CN102606791A - 一种燃气安全控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全控制装置，具体是指一种用于燃气的安全控制装置。本发明包括：阀体、阀门执行机构、燃气管、中央处理器、流量传感器，其中阀体执行机构包括阀门、驱动杆、阀门磁系统，阀门位于燃气管内，阀门与驱动杆连接，驱动杆与阀门磁系统连接；流量传感器的一端位于燃气管，另一端与中央处理器连接；中央处理器与阀门磁系统连接。本发明的优点是更好地实现了流量检测的精度、准度与线性度，而且整个装置更小巧、成本更低廉、使用更方便。本发明在燃气安全使用方面具有广泛的前景。

Description

一种燃气安全控制装置

技术领域

本发明涉及一种安全控制装置，具体是指一种用于燃气的安全控制装置。

技术背景

随着科技的发展，越来越多的可燃性气体作为能源应用于工业生产和人们的日常生活中。但是可燃性气体在给我们带来极大便利的同时，也存在巨大隐患。可燃性气体发生泄漏达到爆炸极限后，一旦有火源作用，便会引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至会危及生命安全。为了减少这类事故的发生，就必须对这些可燃性气体进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中可燃性气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。因此，研究可燃性气体的检测方法与研制可燃性气体报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。

国外从20世纪30年代开始研究及开发气体传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高，另一方面是因为受到了政府安全法规的推动。据有关统计，美国1996年～2002年气体传感器产量年均增长率为27％～30％。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得气体检测仪器的体积也逐渐变小，提高了气体检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。

在国外尤其是发达国家，由于住房形式和饮食习惯的不同，燃气使用方式与国内有所区别，但国外对燃气安全极为重视，从行业准入、规范规章、材料施工、安全使用等方面做出了严格细致的规定，而且广泛采用泄漏报警切断装置。但由于MEMS技术近年才得以突破和应用，国外在燃气综合智能控制方面也刚刚处在起步阶段，大部分的设备仍然采用室内的空气成分检测结合电子阀门的控制方案。

国内燃气的使用安全现状无论从技术上还是管理上，与国外存在很大差距，现阶段还未广泛采用泄漏报警的装置，所以说安全设施基本处于空白状态。很多地方政府从民众生活安全的角度出发，希望能有合适的产品来阻绝燃气事故的发生。虽然国内也有部分厂商致力于设计燃气安全控制的装置，但其设计方案围绕着机械开关进行泄漏控制或者利用室内空气组分检测的手段进行报警控制。这类产品在检测手段上显得比较单一，检测灵敏度、准确度不高，误报警的概率比较高。

MEMS是微机械(微米/纳米级)与IC集成的微系统，即具有智能的微系统，MEMS基于硅微加工技术但不仅限于它。简单来说，MEMS就是对系统级芯片的进一步集成。我们几乎可以在单个芯片上集成任何东西，像运动装置、光学系统、发音系统、化学分析、无线系统及计算系统等，因此MEMS技术是一门多学科交叉的技术。MEMS器件价格低廉、性能优异、适用于多种应用，将成为影响未来生活的重要技术之一。

微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术micro/nanotechnology基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。

这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。微电子机械系统MEMS是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。对微电子机械系统(MEMS)的研究主要包括理论基础研究、制造工艺研究及应用研究三类。理论研究主要是研究微尺寸效应、微磨擦、微构件的机械效应以及微机械、微传感器、微执行器等的设计原理和控制研究等；制造工艺研究包括微材料性能、微加工工艺技术、微器件的集成和装配以及微测量技术等；应用研究主要是将所研究的成果，如微型电机、微型阀、微型传感器以及各种专用微型机械投入实用。

微电子机械系统MEMS的制造，是从专用集成电路ASIC技术发展过来的，如同ASIC技术那样，可以用微电子工艺技术的方法批量制造。但比ASIC制造更加复杂，这是由于微电子机械系统MEMS的制造采用了诸如生物或者化学活化剂之类的特殊材料，是一种高水平的微米/纳米技术。微米制造技术包括对微米材料的加工和制造。它的制造工艺包括：光刻、刻蚀、淀积、外延生长、扩散、离子注入、测试、监测与封装。纳米制造技术和工艺，除了包括微米制造的一些技术如离子束光刻等与工艺外，还包括利用材料的本质特性而对材料进行分子和原子量级的加工与排列技术和工艺等。微电子机械系统的制造方法包括LIGA工艺光刻、电镀成形、铸塑、声激光刻蚀、非平面电子束光刻、真空镀膜溅射、硅直接键合、电火花加工、金刚石微量切削加工。目前，国际上比较重视的微型机电系统的制造技术有：牺牲层硅工艺、体微切削加工技术和LIGA工艺等，新的微型机械加工方法还在不断涌现，这些方法包括多晶硅的熔炼和声激光刻蚀等。

