基于微壓差測(cè)量技術(shù)的滅火劑濃度機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊曉斌，何曉文

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，西安 710089)

0 引言

無(wú)論在空中抑或是地面，飛機(jī)的直接威脅因素都是火。在飛機(jī)運(yùn)行、維護(hù)等過(guò)程中，失火事故的發(fā)生頻率最大，甚至大多數(shù)飛機(jī)在出現(xiàn)失火事故時(shí)均會(huì)產(chǎn)生爆炸的情況。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外某飛行機(jī)構(gòu)的飛機(jī)墜毀事故發(fā)生后，有五分之一的人數(shù)死亡原因是墜機(jī)導(dǎo)致的起火，部分飛機(jī)碰撞后，原本可生存的人也有近一半因?yàn)槠鸹鸲劳?，所以飛機(jī)防火問(wèn)題的研究具有十分重大的意義。在飛機(jī)的研制過(guò)程中，放在第一位考慮的問(wèn)題必須是其安全性能。

飛機(jī)的動(dòng)力設(shè)備是其飛行的動(dòng)力來(lái)源，為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的安全飛行，需要保證其動(dòng)力設(shè)備的安全性。起火是飛機(jī)安全亟待解決的問(wèn)題，為解決這一危險(xiǎn)因素，需要在飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部署滅火系統(tǒng)。依據(jù)飛機(jī)的飛行條件，要求滅火系統(tǒng)射出滅火劑時(shí)的體積濃度最低不能低于6%，且需要維持最短0.5 s的時(shí)間。通過(guò)測(cè)量艙內(nèi)的滅火劑體積濃度分布情況，可有效驗(yàn)證出該滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)得是否符合實(shí)際應(yīng)用要求。當(dāng)前國(guó)內(nèi)相關(guān)滅火劑濃度測(cè)試方面的裝置大多來(lái)源于國(guó)外，相關(guān)研究情況受此限制發(fā)展較為弱勢(shì)，若不在測(cè)試進(jìn)行之前檢驗(yàn)系統(tǒng)，很容易令系統(tǒng)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，以至于在后期還需返回至設(shè)計(jì)階段重新展開設(shè)計(jì)，導(dǎo)致項(xiàng)目研究進(jìn)程受到限制。綜上所述，設(shè)計(jì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙的滅火劑濃度測(cè)試系統(tǒng)勢(shì)在必得。

為此，文獻(xiàn)[5]結(jié)合機(jī)器視覺設(shè)計(jì)一款風(fēng)力滅火機(jī)性能檢測(cè)系統(tǒng)，其通過(guò)機(jī)器視覺直接實(shí)現(xiàn)滅火劑濃度的檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程過(guò)于粗略，不夠精確，所得數(shù)據(jù)支撐力較差；文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)超細(xì)水霧滅火性能檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)cup burner實(shí)現(xiàn)滅火劑性能的檢測(cè)，但是迄今針對(duì)該種類型滅火劑，可使用范圍較小，適用性較差；文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)典型機(jī)艙1 301滅火性能檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)仿真機(jī)載滅火系統(tǒng)的管網(wǎng)流速計(jì)算出滅火劑的體積濃度分布情況，但是其無(wú)法滿足飛機(jī)飛行試驗(yàn)條件。

本文設(shè)計(jì)基于微壓差測(cè)量技術(shù)的滅火劑濃度機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)微壓差測(cè)量裝置的壓差傳感器感應(yīng)氣體壓降測(cè)量出滅火劑的體積濃度分布情況，測(cè)量數(shù)據(jù)有效、精準(zhǔn)。

1 滅火劑濃度機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)

