一种极针可伸缩的离子式火焰测速装置及其测速方法
阅读说明：本技术 一种极针可伸缩的离子式火焰测速装置及其测速方法 (Ion type flame speed measuring device with telescopic pole needle and speed measuring method thereof ) 是由 李贝贝 郑金磊 赵江坤 刘秀梅 李伟 刘利利 舒远 刘威威 魏令行 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种极针可伸缩的离子式火焰测速装置及其测速方法,包括数据处理器、高速通讯模块、离子式火焰传感器、实验管道,能够实现传感器极针长度的改变,进而实现一个传感器对不同直径的管道的火焰传播信号的测量,通过设计的数据采集电路,通过改变采集电路中电阻值的大小可以改变传感器的量程,提高数据采集装置的通用性,通过金属瓦片使采集电路与极针相连,能够提高采集电路的灵敏度,所述传感器前端采用螺纹连接,便于传感器的安装,通过多个离子式火焰传感器组合测试,采用求导、双位置多传感器协同方式计算火焰锋面到达时刻,火焰速度计算精度更高。(The invention discloses an ion type flame speed measuring device with a telescopic pole needle and a speed measuring method thereof, which comprise a data processor, a high-speed communication module, an ion type flame sensor and an experimental pipeline, can realize the change of the length of the pole needle of the sensor, further realizes the measurement of flame propagation signals of pipelines with different diameters by one sensor, and through the designed data acquisition circuit, the measuring range of the sensor can be changed by changing the resistance value in the acquisition circuit, the universality of the data acquisition device is improved, the collection circuit is connected with the polar needle through the metal tile, the sensitivity of the collection circuit can be improved, the front end of the sensor adopts threaded connection, the installation of the sensor is convenient, through the combination test of a plurality of ionic flame sensors, adopt and turn round, two position multisensor collaborative mode calculate the flame frontal arrival moment, flame speed calculation accuracy is higher.)
技术领域
本发明属于火焰传感器领域，具体涉及一种极针可伸缩的离子式火焰测速装置及其测速方法。
背景技术