另外，现阶段家用燃气泄漏的检测大多采用浓度检测的方式，这种检测方式属于一种定性的检测，检测过程中不对泄漏的量和泄漏过程进行实时的具体的分析，只有当空气中的可燃气体含量达到一定值时，报警器才发生报警，不能及时对燃气泄露进行处理。这种设计在一定程度上，延时了报警的时间，若在报警发生前燃气的浓度剧增，已经达到了爆炸的危险的范围，此时若报警器采用交流供电进行声光报警则有可能引起火花直接引爆气体。另外，这种浓度检测方式对燃气种类具有专用性，不同气体需要用不同种类的检测装置，检测天然气泄漏的报警器不能用于液化气等其他气体种类泄漏的报警。浓度报警器的安装位置与气体种类有关，由于天然气、煤气都比空气轻，泄漏后往上飘，所以报警器必须安装在靠近屋顶处。与此相反，液化气比空气重，泄漏后往下沉，所以报警器必须安装在接近地面处。如果屋内通风良好，气体泄漏后的浓度达不到报警的浓度范围，报警器将不进行报警，燃气的持续泄漏将造成很大的浪费。另外，由于厨房通常有油烟蒸汽等因素的存在，浓度检测极易引起报警器的误报警。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出了一种利用MEMS技术在内的测试手段，实现对燃气安全的控制。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

一种燃气安全控制装置，它包括：阀体、阀门执行机构、燃气管、中央处理器、流量传感器，其特征在于阀体执行机构包括阀门、驱动杆、阀门磁系统，阀门位于燃气管内，阀门与驱动杆连接，驱动杆与阀门磁系统连接；流量传感器的一端位于燃气管，另一端与中央处理器连接；中央处理器与阀门磁系统连接。阀体执行机构是整个实现阀门开或关的最后实施部件，它的指令来自于中面处理器；当中央处理器认为所处的环境为不安全状况时，则中央处理器会向阀体执行机构发出指令；具体表现为电路启动，阀门磁系统开启，则阀体执行机构中的驱动杆受到外力会向阀门作用力，使阀门将燃气管关闭，从而实现燃气的不外泄，实现安全；其中的阀门磁系统会在中央处理器的控制下产生力，进一步作用于驱动杆。

作为优选，上述一种燃气安全控制装置中阀门磁系统固定于阀体上，驱动杆穿出阀体底面与阀门连接。作为更佳选择，在阀门磁系统上有一个拉柄，通过阀门磁系统与驱动杆连接，与阀门联动；为了实现安装方便等实际技术效果，驱动杆是连接阀门与上面阀门磁系统的很重要部件，为一个可活动部件。其中的拉柄为一个机械式部件，当本发明装置中的阀门关闭后，经人工检查已排除隐患的，则可以通过把拉柄拉起，从而可以把阀门拉起，实现燃气管的开启，重新进行供气，所以阀门磁系统可以间接实现对阀门的动作。

作为优选，上述一种燃气安全控制装置中的中央处理器内有检测控制模块、预设数值模块、温度测试模块、数值比较模块；其中温度测试模块与流量传感器连接，再与数值比较模块连接；数值比较模块还与预设数值模块连接；检测控制模块分别与预设数值模块、温度测试模块、数值比较模块连接。作为整个装置的核心控制中心，在其内部有不同的分工及不同的组成模块，检测控制模块是直接对燃气管的相应参数进行监控的模块，预设数值模块则是根据具体情况、具体场合的需要，来进行设定相应的参数的；比如设定报警燃气的浓度上限，感应到的温度上限等等；温度测试模块则是对燃气管内的感应芯片的控制，直接得出相应温度、进而确定是否存在安全隐患的参数测定机构；数值比较模块是为了更好地实现自动化操作，将事先人为预设的数值与实际在燃气管内所测数值进行自动比较，则可得出燃气管的现状是否安全，再来由中央处理器决定是否需要进一步采取保护措施等。作为更佳选择，流量传感器与温度测试模块连接处有一个数据接口封头，温度测试模块与数值比较模块之间有一个信号转换模块；预设数值模块中设置持续时间模块、泄露燃气数值模块，以及持续时间和泄露燃气数据乘积模块。这是为了更好、更准确地保护数据传输、以及更好地保护设备的长久使用而设计了数据接口封头，为了取得稳定的数据参数，将所测得的温度转化为相应的电信号或其它信号再与预设的数值进行可比较性比较，在本发明中所预设的数值可以是泄露燃气的持续时间、或是泄露燃气的数量，以及泄露时间与泄露燃气量的乘积来作为控制安全的参数。

