防爆灯具最不利条件下温度测试系统及测试方法

1.本发明涉及防爆灯具温度测试技术领域，尤其涉及一种防爆灯具最不利条件下温度测试系统及测试方法。


背景技术：

2.防爆灯具是指在爆炸性场所使用的隔爆型巷道灯、隔爆型支架灯、隔爆型照明信号灯以及隔爆型应急灯等照明灯具，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灯具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灯具，保障了防爆灯具在爆炸性场所的安全运行。但隔爆外壳结构导致内部热量不能及时散发，同时井下无自然照明，防爆灯具处于24小时运行状态，尤其是爆炸性场所运行环境温度较高，在煤矿井下工作面最高可达40℃，导致防爆灯具的温度远远高于地面照明设备。
3.国家标准gb/t3836.1-2021“爆炸性环境第1部分：设备通用要求”明确规定防爆灯具在最不利条件下表面温度不超过150℃。目前防爆灯具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(防爆灯具结构复杂、最高表面面积较大，点温计只能根据经验选取测试点)，同时需要人工记录实验数据和判断试验是否完成，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灯具安全运行带来事故隐患。另外对于节能型防爆感应灯需要人工对灯具发光侧触发，才能确保温度测试过程处于最不利条件下，温度测试需要几个小时(通常在4个小时以上)才能完成，增加了试验人员的工作量，降低了测试效率，阻碍检测测试行业智能化发展。


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，提供一种防爆灯具最不利条件下温度测试系统及测试方法，实现防爆灯具最不利条件下温度测试。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
6.一方面，本发明提供防爆灯具最不利条件下温度测试系统，包括pic单片机、热电偶单元a、热电偶单元b、多路供电装置、热成像仪、压力传感器、湿度传感器、电压互感器、电流互感器、显示屏、移动模块、通讯单元、工业计算机、人机交互面板和声光警示单元；其中，热电偶单元a和热电偶单元b的测试端分别置于防爆灯具表面和测试环境中，热电偶单元a和热电偶单元b的温度数据输出端均与pic单片机的温度数据输入端电连接；多路供电装置输入端与市电连接，输出端分别与pic单片机、显示屏、工业计算机、声光警示单元、防爆灯具的电源输入端子电连接；压力传感器和湿度传感器的测试端均置于测试环境中，压力传感器的压力信号输出端以及湿度传感器的湿度信号输出端分别与pic单片机的压力信号输入端和湿度信号输入端电连接；电压互感器的测试端与防爆灯具的电源输入端子电连接，电压信号输出端与pic单片机的电压信号输入端电连接；电流互感器的测试端与防爆灯具的供电线路串联，电流信号输出端与pic单片机的电流信号输入端电连接；显示屏的信号输
入端与pic单片机信号输出端电连接；工业计算机通过通讯单元与pic单片机电连接，用于存储pic单片机接收的数据；人机交互面板的控制信号输出端分别与多路供电装置和pic单片机相连接；声光警示单元的信号输入端与pic单片机的警示信号输出端电连接；热成像仪测试时成像测试端正对防爆电器表面；移动模块在防爆灯具玻璃罩正面运行。
7.优选地，所述热电偶单元a和热电偶单元b均包括两个热电偶，分别用于测试防爆灯具表面和测试环境的温度；热电偶单元a的两个热电偶粘贴在防爆灯具壳体和玻璃罩这两个测试点的表面；热电偶单元b的两个热电偶置于防爆灯具处于同一水平面的1米远的两侧位置用于测试测试环境的温度；
8.优选地，所述电压互感器和电流互感器均为无源互感器，用于测试防爆灯具的电压和电流；
9.优选地，所述压力传感器和湿度传感器分别用于测试测试环境的压力和湿度；
10.优选地，所述显示屏用于显示系统工作状态、测试环境温度、测试环境湿度、测试环境压力、防爆灯具壳体和玻璃罩上的温度数据；