1.1 基于微壓差測(cè)量技術(shù)的濃度測(cè)量理論

基于微壓差測(cè)量技術(shù)的濃度測(cè)量理論結(jié)合了泊肅葉定律和臨界流狀態(tài)，濃度測(cè)量流程見圖1。

圖1 微壓差濃度測(cè)量圖

以微壓差測(cè)量裝置內(nèi)部的真空泵為動(dòng)力源抽取氣體，氣體通過(guò)測(cè)量裝置的壓降結(jié)構(gòu)時(shí)，其兩端連接的壓差傳感器會(huì)感應(yīng)到氣體壓降，差異氣體在該位置所形成的壓降也存在差異，根據(jù)壓降結(jié)構(gòu)兩端信號(hào)可得出氣體的成分，測(cè)量出其濃度情況。

壓降結(jié)構(gòu)可完成所經(jīng)氣體的整流，令氣流波動(dòng)減少，氣體經(jīng)過(guò)壓降結(jié)構(gòu)時(shí)其運(yùn)動(dòng)形態(tài)為層流流動(dòng)且氣體無(wú)法壓縮，此時(shí)氣體的體積流量與壓降結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、半徑以及粘性系數(shù)相關(guān)，則壓降結(jié)構(gòu)兩端壓差

P

可表示為：

(1)

其中:

C

、π、

μ

、

Q

分別表示粘度修正系數(shù)、圓周率、氣體粘度系數(shù)、氣體體積流量。

壓降結(jié)構(gòu)輸出的氣體經(jīng)過(guò)限流結(jié)構(gòu)控制后流出壓差傳感器，按照能量守恒定律，經(jīng)過(guò)壓降結(jié)構(gòu)與限流結(jié)構(gòu)的氣體質(zhì)量流量相等，氣體體積流率=氣體質(zhì)量流量/氣體密度。

限流結(jié)構(gòu)中的氣體存在一定的收縮擴(kuò)張，此時(shí)會(huì)引發(fā)阻塞，在限流結(jié)構(gòu)末端的壓力小于設(shè)定閾值的情況下，氣體質(zhì)量流量不受結(jié)構(gòu)末端壓力影響，氣體質(zhì)量流量滿足下列公式：

(2)

其中:

A

、

C

、

A

、

P

以及

A

分別流量結(jié)構(gòu)的喉口面積、流量修正系數(shù)、壓差修正系數(shù)、限流結(jié)構(gòu)首端的滯止壓強(qiáng)以及氣體滯止密度。

得到壓差結(jié)構(gòu)的體積流量公式為：

(3)

其中:

R

、

T

分別表示氣體常數(shù)與氣體滯止溫度。

設(shè)定傳感器的幾何尺寸保持不變，此時(shí)氣體的壓差修正系數(shù)僅受氣體濃度與溫度性質(zhì)的影響，氣體經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)形成的壓差可通過(guò)濃度與溫度函數(shù)描述，在溫度不變的情況下，可通過(guò)壓差和濃度之間的關(guān)聯(lián)性計(jì)算出氣體濃度，該公式表示為：

P

=

f

(

x

)?

x

=

F

(

P

)

(4)

其中:

x

表示濃度。

1.2 滅火劑濃度機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

基于微壓差測(cè)量技術(shù)的滅火劑濃度機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)主要包括過(guò)濾器、微壓差濃度傳感模塊、流量恒定設(shè)備、穩(wěn)壓緩沖罐、氣體分析儀以及真空泵，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)通過(guò)真空泵采集滅火劑與空氣的復(fù)合氣體，利用過(guò)濾器對(duì)其展開過(guò)濾后傳輸至微壓差濃度傳感模塊，經(jīng)該模塊的氣體加熱器加熱該氣體，溫度控制器控制所加熱的氣體溫度，然后通過(guò)節(jié)流設(shè)備使其形成壓差，利用壓差傳感器變更該壓差信號(hào)為電信號(hào)，再應(yīng)用信號(hào)處理器展開信號(hào)處理，計(jì)算出滅火劑濃度并得出與其濃度值呈正相關(guān)關(guān)系的電信號(hào)，流量恒定設(shè)備依據(jù)信號(hào)處理器輸出的電信號(hào)，高精度控制滅火劑與空氣的復(fù)合氣體流量，完成該氣體流量的合并后將其輸入穩(wěn)壓緩沖罐進(jìn)行緩沖，通過(guò)氣體分析儀測(cè)量滅火劑與空氣復(fù)合氣體差異濃度和壓差的關(guān)聯(lián)，輸出滅火劑濃度數(shù)字信號(hào)，并利用排氣口將測(cè)試完畢的滅火劑空氣復(fù)合氣體排入真空泵，通過(guò)真空泵將測(cè)試完畢的滅火劑空氣復(fù)合氣體排放至空氣內(nèi)。