在石油粉尘等可燃性物质传输的过程中，往往伴随着发生爆炸的危险。当运输物质的管道中混有火花时，运输管道就会存在着发生爆炸的危险。当发生爆炸事故时，不仅会造成人员的伤亡，同时也会造成巨大的经济损失。目前，针对该问题的主要解决方法为，在输送管道中设置火花探测及熄除装置，通过火花探测及熄除装置及时发现管道中的危险火花并将其熄灭。火焰传感器是火花探测装置中重要的组成部分，火焰传感器能否准确的探测到火花决定着探测系统是否能够正常运行。现有的火焰传感器主要有红外式火焰传感器、紫外式火焰传感器以及离子探针式火焰传感器三种。
红外式和紫外式火焰传感器主要是通过捕捉火花发出的红外/紫外光谱来检测火花是否存在。但是，由于红外式和紫外式火焰传感器检测原理的影响，红外式和紫外式火焰传感器容易受到其他光源的干扰造成误判断。因此，红外式和紫外式火焰传感器通常适用于密闭环境中的火花检测。
离子探针式火焰传感器的工作原理为：燃烧反应中存在离子反应，因此火焰中存在正负离子，当电场施加于火焰时，外电路即可产生微弱的电流，通过检测外电路中电流是否存在即可判断是否有火焰经过。与红外式和紫外式火焰传感器相比，离子探针式火焰传感器不存在误判断的情况，检测较为准确。但是，针对不同直径的管道往往需要不同长度的极针，而离子探针式火焰传感器的极针长度往往是固定的，同一传感器不能检测不同直径管道的火焰信号。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种极针可伸缩的离子式火焰测速装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种极针可伸缩的离子式火焰测速装置，包括两端连接有被测管道的实验管道，所述实验管道的两个截面上分别环向均布有若干测压孔，测压孔上设置有短导管，短导管上安装有离子式火焰传感器，所述离子式火焰传感器包括传感器壳体，所述传感器壳体上设置有与短导管螺纹连接的螺纹探头，所述螺纹探头内设置有陶瓷管，所述陶瓷管远离螺纹探头的一端连接有阻尼圈；
所述传感器壳体内固定有套筒，所述套筒内设置有能够移动的紧固环，所述紧固环内设置有能够移动且用于固定极针的极针固定管，所述极针依次穿过阻尼圈、陶瓷管后伸出到传感器壳体外部，所述极针固定管上设置有能够挤压极针移动的夹头一、夹头二，所述紧固环与夹头一、夹头二对应且用于控制夹头一、夹头二对极针的挤压，所述极针固定管后端设置有用于带动极针固定管移动的被驱动部件，所述被驱动部件与套筒之间连接有套接在极针固定管外部的回复弹簧；所述离子式火焰传感器与高速通讯模块通讯连接，所述高速通讯模块与数据处理器通讯连接，所述传感器壳体上设置有与被驱动部件对应的驱动按钮。
优选地，所述传感器壳体包括壳体前部、壳体中部、壳体后部，所述陶瓷管、螺纹探头固定在壳体前部前端，陶瓷管一端与壳体前部的螺纹探头的端部平齐，所述陶瓷管与螺纹探头黏贴固定，所述阻尼圈与陶瓷管黏贴固定。
优选地，所述壳体中部与壳体前部螺纹连接，所述壳体中部后端焊接固定压紧弹簧的一端，所述压紧弹簧的另一端焊接固定有用于与极针紧贴的金属瓦片；所述壳体后部黏贴固定有电路板支架，所述电路板支架上夹紧固定有电路板，所述壳体后部与壳体中部卡接固定，所述壳体后部螺纹连接有保护套，极针的后端穿入到所述保护套内。
优选地，所述电路板支架上设置有可动夹板、与可动夹板对应的固定夹板、梯形凹槽，所述梯形凹槽内设置有与固定夹板、可动夹板焊接固定的拉紧弹簧。
优选地，所述电路板的离子探针的接线端通过导线连接到所述金属瓦片的耳环上，所述电路板的电源接线端、数据采集接线端通过信号线连接到壳体后部上的航空插头上，所述电源接线端、离子探针的接线端、数据采集接线端连接有滑动变阻器。
优选地，所述壳体后部上设置有与极针对应的毛毡圈。
优选地，所述夹头一、夹头二相对设置形成一个倒圆台型夹头，所述紧固环形成一个与倒圆台型夹头对应的倒圆台形筒体结构，所述紧固环上边缘形成有与套筒对应的阻挡沿，所述传感器壳体内形成有与阻挡沿对应的阶梯沿，所述极针固定管上开有两个供极针穿入并对其起到夹持作用的孔。
优选地，实验管道的两个截面之间的距离范围为实验管道内径的3-5倍。
优选地，所述短导管的直径不超过实验管道直径的1/3。
本发明还提供一种使用上述装置的火焰传播速度的测速方法，具体包括以下步骤：
S1，测试开始前，检查测试系统各部件安装连接，检查完成后进入步骤S2；
