防爆电器最高表面温度试验测试系统及方法

1.本发明涉及防爆电器温升试验技术领域，尤其涉及一种防爆电器最高表面温度试验测试系统及方法。


背景技术：

2.防爆电器是指在爆炸性场所使用的隔爆型电磁起动器、隔爆型高压配电装置、隔爆型接线盒、隔爆型照明综合保护装置等电气设备，在煤矿、化工、石油等易燃易爆场所获得广泛应用。隔爆型外壳结构不仅防止了防爆电器内部电火花引燃外部爆炸性气体，还避免了外部环境爆炸损坏防爆电器设备，保障了防爆电器在爆炸性场所的安全运行。但隔爆外壳结构重量较大限制了防爆电器的移动能力，还限制了防爆电器内部热量不能及时传递，导致防爆电器的温度远远高于地面同等级电气设备。
3.国家标准gb/t 3836.1-2021“爆炸性环境第1部分：设备通用要求”明确规定防爆电器最高表面温度不超过150℃。目前防爆电器最高表面温度试验测试采用红外点温计测试温度数据，测试点选取不准确（防爆电器结构复杂、最高表面面积较大，点温计只能根据经验选取测试点），同时需要人工判断试验结果、环境温度是否满足测试要求，导致测试过程工作量大、测试数据精度低、试验结果可靠性差，为爆炸性场所用防爆电器安全运行带来事故隐患。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种防爆电器最高表面温度试验测试系统及方法，通过热成像仪寻找防爆电器最高表面温度位置，利用热电偶对温度数据进行采集，plc对数据进行处理和判断，实现防爆电器最高表面温度的试验测试。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一方面，本发明提供一种防爆电器最高表面温度试验测试系统，包括plc控制器、热电偶组、稳压电源、热成像仪、温度试验电源、温湿度传感器、温度控制装置和电参数测试单元；所述稳压电源的输入端与电网电连接，稳压电源的输出端分别与plc控制器、温度控制装置的电源输入端子相连接；所述温度控制装置的控制信号的输入端与plc控制器的温度信号控制输出端电连接；所述温湿度传感器设置在试验环境中用于测试试验环境的温度和湿度，温湿度传感器的数据输出端与plc控制器的温湿度信号输入端电连接；所述温度试验电源的控制信号输入端与plc控制器的控制信号输出端电连接，温湿度试验电源的电流输出端经过电参数测试单元与防爆电器的电流输入端电连接；所述电参数测试单元的信号输出端与plc控制器的电流信号输入端电连接；所述热电偶组的测试端固定在防爆电器最高表面温度测试位置，热成像仪测试时成像测试端正对防爆电器表面。
6.优选地，所述防爆电器最高表面温度试验测试系统还包括数据存储单元，所述数据存储单元的数据输入端与plc控制器的数据输出端电连接。
7.优选地，所述防爆电器最高表面温度试验测试系统还包括触摸屏，所述触摸屏的信号输入端与plc控制器的通讯信号输出端电连接，触摸屏的信号输出端与plc控制器的通讯信号输入端电连接；触摸屏的电源输入端子与稳压电源的输出端相连接。
8.优选地，所述防爆电器最高表面温度试验测试系统还包括语音提醒单元，所述语音提醒单元的信号输入端与plc控制器的警示信号输出端电连接；语音提醒的电源输入端子与稳压电源的输出端相连接。
9.优选地，所述电参数测试单元包括无源高精度电压互感器和无源高精度电流互感器，用于测试防爆电器最高表面温度试验电压和电流，电压互感器与防爆电器的主回路电源输入端并联，用于测试防爆电器的主回路电压，电流互感器与防爆电器最高表面温度试验线路串联，用于测量试验回路电流；所述防爆电器最高表面温度试验线路由电源控制柜、调压电源、电流发生器和防爆电器组成，电源控制柜用于对最高表面温度试验回路的控制和保护，调压电源用于调节大电流发生器的输入电压，电流发生器用于产生防爆电器最高表面温度试验的电流。
10.优选地，所述语音提醒单元电路由语音芯片sc8120b、电容c1、电容c2、电源vcc、接地端子gnd1、接地端子gnd2和扬声器lsq组成，语音芯片sc8120b的信号输入端子6、7、8与plc的语音提醒信号输出端子电连接，语音芯片sc8120b电源端子4与电源vcc电连接，电容c2的一端与电源vcc和sc8120b电源端子4电连接，电容c2的另一端与接地端子gnd2电连接，语音芯片sc8120b的语音输出端子2、语音输出端子3与扬声器lsq电连接，语音芯片sc8120b的端子5与接地端子gnd1和电容c1的一端相连接，电容c1的另一端与语音芯片sc8120b的端子1电连接。