1.3 滅火劑濃度機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)的核心裝置

為保證滅火劑濃度機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精準(zhǔn)度，需要應(yīng)用適宜的核心裝置，令滅火劑機(jī)載濃度測(cè)試的結(jié)果貼合實(shí)際，實(shí)現(xiàn)滅火機(jī)載系統(tǒng)性能的有效評(píng)估。

1.3.1 真空泵

滅火劑機(jī)載濃度測(cè)試系統(tǒng)的真空泵選用來(lái)自美國(guó)的單級(jí)H類型滑閥式真空泵，其是一個(gè)變?nèi)菽Ｊ降臍怏w傳輸泵，抽速比為4:1，具有較好的耐用性能。主要結(jié)構(gòu)為主泵串聯(lián)采集芯片，滑閥泵通常被部署在機(jī)架上方，輔助有管道、閥門、冷卻水管等裝置，自動(dòng)開關(guān)與過(guò)載保護(hù)應(yīng)用真空繼電器完成，整體結(jié)構(gòu)密切，操作便捷。

因滑閥泵停止工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生返油現(xiàn)象，為避免這一情況的發(fā)生，與滑閥泵電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)的是滅火劑進(jìn)口管道上方部署的電磁充氣閥，它可以在滑閥泵停止工作的情況下，對(duì)泵口施加一個(gè)充氣的作用，令滑閥泵內(nèi)的真空油回返至油箱，避免系統(tǒng)被真空油污染。

采集芯片型號(hào)為cDAQ-9133，共有10個(gè)插槽，融合了1.53 GHZ雙核Intel Atom處理元件，共有20 GB的存儲(chǔ)空間以及3 GB DDR3的內(nèi)存，應(yīng)用的是windows系統(tǒng)。

滑閥泵節(jié)能效果明顯，真空效果好，具有較大的高真空區(qū)間抽氣量，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，例如真空鍍膜、冶煉、濾油以及航空模擬測(cè)試等。

1.3.2 流量恒定設(shè)備

流量恒定設(shè)備是具有特殊作用的氣體流量控制閥，其原理是通過(guò)針狀件將氣體流量恒穩(wěn)控制在規(guī)定值上。針狀件的形狀為圓柱形，于輸入位置側(cè)面部署有柱狀通道且與嵌入的軸桿相合，針狀件按照相互對(duì)立的形式部署于設(shè)備內(nèi)部孔板，其以彈簧為支撐，以滅火劑空氣復(fù)合氣體的壓力為動(dòng)力展開運(yùn)動(dòng)維持其流量穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)異常過(guò)流等問(wèn)題的防范。

2014-2016年，DDDs排序前10位的口服中成藥年度DDDs分別占口服中成藥總DDDs的99.95%、99.94%和99.83%，有9種中成藥的年度DDDs均排序前9位，7種中成藥的DDDs排序無(wú)變化。2014-2016年DDDs排序前10位的口服中成藥見表3。

按照流體力學(xué)規(guī)律可知，通過(guò)流體雷諾數(shù)可得出其運(yùn)動(dòng)情況，在雷諾數(shù)低于2 300的情況下，流體的運(yùn)動(dòng)情況為層流，此時(shí)其在節(jié)流設(shè)備處形成的壓差與流量的關(guān)系為線性關(guān)系。

為簡(jiǎn)化滅火劑濃度的測(cè)試難度，需要在選擇系統(tǒng)裝置時(shí)控制滅火劑空氣復(fù)合氣體流量的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為層流，所以需要部署流量恒定設(shè)備，穩(wěn)定維持氣體流速始終小于2 300。