11.优选地，所述人机交互面板用于实现电源控制和测试系统的启动、测试和停止，包括多路供电装置电源启动与停止按钮、pic单片机电源启动控制按钮、防爆灯具电源启动控制按钮、显示屏电源启动控制按钮、工业计算机电源启动控制按钮，测试系统起动、测试和停止按钮，急停按钮。
12.另一方面，本发明还提供防爆灯具最不利条件下温度测试方法，包括以下步骤：
13.步骤1、通过人机交互面板启动多路供电装置电源、pic单片机电源、显示屏电源、工业计算机电源，根据防爆灯具电压等级选择供电线路，启动防爆灯具电源；
14.步骤2、pic单片机通过人机交互面板控制移动模块运动使防爆感应灯具处于全功率运行状态，保证防爆感应灯具温度测试过程始终处于最不利条件下；
15.步骤3、pic单片机接收电流互感器、电压互感器、压力传感器、湿度传感器采集的电信号，将电信号转换成对应的电流、电压、压力、湿度数据，在任一数据超出设置值时停止防爆灯具最不利条件下温度测试，并在显示屏上进行系统故障提示，声光警示单元进行声光警示；当电流、电压、压力和湿度数据均在设置值范围内时，执行步骤4，继续运行防爆灯具最不利条件下温度测试；
16.步骤4、pic单片机接收热电偶单元a和热电偶单元b采集的温度数据，并记录防爆灯具最不利条件下温度试验时间，当试验时间到达设定值后在显示屏上进行提示；
17.步骤5、利用热成像仪在防爆灯具壳体和玻璃罩上寻找最高温度点，将热电偶单元a固定在防爆灯具壳体和玻璃罩最高温度点位置；
18.步骤6、pic单片机继续接收热电偶单元a采集的n个温度数据t1、t2，
……
，tn，在温度数据采集1个小时后计算该段时间内的温度数据差值，进而判断防爆灯具最不利条件下温度测试是否结束，计算方法如下：
19.δt＝t
m 60-tmꢀꢀ
(1)
20.式中，tm为热电偶单元a第m次采集的温度数据，m为1到n-60区间的正整数；t
m 60
为热电偶单元a第m 60次采集的温度数据；δt为热电偶单元a第m 60次和第m次采集的温度数据差值；
21.pic单片机比较δt与1之间的大小，如果δt大于或等于1，则pic单片机控制热电
偶单元a和热电偶单元b继续采集环境温度和防爆灯具最不利条件下温度数据，并执行步骤7，如果δt小于1则防爆灯具最不利条件下温度测试结束；tn为防爆灯具最不利条件下实际温度；
22.步骤7、pic单片机实时接收热电偶单元a和热电偶单元b采集环境温度和防爆灯具最不利条件下温度数据，并对环境温度进行处理得到温度试验后四分之一时间内的平均温度，并换算得到防爆灯具最不利条件下的温度数据，如下公式所示：
[0023][0024]
其中，tw为防爆灯具最不利条件下温度；t1为防爆灯具最不利条件温度测试后四分之一时间内环境第一个温度；t2为防爆灯具最不利条件温度测试后四分之一时间内环境第二个温度；tg为防爆灯具最不利条件温度测试后四分之一时间内环境最后一个温度；g为防爆灯具最不利条件温度测试后四分之一时间内采集环境温度数量；
[0025]
步骤8、pic单片机将防爆灯具最不利条件下温度与防爆灯具最不利条件温度测试标准要求数据进行比较，判断防爆灯具最不利条件下温度测试是否合格；如果防爆灯具最不利条件温度测试标准要求数据大于防爆灯具最不利条件下温度，则防爆灯具最不利条件下温度测试合格；如果防爆灯具最不利条件下温度测试标准要求数据等于或小于防爆灯具最不利条件下温度，则防爆灯具最不利条件温度测试不合格。
[0026]
所述pic单片机通过人机交互面板控制移动模块运动使防爆感应灯具处于全功率运行状态的具体方法为：
[0027]
防爆感应灯具采用无线驱动方式触发，在防爆感应灯具低功率运行状态下，pic单片机控制移动模块沿与防爆感应灯具为圆心o的圆切线方向的直线l上移动，找到与圆心o对称的两个防爆感应灯感应点，并在距离两个防爆感应灯感应点一定距离的两个端点范围内往返运动；
[0028]
为了保证防爆感应灯具温度测试过程始终处于最不利条件下，pic单片机采集全功率运行和温度测试过程的电压和电流信号，并计算得到防爆感应灯具最大功率和运行功率，然后判断防爆感应灯具是否在最不利条件下运行，具体方法为：