作为优选，上述一种燃气安全控制装置中燃气管上有一个阀座，阀门通过阀座固定于燃气管内，流量传感器通过阀座上的一开孔固定于燃气管内，流量传感器与阀座的连接处有密封头，以及密封压环。为了更好的实现机械部件的连接关系，及防止燃气的外泄，所以在每个连接处，都尽可能采用密封手段。

作为优选，上述一种燃气安全控制装置中流量传感器为采用MEMS技术的流量传感器，流量传感器上至少有两个感应芯片，在感应芯片之间有热源，与相邻两个感应芯片的距离相等。由于MEMS为公开的技术，但MEMS在本行业内的使用则属于一种全新使用方式，且在实际效果上起到了本行业内一般技术人员所未曾预料到的结果，无论从精度上、还是安全效果上都大大提高了。在本发明中，采用MEMS技术的每个流量传感器上有两个感应芯片，在两个感应芯片中间位置有一个热源；两个感应芯片放置于燃气管的中心线位置，且两个感应芯片的连线与燃气流经方向平行。这也是根据燃气管中燃气的特点所进行的技术方案，这样可以更灵敏地检测到燃气管内温度变化，从而可以了解到是否存在燃气外泄等安全隐患的存在。为了更节省电源，流量传感器是MCU控制的周期性检测的传感器。由于采用电池供电的方式，既要保证控制器长期的工作，同时要保证在一个锂电池供电的状态下能长期正常地稳定运行，因此要有一个低耗节能的控制方案。本产品采用的电子器件都是低功耗的器件，当这些芯片进入低功耗模式时，工作电流仅2.5uA，当产品处于低功耗状态时，可以极大地降低电池的损耗，延长电池的使用时间。该产品的低功耗的控制方案，采用MCU控制传感器周期检测的方式，每2S唤醒一次，对传感器的电源进行通电，当流量传感器状态稳定后获取传感器数据，MCU切断传感器电源，对获取的数据进行处理，完成数据分析后MCU将进入低功耗的状态。从流量检测开始到数据处理完成整个过程，使用时间约10mS，检测时的电流5mA，那么产品的大部分的时间处于低功耗的睡眠模式约1990mS，少部分的时间处于活动状态进行数据的采集和处理。

作为优选，上述一种燃气安全控制装置中与中央处理器连接有地震传感器、报警器、压力传感器；中央处理器上面有一个阀盖，及在阀盖的外表面连接一个显示装置；在检测控制模块上设置有按键；在拉柄上有一个保护盖。地震传感器的作用是建筑物受到强烈外力时，防止燃气管中燃气外泄而可能带来的隐患，所以当地震传感器检测到相应的强烈信号后，中央处理器则会及时将燃气管中的阀门关系，最终实现安全。而显示装置则有利于人员操作时的观察、甚至可以连接打印等信号输出装置，保护盖则是为了保护装置的使用寿命而设计的。

在本发明中，流量检测的电子化与检测的准确性是本产品设计的很重要方面。电子化的嵌入式流量测量手段使产品摆脱了机电转换的大体积的复杂结构，同时提高测量的精度，降低了检测的成本。

本产品采用的MEMS流量传感器使用热感应的原理：在传感器的感应芯片内部有一热源，在这一加热源的两边各有一温度传感器，通过这两个传感器可以感应在热源距离相等位置的温度，当管道内无流量时，感温传感器检测到的温度相等，那么此时传感器的输出电压为零；当有气体流动时，气体将改变热源两边的温度场，出现热源一边的温度高于另一边的情况，此时感温传感器检测到的温度将有差值，流量传感器的输出电压将为一个不为零差值。当流速越大时，热源两边的温差越大，传感器的输出电压也越大。采用MENS技术半导体最新的加工技术，使MEMS气体流量传感器的流量测量范围、精度等得到提高。MEMS技术将流量信号检测与混合信号处理集成于一个传感器上，使流量传感器的输出信号一致性好、重复性高，同时缩减了产品的体积。MENS技术摒弃了传统家用流量的体积计量方式，摆脱了体积测量使用复杂的机械结构，采用管道嵌入式的接触测量，将流量的变化转化为电压的变化，极大地减小了产品的体积，同时也提高了测量的精确性和灵敏度。