流量恒定設(shè)備主要由流量計(jì)與控制閥構(gòu)成，流量計(jì)是基于氣體加熱器形成的溫差和氣體流量構(gòu)建比例關(guān)系，計(jì)算出滅火劑空氣復(fù)合氣體的流量，其具體公式表示為：

q

=

κcpAΔT

(5)

其中:

κ

、

cp

、

A

以及

ΔT

分別表示常數(shù)、定壓比熱容、熱傳導(dǎo)系數(shù)以及溫度變化值。流量恒定設(shè)備按照滅火劑空氣復(fù)合氣體的實(shí)際流量調(diào)節(jié)控制閥，令氣體流量維持在設(shè)定閾值之內(nèi)。

系統(tǒng)流量恒定設(shè)備應(yīng)用的動(dòng)態(tài)流量平衡閥是我國(guó)發(fā)明專利的電子式動(dòng)態(tài)流量平衡閥，其是以機(jī)械自力式原理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，具有節(jié)能降耗、高穩(wěn)定性、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。

流量恒定設(shè)備調(diào)節(jié)與滅火劑濃度測(cè)試的精準(zhǔn)度之間關(guān)系密切，其能夠?qū)崿F(xiàn)滅火劑空氣復(fù)合氣體的流量高精度、穩(wěn)定控制。滅火劑空氣復(fù)合氣體經(jīng)過(guò)流量恒定設(shè)備時(shí)，其壓差與粘度之間具有的關(guān)系通過(guò)公式可表示為：

(6)

其中:

l

、

V

、

d

以及

μ

分別表示層流流道長(zhǎng)度、最大平均流速、層流流道的當(dāng)量直徑以及滅火劑空氣復(fù)合氣體動(dòng)力粘度。

通過(guò)滅火劑空氣復(fù)合氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)獲取氣體粘度，氣體粘度和溫度的關(guān)系表示為：

(7)

其中:

T

、

T

、

β

以及

μ

分別表示氣體的絕對(duì)溫度、基準(zhǔn)絕對(duì)溫度、關(guān)于氣體類型的常數(shù)以及

T

溫度下的氣體動(dòng)力粘度。

結(jié)合公式(6)與公式(7)可得：

(8)

綜上所述，在滅火劑空氣復(fù)合氣體溫度與速度保持不變的情況下，氣體壓差與粘度呈正相關(guān)關(guān)系。

1.3.3 壓差傳感器

壓差傳感器采用美國(guó)出口的PX409型高精度壓差傳感器，壓差量程0～10 inHO，輸出信號(hào)區(qū)間為[4,20]mA，綜合精度高達(dá)0.08%，響應(yīng)時(shí)間低于1毫秒，溫度補(bǔ)償區(qū)間為[30,85] ℃。

1.3.4 數(shù)字信號(hào)處理器

數(shù)字信號(hào)處理器TMS320DM8148型號(hào)DSP芯片來(lái)自AMD公司，其具有豐富的工業(yè)接口，在惡劣的環(huán)境下應(yīng)用時(shí)信號(hào)維持完整、穩(wěn)定。

數(shù)字信號(hào)處理器DSP芯片內(nèi)部會(huì)聚3個(gè)串口和SPI接口，其中開關(guān)量8路輸入、8路輸出與其串口相連，SPI接口與16位ADC外接。RS232串口電路將整個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器連接起來(lái)，令數(shù)據(jù)的上傳更加便捷。

1.4 滅火劑濃度測(cè)量流程

基于微壓差測(cè)量技術(shù)的滅火劑濃度測(cè)量過(guò)程主要分為標(biāo)定與測(cè)量?jī)煞矫?，需要先利用濃度已知的?biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定裝置，然后基于標(biāo)定結(jié)果測(cè)量濃度未知的滅火劑空氣復(fù)合氣體。

標(biāo)定是針對(duì)首次應(yīng)用或長(zhǎng)期未應(yīng)用的滅火劑濃度測(cè)量裝置展開的，其是以確保裝置測(cè)量精度為目標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)氣體為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際測(cè)量誤差的減小。

