[发明专利]一种电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统及方法

权利要求书

1.一种电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统，其特征在于，包括阴极(1)、阴极水套(2)、进气孔(3)、进气压力传感器(4)、进气管道(5)、阳极(6)、阳极水套(7)、回水管道(10)、回水温度传感器(11)、电流传感器(12)、直流供电电路(13)、电压传感器(14)、直流电源(15)、进水温度传感器(17)、进水管道(18)和进水流量传感器(19)；

所述阴极(1)和阴极水套(2)之间及阳极(6)和阳极套(7)之间为冷却水通道，冷却水由阴极侧通过进水管道(18)进入冷却水通道，由阳极侧通过回水管道(10)流出；所述进水温度传感器(17)布置在进水管道(18)上，且测温点插入到管道中心，用于测定进水温度；所述进水流量传感器(19)串接在进水管道(18)上，用于测定进水流量；所述回水温度传感器(11)布置在回水管道(10)上，且测温点插入到回水管道(10)的中心，用于测定回水温度；

所述工作气体通过进气管道(5)由进气孔(3)进入等离子炬，所述进气压力传感器(4)旁路安装在进气管道(5)上，用于测定供气压力；

所述直流电源(15)输出的正负极分别通过直流供电电路(13)施加在阳极(6)和阴极(1)上，等离子炬内阴极(1)和阳极(6)间产生电弧(8)，工作气体在等离子炬出口形成高温的等离子体焰流(9)；所述电流传感器(12)套装在直流供电电路(13)上，用于测定供电电流；所述电压传感器(14)并联在直流供电电路(13)上，两接线端分别连接在阴极(1)和阳极(6)上，用于测定供电电压。

2.根据权利要求1所述的电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统，其特征在于，所述进水温度传感器(17)采用K型、S型或E型热电偶。

3.根据权利要求1所述的电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统，其特征在于，所述回水温度传感器(11)采用K型、S型或E型热电偶。

4.根据权利要求1所述的电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统，其特征在于，所述进水流量传感器(19)采用涡轮流量计、涡街流量计、容积式流量计或差压式流量计。

5.根据权利要求1所述的电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统，其特征在于，所述进气压力传感器(4)的测量范围为0.2～10MPa。

6.根据权利要求1所述的电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统，其特征在于，所述电流传感器(12)采用霍尔互感器，测量范围为10～10000A。

7.根据权利要求1所述的电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统，其特征在于，所述电压传感器(14)的测量范围为10～10000V。

8.根据权利要求1所述的电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统，其特征在于，所述工作气体为空气、氩气、氮气、氧气、二氧化碳、氦气、氢气、甲烷或水蒸气。

9.根据权利要求1所述的电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括数据采集处理系统(16)，所述数据采集处理系统(16)包括信号调理模块、PXI采集卡和PC端数据处理系统，所述进气压力传感器(4)、回水温度传感器(11)、电流传感器(12)、电压传感器(14)、进水温度传感器(17)和进水流量传感器(19)得到的电信号经过信号调理模块处理，再输入PXI采集卡，最后经过数据处理系统转换得到测试结果。

10.一种电弧等离子炬热效率和焰流焓值测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用电压传感器(14)测得的电压U和电流传感器(12)测得的电流I得到施加在电弧等离子炬上的总功率P_w，即P_w＝U·I；利用回水温度传感器(11)测得的回水温度T₂、进水温度传感器(17)测得的进水温度T₁和进水流量传感器(19)测得的体积流量Q得到冷却水带走的功率P₁，即P₁＝4.2×10⁶·Q·(T₂-T₁)，最后利用总功率P_w和冷却水损失功率P₁得到等离子炬的热效率，即η＝1-P₁/P_w；

利用进气压力传感器(4)测得的供气压力p、进气孔(3)总面积F、工作气体的绝热指数γ和气体常数R得到工作气体质量流量G，即最后利用等离子炬的总功率P_w、冷却水带走的功率P₁和供气的质量流量G得到等离子体焰流的焓值h，即h＝(P_w-P₁)/G。