[0029]
步骤s1、pic单片机接收电流互感器和电压互感器采集的防爆感应灯具全功率运行时电压和电流信号，并计算得到防爆感应灯具全功率,计算方法如下：
[0030]
p
max
＝u
max
×imax
ꢀꢀ
(3)
[0031]
其中，p
max
为防爆感应灯具全功率；u
max
为防爆感应灯具全功率运行时电压；i
max
为防爆感应灯具全功率运行时电流；
[0032]
步骤s2、pic单片机实时接收电流互感器和电压互感器采集的防爆感应灯具最不利条件温度测试过程的电压与电流数据，进而得到防爆感应灯具运行功率，计算方法如下：
[0033]
p＝u
×iꢀꢀ
(4)
[0034]
其中，p为防爆感应灯具运行功率；u为防爆感应灯具运行电压；i为防爆感应灯具运行电流；
[0035]
步骤s3、将防爆感应灯具全功率p
max
和防爆感应灯具运行功率p做差，如下公式所示：
[0036]
δp＝p
max-p
ꢀꢀ
(5)
[0037]
其中，δp为防爆感应灯具全功率p
max
和防爆感应灯具运行功率p差值；
[0038]
如果δp小于或等于零则判定防爆感应灯未在全功率情况下运行，则防爆感应灯具最不利条件温度测试停止；如果δp大于零则判定防爆感应灯在全功率情况下运行，则执行步骤s4，继续进行防爆感应灯具最不利条件温度测试。
[0039]
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的防爆灯具最不利条件下温度测试系统及测试方法，解决了防爆灯具最不利条件下温度测试工作量大、测试精度低等技术难题，提高了最不利条件下温度测试能力和测试水平，提高了测试效率，节约电力资源，为防爆灯具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，保证了防爆灯具产品质量，促进检测测试和防爆灯具领域持续健康发展。
附图说明
[0040]
图1为本发明实施例提供的防爆灯具最不利条件下温度测试系统的结构框图；
[0041]
图2为本发明实施例提供的防爆灯具最不利条件下温度测试方法的流程图；
[0042]
图3为本发明实施例提供的移动模块运动轨迹示意图。
具体实施方式
[0043]
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。
[0044]
本实施例中，防爆灯具最不利条件下温度测试系统，如图1所示，包括pic单片机、热电偶单元a、热电偶单元b、多路供电装置、热成像仪、压力传感器、湿度传感器、电压互感器、电流互感器、显示屏、移动模块、通讯单元、工业计算机、人机交互面板和声光警示单元；其中，热电偶单元a和热电偶单元b的测试端分别置于防爆灯具表面和测试环境中，热电偶单元a和热电偶单元b的温度数据输出端均与pic单片机的温度数据输入端电连接；多路供电装置输入端通过三孔插头与市电连接，输出端分别与pic单片机、显示屏、工业计算机、声光警示单元、防爆灯具的电源输入端子电连接，为这些用电设备供电；压力传感器和湿度传感器分别用于测试测试环境的压力和湿度；压力传感器和湿度传感器的测试端均置于测试环境中，压力传感器的压力信号输出端以及湿度传感器的湿度信号输出端分别与pic单片机的压力信号输入端和湿度信号输入端电连接；电压互感器的测试端与防爆灯具的电源输入端子电连接，电压信号输出端与pic单片机的电压信号输入端电连接；电流互感器的测试端与防爆灯具的供电线路串联，电流信号输出端与pic单片机的电流信号输入端电连接；电压互感器和电流互感器均为高精度无源互感器，用于测试防爆灯具的电压和电流；显示屏的信号输入端与pic单片机信号输出端电连接，用于显示系统工作状态(正常运行、故障、停止)、测试环境温度、测试环境湿度、测试环境压力、防爆灯具壳体和玻璃罩上的温度数据；
[0045]