標(biāo)定過(guò)程具體描述為：將一些差異濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體輸送至標(biāo)定設(shè)備內(nèi)，預(yù)熱微壓差濃度測(cè)量裝置至設(shè)定溫度后，運(yùn)行真空泵。此時(shí)因?yàn)闅怏w運(yùn)動(dòng)，存在一定的熱量損失，裝置溫度狀態(tài)不穩(wěn)定，存在一定波動(dòng)，需要等待裝置運(yùn)行至預(yù)熱段和恒溫段的溫度全部進(jìn)入平衡穩(wěn)定狀態(tài)后，再展開標(biāo)定。標(biāo)定是利用采樣管將微壓差濃度測(cè)量裝置與標(biāo)定設(shè)備相連，通過(guò)測(cè)量差異濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體得出濃度已知情況下的氣體壓差數(shù)據(jù)，獲取校準(zhǔn)曲線。

測(cè)量是利用標(biāo)定時(shí)所獲校準(zhǔn)曲線檢測(cè)濃度未知的氣體。先利用標(biāo)定數(shù)據(jù)構(gòu)建濃度校準(zhǔn)曲線并校準(zhǔn)裝置，采用校準(zhǔn)曲線能夠得出與差異壓差相應(yīng)的濃度值，完成未知濃度的氣體檢測(cè)。測(cè)量時(shí)需要在檢測(cè)處安裝裝置的采樣管，然后預(yù)熱設(shè)備至其進(jìn)入恒溫狀態(tài)，通過(guò)檢測(cè)濃度未知?dú)怏w并利用校準(zhǔn)曲線得出檢測(cè)處的氣體濃度變化。

2 試驗(yàn)分析

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)滅火劑濃度機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)的功能和性能，探查該系統(tǒng)的測(cè)量精度，實(shí)驗(yàn)以標(biāo)準(zhǔn)氣體為實(shí)現(xiàn)對(duì)象，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)本文系統(tǒng)展開了滅火劑濃度測(cè)量。

將本文系統(tǒng)部署在飛機(jī)上，以通道為8時(shí)為例展開地面與飛行試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 本文系統(tǒng)部署在飛機(jī)上的試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)圖3可以看出，本文系統(tǒng)在飛行試驗(yàn)中的滅火劑體積濃度比地面試驗(yàn)中的滅火劑體積濃度有所降低，并且飛行試驗(yàn)的維持時(shí)長(zhǎng)較短，滅火劑體積濃度下降較快，原因是飛行試驗(yàn)與地面試驗(yàn)時(shí)，飛機(jī)艙內(nèi)的空氣流場(chǎng)存在差異引起的，飛行試驗(yàn)時(shí)飛機(jī)艙內(nèi)的空氣流量大于地面試驗(yàn)，其滅火劑濃度的分布受到影響。本文系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)有效且精準(zhǔn)程度高，可以從側(cè)面驗(yàn)證出本文系統(tǒng)具有良好的重復(fù)與穩(wěn)定功能性。

對(duì)比本文系統(tǒng)與文獻(xiàn)[5](風(fēng)力滅火機(jī)性能檢測(cè)系統(tǒng))、文獻(xiàn)[6](cup burner超細(xì)水霧滅火系統(tǒng))以及文獻(xiàn)[7](典型機(jī)艙1 301滅火系統(tǒng))系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。

表1 不同系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

通過(guò)表1可以看出，本文系統(tǒng)的測(cè)量范圍最大，最低可測(cè)量濃度為0%，最高為100%，測(cè)量精度在0≤濃度≤20%時(shí)為±0.5%，在20%≤濃度≤100%時(shí)為±1%，采樣率最高達(dá)到250次/s，應(yīng)用環(huán)境廣泛，可應(yīng)用在溫度區(qū)間為0～350 ℃、入口壓力范圍為50～100 kPa的情況下。