11.另一方面，本发明还提供一种防爆电器最高表面温度试验测试方法，采用模拟工况法进行防爆电器最高表面温度试验，并采用电流发生器产生试验电流，将防爆电器的三相依次串联后通入试验电流，具体包括以下步骤：步骤1、通过触摸屏设置防爆电器试验电流，然后plc控制器向温度试验电源发送电流调整指令，温度试验电源接收电流调整指令并调整电流输出；步骤2、plc控制器实时接收和处理电参数测试单元测试得到的防爆电器试验的实际电流数据，并与设置的试验电流进行比较，在实际电流达到试验电流时，plc控制器向温度试验电源发出停止电流调整的指令，温度试验电源停止电流调整，以试验电流大小持续向防爆电器供电；步骤3、防爆电器通电设定时间后，使用热成像仪寻找防爆电器表面温度点最高的m个点作为最高表面温度测试部位，然后将热电偶组分别固定在最高表面温度测试部位，plc控制器以设定频率接收热电偶组采集的防爆电器最高表面温度数据；步骤4、温湿度传感器采集试验的环境温度和湿度，并将环境温度和湿度数据输入plc控制器，plc控制器对环境温度相较于试验开始时的环境温度变化进行判断，如果环境温度升高2℃，则plc控制器控制温度控制装置启动，对试验环境进行降温，并在环境温度数据升高小于1℃时停止温度控制装置；如果环境温度数据变化超过国家标准要求温度试验环境温度变化最大值，则停止防爆电器最高表面温度试验测试，语音提醒单元进行提醒；
步骤5、在防爆电器所在环境温度升高小于情况下，plc控制器对热电偶组采集的温度数据进行存储；如果同一热电偶在间隔1小时两次测量的温度数据升高小于1℃，则该热电偶回路最高表面温度试验测试结束；步骤6、当所有热电偶间隔1小时两次测量的温度数据升高均小于1℃时，则防爆电器最高表面温度试验测试结束，语音提醒单元进行提醒；步骤7、对测试环境下防爆电器最高表面温度试验数据转换为井下最不利条件下的温度，如下公式所示：
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(1)其中，为最不利条件下防爆电器最高表面温度，为测试环境下防爆电器最高表面温度试验数据，为测试环境温度，最不利条件下环境温度；测试环境温度由plc控制器根据温湿度传感器采集的环境温度数据进行计算，具体为：plc控制器根据试验开始和试验结束的时间计算得到防爆电器最高表面温度试验的时间，即测试周期，如下公式所示：
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（2）其中，为测试周期时间，为测试结束时间，为测试开始时间；计算测试周期内后八分之一时间，如下公式所示：
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（3）其中，为测试周期内后八分之一时间；plc计算得到测试周期内后八分之一时间，然后通过测试周期内后八分之一时间内的n个环境温度数据，计算得到测试周期内后八分之一时间内的平均环境温度作为测试环境温度，如下公式所示：
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（4）步骤8、将防爆电器最高表面温度试验过程环境温度变化与国家标准要求的温度试验环境温度变化最大值进行比较，判断防爆电器最高表面温度试验结果是否有效；步骤8.1、plc控制器对接收的试验过程中的环境温度进行比较，得到环境温度的最大值和最小值；步骤8.2、将试验过程中的环境温度最大值和最小值进行做差运算得到防爆电器最高表面温度试验的环境温度差，如下公式所示：
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（5）其中，为防爆电器最高表面温度试验的环境温度差；步骤8.3、plc控制器将防爆电器最高表面温度试验环境温度差与国家标准要求的温度试验环境温度变化最大值进行做差，得到防爆电器最高表面温度试验环境温度变化误差，如下公式所示：
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（6）其中，为防爆电器最高表面温度试验环境温度变化误差；如果大于或等于零，则防爆电器最高表面温度试验环境温度变化小于国家标准要求的温度试验环境温度变化最大值，防爆电器最高表面温度试验结果有效；如果小于零，则防爆电器最高表面温度试验环境温度变化大于国家标准要求的温度试验环境温度变化最大值，防爆电器最高表面温度试验结果无效。