工业计算机通过通讯单元与pic单片机电连接，用于存储pic单片机接收的数据；人机交互面板的控制信号输出端分别与多路供电装置和pic单片机相连接；声光警示单元的信号输入端与pic单片机的警示信号输出端电连接；热成像仪测试时成像测试端正对防爆电器表面；移动模块在pic单片机的控制下在防爆灯具玻璃罩正面运行，用于使防爆感应灯具处于全功率运行状态。
[0046]
人机交互面板用于实现电源控制和测试系统的启动、测试和停止，包括多路供电
装置电源启动与停止按钮、pic单片机电源启动控制按钮、防爆灯具电源启动控制按钮、显示屏电源启动控制按钮、工业计算机电源启动控制按钮，测试系统起动、测试和停止按钮，急停按钮。
[0047]
本实施例中，热电偶单元a和热电偶单元b均包括两个热电偶，分别用于测试防爆灯具表面和测试环境的温度；用隔热胶带把热电偶单元a的两个热电偶粘贴在防爆灯具壳体和玻璃罩这两个测试点的表面；热电偶单元b的两个热电偶置于防爆灯具处于同一水平面的1米远的两侧位置用于测试测试环境的温度。
[0048]
本实施例中，防爆灯具最不利条件下温度测试方法，如图2所示，包括以下步骤：
[0049]
步骤1、通过人机交互面板启动多路供电装置电源、pic单片机电源、显示屏电源、工业计算机电源，根据防爆灯具电压等级选择合适的供电线路启动防爆灯具电源；
[0050]
步骤2、pic单片机通过人机交互面板控制移动模块运动使防爆感应灯具处于全功率运行状态，保证防爆感应灯具温度测试过程始终处于最不利条件下；
[0051]
步骤3、pic单片机接收电流互感器、电压互感器、压力传感器、湿度传感器采集的电信号，将电信号转换成对应的电流、电压、压力、湿度数据，在任一数据超出设置值时停止防爆灯具最不利条件下温度测试，并在显示屏上进行系统故障提示，声光警示单元进行声光警示；当电流、电压、压力和湿度数据均在设置值范围内时，执行步骤4，继续运行防爆灯具最不利条件下温度测试；
[0052]
步骤4、pic单片机接收热电偶单元a和热电偶单元b采集的温度数据(1分钟采集1次)，并记录防爆灯具最不利条件下温度试验时间，当试验时间到达设定值后在显示屏上进行提示；
[0053]
步骤5、试验人员利用热成像仪在防爆灯具壳体和玻璃罩上寻找最高温度点，然后利用隔热胶带将热电偶单元a固定在防爆灯具壳体和玻璃罩最高温度点位置；
[0054]
步骤6、pic单片机继续接收热电偶单元a采集的n个温度数据t1、t2，
……
，tn，tn为防爆灯具最不利条件下实际温度；在温度数据采集1个小时后计算该段时间内的温度数据差值，进而判断防爆灯具最不利条件下温度测试是否结束，计算方法如下：
[0055]
δt＝t
m 60-tmꢀꢀ
(1)
[0056]
式中，tm为热电偶单元a第m次采集的温度数据，m为1到n-60区间的正整数,单位是摄氏度(℃)；t
m 60
为热电偶单元a第m 60次采集的温度数据,单位是摄氏度(℃)；δt为热电偶单元a第m 60次和第m次采集的温度数据差值,单位是摄氏度(℃)；
[0057]
pic单片机比较δt与1之间的大小，如果δt大于或等于1，则pic单片机控制热电偶单元a和热电偶单元b继续采集环境温度和防爆灯具最不利条件下温度数据，并执行步骤7，如果δt小于1则防爆灯具最不利条件下温度测试结束。
[0058]
步骤7、pic单片机实时接收热电偶单元a和热电偶单元b采集环境温度和防爆灯具最不利条件下温度数据，并对环境温度进行处理得到温度试验后四分之一时间内的平均温度(温度试验后四分之一时间内温度数据为t1，t2，
……
，tg)，然后换算得到防爆灯具最不利条件下( 40℃)的温度数据，如下公式所示：
[0059][0060]
其中，tw为防爆灯具最不利条件下温度，单位是摄氏度(℃)；t1为防爆灯具最不利
条件温度测试后四分之一时间内环境第一个温度，单位是摄氏度(℃)；t2为防爆灯具最不利条件温度测试后四分之一时间内环境第二个温度，单位是摄氏度(℃)；tg为防爆灯具最不利条件温度测试后四分之一时间内环境最后一个温度，单位是摄氏度(℃)；g为防爆灯具最不利条件温度测试后四分之一时间内采集环境温度数量，无量纲；
[0061]