設(shè)置滅火劑填充量、填充壓力等條件都相同的情況下，若測(cè)試位置的滅火劑體積濃度大于等于6%且保持的時(shí)長(zhǎng)大于等于0.5 s，則試驗(yàn)合格。測(cè)試溫度分別為10℃、-50℃情況下的滅火劑濃度分布曲線，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同溫度下的滅火劑濃度分布曲線

通過(guò)圖4可以看出，兩種實(shí)驗(yàn)均為合格試驗(yàn)，不同溫度下的滅火劑體積濃度分布存在差異。其中，常溫情況下的滅火劑體積濃度比低溫情況下的滅火劑體積濃度高，維持時(shí)間比低溫情況下的維持時(shí)間長(zhǎng)，原因是滅火劑受溫度影響其氣壓存在差異，常溫情況下的氣壓較大、滅火劑噴射的時(shí)長(zhǎng)較短。對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行深入研究得到，在空中較低位置快速飛行或者在滅火劑容器溫度低于飛機(jī)溫度下限的情況下，滅火系統(tǒng)的噴射效果最差，該條件可當(dāng)作臨界氣流需要應(yīng)用于審查滅火系統(tǒng)是否合格。除此之外，滅火劑體積濃度分布情況還受冷氣流、機(jī)艙布局、障礙物以及外部環(huán)境等條件影響，在試驗(yàn)過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行綜合考慮。

通過(guò)檢測(cè)本文系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間與測(cè)量誤差可判斷出系統(tǒng)性能是否滿足實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)定響應(yīng)時(shí)間閾值為50 ms，測(cè)量誤差閾值為0.5%，本文系統(tǒng)的誤差測(cè)量應(yīng)用的是系統(tǒng)標(biāo)定方法，其是在差異濃度位置匹配滅火劑標(biāo)準(zhǔn)樣氣，再利用專業(yè)標(biāo)定裝置標(biāo)定系統(tǒng)的各個(gè)通道，最后對(duì)比系統(tǒng)采集的滅火劑濃度與標(biāo)準(zhǔn)滅火劑濃度值。對(duì)本文系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間與測(cè)量誤差展開測(cè)試，結(jié)果如表2～3所示。

表2 通道8的響應(yīng)時(shí)間

表3 系統(tǒng)標(biāo)定結(jié)果

通過(guò)表2可以看出，系統(tǒng)的后端測(cè)量單元壓力跟隨前端壓力的變化而變化，上升段時(shí)間差與下降段時(shí)間差均低于閾值50 ms，說(shuō)明本文系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

通過(guò)表3可以看出，單滅火劑濃度測(cè)量位置的測(cè)量最大誤差值為0.39%，12個(gè)通道所有濃度測(cè)量位置的最大平均誤差值為0.24%、最大均方誤差值為0.14%，均低于閾值0.5%，說(shuō)明本文系統(tǒng)的測(cè)量誤差滿足實(shí)際應(yīng)用要求。測(cè)量誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)可以準(zhǔn)確顯示滅火劑在不同條件下濃度分布的變化。 數(shù)據(jù)連續(xù)性好，測(cè)試結(jié)果更接近實(shí)際。 其中，通道位置與滅火劑的距離可通過(guò)濃度值的高低準(zhǔn)確確定。 通道濃度值低表示通道位于滅火劑難以擴(kuò)散的位置，通道濃度值高表示通道位于滅火劑容易到達(dá)的位置。

測(cè)試本文系統(tǒng)的壓差值跟隨滅火劑體積濃度發(fā)生的變化，其與理想值的對(duì)比結(jié)果如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

分析圖5可知，跟隨滅火劑體積濃度的增長(zhǎng)，本文系統(tǒng)測(cè)試的壓差值呈緩慢下降趨勢(shì)，高度吻合理想值，測(cè)試值略低于理想值，可通過(guò)修正滅火劑與空氣的復(fù)合氣體進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于滅火劑與空氣的復(fù)合氣體而言，通過(guò)修正系數(shù)調(diào)整混合氣粘度方程中的粘度，令其跟隨濃度變化可以提升理論值與實(shí)驗(yàn)值之間的一致性。