S2，实验管道火焰内被点燃前或火焰将传播到传感器位置前启动数据处理器1；
S3，实验管道内火焰燃烧结束时分别读取管道上两截面上四个火焰传感器的信号变化曲线；数据处理器对火焰信号变化曲线求一阶导，曲线最大值对应的时间即为火焰前锋面到达火焰传感器位置时的时刻；
S4，记录同一截面上四个火焰传感器所得到的火焰锋面到达时刻，计算得到时刻平均值，即为该截面上火焰传感器记录的火焰到达时刻t1，求解得到另一个锋面上记录的火焰到达时刻t2；
S5，两个截面之间轴向距离为L，火焰传播速度计算公式如下：
有益效果
1、本发明能够实现传感器极针长度的改变，进而实现一个传感器对不同直径的管道的火焰传播信号的测量；
2、根据设计的数据采集电路，通过改变采集电路中电阻值的大小可以改变传感器的量程，提高数据采集装置的通用性；
3、通过金属瓦片使采集电路与极针相连，能够提高采集电路的灵敏度；
4、所述传感器前端采用螺纹连接，便于传感器的安装；
5、通过多个离子式火焰传感器组合测试，采用求导、双位置多传感器协同方式计算火焰锋面到达时刻，火焰速度计算精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为火焰传播速度测试装置图；
图2为火焰传感器的主视图；
图3为火焰传感器的侧视图；
图4为主视图中A-A截面的截面图；
图5为主视图中B-B截面的截面图；
图6为金属瓦片的轴测图；
图7为驱动按钮的轴测图；
图8为电路板支架三视图；
图9为离子电流数据采集电路图；
图中各部件的名称为：
1—数据处理器、2—高速处理模块、3—信号屏蔽线、4—离子式火焰传感器、5—实验管道、6—被测管道、41—壳体前部、42—壳体中部、43—壳体后部、431—支架、44—航空插头、45—信号线、46—陶瓷管、47—阻尼圈、48—电路板、49—保护套、410—套筒、4101—阻挡沿、411—阶梯沿、412—金属瓦片、4121—耳环、413—压紧弹簧、414—导线、415—极针、416—紧固环、417—回复弹簧、418—极针固定管、4181—夹头一、4182—夹头二、419—被驱动机构、420—驱动按钮、421—毛毡圈、4311—梯形凹槽、4312—拉紧弹簧、4313—可动夹板、4314—固定夹板、481-电源接线端、482-离子探针接线端、483--数据采集接线端、484-滑动变阻器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：如图1-9所示，本发明提供一种极针可伸缩的离子式火焰测速装置，包括数据处理器1、高速通讯模块2、离子式火焰传感器4、实验管道5，所述实验管道5的两端连接有被测管道6，所述实验管道5上的两个垂直于轴线的截面的圆周上分别均匀布置有若干个垂直于管壁的测压孔，每个所述测压孔上均对应设置有1个垂直于管道轴线短导管，每个所述短导管上安装有一个离子式火焰传感器4，所述离子式火焰传感器4与高速通讯模块2通讯连接，所述高速通讯模块2与数据处理器1通讯连接，所述离子式火焰传感器4使用螺纹连接在试验管道5上均匀布设的焊接短导管上；
离子式火焰传感器的采集元件和试验管道5的内壁平齐，离子式火焰传感器的航空插头44使用屏蔽信号线3连接在所述高速通讯模块2的信号采集入口，所述高速通讯模块2使用网线与数据处理器1相连；所述离子式火焰传感器4包括传感器壳体，所述传感器壳体上设置有与短导管螺纹连接的螺纹探头，所述螺纹探头内设置有陶瓷管46，所述陶瓷管46远离螺纹探头的一端连接有阻尼圈47，所述传感器壳体内固定设置有套筒410，所述套筒410内设置有能够移动的紧固环416，所述紧固环416内对应设置有能够移动的极针固定管418，所述极针固定管418端部固定有极针415，所述极针415依次穿过阻尼圈47、陶瓷管46伸出到传感器壳体外部；
所述极针固定管418上设置有能够挤压极针415移动的夹头一4181、夹头二4182，所述紧固环416与夹头一4181、夹头二4182对应用于控制夹头一4181、夹头二4182对极针415的挤压，所述极针固定管418后端设置有能够带动极针固定管418移动的被驱动部件419