有益效果：本发明的流量检测电子化，更好地实现了流量检测的精度、准度与线性度。电子化的手段可以使检测部分更加地小巧与可靠，避免了外界的强磁干扰和其它因素对产品运行的影响。流量检测的精度和检测的宽度是对产品使用范围和检测范围的限制。具有计量性能MEMS流量检测器件的使用使得流量检测的精度上有了可靠的保障，后续的信号检测处理电路，也是保证流量检测精度的一方面。而且整个装置更小巧、成本更低廉、使用更方便。

附图说明

图1本发明的结构示意图

图2本发明使用时的流量与关阀时间关系

图3本发明使用时的流量分区示意图

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施作具体说明：

实施例1

根据附图1所示的结构，制作一种燃气安全控制装置，它包括：阀体4、阀门执行机构、燃气管17、中央处理器16、流量传感器8，其中阀体执行机构包括阀门15、驱动杆5、阀门磁系统3，阀门15位于燃气管17内，阀门15与驱动杆5连接，驱动杆5与阀门磁系统连接；流量传感器8的一端位于燃气管17，另一端与中央处理器16连接；中央处理器16与阀门磁系统3连接。当装置放置于燃气的供气系统时，流量传感器8通过直接在燃气管17的检测，得出燃气的变化值，根据中央处理器16的预设值，当流量传感器8中得的数值达到了预设值后，中央处理器16就向安装于阀体4上的阀门磁系统3发出指令，阀门磁系统3产生机械力后，作用于驱动杆5，再将力传递到阀门15进行关闭，实现燃气管17不再供气，确保安全。

实施例2

根据附图1所示的结构，一种燃气安全控制装置，它包括：阀体4、阀门执行机构、燃气管17、中央处理器16、流量传感器8，其中阀体执行机构包括阀门15、驱动杆5、阀门磁系统3，阀门15位于燃气管17内，阀门15与驱动杆5连接，驱动杆5与阀门磁系统连接；流量传感器8的一端位于燃气管17，另一端与中央处理器16连接；中央处理器16与阀门磁系统3连接；阀门磁系统3固定于阀体4上，驱动杆5穿出阀体4底面与阀门15连接；阀门磁系统3上有一个拉柄2，通过阀门磁系统3与驱动杆5连接，与阀门15联动；中央处理器16内有检测控制模块11、预设数值模块、温度测试模块、数值比较模块；其中温度测试模块与流量传感器8连接，再与数值比较模块连接；数值比较模块还与预设数值模块连接；检测控制模块11分别与预设数值模块、温度测试模块、数值比较模块连接。其中的流量传感器8为采用MEMS技术的流量传感器，流量传感器8上有两个感应芯片，在感应芯片之间有热源，与相邻两个感应芯片的距离相等。

本实施例进行了更精细化的操作，事先将中央处理器16内的各模块确定，在预设数值模块中确定数值，在两个感应芯片的中间位置有一热源，通过这两个传感芯片可以感应在热源距离相等位置的温度，当管道内无流量时，感温传感器检测到的温度相等，那么此时传感器的输出电压为零；当有气体流动时，气体将改变热源两边的温度场，出现热源一边的温度高于另一边的情况，此时感温传感器检测到的温度将有差值，流量传感器的输出电压将为一个不为零差值。当流速越大时，热源两边的温差越大，传感器的输出电压也越大。当所输出的信号与预设数值模块中的参数进行比较，若输出的信号所体现的燃气泄出量或泄出时间、或泄出量与泄出时间的乘积超出了预定范围的，则中央处理器16则向阀门磁系统3发出关闭阀门15的指令，实现燃气管17的安全。

实施例3

根据附图1所示的结构，在实施例1的基础上连接一地震传感器、报警器、压力传感器，则当燃气管17受到强烈震动时，则中面处理器16会发出关闭阀门15的指令，同时会发出报警信号，以便操作人员及时了解情况。