12.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的防爆电器最高表面温度测试系统及方法，利用plc控制器的数据处理能力，实现温度数据计算、结果判定和数据存储，解决现有防爆电器最高表面温度试验工作量大、操作困难、测试精度低等技术难题，提高了最高表面温度测试能力和测试水平，提高了最高表面温度试验测试效率，节约电力资源，增加产品科技含量，为防爆电器新产品研发过程隔爆外壳和部件选型提供试验验证技术支撑，保证了防爆电器产品质量。
附图说明
13.图1为本发明实施例提供的防爆电器最高表面温度测试系统的结构框图；图2为本发明实施例提供的语音提醒单元电路结构图；图3为本发明实施例提供的防爆电器最高表面温度测试方法的流程图；图4为本发明实施例提供的防爆电器最高表面温度试验环境温度计算的流程图。
具体实施方式
14.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
15.本实例以某型号防爆电器为例，采用本发明的防爆电器最高表面温度测试系统及方法对该防爆电器最高表面温度试验进行测试。
16.本实施例中，防爆电器最高表面温度试验测试系统，如图1所示，包括plc控制器、热电偶组、稳压电源、热成像仪、温度试验电源、温湿度传感器、温度控制装置、电参数测试单元、数据存储单元、触摸屏和语音提醒单元；所述稳压电源的输入端通过三孔插头与电网电连接，稳压电源的输出端分别与plc控制器、温度控制装置的电源输入端子相连接；所述温度控制装置的控制信号的输入端与plc控制器的温度信号控制输出端电连接；所述温湿度传感器设置在试验环境中用于测试试验环境的温度和湿度，温湿度传感器的数据输出端
与plc控制器的温湿度信号输入端电连接；所述温度试验电源的控制信号输入端与plc控制器的控制信号输出端电连接，温湿度试验电源的电流输出端经过电参数测试单元与防爆电器的电流输入端电连接；所述电参数测试单元的信号输出端与plc控制器的电流信号输入端电连接；所述热电偶组的测试端通过胶水固定在防爆电器最高表面温度测试位置，热成像仪测试时成像测试端正对防爆电器表面；所述数据存储单元的数据输入端与plc控制器的数据输出端电连接；所述触摸屏的信号输入端通过网线与plc控制器的通讯信号输出端电连接，触摸屏的信号输出端通过网线与plc控制器的通讯信号输入端电连接；触摸屏的电源输入端子与稳压电源的输出端相连接；所述语音提醒单元的信号输入端与plc控制器的警示信号输出端电连接；语音提醒的电源输入端子与稳压电源的输出端相连接。
17.所述电参数测试单元包括无源高精度电压互感器和无源高精度电流互感器，用于测试防爆电器最高表面温度试验电压和电流，电压互感器与防爆电器的主回路电源输入端并联，用于测试防爆电器的主回路电压，电流互感器与防爆电器最高表面温度试验线路串联，用于测量试验回路电流；所述防爆电器最高表面温度试验线路由电源控制柜、调压电源、大电流发生器和防爆电器组成，电源控制柜用于对最高表面温度试验回路的控制和保护，调压电源用于调节大电流发生器的输入电压，电流发生器用于产生防爆电器最高表面温度试验的电流。
18.所述语音提醒单元如图2所示，由语音芯片sc8120b、电容c1、电容c2、电源vcc、接地端子gnd1、接地端子gnd2和扬声器lsq组成，语音芯片sc8120b的信号输入端子6、7、8与plc的语音提醒信号输出端子电连接，语音芯片sc8120b电源端子4与电源vcc电连接，电容c2的一端与电源vcc和sc8120b电源端子4电连接，电容c2的另一端与接地端子gnd2电连接，语音芯片sc8120b的语音输出端子2、语音输出端子3与扬声器lsq电连接，语音芯片sc8120b的端子5与接地端子gnd1和电容c1的一端相连接，电容c1的另一端与语音芯片sc8120b的端子1电连接。
19.本实施例中，一种防爆电器最高表面温度试验测试方法，采用模拟工况法进行防爆电器最高表面温度试验，并采用大电流发生器产生试验电流，将防爆电器的三相依次串联后通入试验电流。该测试方法如图3所示，具体包括以下步骤：步骤1、通过触摸屏设置防爆电器试验电流，然后触摸屏控制plc控制器向温度试验电源发送电流调整指令，温度试验电源接收电流调整指令并调整电流输出（从零开始增加）；步骤2、plc控制器实时接收和处理电参数测试单元测试得到的防爆电器试验的实际电流数据，并与设置的试验电流进行比较，在实际电流达到试验电流时，plc控制器向温度试验电源发出停止电流调整的指令，温度试验电源停止电流调整，以试验电流大小持续向防爆电器供电；步骤3、防爆电器通电设定时间后，使用热成像仪寻找防爆电器表面温度点最高的m个点作为最高表面温度测试部位（为了保证测试准确性，选取温度最高的m个点，m通常取5），然后用胶水将热电偶组分别固定在最高表面温度测试部位，plc控制器以设定频率接收热电偶组采集的模拟量信号，并将模拟量信号转变为防爆电器最高表面温度数据；步骤4、温湿度传感器采集试验的环境温度和湿度，并将环境温度和湿度数据输入plc控制器，plc控制器对环境温度相较于试验开始时的环境温度变化进行判断，如果环境