設(shè)置試驗(yàn)溫度為25 ℃，測(cè)試濕度分別為0%、30%、60%以及90%時(shí)，滅火劑與空氣的復(fù)合氣體中滅火劑濃度為0%與15%時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)值，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

已知系統(tǒng)響應(yīng)值的運(yùn)算參照干空氣的壓差值，通過(guò)圖6可以看出，圖6(a)中描述了本文系統(tǒng)對(duì)空氣濕度為90%時(shí)的階躍響應(yīng)變化，在空氣濕度由0%轉(zhuǎn)換為90%時(shí)，本文系統(tǒng)的響應(yīng)值下降至負(fù)值；圖6(b)中表示了差異濕度下空氣的響應(yīng)變化情況，響應(yīng)值跟隨空氣濕度的上升而下降；圖6(c)中呈現(xiàn)了15%濃度的滅火劑與空氣復(fù)合氣體響應(yīng)值跟隨濕度增加發(fā)生的變化，其變化情況大致與空氣的變化情況相似，響應(yīng)值跟隨濕度的上升而下降，由此可得濕度為30%、60%、90%的滅火劑與空氣復(fù)合氣體壓差值大于濕度為0%的滅火劑與空氣復(fù)合氣體壓差值，響應(yīng)值同理，綜上所述濕度影響下的參數(shù)可提升本文系統(tǒng)形成的壓差，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)值的下降；圖6(d)中，壓差受濕度的影響因?yàn)橄鄿p而下降，濕度上升會(huì)提升滅火劑與空氣復(fù)合氣體通過(guò)后的壓差值。

圖6 濕度對(duì)本文系統(tǒng)性能的影響

綜上所述，濕度上升會(huì)加強(qiáng)滅火劑與空氣復(fù)合氣體通過(guò)系統(tǒng)后的壓差，但是影響較小，參照相同濕度空氣響應(yīng)值，能夠令濕度對(duì)本文系統(tǒng)的性能影響下降，所以在多數(shù)環(huán)境較為正常的情況下，濕度對(duì)系統(tǒng)性能的影響可忽略不計(jì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于微壓差測(cè)量技術(shù)的滅火劑濃度機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)，其具有較快的響應(yīng)速度以及較高的測(cè)量精度，能夠令機(jī)載滅火系統(tǒng)的模擬試驗(yàn)條件得到滿足，較好地呈現(xiàn)出艙內(nèi)所有測(cè)量位置的滅火劑濃度跟隨各項(xiàng)指標(biāo)發(fā)生的變化，系統(tǒng)操作便捷，數(shù)據(jù)可用性較好，可適用范圍廣。試驗(yàn)結(jié)果表明，艙內(nèi)的環(huán)境溫度大小會(huì)直接影響滅火劑濃度分布。受艙內(nèi)環(huán)境溫度的影響，滅火劑釋放時(shí)其載體容器中的液態(tài)汽化，所以艙內(nèi)環(huán)境溫度對(duì)滅火劑的應(yīng)用呈正向作用，較大的艙內(nèi)環(huán)境溫度可有效推動(dòng)滅火劑汽化與擴(kuò)散。除此之外，還需要對(duì)滅火劑載體容器的壓力、通風(fēng)流量、管道噴嘴等影響因素進(jìn)行綜合考慮。通過(guò)獲取滅火劑釋放時(shí)的溫度，可有效判斷出測(cè)量采樣管的部署位置，給予后續(xù)同類研究技術(shù)支持。當(dāng)前國(guó)內(nèi)在測(cè)量滅火劑濃度方面還沒有專用的裝置，為了令未來(lái)國(guó)內(nèi)構(gòu)建的各種電子機(jī)械能夠配置有安全可靠的滅火系統(tǒng)，需要對(duì)專用滅火劑濃度記錄儀展開深入研究，設(shè)置滅火劑濃度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，展開多次機(jī)載防火系統(tǒng)滅火劑濃度試驗(yàn)。