实施例4

根据附图1所示的结构，制作一种燃气安全控制装置，它包括：阀体4、阀门执行机构、燃气管17、中央处理器16、流量传感器8，其中阀体执行机构包括阀门15、驱动杆5、阀门磁系统3，阀门15位于燃气管17内，阀门15与驱动杆5连接，驱动杆5与阀门磁系统连接；流量传感器8的一端位于燃气管17，另一端与中央处理器16连接；中央处理器16与阀门磁系统3连接；阀门磁系统3固定于阀体4上，驱动杆5穿出阀体4底面与阀门15连接；阀门磁系统3上有一个拉柄2，通过阀门磁系统3与驱动杆5连接，与阀门15联动，在拉柄2上有一个保护盖。中央处理器16内有检测控制模块11、预设数值模块、温度测试模块、数值比较模块；其中温度测试模块与流量传感器8连接，再与数值比较模块连接；数值比较模块还与预设数值模块连接；检测控制模块11分别与预设数值模块、温度测试模块、数值比较模块连接；流量传感器8与温度测试模块连接处有一个数据接口封头9，温度测试模块与数值比较模块之间有一个信号转换模块；预设数值模块中设置持续时间模块、泄露燃气数值模块，以及持续时间和泄露燃气数据乘积模块；燃气管17上有一个阀座6，阀门15通过阀座6固定于燃气管17内，流量传感器8通过阀座6上的一开孔固定于燃气管17内，流量传感器8与阀座6的连接处有密封头7，以及密封压环10；流量传感器8采用MEMS技术的每个流量传感器8上有两个感应芯片，在两个感应芯片中间位置有一个热源；两个感应芯片放置于燃气管17的中心线位置，且两个感应芯片的连线与燃气流经方向平行；流量传感器8是MCU控制的周期性检测的传感器，每隔2秒钟唤醒一次，对流量传感器8的电源进行通电，当流量传感器8状态稳定后获取传感器数据，MCU切断流量传感器8的电源，对获取的数据进行处理，完成数据分析后MCU将进入低功耗的状态。从流量检测开始到数据处理完成整个过程，使用时间约10mS，检测时的电流5mA，那么产品的大部分的时间处于低功耗的睡眠模式约1990mS，少部分的时间处于活动状态进行数据的采集和处理。与中央处理器16连接有地震传感器、报警器；中央处理器16上面有一个阀盖13，及在阀盖13的外表面连接一个显示装置14。

本装置在使用时，无论受到外界强作用力，还是因管路泄气等现象出现，中央处理器16都会及时将燃气管17关闭，实现安全的目标；而且由于采用了MCU控制系统，所以电源的消耗也很少，可以长久使用，而减少了维护成本等。

在本发明中，根据燃气流量区域的划分，流量的异常报警主要包括微漏、大漏、超时、长期停用燃气。微漏报警是在微漏区域发生的泄漏报警，大漏报警是在大漏区域发生的泄漏报警，超时报警则是在正常工作的范围内长时间流量不变发生的报警可认为忘记关阀等。当控制器检测到微漏、大漏、超时的报警时，控制器将关闭控制阀门并通过液晶显示当前报警信息向用户发出报警。

在这几种报警方式中，超时报警使用了漂移分析的算法，用这种算法可以将用户对燃气的使用状态反应出来，通过流量漂移与时间的关系，那么可以很好地防止用户烧水忘关煤气等行为，有效的保证家庭中老年用户使用燃气的安全。漂移分析算法是通过对流量所在的范围与流量持续的时间来计算管道燃气的安全状况。当流量处于微小流量或者小流量范围时，控制器将对持续在该流量范围内的时间进行累计，当流量回到零点范围时，控制器将对时间进行清零。通过流量的变化与时间的计算可以推断出管道是否发生微漏，发生微漏时控制器进行关阀报警。当流量处于灶具正常的工作范围时，通过流量的漂移变化来判断用户是否在灶具旁。进入正常工作的流量区域，控制器将启动时间计数，时刻关注流量的漂移变化，当流量的变化率不超过5％时，计时持续进行，计时超过设定的时间如30分钟时，控制器进行关阀报警；当流量的变化超过5％时，计时将重置。关阀的时间与流量的大小成阶梯状的比例关系，流量小时，关阀报警的时间将很长；流量大时关阀报警的时间将很短。通过这样的控制设计，既保证了用户的燃气的正常使用，同时也能及时地进行报警。

为了实现安全，在每个流量区域的报警产生条件和报警的处理方式都不同，具体的报警种类与处理(如流量报警功能表)如下表所示。

流量报警功能表

上面根据燃气流量区域的划分，流量的异常报警主要包括微漏、大漏、超时、长期停用燃气。微漏报警是在微漏区域发生的泄漏报警，大漏报警是在大漏区域发生的泄漏报警，超时报警则是在正常工作的范围内长时间流量不变发生的报警(可认为忘记关阀等)。当控制器检测到微漏、大漏、超时的报警时，控制器将关闭控制阀门并通过液晶显示当前报警信息向用户发出报警。

