解析可燃?xì)怏w報(bào)警器的快速校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)、原理及作用

凌超

廣東省茂名市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所 廣東茂名 525000

可燃?xì)怏w性質(zhì)十分特殊，具有易燃的特點(diǎn)，當(dāng)在環(huán)境中到一定濃度時(shí)，甚至還會(huì)出現(xiàn)易爆現(xiàn)象，為了保證可燃?xì)怏w在應(yīng)用的過(guò)程中具有良好的安全性，可燃?xì)怏w報(bào)警器發(fā)揮了重要的作用。可燃?xì)怏w報(bào)警器能夠有效準(zhǔn)確檢測(cè)到其氣體濃度，并具有良好的防爆效果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)可燃?xì)怏w危險(xiǎn)的有效控制，而可燃?xì)怏w報(bào)警器的快速校準(zhǔn)裝置具有怎樣的結(jié)構(gòu)、原理及作用，就是本文主要研究的內(nèi)容。

1 裝置結(jié)構(gòu)

1.1 氣路系統(tǒng)

可燃?xì)怏w報(bào)警器的快速校準(zhǔn)裝置中，氣路系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w正常使用的保障，此裝置主要有單向閥、原料氣以及氣體管路等部分組成，為了避免可燃?xì)怏w受到氣路管道的吸附而導(dǎo)致流通的不良，其氣路往往通過(guò)聚四氟乙烯管路進(jìn)行使用，且單向閥數(shù)量也比較多，主要是避免可燃?xì)怏w發(fā)生逆流的現(xiàn)象。

1.2 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)在可燃?xì)怏w報(bào)警器的快速校準(zhǔn)裝置中具有重要的作用，也是此裝置功能實(shí)現(xiàn)的必要組成，此系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器常使用的是CD4501或者AD625類型，此系統(tǒng)主要以輸出的流量以及輸出氣體的濃度當(dāng)作參考的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而來(lái)計(jì)算單氣路氣體標(biāo)準(zhǔn)的流量，并且還要把調(diào)整后壓力、溫度以及流量等信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)的理論數(shù)值進(jìn)行比較，按照比較所得到的結(jié)果數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)其比例的調(diào)節(jié)閥開度實(shí)施調(diào)節(jié)，保證其實(shí)際流量和理論流量具有很小的誤差，則輸出的實(shí)際可燃?xì)怏w濃度也就和理論標(biāo)準(zhǔn)的濃度相近[1]。

1.3 比例和流量控制系統(tǒng)

對(duì)于比例與流量的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，此系統(tǒng)主要包括比例的電磁閥、氣體的流量計(jì)、溫度和壓力的傳感器等組成，其中比例的電磁閥主要是對(duì)可燃?xì)怏w的流量實(shí)施調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)主要將溫度和壓力的傳感器顯示的數(shù)值以及流量的測(cè)量值等作為流量調(diào)節(jié)依據(jù)，從而形成一種閉環(huán)控制的系統(tǒng)，來(lái)對(duì)可燃?xì)怏w的比例以及流量進(jìn)行科學(xué)合理的控制，通過(guò)相關(guān)研究表明，此種控制系統(tǒng)具有±0.4%的讀數(shù)精確度，或者±0.2%的滿量程。壓力的傳感器是對(duì)可燃?xì)怏w的壓力值進(jìn)行檢測(cè)；溫度的傳感器是對(duì)可燃?xì)怏w溫度信號(hào)進(jìn)行接收；氣體的流量計(jì)一般具有很高的精度，并把其安裝在氣體混合兩氣路中間位置。

