智能开口闪点仪闪火检测方法的研究


1 闪火火焰检测的基本情况
 
/ 闪点0是表征石油产品储运安全性的一项指标, 单位是摄氏度。它表明石油产品处此温度时如
 
遇到明火将会引起/ 爆鸣0, 危及设备及人身安全。是石油产品出厂前, 用户入库前都要进行测试的一项指标。中**现行的闪点测定标准测速较慢[ 1] , 测得的闪点值与按**际标准得到的数值不尽相同,不便于**际交往。为使中**早日推行较先进的**际标准[ 2] , **批量生产出能按**际标准进行测试的, 性能上远较现有仪表为优的自动化仪表, 闪火火焰的检测问题是开发此类仪表的**技术之一。目前有以下几种方法检测闪火火焰。
 
111 火焰离子检测法
 
利用这一方法进行闪点检测始见于美**, **际上应用的也较多。这一方法的根据是火焰能使空气电离, 并降低空气的击穿电压, 因而可用检测击穿电压的方法来确定闪火点。实践表明: 由于在检测过程中需要频率为 3 kH z, 振幅为 700 V 的高压, 此电压会对电脑等仪器产生干扰, 采取了抗干扰措施后, 火焰离子检测法可以基本满足电脑控制
 
型闪点测定仪的设计要求。
 
112 热电阻检测法
 
由于闪火时会伴随温度的上升, 开口闪点仪利用热电阻测出闪火时阻值变化, 以此来判断闪点。目前**内有些厂家生产的开口闪点测定仪就是利用这一原理检测的。用这种方法检测闪点不需要额外提供音频高压, 没有因高压而带来的干扰, 特别适合电脑型仪表。据笔者试验, 采用单股导线所制的热电阻灵敏度似显不足, 而采用螺旋状热电阻丝所制传感器, 结构比较复杂, 耐用性差。
113 微光检测法
 
利用光纤将闪火时的火光引出, 由光敏器件进行检测是一种**接近人眼的检测方法。可以有效
地克服闪点测试的虚报, 漏报现象。对于这一方案笔者作了一些初步试验, 效果较好。
 
为确定火焰的强度和存在时间, 笔者用单片机制作了专用装置和检测电路, 利用这些实验装置和检测电路得出了较确切的结果。
 
2 火焰存在时间检测装置及结果分析
 
石油产品闪点温度下的闪火火焰的存在时间是闪点检测仪表电路设计的重要参数, 为测出火焰存在时间, 笔者利用 AT89C51 制成一台火焰存在时间检测装置, 其电路简图如图 1 所示, 主要流程图如图 2 所示。
下的火焰存在时间为 20~ 200 ms。
 
表 1  几种典型油样的闪火火焰的存在时间
 
试样名称 闪点温度/ e 火焰存在时间/ ms
变压器油Ñ 182 130
变压器油Ò 203 95
润滑油Ñ 251 60
注滑油Ò 282 45
 
3 3 种闪火火焰检测方法的比较
 
311 火焰离子检测法
 
利用火焰离子检测闪火点的方案前面已经作了说明, 闪火后得到的电信号强度很大, 闪火导致气体击穿, 而气体击穿产生的电火花又进一步加强了闪火的强度, 因而闪火的信号很确切, 便于处理。
 
这种火焰检测电路比较复杂, 工艺要求严格,既要求高压变压器铁氧体芯柱间隙达到规定值, 又要求接触紧密不能松动, 否则将产生较大的蜂音。对于油杯的放电电极间距也有严格要求。笔者制做的测试电路实测结果如下。
 
高压变压器输出脉冲频率: 313 kHz;
 
高压变压器输出脉冲峰值: 700 V;
 
电极间距: 017 mm 左右;
 
闪火信号输出幅度: 160 mV。
 
由于检测电路工作于高压下, 对所采用的器件亦提出了较高的要求。
312 热电阻检测法
 
为了提高热电阻的输出电压, 笔者采用 200 W 白炽灯的灯丝( 已制成螺旋状) 作闪火检测的传感器, 结构如图 3 所示。当其长度为 30 cm 时, 常温下阻值大约 110 8 左右, 即使局部受热, 其输出电压也足以使比较器状态转换。笔者用自制成的热电阻测试头检测闪火火焰所得数据如下。
 
热电阻材料: 200 W 白炽灯螺旋状钨丝 30 cm; 热电阻检测头输出电压> 20 mV。

 
 
 
 
 
图 2  火焰存在时间检测程序简图
 
图 3  闪火检测头结构图
 
这一检测方案十分简单, 成本亦较低, 并且测试中无干扰, 现已为**内部分闪点测定仪生产厂所采用。这一方案主要缺点是测试头不耐用, 须经常
更换新探头以满足测试需求。
 
313 微光检测法
 
利用光缆将闪火火焰从油杯上方引出, 再由光电二极管转换成电信号, 从实质上看是**符合**家标准和**际标准要求的方案[ 3] 。由于石油产品闪火火焰为兰绿色, 要求所采用的光电二极管能工作于波长较短的波段, 笔者采用了硅紫外光电二极管
U V- 102BQ。
 
测得结果如下。光缆直径: 3 mm; 光缆长度:
 
15 cm; 闪火电压输出: 35 mV。
 
实验表明, 只要光缆收光端装配适当, 即使不用滤光片也可不计室内光线所产生的背景电流, 检测过程不带来干扰。多次实验亦不须擦拭光缆的收光端, 使用方便。测试过程完全不受环境温度湍动的影响, 对于亮闪点测试十分适合, 特别适合开口闪点测试。
 
4 讨论
 
411 3 种检测闪火火焰方法的比较
 
表 2 列出了 3 种常用的闪火火焰检测方法的优缺点。由表 2 可以看出, 3 种方案各有长处。第 1 种方案**内开发较早, 由于非智能型的自动检测仪表对电火花产生的干扰不敏感, 因而火焰离子检测方法在自动测试仪表中应用较多。
 
第2 种方案在制作检测探头方面有一定困难,而且探头比较脆弱。在对高闪点试样进行测试时,油杯升温与杯内气流湍动联合作用所产生的干扰可能导致闪点虚报, 实际效果如何, 要经过一段使用后才能得出结论。
 
笔者提出的第 3 种方案经多次实测的结果看,除制作稍难外, 试验效果良好。
 
表 2 3 种火焰检测方案的比较  
       
检测方法 离子 热电阻 微光
检测法 检测法 检测法
 
       
输出信号幅度 很强 较弱 中等
干扰强度
对后级放大的要求 不需要 需接放大器 不需要
环境温度稳定性 较好 易受温度影响 很好
制作工艺难度 很高 较高 简单
耐用性 一般 很差 较好
 
412 一种新的火焰检测方法
 
火焰的微光检测法在处理光缆和光电二极管封接方面比较困难, 如果采用较长光缆, 光电二极管可直接装在主电路板上, 加工比较方便, 此时光缆长度约需 30 cm, 费用较高。当然也可以将光缆大大缩短, 在油杯附近即进行光缆和光电二极管的封接, 这在结构设计上难于处理, 使用也不方便。从笔者经验得知, 虽然试样本身温度可达 300 e , 但油杯液面上空温度仅为100 e 左右, 在此温度下硅光器件应能胜任。笔者设想可以完全不用光缆直接将硅光电管置于油杯上方, 从油杯上方直接引出电信号, 无论在结构上还是在电路处理上均极方便, 成本亦可下降, 预期会得到好的效果。