基于火花的燃烧测试系统技术方案

公开了基于火花的燃烧测试系统。一种燃烧测试系统(100)包括电源(120)和耦接至电源(120)的电晕生成器(122)。燃烧测试系统(100)还包括电荷存储装置(128)。该电荷存储装置(128)包括与电晕生成器(122)隔开的充电表面(126)使得由电晕生成器(122)的电场(114)促动的电荷载流子(124)与充电表面(126)相交以为该电荷存储装置(128)充电。燃烧测试系统(100)还包括耦接至电荷存储装置(128)的第一电极(132)和耦接至参考接地(112)的第二电极(134)。第二电极(134)与第一电极(132)隔开以基于第一电极(132)和第二电极(134)之间的电压差在第一电极(132)和第二电极(134)之间产生电弧(136)。

Combustion Testing System Based on Spark

【技术实现步骤摘要】
基于火花的燃烧测试系统
本公开内容总体涉及用于基于火花的燃烧试验的装置、系统和方法。
技术介绍
低能量电弧被用作各种工业的和学术的测试系统中的点火源，诸如测试材料的可燃性特性的系统。例如，电弧可以用作点火源以测量气体或气体混合物的可燃性，诸如燃料空气混合物。通常，电弧由包括彼此隔开的电极的火花装置生成。待测试的材料布置在电极之间的区域中，并且电压施加至电极。在跨电极的电压超过待测试材料的击穿电压时，在电极之间产生电弧。对于一些测试，电弧的能量水平必须小心控制在特定范围之内。例如，联邦航空管理局(FAA)用来测试用于飞机的燃料空气混合物的可燃性需要的测试过程要求使用200微焦耳加上0微焦耳减去20微焦耳的电弧。由于这种电弧的短持续时间和非常低的能量水平，这种电弧的能量水平的直接测量通常是不可能的。这就使得学术的和工业的测试集中于会对电弧做出贡献的存储的可能电能作为对可燃气体的可燃性进行标定的量，而不是在电弧通道本身中消散的实际能量。在许多测试系统中，能量存储系统使用电容器存储能量。在如此低能量水平(例如，在100微焦耳范围中)下并且具有如此严格的容差(例如，几个微焦耳)的情况下，耦接至火花装置的电路中的微小变化就会导致电弧的能量的显著变化。例如，燃料空气混合物的击穿电压可以是千伏数量级。为了跨火花装置的电极提供数量级为千伏的电压并且数量级为微焦耳的总能量存储，需要数量级为微微法的电容。在如此小的电容下，耦接至火花装置的整个电路的电容必须均被考虑到，因为小到移动两个导线的相对位置的变化就会导致影响测试的电路的电容的变化。因此，众所周知，使用低能量、高精度电弧的测试系统是非常难以使用的。
技术实现思路
在具体实施方式中，一种燃烧测试系统包括电源和耦接至该电源的电晕生成器。燃烧测试系统还包括电荷存储装置，该电荷存储装置包括与电晕生成器隔开的充电表面，使得由电晕生成器的电场激发的电荷载流子与充电表面相交以为该电荷存储装置充电。燃烧测试系统进一步包括耦接至电荷存储装置的第一电极和耦接至参考接地的第二电极。第二电极与第一电极隔开以基于第一电极和第二电极之间的电压差在第一电极和第二电极之间产生电弧。在另一具体实施方式中，一种方法包括：响应于电荷载流子将电荷存储在电荷存储装置处，该电荷载流子响应于电晕生成器的电场被引导向电荷存储装置。方法还包括在耦接至电荷存储装置的第一电极和耦接至参考接地的第二电极之间产生电压差。该方法进一步包括基于第一电极和第二电极之间的电压差在第一电极和第二电极之间产生电弧。在另一具体实施方式中，火花生成装置包括电荷存储装置，该电荷存储装置包括充电表面，该充电表面被配置为响应于由电晕生成器的电场激发的电荷载流子存储电荷。火花生成装置还包括耦接至电荷存储装置的第一电极和耦接至参考接地的第二电极。第二电极与第一电极隔开以基于第一电极和第二电极之间的电压差在第一电极和第二电极之间产生电弧。所描述的特征、功能、和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者也可以与其他实施方式结合来实现，其更多细节参考以下描述和附图可知。附图说明图1是示出燃烧测试系统的具体实现方式的框图；图2是图1的燃烧测试系统的具体实现方式的示意图；图3是图1的燃烧测试系统的另一具体实现方式的示意图；以及图4是示出图1的燃烧测试系统的操作方法的流程图。具体实施方式如本文中使用的，各种术语仅是出于描述具体实现方式的目的而使用的并且不旨在限制实现方式。例如，除非上下文另外清楚地说明，否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。可进一步理解术语“包括(comprise)”、“包括(comprises)”、和“包括(comprising)”可以与“包括(include)”、“包括(includes)”、或“包括(including)”可交替地使用。另外，将理解术语“其中(wherein)”可以与“其中(where)”可交替地使用。如本文中使用的，“示例性的(exemplary)”可指示实例、实现方式、和/或方面，并且不应当解释为限制或解释为指示偏好的或优选的实现方式。如本文中使用的，用于修饰诸如结构、部件、操作等的构成要素的顺序术语(例如，“第一”、“第二”、“第三”等)不独立地指示该构成要素相对于另一构成要素的任何优先级或顺序，而是仅将该构成要素与具有相同名称(假使没有使用顺序术语)的另一构成要素区分开。如本文中使用的，术语“组”指代一个或多个具体构成要素，并且术语“多个”指代多个(例如，两个或更多个)具体构成要素。本文中公开的实现方式将用于产生电弧的电荷存储装置与为电荷存储装置充电的电源电隔离。在电荷存储装置和与电源相关联的电路之间设置有物理间隙。没有物理导体将电荷存储装置的充电表面连接至电源和相关联的电路。该物理间隙提供电荷存储装置的电隔离，使得电源和相关联的电路中的变化不会改变电荷存储装置的能量存储容量。使用耦接至电源的电晕生成器对电荷存储装置充电。电晕生成器生成将电荷跨间隙携带至电荷存储装置的电荷载流子。电晕生成器在一些区域生成相对强的电场，该电场足以使间隙中的气体电离以释放电荷载流子。间隙有效地允许能量从电晕生成器移动至电荷存储装置，但防止了能量从电荷存储装置回到电晕生成器的移动。因此，电荷存储装置的能量存储容量可以独立于电源、电晕生成器和相关联的电路来确定(通过标定或计算)。因此，基于本公开内容的燃烧测试系统能够可靠地产生低能量、高精度电弧，而无需担心电源和相关联的电路的变化。图1是示出燃烧测试系统100的具体实施方式的框图。燃烧测试系统100包括火花生成装置130，该火花生成装置包括彼此隔开(即，彼此没有直接的物理接触)的第一电极132和第二电极134。诸如测试材料138的待测试材料布置在第一电极132和第二电极134之间的区域中。在图1中示出的具体实现方式中，测试材料138和火花生成装置130布置在测试室140内。测试室140保护测试材料138免受污染。进一步地，如果测试材料138是气体或气体混合物，测试室140保持测试材料138并且能够控制测试材料138的诸如压力和/或温度的测试特性。如以下进一步说明的，火花生成装置130被配置为在第一电极132和第二电极134之间的电压差超过阈值，诸如测试材料138的击穿电压时，在第一电极132和第二电极134之间产生电弧136。在燃烧测试系统100用于基于一些测试协议生成测试结果116时，电弧136是非常低的能量弧(例如，近似几百微焦耳，诸如对于某些FAA认证测试的约200微焦耳)并且具有窄范围的可接受值(例如，加上或减去几十微焦耳，诸如对于上述引用的FAA认证测试的至多减去20微焦耳)。然而，如先前说明的，电弧136的直接测量是困难的。因此，电弧136的能量可基于从电荷存储装置128可获得的以形成电弧136的能量来估计。燃烧测试系统100被布置为使电荷存储装置128与诸如电源120、参考接地112和相关的电路的其他电路电隔离。通过使电荷存储装置128与其他电路电隔离，其他电路的变化不会改变电荷存储装置128的能量存储容量。因此，在电荷存储装置128的标定(calibration，校准)之后，存储在该电荷存储装置128处的能量可以可靠地已知，即使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧测试系统(100)，包括：电源(120)；电晕生成器(122)，耦接至所述电源(120)；电荷存储装置(128)，包括与所述电晕生成器(122)隔开的充电表面(126)，使得由所述电晕生成器(122)的电场(114)促动的电荷载流子(124)与所述充电表面(126)相交以为所述电荷存储装置(128)充电；第一电极(132)，耦接至所述电荷存储装置(128)；以及第二电极(134)，耦接至参考接地(112)并且与所述第一电极(132)隔开，以基于所述第一电极(132)和所述第二电极(134)之间的电压差在所述第一电极(132)和所述第二电极(134)之间产生电弧(136)。