2 裝置原理

可燃?xì)怏w報(bào)警器主要有信號(hào)的發(fā)射器、數(shù)字化通信系統(tǒng)以及信號(hào)的接收器等組成，在投入使用前，首先就需要對(duì)信號(hào)的接收器以及發(fā)射器光路實(shí)施校準(zhǔn)，保證校準(zhǔn)無(wú)誤后才能正常使用。此校準(zhǔn)裝置處在一個(gè)封閉的管路環(huán)境內(nèi)，對(duì)其實(shí)施校準(zhǔn)時(shí)，一定要保證該裝置在工作光路范圍內(nèi)，才能讓發(fā)射器所發(fā)出光波的信號(hào)經(jīng)過(guò)充氣的校準(zhǔn)裝置后，被接收器能夠成功準(zhǔn)確的接收，在實(shí)施校準(zhǔn)前，還要先設(shè)計(jì)一科學(xué)合理的校準(zhǔn)要求標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，而為了提升校準(zhǔn)的便捷性和準(zhǔn)確性，還可以于校準(zhǔn)裝置外側(cè)進(jìn)行氣泡型水準(zhǔn)儀的安裝。此裝置主要有常壓混合以及帶壓混合等兩種工作方式，如果使用通過(guò)常壓混合方法進(jìn)行工作，則需要使用精度比較高的穩(wěn)壓閥與抽氣泵當(dāng)作供氣的設(shè)備，且抽氣泵需要使用真空泵，流速還要達(dá)到3L/min，如果通過(guò)帶壓混合方法進(jìn)行工作，則減壓閥和鋼瓶等為其供氣的設(shè)備，通過(guò)氣路連接到鋼瓶，在經(jīng)過(guò)加壓閥的穩(wěn)壓后，再到氣體的流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的檢測(cè)[2]。

3 可燃?xì)怏w報(bào)警器的快速校準(zhǔn)裝置功能實(shí)現(xiàn)

3.1 流量控制

為了有效提升裝置流量的控制效率，此裝置中的流量計(jì)在進(jìn)行可燃?xì)怏w的測(cè)量中需要通過(guò)氣體層的流測(cè)量原理實(shí)施作業(yè)，流量計(jì)內(nèi)氣體運(yùn)行中往往會(huì)通過(guò)多個(gè)氣流的通路進(jìn)行流通，流量計(jì)的原理圖如圖1所示。

圖1 流量計(jì)的原理圖

在對(duì)可燃?xì)怏w流量的控制中，需要借助相應(yīng)的公式來(lái)對(duì)各系統(tǒng)通路內(nèi)的氣體流量實(shí)施計(jì)算，來(lái)明確掌握其各系統(tǒng)通路內(nèi)的氣體實(shí)際流量，保證它們滿足流量要求的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)上述系統(tǒng)原理圖分析得出：流道的半徑是a，直徑為d=2a，在此基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)流量的平均流速實(shí)施計(jì)算，計(jì)算的公式為：

在流體處在層流的狀態(tài)中，對(duì)可燃?xì)怏w的流量控制進(jìn)行計(jì)算，需要按照下述公式進(jìn)行：

在此公式內(nèi)，Q表示體積的流量；ΔP表示進(jìn)出口的壓力差，而η表示流體的粘度。流量的控制系統(tǒng)運(yùn)行中一般需要按照所設(shè)定濃度以及氣體的種類等相關(guān)參數(shù)來(lái)對(duì)氣體實(shí)際的流量狀況實(shí)施計(jì)算，進(jìn)而使用PID算法來(lái)對(duì)比例的電磁閥實(shí)施調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣路的流量合理的控制。

3.2 防爆功能

可燃?xì)怏w報(bào)警器的快速校準(zhǔn)裝置工作的環(huán)境是十分復(fù)雜的，一般是于火災(zāi)爆炸性的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行工作，并且還會(huì)使用一些超過(guò)爆炸的下限可燃性氣體標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)配置校準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn)氣體，因此，為了有效的提升裝置安全性能，就需要對(duì)其進(jìn)行有效的防爆設(shè)計(jì)，這也是此裝備具備的基本功能。此裝置防爆設(shè)計(jì)主要是通過(guò)外防爆與內(nèi)防爆的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，在管路的內(nèi)部進(jìn)行阻火網(wǎng)設(shè)置，來(lái)避免由于內(nèi)部的爆炸而對(duì)裝置外部的環(huán)境造成影響，導(dǎo)致危險(xiǎn)的進(jìn)一步惡化。在此裝置中，主要包括監(jiān)控單元的模塊、A氣路的氣體流量檢測(cè)以及控制的模塊和B氣路氣體流量的檢測(cè)以及控制模塊等三大核心的部分，在這三大核心的部分都需要進(jìn)行防爆箱設(shè)計(jì)來(lái)將實(shí)現(xiàn)它們的封閉效果，還要保證每防爆箱能夠良好的連通，在防爆箱的連通部分需要進(jìn)行引入筒的設(shè)置，主要使用通信電纜從引入筒中穿過(guò)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各不同的模塊之間有效的連接，于引入筒的內(nèi)部進(jìn)行一定環(huán)氧樹脂的灌注，來(lái)對(duì)不同的空間實(shí)現(xiàn)隔絕。為了防止由于長(zhǎng)時(shí)間可燃?xì)怏w的泄漏和積累造成濃度升高而超過(guò)爆炸的下限，從而造成安全隱患，還需要在隔爆箱的內(nèi)部進(jìn)行吹掃通路的設(shè)計(jì)，且裝置電氣開關(guān)也要使用防爆型的開關(guān)，將操作的界面設(shè)計(jì)成觸摸屏[3]。

