一种本质安全电路火花试验装置及调速方法与流程

本申请涉及本质安全电路技术领域，特别涉及一种本质安全电路火花试验装置及调速方法。

背景技术：

应用于爆炸性气体环境的电气设备需要满足本质安全的要求。本质安全电路是指在规定的条件(包括正常工作和规定的故障条件)下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。gb3836.4-2010标准规定，电路的本质安全性能必须通过火花试验装置进行爆炸性检测试验来评定。当对某电路进行检测试验时，需要将该电路的被试部分接于火花试验装置相应的连接处，用火花试验装置产生的火花模拟电路被试部分发生开路或短路而产生的火花。火花试验装置的两电极处于容积至少为250cm³、承受爆炸压力至少为1500kpa的密闭容器内，容器内充有最易引燃浓度的爆炸性气体混合物用于模拟实际环境。如果在规定的试验条件下，被检电路产生的火花没有引燃爆炸性气体混合物，则认为该电路是本质安全的。

现有的火花试验装置一般由旋转极握和镉盘电极构成，旋转极握上均匀布有四根直径2mm、长度11mm的钨丝，镉电极上布有两道深2mm、宽2mm的凹槽。钨丝是直的，处于镉盘凹槽中时，与凹槽底部有1mm的空隙，此时两电极处于开路状态。现有技术中，通过一个步进电机控制旋转极握的转速，通过两个相配合的齿轮，带动所述镉盘电极转动。当钨丝划过镉盘及其表面的凹槽时，会产生闭合、开路火花。

但是，现有的火花试验装置在使用过程中，钨丝划过镉盘所用的时间仅占其旋转周期的16％，其余时间相当于空转。对于电感性电路而言，所述空转时间过长，有待于进一步缩短，现有的火花试验装置的检测效率有待进一步提高。

另外，对于火花试验装置来说，大的分离角度代表着较高的灵敏度。通过对钨丝与镉盘的交汇轨迹进行数学分析，发现现有的火花试验装置在检测过程中，钨丝与镉盘外边缘及凹槽边缘的分离角度统计为：0°-30°占15％，30°-60°占20％，60°-90°占65％。这样就导致现有的火花试验装置的检测灵敏度较低。

现有技术中至少存在如下问题：现有的火花试验装置的检测效率较低，检测灵敏度较低。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种本质安全电路火花试验装置及调速方法，以提高火花检测的灵敏度和检测效率。

本申请实施例提供一种本质安全电路火花试验装置及调速方法是这样实现的：

一种本质安全电路火花试验装置，所述装置包括：

旋转极握，所述极握下表面固定有四根钨丝，所述钨丝作为第一接触电极；

镉盘电极，作为第二接触电极，所述镉盘电极上表面上设置有两条相互平行的凹槽；

所述旋转极握由第一步进电机驱动旋转，所述镉盘电极由第二步进电机驱动旋转，所述第二步进电机独立于所述第一步进电机。

优选实施例中，所述第一步进电机和所述第二步进电机由步进电机控制系统控制，所述步进电机控制系统包括：

plc脉冲分配器，用于生成预设频率的电脉冲信号；

驱动器，用于放大所述电脉冲信号，利用放大后的电脉冲信号驱动所述第一步进电机和所述第二步进电机。

一种针对所述装置的调速方法，所述方法包括：

确定出所述钨丝与所述凹槽的运行轨迹上90°分离点的位置，计算出钨丝与镉盘电极的凹槽边缘恰在90°分离点处分离时铜电极与镉盘电极分别从初始位置转过的角度，得到所述转角度的周期性变化规律；

根据所述周期性变化规律，利用所述第一步进电机和所述第二步进电机，控制所述旋转极握与所述镉盘电极的转速，使所述四根钨丝和所述凹槽的边缘在规定的角度间隔和时间间隔内恰好在90°分离点处分离。

优选实施例中，所述控制所述旋转极握与所述镉盘的转速的方式包括：

分别通过改变电脉冲频率，控制所述第一步进电机和所述第二步进电机的运行频率；

通过所述第一步进电机和所述第二步进电机，采用s形曲线调速方式，分别对所述旋转极握和所述镉盘电极进行调速。

优选实施例中，所述在90°分离点处分离的时刻，控制所述旋转极握的转速为80rpm，控制所述镉盘电极的转速为19.2rpm，从所述分离的时刻至再次加速的时刻之间的时间间隔为9.61ms。

利用本申请实施例提供的一种本质安全电路火花试验装置，分别利用两个独立的步进电机控制所述旋转极握和所述镉盘电极的转速，可以分别调整所述旋转极握和所述镉盘电极的转速，调速更灵活。利用本申请实施例提供的一种本质安全电路火花试验装置的调速方法，可以通过第一步进电机和所述第二步进电机，控制所述四根钨丝和所述凹槽的边缘在规定的角度间隔和时间间隔内恰好在90°分离点处分离，从而可以有效提高检测灵敏度。通过采用s形曲线调速方式，对所述旋转极握和所述镉盘电极调速，可以有效增加相同时间内产生的火花数，从而可以有效提高检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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(a)是本申请一个实施例提供的一种本质安全电路火花试验装置的装置结构图；

图1(b)是图1(a)所述装置结构图的俯视图；

图2是本申请一个实施例提供的一种针对所述装置进行调速的调速方法流程示意图；

图3(a)是本申请一个实施例中提供的旋转极握的调速曲线；

图3(b)是本申请一个实施例中提供的镉盘电极的调速曲线；

图4(a)是本申请一个实施例中在t4时刻钨丝与所述凹槽边缘的交汇图；

图4(b)是本申请一个实施例中在t5时刻钨丝与所述凹槽边缘的交汇图；

图4(c)是本申请一个实施例中在t6时刻钨丝与所述镉盘电极边缘的交汇图；

图4(d)是本申请一个实施例中在t7时刻钨丝与所述凹槽边缘的交汇图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种本质安全电路火花试验装置及调速方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1(a)是本申请所述一种本质安全电路火花试验装置的一种实施例的装置结构图。图2(b)是图1(a)所述装置结构图对应的俯视图。虽然本申请提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本申请实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行。

