极间隙使之略大于淬熄距离，逐步减小电容储能进行点燃试验，直到待测气体不能被电火花引燃，得到待测气体的最小点火能。

显然，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围内。