專利名稱：可燃引爆混合氣體自動配氣及引爆測試裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可燃引爆混合氣體自動配氣及引爆測試裝置，本發(fā)明的優(yōu)點是完 全智能自動進行試驗并且記錄動態(tài)的試驗數據，適用于精確的測試混合可燃氣體的爆炸濃 度和組分。
背景技術：
瓦斯爆炸是危害最大的礦井災害之一，嚴重威脅著井下工作人員的生命安全，預 防瓦斯爆炸的有效途徑之一是對瓦斯爆炸的危險性進行監(jiān)測和預警。目前煤礦對瓦斯監(jiān)測 主要是對甲烷氣體的監(jiān)測，而實際上瓦斯是以甲烷氣體為主的混合可燃爆炸氣體的總稱， 因此通過混合可燃氣體的引爆測試裝置，有利于研究瓦斯爆炸危險性的評價指標，對煤礦 瓦斯進行可靠的監(jiān)測預警。
發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的爆炸試驗方法和裝置技術中存在的一些 問題，提供一種簡單易行、快速準確的自動控制系統(tǒng)，在動態(tài)的試驗中可以記錄所需要的數 據。技術方案本發(fā)明的一種可燃引爆混合氣體自動配氣及引爆測試裝置包括爆炸裝 置，配氣容器、氣敏檢測器、溫度檢測器、壓力檢測器、模數轉換器、單片機、驅動器、電磁閥、 標準氣體和上位機；其中單片機輸出端接驅動器，驅動器輸出端接電磁閥，標準氣體輸出 氣體至電磁閥，電磁閥輸出接配氣容器，控制生成不同比例的混合氣體；氣敏檢測器、溫度 檢測器和壓力檢測器置于爆炸裝置的爆炸氣缸內，氣敏檢測器、溫度檢測器和壓力檢測器 的輸出端分別接模數轉換器的輸入端，模數轉換器的輸出端接單片機PO 口，上位機與單片 機串行通信以對系統(tǒng)進行監(jiān)控并記錄收集數據。所述的氣敏檢測器由氣體傳感器、加熱器、放大器和線性化電路組成，氣敏傳感器 選擇接觸燃燒方式的，置于爆炸容器內，輸出端通過電阻接基準電壓發(fā)生器的6端，同時接 入第二放大器的+輸入端，第二放大器的輸出端接顯性化電路AD538的15端，由顯性化電 路AD538的8端輸出到第三放大器的+輸入端，再將第三放大器的輸出端接入模數轉換器 的輸入端端INl。所述的溫度檢測器由熱電偶、電阻、電容、溫度補償器、放大器和濾波器組成，熱電 偶選擇S型銠鉬材料組成，其冷端接AD590用于溫度補償，熱端接第四放大器的+輸入端， 在第四放大器的的+輸入端同時接一個大阻值的上拉電阻用于當熱電偶一旦燒斷，放大器 就會飽和輸出高電壓，可進行斷偶報警，放大器的輸入端接穩(wěn)壓電源，第四放大器的輸出端 接限流電阻再接濾波器輸入端45，濾波器輸出端46接入模數轉換器的輸入端ΙΝ0。所述的壓力檢測器中，壓力傳感器由四個電阻串連構成電橋，該電橋的上節(jié)點連 接雙線變送器XTRlOl的恒流輸出端，下節(jié)點通過第51電阻連接雙線變送器XTRlOl的輸 出端，電橋左右兩個節(jié)點分別連接雙線變送器XTRlOl的兩個輸入端IN+、IN-，雙線變送器XTRlOl的3個零點調節(jié)端依次連接有第52電位器、第53電阻、第54電位器，以調節(jié)精密 電流變送電路的零點輸出；雙線變送器XTRlOl的2個滿量程調節(jié)端之間連有第55電位器 (R55) ；+12V電源和雙線變送器XTRlOl的供電端+V之間連有一個起極性保護作用的二極 管，雙線變送器XTRlOl的輸出端接入模數轉換器輸入端IN7。