具体的如图1(a)、图1(b)所述，本申请提供的一种本质安全电路火花试验装置的一种实施例可以包括：

旋转极握1，所述极握下表面固定有四根钨丝2，所述钨丝2作为第一接触电极；

镉盘电极3，作为第二接触电极，所述镉盘电极3上表面上设置有两条相互平行的凹槽4；

所述旋转极握1由第一步进电机5驱动旋转，所述镉盘电极3由第二步进电机6驱动旋转，所述第二步进电机6独立于所述第一步进电机。

本申请一个实施例中，所述第一步进电机5和所述第二步进电机6由步进电机控制系统控制，所述步进电机控制系统可以包括：

plc脉冲分配器，用于生成预设频率的电脉冲信号。

驱动器，用于放大所述电脉冲信号，利用放大后的电脉冲信号驱动所述第一步进电机5和所述第二步进电机6。

利用上述各实施例提供的一种本质安全电路火花试验装置，可以通过plc脉冲分配器实现对所述第一步进电机5和所述第二步进电机6的转速的灵活调整，从而提高检测灵敏度和检测效率。

基于上述实施例提供的本质安全电路火花试验装置，本申请提供一种针对所述装置的调速方法，所述方法可以包括：

s1：确定出所述钨丝与所述凹槽的运行轨迹上90°分离点的位置，计算出钨丝与镉盘电极的凹槽边缘恰在90°分离点处分离时铜电极与镉盘电极分别从初始位置转过的角度，得到所述转角度的周期性变化规律。

s2：根据所述周期性变化规律，利用所述第一步进电机和所述第二步进电机，控制所述旋转极握与所述镉盘电极的转速，使所述四根钨丝和所述凹槽的边缘在规定的角度间隔和时间间隔内恰好在90°分离点处分离。

本申请一个实施例中，所述控制所述旋转极握与所述镉盘的转速的方式可以包括：

分别通过改变电脉冲频率，控制所述第一步进电机和所述第二步进电机的运行频率；

通过所述第一步进电机和所述第二步进电机，采用s形曲线调速方式，分别对所述旋转极握和所述镉盘电极进行调速。

本申请一个实施例中，所述在90°分离点处分离的时刻，控制所述旋转极握的转速为80rpm，控制所述镉盘电极的转速为19.2rpm，从所述分离的时刻至再次加速的时刻之间的时间间隔为9.61ms。

利用上述各实施例提供的调速方法的实施方式，可以通过第一步进电机和所述第二步进电机，控制所述四根钨丝和所述凹槽的边缘在规定的角度间隔和时间间隔内恰好在90°分离点处分离，从而可以有效提高检测灵敏度。通过采用s形曲线调速方式，对所述旋转极握和所述镉盘电极调速，可以有效增加相同时间内产生的火花数，从而可以有效提高检测效率。

为了进一步说明本申请的有益效果，本申请还提供了实施过程中采用的调速曲线以及调速后得到的角度数据。

图3(a)是本申请一个实施例中采用s形曲线调速方式对所述旋转极握进行调速的调速曲线，对应的，图3(b)是本例中对所述镉盘电极进行调速的调速曲线。

如图3(a)、图3(b)所示，两图中t8以后的曲线按t5～t8的曲线变化规律周期性重复。

表1是所述装置经过所述方法调速后，得到的一系列角度数据。

表1

图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)分别为t4、t5、t6和t7时刻钨丝与镉盘凹槽的位置示意图。图中，圆p和圆o分别代表钨丝和镉盘电极的运行轨迹，w1～w4代表4根钨丝，m、n点代表钨丝与所述凹槽边缘的90°分离点(此时的凹槽边缘恰与线段pm或pn重合)，b2点代表钨丝与镉盘电极边缘的分离点。

对应的，图4(a)是本例中在t4时刻钨丝与所述凹槽边缘的交汇图，如图4(a)所示，此时，钨丝w3与所述凹槽边缘在m点分离。

图4(b)是本例中在5时刻钨丝与所述凹槽边缘的交汇图，如图4(b)所示，钨丝w4与所述凹槽边缘在n点分离。

图4(c)是本例中在t6时刻钨丝与所述镉盘电极边缘的交汇图，如图4(a)所示，钨丝w4与所述镉盘边缘在b2点分离。

图4(d)是本例中在t7时刻钨丝与所述凹槽边缘的交汇图，如图4(a)所示，钨丝w1与所述凹槽边缘在m点分离。

可以看出，利用本例中所述的调速方法，可以在保证装置产生尽可能多的火花数目的前提下使4根钨丝与凹槽边缘每次都在m点或n点分离，并且呈周期性规律出现。从而可以有效提高所述火花试验装置的检测灵敏度。

与现有的未经调速的火花试验装置相比，按原来的一个周期18.75s考虑，现有的火花试验装置产生的开路火花数目约为220个，分离角度统计为0°～30°占15％，30°～60°占20％，60°～90°占65％。在采用本申请所述火花试验装置，并采用本申请所述的调速方法对其进行调速后，在同样的时间内将产生约300个相同分离速度的开路火花，而且分离角度为80°～90°的火花比重将达到100％。很明显的，本申请所述的火花试验装置及其调速方法，有效提高了检测灵敏度和检测效率。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。