【技术特征摘要】
2018.02.19 US 15/899,0531.一种燃烧测试系统(100)，包括：电源(120)；电晕生成器(122)，耦接至所述电源(120)；电荷存储装置(128)，包括与所述电晕生成器(122)隔开的充电表面(126)，使得由所述电晕生成器(122)的电场(114)促动的电荷载流子(124)与所述充电表面(126)相交以为所述电荷存储装置(128)充电；第一电极(132)，耦接至所述电荷存储装置(128)；以及第二电极(134)，耦接至参考接地(112)并且与所述第一电极(132)隔开，以基于所述第一电极(132)和所述第二电极(134)之间的电压差在所述第一电极(132)和所述第二电极(134)之间产生电弧(136)。2.根据权利要求1所述的燃烧测试系统(100)，进一步包括：测试室(140)，在所述第一电极(132)和所述第二电极(134)的端部周围并且被配置为包围将经受所述电弧(136)的测试材料(138)。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的燃烧测试系统(100)，其中，所述电源(120)被配置为将随时间变化的电压施加至所述电晕生成器(122)。4.根据权利要求1至2中的任一项所述的燃烧测试系统(100)，其中，所述充电表面(126)与所述参考接地(112)和所述电源(120)电隔离，以使所述充电表面(126)的电压能够浮动。5.根据权利要求1至2中的任一项所述的燃烧测试系统(100)，其中，所述电荷存储装置(128)包括电容器，所述电容器包括第一电容器电极(302)、第二电容器电极(304)以及所述第一电容器电极(302)和所述第二电容器电极(304)之间的介电材料(306)，其中，所述第一电容器电极(302)包括所述充电表面(126)并且所述第二电容器电极(304)耦接至所述参考接地(112)。6.根据权利要求1至2中的任一项所述的燃烧测试系统(100)，进一步包括电场探测器(152)，所述电场探测器被定位为生成指示所述电晕生成器(112)的电场(114)的至少一部分的电场强度的电场强度数据(154)。7.根据权利要求6所述的燃烧测试系统(100)，进一步包括：处理器(102)和所述处理器(102)可访问的存储器(104)，所述存储器(104)存储将所述电场强度数据(154)的特定值与所述电弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹森·S·达马佐，埃迪·权，菲利普·A·贝彻，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US