所述的爆炸裝置由爆炸汽缸、減壓片、放氣閥和點火系統(tǒng)組成；點火系統(tǒng)由高壓電 源和放電擊針組成；減壓片經彈簧和石棉墊圈與爆炸汽缸相連；放氣閥接于汽缸的上方以 便試驗結束一次后排放剩余氣體。所述的配氣系統(tǒng)由單片機控制的四個電磁閥、高壓氣瓶、儲氣室和混合噴嘴組成， 其中第一電磁閥、第二電磁閥分別控制高壓氣瓶中不同氣體的流量，以配制不同比例的混 合氣體，當氣體配比成功以后通入儲氣室中混合均勻，然后由單片機控制打開電磁閥4將 混合氣體經混合噴嘴通入爆炸室中。有益效果本發(fā)明的實驗裝置可以由單片機控制自動進行，不但有效控制合可燃 易爆氣體的爆炸全過程，還可以在實驗中記錄關于混合可燃易爆氣體的爆炸濃度。
圖1是本發(fā)明的瓦斯爆炸危險性實驗方法和裝置構成框圖；圖2是本發(fā)明的瓦斯爆炸危險性實驗方法和裝置電路結構示意圖。
具體實施例方式所述的氣敏檢測器由氣體傳感器、加熱器、放大器和線性化電路組成，氣敏傳感 器選擇接觸燃燒方式型的，其檢測端置于爆炸汽缸內，輸出端通過電阻接基準電壓發(fā)生器 REF-03的6端，同時接入放大器A2的輸入端，放大器A2的輸出端接顯性化電路AD538的 15端，由AD538的8端輸出到放大器A3輸入端，再將A3輸出端接入模數轉換器的輸入端 mi端。所述的溫度檢測器由熱電偶、電阻、電容、溫度補償器、放大器和濾波器組成。熱電 偶選擇S型銠鉬材料組成，其冷端接AD590用于溫度補償，熱端接放大器輸入端，在放大器 的輸入端同時接一個大阻值的上拉電阻(熄火電路)用于當熱電偶一旦燒斷，放大器就會 飽和輸出高電壓，可進行斷偶報警。放大器的輸入端接穩(wěn)壓電源，輸出端接電阻再接濾波器 輸入端，濾波器接入模數轉換器的輸入端ΙΝ0。壓力檢測器由壓力傳感器、電阻、電容、二極 管和集成塊組成；壓力傳感器由四個電阻Ra、Rb、Re、Rd串連的電橋構成，電橋上下兩個節(jié) 點為其輸入端，上節(jié)點連接集成塊XTRlOl的恒流輸出端IREF1、IREF2，下節(jié)點通過電阻R51 串聯(lián)連接到集成塊的輸出端OUT，電橋左右兩個節(jié)點為其輸出端，分別連接集成塊XTRlOl 的兩個輸入端IN+和IN-；集成塊XTRlOl的3個零點調節(jié)端ZA依次串聯(lián)電位器R52、電阻 R53、電位器R54，用以調節(jié)精密電流變送電路的零點輸出，集成塊XTRlOl的2個滿量程調 節(jié)端SPAN連接了電位器R55，用以調節(jié)精密電流變送電路的滿量程輸出，電源的正極和集 成塊XTRlOl的供電端+V之間連有一個二極管D1，起極性保護作用；電源的負極和集成塊 XTRlOl的輸出端OUT之間有一個電阻R56，用于將輸出的標準電流信號轉換成電壓信號，信 號此時輸入模數轉換器輸入端IN7。下面結合附圖中的實施例對本發(fā)明作進一步的描述圖1所示，實驗裝置由爆炸系統(tǒng)、儲氣室、氣敏傳感器、溫度檢測器、壓力檢測器、模數轉換器單片機89S51和上位機組成。單片機控制電磁閥向儲氣室中通入一定比例的氣 體，在儲氣室混合均勻后，打開電磁閥4經混合噴嘴將混合氣體通入爆炸汽缸內；氣敏檢測 器的檢測端置于爆炸汽缸內，輸出端接模數轉換器的輸入端，模數轉換器的輸出端與單片 機相連接；溫度檢測器的檢測端置于汽缸內，輸出端接在模數轉換器的輸入端；壓力檢測 器檢測端置于爆炸氣缸內，輸出端接在模數轉換器輸入端；單片機與上位機經RS485串行 通信；當氣敏傳感器檢測到氣缸內的爆炸氣體時，輸出信號經模數轉換后輸入單片機，由單 片機控制爆炸裝置中的高壓點火系統(tǒng)自動點火；當爆炸發(fā)生時，溫度檢測器和壓力檢測器 分別檢測出此時溫度和壓力變化，并將信號經模數轉換器輸入單片機，以便記錄此時的氣 體比例。