步骤8、pic单片机将防爆灯具最不利条件下温度与防爆灯具最不利条件温度测试标准要求数据进行比较，判断防爆灯具最不利条件下温度测试是否合格；如果防爆灯具最不利条件温度测试标准要求数据大于防爆灯具最不利条件下温度，则防爆灯具最不利条件下温度测试合格；如果防爆灯具最不利条件下温度测试标准要求数据等于或小于防爆灯具最不利条件下温度，则防爆灯具最不利条件温度测试不合格。
[0062]
防爆感应灯具属于节能型特殊防爆灯具，防爆感应灯具工作在两个功耗段，感应前处于低功耗节能运行，感应后处于全功率运行，最不利条件下温度测试应该在功率最大阶段进行测试，所以需要实时对防爆感应灯具的感应功能进行触发，同时根据电压和电流计算防爆感应灯具功率，保证防爆感应灯具在最不利条件下运行。
[0063]
本实施例中，pic单片机通过人机交互面板控制移动模块运动使防爆感应灯具处于全功率运行状态的具体方法为：
[0064]
防爆感应灯具触发采用无线驱动方式，pic单片机通过人机交互面板控制移动模块运动保证防爆感应灯具处于全功率运行状态；在防爆感应灯具低功率运行状态下，pic单片机控制移动模块沿与防爆感应灯具为圆心o的圆切线方向的直线l上移动，(移动模块距离防爆感应灯过近影响温度测试结果，移动模块距离防爆感应灯过远不能保证防爆感应灯始终处于全功率运行状态，综合考虑对防爆感应灯温度测试结果影响和保证防爆感应灯始终处于全功率运行状态条件，l到防爆感应灯具垂直距离为2m)找到与圆心o对称的两个防爆感应灯感应点，并在距离两个防爆感应灯感应点一定距离的两个端点范围内往返运动；
[0065]
本实施例中，两个防爆感应灯感应点和两个端点的确定方法，如图3所示，具体为：
[0066]
移动模块在直线l上移动，当运动到直线l上的a点位置时，防爆感应灯从低功耗切换到全功率运行状态，则a点为防爆感应灯感应点；同样方法找到直线l上与a点对应的的另一侧(与a点和圆心同一直线相反方向)的防爆感应灯感应点d。在直线l上标记移动模块运行轨迹点b、c，其中bo＝0.6ao，co＝0.6do，则b、c为移动模块运行轨迹的两个端点，移动模块在b、c两点往返运动。
[0067]
本实施例中，为了保证防爆感应灯具温度测试过程始终处于最不利条件下，pic单片机采集全功率运行和温度测试过程的电压和电流信号，并计算得到防爆感应灯具最大功率和运行功率，然后判断防爆感应灯具是否在最不利条件下运行，具体方法方法如下：
[0068]
步骤s1、pic单片机接收电流互感器和电压互感器采集的防爆感应灯具全功率运行时电压和电流信号，并计算得到防爆感应灯具全功率,计算方法如下：
[0069]
p
max
＝u
max
×imax
ꢀꢀ
(3)
[0070]
其中，p
max
为防爆感应灯具全功率，单位为瓦特(w)；u
max
为防爆感应灯具全功率运行时电压，单位为伏特(v)；i
max
为防爆感应灯具全功率运行时电流，单位为安培(a)。本实施例中，防爆感应灯具全功率运行时电压和电流通过电压和电流多次测量取平均值得到，一般情况下测量5次防爆感应灯具全功率运行时的电压和电流数据。
[0071]
步骤s2、pic单片机实时接收电流互感器和电压互感器采集的防爆感应灯具最不
利条件温度测试过程的电压与电流数据，进而得到防爆感应灯具运行功率，计算方法如下：
[0072]
p＝u
×iꢀꢀ
(4)
[0073]
其中，p为防爆感应灯具运行功率，单位为瓦特(w)；u为防爆感应灯具运行电压，单位为伏特(v)；i为防爆感应灯具运行电流，单位为安培(a)。
[0074]
步骤s3、将防爆感应灯具全功率p
max
和防爆感应灯具运行功率p做差，如下公式所示：
[0075]
δp＝p
max-p
ꢀꢀ
(5)
[0076]
其中，δp为防爆感应灯具全功率p
max
和防爆感应灯具运行功率p差值，单位为瓦特(w)；
[0077]
如果δp小于或等于零则判定防爆感应灯未在全功率情况下运行，则防爆感应灯具最不利条件温度测试停止；如果δp大于零则判定防爆感应灯在全功率情况下运行，则执行步骤s4，继续进行防爆感应灯具最不利条件温度测试。
[0078]
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。