專利名稱：人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于一種模擬實驗系統(tǒng)，具體地說是涉及一種尋找引爆瓦斯的人體最小放 電電壓、擊穿場強及最易引爆瓦斯的濃度及其關(guān)聯(lián)等的模擬實驗系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近幾年來，煤礦事故不斷發(fā)生，其中很多是由于瓦斯的爆炸引起的，而瓦斯的引爆 有很多原因，人體靜電放電是一個不可忽視的重要因素。煤礦工人井下作業(yè)時，人體處于不 同的運動狀態(tài)，動作時快時慢，多次測試表明全副著裝礦工服的工人做跌倒、脫衣等突然 動作時，人體靜電電位的峰值是同樣著裝做緩慢動作時電位峰值的十余倍。因此，在煤礦環(huán) 境中，人體動態(tài)的靜電放電要比井下絕緣材料的靜電放電更具有危險性。為治理煤礦靜電引爆瓦斯的隱患，煤炭工業(yè)部制定了防靜電標準。但該標準只是 針對煤礦井下的各種材料和器材。雖然有礦工工作服但對人體靜電帶電電壓和帶電能量研 究甚少。在《中原工學院》2009年2月第20卷第一期公開的“煤礦環(huán)境人體動態(tài)靜電放電 模型”中，研究了不同環(huán)境條件中人體各種狀態(tài)和不同動作速度變化下的人體動態(tài)放電模 型及不同人體靜電放電模型最易引爆瓦斯的條件，為整體實驗系統(tǒng)的研究提供理論與實驗 依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，它針對煤礦狹窄 坑道中人體電阻隨人體電壓的變化、人體電壓波形隨人體突然動作的變化及礦工著裝進入 煤礦狹窄坑道特殊環(huán)境中的人體電容，建立煤礦環(huán)境中人體動態(tài)靜電放電模型，為煤礦的 安全生產(chǎn)管理提供理論與實驗依據(jù)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明包括混合氣體腔體以及位于混合氣體腔體中的點火裝置，所述的點火裝置 由人體ESD模型控制并實施點火；所述的混合氣體腔體通過電磁閥與瓦斯罐相通；且所述 的混合氣體腔體與氧氣濃度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱蜏囟葌鞲衅飨噙B接，人體ESD模型、 點火裝置、氧氣濃度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱蜏囟葌鞲衅骶c計算機控制系統(tǒng)相連接，計 算機控制系統(tǒng)與顯示裝置相連接。所述的混合氣體腔體包括臺面以及固定在臺面上的實驗腔體罩；在所述的實驗腔 體罩內(nèi)設置保護罩，在保護罩內(nèi)開有氧氣進氣孔和進氣/回氣孔，且實驗腔體罩的兩端設 置泄壓擋板。所述的實驗腔體罩為弧形有機玻璃腔體罩。在所述的實驗腔體罩的外圍設置防護網(wǎng)罩，所述的防護網(wǎng)罩為厚度2mm的弧形不 銹鋼防護網(wǎng)罩。所述泄壓擋板為封閉在實驗腔體罩兩端的紙；所述的臺面為不銹鋼臺面。
所述的人體ESD模型由多組電容、電阻組合構(gòu)成。所述的點火裝置包括支架以及固定在支架上的點火電極，所述的點火電極通過人 體ESD模型與高壓電源相連接，高壓電源和人體ESD模型均與點火控制器相連接。所述的點火電極為兩只尖錐形的不銹鋼圓柱體，不銹鋼圓柱體尖端之間的間隙為 0. 2 2mmο所述的計算機控制系統(tǒng)包括主控制模塊和檢測控制模塊；其中，主控制模塊與點 火控制器相連接。所述的氧氣濃度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱蜏囟葌鞲衅骱碗姶砰y均位于控制臺 中，控制臺位于混合氣體腔體的下方。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，通過人體ESD模型激發(fā)混合氣體腔體內(nèi)的瓦斯爆 炸，并通過有精準的紅外瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、紅外線分析儀和氧氣濃度傳感器等精確地提供 引爆瓦斯時的瓦斯?jié)舛群脱鯕鉂舛龋瑸槊旱V環(huán)境中人體靜電安全防護提供科學技術(shù)支持， 為礦工防靜電工作服的制作提供依據(jù)。