3.3 濃度計(jì)算

在此裝置的運(yùn)行中，由于不同類型的氣體具有的粘滯系數(shù)以及壓縮系數(shù)等都具有一定差異性，這也就導(dǎo)致流量計(jì)進(jìn)行氣體測(cè)量中會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏差，為了防止這種問題的出現(xiàn)以及處理，就需要在計(jì)算中預(yù)先對(duì)不同類型氣體的粘滯系數(shù)以及壓縮系數(shù)進(jìn)行有效的設(shè)定。實(shí)際操作中，將A流量計(jì)具有輸出的流量數(shù)據(jù)作為Qa，則B流量計(jì)具有輸出的流量數(shù)據(jù)當(dāng)作Qb，A路和B路壓力的輸出值分別是Pa和Pb，A路和B路溫度的輸出分別是Ta和Tb，于實(shí)驗(yàn)室理想的環(huán)境條件中，Ta=Tb且Pa=Pb，于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)中A路的流量是Qca，而B路的流量是Qcb，Za和Zb分別是氣體壓縮的系數(shù)，需要對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行合理的管控，對(duì)一些壓縮性氣體要實(shí)施有效的修正，按照理想的氣體狀態(tài)相關(guān)方程以及氣體壓縮性具有實(shí)際的流量進(jìn)行計(jì)算的公式為：

在標(biāo)定的報(bào)警器中，A氣路進(jìn)行較高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣的通入，B通路進(jìn)行清潔空氣的通入，如果假設(shè)A路的可燃?xì)怏w濃度是Ca，則標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度輸出為：

4 裝置優(yōu)點(diǎn)

此裝置具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，也逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。抗干擾的能力十分強(qiáng)，可燃?xì)怏w報(bào)警器快速校準(zhǔn)裝置在戶外十分復(fù)雜的開放環(huán)境內(nèi)，比如，高溫、風(fēng)沙以及暴雨等自然天氣中，都能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)；工作的效率十分高，此裝置的校準(zhǔn)工作能夠快速準(zhǔn)確的響應(yīng)，在較短時(shí)間內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)工作的完成，T90響應(yīng)的時(shí)間也就5s；穩(wěn)定性十分好，此裝置感光板是一種新材料以及紅外脈沖的光源來(lái)進(jìn)行加制作的，它具有十分優(yōu)秀的穩(wěn)定性，在較長(zhǎng)時(shí)間的工作中也能夠保持穩(wěn)定正常運(yùn)行的狀態(tài)，且年變化率也十分低，在2%下，發(fā)生漂移十分小；監(jiān)控的范圍比較廣，此裝置和傳統(tǒng)的裝置比較，標(biāo)準(zhǔn)可燃?xì)怏w報(bào)警器快速校準(zhǔn)裝置監(jiān)控的范圍要更加的大，最大的監(jiān)控長(zhǎng)度也達(dá)到了120m，使用傳統(tǒng)的裝置所監(jiān)控的半徑最大也就達(dá)到5m[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可燃?xì)怏w報(bào)警器的快速校準(zhǔn)裝置在可燃?xì)怏w防護(hù)中具有顯著的效果，應(yīng)用也十分廣泛，為了促進(jìn)其更好的發(fā)揮作用，還需要相關(guān)人員對(duì)其進(jìn)行不斷的探索和研究，豐富和創(chuàng)新其功能，從而更好的保證可燃?xì)怏w的安全性。