圖2所示，氣敏檢測器由氣體傳感器、加熱器、放大器和線性化電路組成，氣敏傳 感器選擇接觸燃燒方式型的，其檢測端置于爆炸汽缸內，輸出端通過電阻接基準電壓發(fā)生 器REF-03的6端，同時接入放大器A2的輸入端，放大器A2的輸出端接顯性化電路AD538 的15端，由AD538的8端輸出到放大器A3輸入端，再將A3輸出端接入模數轉換器的輸入 端INl端。溫度檢測器由熱電偶、電阻、電容、溫度補償器、放大器和濾波器組成。熱電偶選擇 S型銠鉬材料組成，其冷端接AD590用于溫度補償，熱端接放大器輸入端(+)，在放大器的輸 入端(+)同時接一個大阻值的上拉電阻(熄火電路)用于當熱電偶一旦燒斷，放大器就會 飽和輸出高電壓，可進行斷偶報警。放大器的輸入端接穩(wěn)壓電源，輸出端接電阻再接濾波器 輸入端，濾波器接入模數轉換器的輸入端ΙΝ0。壓力檢測器由壓力傳感器、電阻、電容、二極管和集成塊組成；壓力傳感器由四個 電阻Ra、Rb、Re、Rd串連的電橋構成，該電橋的上節(jié)點連接集成塊的恒流輸出端IREF1、 IREF2，下節(jié)點通過電阻R51連接集成塊的輸出端OUT，電橋左右兩個節(jié)點分別連接集成塊 的兩個輸入端IN+、IN-，集成塊的3個零點調節(jié)端ZA依次連接有電位器R52、電阻R53、電 位器R54，以調節(jié)精密電流變送電路的零點輸出；集成塊的2個滿量程調節(jié)端SPAN之間連 有電位器R55 ；+12V電源和集成塊的供電端+V之間連有一個起極性保護作用的二極管D1， 集成塊的輸出端OUT接入模數轉換器輸入端IN7。模數轉換器ADC0809的輸入端IN0-IN7分別連接氣敏檢測器、溫度檢測器和壓力 檢測器的輸出端，用以接收電路的輸出信號。ADC0809的工作電源端VCC和正參考電壓端 VREF+接+5V電源，其工作地端和負參考電壓VREF-接地，其工作狀態(tài)指示端EOC接單片機 89S51的P3. 2引腳，其工作端連接單片機89S51的P3. 3引腳，其轉換控制端ALE和START接 單片機89S51的P3. 4引腳，其通道選擇控制端ADDA、ADDB和ADDC接單片機89S51的P3. 5 引腳，其8個數據輸出端DO至D7分別接單片機的8個引腳P0. 0至P0. 7。單片機和MAX485 連接與上位機進行串行通信。
權利要求
一種可燃引爆混合氣體自動配氣及引爆測試裝置，其特征在于該裝置包括爆炸裝置(1)，配氣容器(2)、氣敏檢測器(3)、溫度檢測器(4)、壓力檢測器(5)、模數轉換器(6)、單片機(7)、驅動器(8)、電磁閥(9)、標準氣體(10)和上位機(11)；其中單片機(7)輸出端接驅動器(8)，驅動器(8)輸出端接電磁閥(9)，標準氣體(10)輸出氣體至電磁閥(9)，電磁閥(9)輸出接配氣容器(2)，控制生成不同比例的混合氣體；氣敏檢測器(3)、溫度檢測器(4)和壓力檢測器(5)置于爆炸裝置(1)的爆炸氣缸內，氣敏檢測器(3)、溫度檢測器(4)和壓力檢測器(5)的輸出端分別接模數轉換器(6)的輸入端，模數轉換器(6)的輸出端(D0)接單片機(7)P0口，上位機(11)與單片機(7)串行通信以對系統(tǒng)進行監(jiān)控并記錄收集數據。