各個傳感器均通向裝有瓦斯的混合氣體腔體內(nèi) 部，在腔體內(nèi)裝有人體ESD模型模擬點火裝置，用單片機控制?？蓽y在瓦斯?jié)舛葮O限范圍 5% -15%內(nèi)引爆瓦斯的不同人體放電電壓，從而找出引爆瓦斯的人體最小放電能量、擊穿 場強及最易引爆瓦斯?jié)舛?。其中，紅外線分析儀，可以每兩年校準一次，氧氣濃度傳感器可 以每半年校準一次，為實驗提供非常便利的條件。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明中控制臺的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為本發(fā)明中點火裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明中防護裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明中點火裝置的原理框圖；圖6為本發(fā)明中點火裝置的電路圖；圖7為本發(fā)明中計算機控制系統(tǒng)的電路原理圖；圖8為本發(fā)明中計算機控制系統(tǒng)的流程圖。
具體實施例方式實施例1如圖1所示，本實施例包括混合氣體腔體1以及位于混合氣體腔體1中的點火裝 置13，其中人體ESD模型2對點火裝置13實施點火，人體ESD模型2位于控制柜11內(nèi)。在 混合氣體腔體1中存有瓦斯和空氣混合而成的氣體，其中混合氣體腔體1通過電磁閥6與 瓦斯罐7相通，這樣，可通過控制電磁閥6使瓦斯罐7開通或關(guān)閉，以此來控制混合氣體腔 體1中的瓦斯含量。在本實施例中，人體ESD模型2為本領域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。如圖3所示，點火裝置13包括支架9以及固定在支架9上的點火電極10，點火電 極10通過人體ESD模型2與高壓電源21相連接，高壓電源21和人體ESD模型2均與點火 控制器相連接。點火電極10為兩只尖錐形的不銹鋼圓柱體，兩只不銹鋼圓柱體之間的間隙 為0. 2 2mm之間可調(diào)。需要說明的是，間隙小所需要的放電能量小，放電時產(chǎn)生的火花也小，而間隙越大擊穿兩尖端之間的氣體所需的能量就越大，放電時產(chǎn)生的火花也越大。所 以本發(fā)明兩只不銹鋼圓柱體之間的間隙連續(xù)可調(diào)，從0. 2mm至2mm。上述的高壓電源21為 500V 20KV電壓連續(xù)可調(diào)，用來模擬人體運動產(chǎn)生的靜電，其通過ESD人體放電模型連接 到放電電極10上，該高壓電源輸出的電壓由點火控制器控制其開通或關(guān)斷，實現(xiàn)點火信號 的控制。如圖4所示，在混合氣體腔體1中設有氧氣濃度傳感器進氣孔17、瓦斯?jié)舛葌鞲?器進氣/出氣孔18和溫度傳感器5，且人體ESD模型2、點火裝置13、氧氣濃度傳感器3、瓦 斯?jié)舛葌鞲衅?和溫度傳感器5均與計算機控制系統(tǒng)相連接，計算機控制系統(tǒng)與顯示裝置 8相連接。這樣，通過人體ESD模型進行模擬放電，氧氣濃度傳感器3、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?和 溫度傳感器5實時采集混合氣體腔體1中的各種數(shù)據(jù)，并把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機控 制系統(tǒng)，經(jīng)計算機控制系統(tǒng)處理后發(fā)送給顯示裝置8顯示出來。在本實施例中，顯示裝置8 為LED點陣顯示屏，另外，還可以采用IXD液晶顯示屏等等。如圖2所示，考慮到實驗系統(tǒng)的方便性和安全性，氧氣濃度傳感器3、瓦斯?jié)舛葌?感器4和溫度傳感器5和電磁閥6均位于控制臺11中，控制臺11位于混合氣體腔體1的下 方?？