所述传感器壳体上设置有与被驱动部件419对应的驱动按钮420，所述被驱动部件419与套筒410之间连接有套接在极针固定管418外部的回复弹簧417。所述传感器壳体包括壳体前部41、壳体中部42、壳体后部43，所述陶瓷管46、螺纹探头固定在壳体前部41前端，陶瓷管46一端与壳体前部41的螺纹探头的端部平齐，所述陶瓷管46与螺纹探头黏贴固定，所述阻尼圈47与陶瓷管46黏贴固定。
所述壳体中部42与壳体前部41螺纹连接，所述壳体中部42后端焊接固定压紧弹簧413的一端，所述压紧弹簧413的另一端焊接固定有用于与极针415紧贴的金属瓦片412；所述壳体后部43黏贴固定有电路板支架431，所述电路板支架431上夹紧固定有电路板48，所述壳体后部43与壳体中部42卡接固定，所述壳体后部43螺纹连接有保护套49，极针415的后端穿入到所述保护套49内。所述电路板支架431上设置有可动夹板4313、与可动夹板4313对应的固定夹板4314、梯形凹槽4311，所述梯形凹槽4311内设置有与固定夹板4314、可动夹板4313焊接固定的拉紧弹簧4312。
所述电路板48的离子探针的接线端482通过导线414连接到所述金属瓦片412的耳环4121上，所述电路板48的电源接线端481、数据采集接线端483通过信号线45连接到壳体后部43上的航空插头44上，所述电源接线端481、离子探针的接线端482、数据采集接线端483连接有滑动变阻器484。所述壳体后部43上设置有与极针415对应的毛毡圈421。
所述夹头一4181、夹头二4182相对设置形成一个倒圆台型夹头，所述紧固环416形成一个与倒圆台型夹头对应的倒圆台形筒体结构，所述紧固环416上边缘形成有与套筒410对应的阻挡沿4101，所述传感器壳体内形成有与阻挡沿4101对应的阶梯沿411，所述极针固定管418上开有两个供极针415穿入并对其起到夹持作用的孔。
所述两个垂直于轴线的截面之间的轴向距离范围为实验管道5内径的3-5倍。所述短导管的直径不超过实验管道5直径的1/3，且导管远离管道端内孔为螺纹孔，所述实验管道5与被测管道6通过法兰盘连接。
具体使用时：离子式火焰传感器在工作过程中，当极针415需要伸长时，驱动按钮420下压，被驱动机构419受到挤压推动极针固定管418一起向前移动，此时紧固环416与夹头4181和夹头4182紧贴并一起向前移动，同时极针415受到夹头4181和夹头4182的挤压，在挤压力的作用下一起向前移动。当向前移动一定的距离后，紧固环416受到阶梯沿411的阻碍停止运动，极针固定管418则会继续向前移动一定的距离，移动过程中紧固环416与夹头4181和夹头4182分离，极针415不再受到夹头4181和夹头4182的挤压同时受到摩擦力的作用从而停止移动，摩擦力主要由阻尼圈47提供，自此极针415伸出一定长度。
当驱动按钮420被松开时，极针固定管418在回复弹簧417的作用下向后移动，当移动一定的距离后，紧固环416受到阻挡沿4101阻挡停止向后移动，极针固定管418继续向后移动，紧固环416与夹头4181和夹头4182再次贴合，夹头4181和夹头4182再次夹紧并固定极针415，驱动按钮420受到被驱动机构419的挤压恢复到原来的位置。
当极针需要缩短时，其工作原理与极针伸长时相似，在此不再一一赘述。但不同的是，在极针缩短的过程中需要通过外力使极针缩短到一定的长度，传感器本身不能将极针缩短。
本发明还提供一种使用上述装置的火焰传播速度的测速方法，具体包括以下步骤：
S1，测试开始前，检查测试系统各部件安装连接，检查完成后进入步骤S2；
S2，实验管道火焰内被点燃前或火焰将传播到传感器位置前启动数据处理器1；
S3，实验管道内火焰燃烧结束时分别读取管道上两截面上四个火焰传感器的信号变化曲线；数据处理器对火焰信号变化曲线求一阶导，曲线最大值对应的时间即为火焰前锋面到达火焰传感器位置时的时刻；
S4，记录同一截面上四个火焰传感器所得到的火焰锋面到达时刻，计算得到时刻平均值，即为该截面上火焰传感器记录的火焰到达时刻t1，求解得到另一个锋面上记录的火焰到达时刻t2；
S5，两个截面之间轴向距离为L，火焰传播速度计算公式如下：
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。