2.根據權利要求1所述的可燃引爆混合氣體自動配氣及引爆測試裝置，其特征在于 所述的氣敏檢測器(3)由氣體傳感器、加熱器、放大器和線性化電路組成，氣敏傳感器選擇 接觸燃燒方式的，置于爆炸容器內，輸出端(32)通過電阻接基準電壓發(fā)生器(REF-03)的6 端，同時接入第二放大器(A2)的+輸入端，第二放大器(A2)的輸出端接顯性化電路AD538 的15端，由顯性化電路AD538的8端輸出到第三放大器(A3)的+輸入端，再將第三放大器 (A3)的輸出端接入模數轉換器(6)的輸入端端INl。
3.根據權利要求1所述的可燃引爆混合氣體自動配氣及引爆測試裝置，其特征在于 所述的溫度檢測器(4)由熱電偶、電阻、電容、溫度補償器、放大器和濾波器組成，熱電偶選 擇S型銠鉬材料組成，其冷端(41)接AD590(43)用于溫度補償，熱端(42)接第四放大器 (A4)的+輸入端，在第四放大器(A4)的的+輸入端同時接一個大阻值的上拉電阻(R41)用 于當熱電偶一旦燒斷，放大器就會飽和輸出高電壓，可進行斷偶報警，放大器的輸入端接穩(wěn) 壓電源，第四放大器(A4)的輸出端(44)接限流電阻(R42)再接濾波器(A5)輸入端45，濾 波器輸出端46接入模數轉換器(6)的輸入端ΙΝ0。
4.根據權利要求1所述的可燃引爆混合氣體自動配氣及引爆測試裝置，其特征在于 所述的壓力檢測器(5)中，壓力傳感器由四個電阻(Ra、Rb、Rc、Rd)串連構成電橋，該電橋的 上節(jié)點連接雙線變送器XTRlOl的恒流輸出端(IREF1、IREF2)，下節(jié)點通過第51電阻(R51) 連接雙線變送器XTRlOl的輸出端(OUT)，電橋左右兩個節(jié)點分別連接雙線變送器XTRlOl的 兩個輸入端IN+、IN-，雙線變送器XTRlOl的3個零點調節(jié)端(ZA)依次連接有第52電位器 (R52)、第53電阻(R53)、第54電位器(R54)，以調節(jié)精密電流變送電路的零點輸出；雙線變 送器XTRlOl的2個滿量程調節(jié)端(SPAN)之間連有第55電位器(R55) ；+12V電源和雙線變 送器XTRlOl的供電端+V之間連有一個起極性保護作用的二極管(Dl)，雙線變送器XTRlOl 的輸出端(OUT)接入模數轉換器(6)輸入端IN7。
5.根據權利要求1所述的可燃引爆混合氣體自動配氣及引爆測試裝置，其特征在于 所述的爆炸裝置(1)由爆炸汽缸、減壓片、放氣閥和點火系統(tǒng)組成；點火系統(tǒng)由高壓電源和 放電擊針組成；減壓片經彈簧和石棉墊圈與爆炸汽缸相連；放氣閥接于汽缸的上方以便試 驗結束一次后排放剩余氣體。
全文摘要
可燃引爆混合氣體自動配氣及引爆測試裝置由爆炸裝置、儲氣室、氣敏檢測器、溫度檢測器、壓力檢測器、模數轉換器、單片機、驅動器、電磁閥、標準可燃氣體和上位機構成，該裝置由單片機控制電磁閥，向爆炸裝置中通入不同比例的爆炸混合氣體，再由爆炸裝置中的點火系統(tǒng)點燃混合氣體，當爆炸氣體達到爆炸濃度時就會產生爆炸，此時爆炸裝置中的溫度檢測器和壓力檢測器將檢測信息轉化成電壓信號并放大，電壓信號通過數模轉換器轉換為數字信號；再經單片機程序運算和處理后，即可記錄并且在顯示屏上顯示出此時混合氣中各種氣體的比例及其爆炸造成的溫度和壓力變化。這種試驗裝置簡單易行，可以充分的利用單片機系統(tǒng)的軟件優(yōu)勢自動的改變混合氣體的配比。
文檔編號G01L1/20GK101957358SQ20101027894
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權日2010年9月10日
發(fā)明者唐守鋒, 張廣, 童敏明, 童紫原 申請人:中國礦業(yè)大學