刂婆_11可以為一個控制柜，控制柜中設有隔板，以此將各種儀器分隔開來。在本實施 例中，氧氣濃度傳感器3的精度為1/1000 ；瓦斯?jié)舛葌鞲衅?本實施例中采用的GXH-1050E 型不分光式紅外線分析儀，其精度1/10000，其光學系統(tǒng)由光源、氣室和檢測器三部分組成， 最小量程0-50ppm，最大量程為0-100%，使用范圍為0-20% ；重復性< ；分辨率常量 0.01%，微量Ippm;穩(wěn)定性中重復漂移彡士 F S/7d，量程漂移彡士 1 % FS/7d，線性誤 差彡 士 FS0實施例2本實施例與實施例1不同的是，在本實施例中，如圖2、圖3、圖4所示，混合氣體腔 體1包括臺面14以及固定在臺面14上的實驗腔體罩15和溫度傳感器5，其中，溫度傳感器 5可位于臺面14上的任何一個地方，既可以位于實驗腔體罩15內(nèi)部，也可以位于防護罩16 外部，它通過溫度測量孔22與控制柜11相連接。人體ESD模型模擬點火裝置13位于保護 罩16內(nèi)。在保護罩16外側(cè)設置實驗腔體罩15，在保護罩16內(nèi)開有氧氣進氣孔17和瓦斯 進氣/回氣孔18，且實驗腔體罩15的兩端通過側(cè)面擋板19和密封墊23固定設置泄壓擋板 19，為更加簡易，泄壓擋板19可以為封閉在實驗腔體罩15兩端的紙，它能夠在瓦斯引爆的 實驗中，起到迅速泄壓的作用。具體地說，保護罩16為弧形有機玻璃腔體罩，它采用5mm厚有機玻璃加工而成，用 以保護瓦斯混合氣體爆炸時不會有較強的沖擊波進入進氣孔，且該有機玻璃弧形腔體罩與 臺面14連成一體。這樣，在溫度傳感器5、進氣/回氣孔18、氧氣進氣孔17上固定并密封 氣管和傳感器后，將支架9連同實驗腔體罩15 —起用不銹鋼螺栓12固定在臺面14上。需要指出的是，在本實驗實施中，為提高整體的抗沖擊性能，支架9采用有機玻 璃，實驗腔體罩15采用直徑180mm，厚度8mm的有機玻璃保護罩；臺面14為不銹鋼臺面。其 中，臺面14是整體不銹鋼材質(zhì)，再用2公分厚不銹鋼鋼板條用螺栓加固而構(gòu)成，以確保腔體 中瓦斯爆炸時不銹鋼板下容器中的各電器設備和電子線路正常工作，以便使自動控制系統(tǒng) 安全運行。當然，上述的支架9、小保護罩16、實驗腔體罩15、臺面14也可以采用其他的防 爆型材質(zhì)。
在本實施例中，ESD(Electrostatic Discharge)人體靜電放電模型模擬點火裝置 13位于混合氣體腔體1中，通過兩錐形不銹鋼尖端放電實施人體模型靜電放電，氧氣濃度 由混合氣體腔體1中空氣中的氧提供，瓦斯?jié)舛扔赏咚构?提供，打開瓦斯罐7和各電源開 關(guān)，對混合氣體腔體1充氣的同時，對人體ESD模型2充電，實驗全過程均在計算機控制系 統(tǒng)的控制下自動進行。在瓦斯?jié)舛葹?%-15%范圍內(nèi)對不同濃度區(qū)間，用人體ESD模型， 實施放電引爆瓦斯，從而得到能引爆瓦斯的人體最小靜電放電電壓。為便于研究不同環(huán)境條件中人體各種狀態(tài)和不同動作速度變化下的人體動態(tài)放 電模型及不同人體靜電放電模型最易引爆瓦斯的條件，在實驗中人體ESD模型2應包括多 組電容、電阻組合。具體說明如下實驗條件環(huán)境濕度52%，腔體溫度22°C時測得的實驗數(shù)據(jù)如表1所示
權(quán)利要求
1.一種人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于它包括混合氣體腔體(1) 以及位于混合氣體腔體⑴中的點火裝置(13)，所述的點火裝置(13)由人體ESD模型⑵ 控制并實施點火；所述的混合氣體腔體(1)通過電磁閥(6)與瓦斯罐(7)相通；且所述的混 合氣體腔體(1)與氧氣濃度傳感器(3)、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?4)和溫度傳感器(5)相連接，人 體ESD模型(2)、點火裝置(13)、氧氣濃度傳感器(3)、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?4)和溫度傳感器 (5)均與計算機控制系統(tǒng)相連接，計算機控制系統(tǒng)與顯示裝置(8)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于所述的 混合氣體腔體(1)包括臺面(14)以及固定在臺面(14)上的實驗腔體罩(15)；在所述的實 驗腔體罩(15)內(nèi)設置保護罩(16)，在保護罩(16)內(nèi)開有氧氣進氣孔(17)和進氣/回氣孔 (18)，且實驗腔體罩(15)的兩端設置泄壓擋板(19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于所述的 實驗腔體罩(15)為弧形有機玻璃腔體罩。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于在所述 的實驗腔體罩(15)的外圍設置防護網(wǎng)罩(20)，所述的防護網(wǎng)罩(20)為厚度2mm的弧形不 銹鋼防護網(wǎng)罩。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于所述泄 壓擋板(19)為封閉在實驗腔體罩(15)兩端的紙；所述的臺面(14)為不銹鋼臺面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于所述的 人體ESD模型(2)由多組電容、電阻組合構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于所述的 點火裝置(13)包括支架(9)以及固定在支架(9)上的點火電極(10)，所述的點火電極(10) 通過人體ESD模型⑵與高壓電源相連接，高壓電源和人體ESD模型⑵均與 點火控制器相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于所述的 點火電極(10)為兩只尖錐形的不銹鋼圓柱體，不銹鋼圓柱體尖端之間的間隙為0. 2 2mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于所述的 計算機控制系統(tǒng)包括主控制模塊和檢測控制模塊；其中，主控制模塊與點火控制器相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于所述的 氧氣濃度傳感器(3)、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?4)和溫度傳感器(5)和電磁閥(6)均位于控制臺 (11)中，控制臺(11)位于混合氣體腔體(1)的下方。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人體靜電放電引爆瓦斯模擬實驗系統(tǒng)，它包括混合氣體腔體以及位于混合氣體腔體中的點火裝置，點火裝置由人體ESD模型控制并實施點火；混合氣體腔體通過電磁閥與瓦斯罐相通；且混合氣體腔體與氧氣濃度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱蜏囟葌鞲衅飨噙B接，人體ESD模型、點火裝置、氧氣濃度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱蜏囟葌鞲衅骶c計算機控制系統(tǒng)相連接，計算機控制系統(tǒng)與顯示裝置相連接。本發(fā)明通過人體ESD模型激發(fā)混合氣體腔體內(nèi)的瓦斯爆炸，并通過紅外瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、紅外線分析儀和氧氣濃度傳感器等精確地提供引爆瓦斯時的瓦斯?jié)舛群脱鯕鉂舛?，為煤礦環(huán)境中人體靜電安全防護提供技術(shù)支持，為礦工防靜電工作服的制作提供依據(jù)。
文檔編號B01L1/00GK102145308SQ20101011938
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者張景昌, 董秀潔, 陳旭 申請人:中原工學院