温度升高2℃，则plc控制器控制温度控制装置启动，对试验环境进行降温，并在环境温度数据升高小于1℃时停止温度控制装置；如果环境温度数据变化超过国家标准要求温度试验环境温度变化最大值，则停止防爆电器最高表面温度试验测试，语音提醒单元进行提醒；步骤5、在防爆电器所在环境温度升高小于情况下，plc控制器对热电偶组采集的温度数据进行存储；如果同一热电偶在间隔1小时两次测量的温度数据升高小于1℃，则该热电偶回路最高表面温度试验测试结束；步骤6、当所有热电偶间隔1小时两次测量的温度数据升高均小于1℃时，则防爆电器最高表面温度试验测试结束，语音提醒单元进行提醒；步骤7、上述测试结果为测试环境下最高表面温度试验数据，国家标准gb/t 3836.1-2021“爆炸性环境 第1部分：设备通用要求”中要求的最高表面温度为井下最不利条件下的温度，所以需要将测试环境下防爆电器最高表面温度试验数据转换为井下最不利条件下的温度，如下公式所示：
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(1)其中，为最不利条件下防爆电器最高表面温度，单位是摄氏度（℃）；为测试环境下防爆电器最高表面温度试验数据（取n个测试点的最高温度），单位是摄氏度（℃）；为测试环境温度，单位是摄氏度（℃）；最不利条件下环境温度，单位是摄氏度（℃），通常取 40℃；测试环境温度是指测试周期内后八分之一周期内的平均温度，测试环境数据来源于温湿度传感器数据，温湿度传感器置于防爆电器1m远距离（防爆电器高度二分之一位置）；测试环境温度由plc控制器根据温湿度传感器采集的环境温度数据进行计算，计算过程如图4所示，具体为：plc控制器根据试验开始和试验结束的时间计算得到防爆电器最高表面温度试验的时间，即测试周期，如下公式所示：
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（2）其中，为测试周期时间，单位为分（min）；为测试结束时间，单位为分（min）；为测试开始时间，单位为分（min）；计算测试周期内后八分之一时间，如下公式所示：
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（3）其中，为测试周期内后八分之一时间，单位为分（min）；plc计算得到测试周期内后八分之一时间，然后通过测试周期内后八分之一时间
内的n个环境温度数据，计算得到测试周期内后八分之一时间内的平均环境温度作为测试环境温度，如下公式所示：
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（4）步骤8、将防爆电器最高表面温度试验过程环境温度变化与国家标准要求的温度试验环境温度变化最大值进行比较，判断防爆电器最高表面温度试验结果是否有效；步骤8.1、plc控制器对接收的试验过程中的环境温度进行比较，得到环境温度的最大值和最小值；步骤8.2、将试验过程中的环境温度最大值和最小值进行做差运算得到防爆电器最高表面温度试验的环境温度差，如下公式所示：
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（5）式中，为防爆电器最高表面温度试验的环境温度差，单位是摄氏度（℃）；步骤8.3、plc控制器将防爆电器最高表面温度试验环境温度差与国家标准要求的温度试验环境温度变化最大值进行做差，得到防爆电器最高表面温度试验环境温度变化误差，如下公式所示：
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（6）式中，为防爆电器最高表面温度试验环境温度变化误差，单位是摄氏度（℃）；如果大于或等于零，则防爆电器最高表面温度试验环境温度变化小于国家标准要求的温度试验环境温度变化最大值，防爆电器最高表面温度试验结果有效；如果小于零，则防爆电器最高表面温度试验环境温度变化大于国家标准要求的温度试验环境温度变化最大值，防爆电器最高表面温度试验结果无效。
20.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。