在这几种报警方式中，超时报警使用了漂移分析的算法，用这种算法可以将用户对燃气的使用状态反应出来，通过流量漂移与时间的关系，那么可以很好地防止用户烧水忘关煤气等行为，有效的保证家庭中老年用户使用燃气的安全。

漂移分析算法是通过对流量所在的范围与流量持续的时间来计算管道燃气的安全状况。当流量处于微小流量或者小流量范围时，控制器将对持续在该流量范围内的时间进行累计，当流量回到零点范围时，控制器将对时间进行清零。通过流量的变化与时间的计算可以推断出管道是否发生微漏，发生微漏时控制器进行关阀报警。当流量处于灶具正常的工作范围时，通过流量的漂移变化来判断用户是否在灶具旁。进入正常工作的流量区域，控制器将启动时间计数，时刻关注流量的漂移变化，当流量的变化率不超过5％时，计时持续进行，计时超过设定的时间(如30分钟)时，控制器进行关阀报警；当流量的变化超过5％时，计时将重置。关阀的时间与流量的大小成阶梯状的比例关系，流量小时，关阀报警的时间将很长；流量大时关阀报警的时间将很短。通过这样的控制设计，既保证了用户的燃气的正常使用，同时也能及时地进行报警；其中流量与关阀时间关系如图2所示。

本发明产品采用流量检测的方式能够实时地监测燃气管道中流量的变化，通过流量的大小和变化，结合流量的漂移算法来判断泄漏的情况，能够在泄漏发生的短短时间内检测到管道燃气的流量异常情况。根据燃气灶在使用时有一个最小的流量和最大的流量这一特点，当检测到的流量小于燃气灶的最小流量时，产品将产生微漏的报警，大于最大流量时将产生大漏报警，当在正常的使用范围内通过流量漂移算法判断是否发生用户使用燃气异常情况(如忘记关阀、使用时间过长等)，在异常时发出超时报警。本产品采用流量检测的方式是一种定量的检测，不同于以往的浓度检测，可以在发生泄漏时就能产生报警，而不用等到空气中积累了一定浓度的可燃气体再进行报警，能够保证在最短的时间内发现泄漏问题及用户使用问题，有效地防范了燃气使用过程中的安全隐患，保障了人们的生命财产安全。由于气体计量的优势使该产品适用于不同种类燃气，安装时只要将产品接入燃气表后端的煤气软管前段，而不需要根据使用燃气种类的不同来确定安装的位置。

本产品通过流量传感器实时对燃气管道的燃气流量进行监控，研究燃气泄漏时的燃气流量状态。通过研究发现燃气流量的大小可分为零点区域，微漏区域，正常工作区，大漏区域。

微漏区域流量低于燃气灶工作时的最小流量，该区域划分为微小流量区和小流量区；正常工作区域燃气的流量在燃气灶的最小工作流量与最大工作流量之间，该区域根据用户灶具的不同进行划分，通常分为单灶小流量区、单灶最大流量区以及双灶最大流量区等；大漏区域流量大于燃气灶工作时的最大的流量。这些区域划分根据灶具流量参数进行设定。将这几个范围值在流量曲线上表示，如附图3所示。

本发明与传统的相比，具有另外的优点：传统的泄漏报警设备大多是采用浓度检测报警器，这种报警器没有控制装置，在报警时只能依靠声光报警提醒用户，不能由报警器直接关断阀门，造成了在无人的时候燃气泄漏报警虽然产生但是不能停止燃气的泄漏的情况，甚至由于报警时候的蜂鸣器或者显示设备产生的火花直接引燃气体，发生爆炸。现在大多数的泄漏报警设备厂家意识到“只报警不处理”的不足，从而为报警设备增加了联动装置，比如说通风设备、机械手阀门等。通风设备在浓度报警器在泄漏报警时启动，但其只能降低空气中的可燃气体的浓度，不能从根本上解决泄漏的问题，而使用机械手阀门关闭阀门时需要时间，机械手阀门也会因生锈等原因失效。另一方面，浓度报警器与控制设备通常不是安装在同一位置，因此需要较长的通讯线或者控制线，这样就会就增加了厨房环境中的电线，且这些电线容易因为外部原因使控制线失效，从而造成事故。从安装的角度来说，浓度报警器需要安装在适当的位置，而机械手阀门需要串联到管道之中，两者都需要通过控制线进行连接，这样的系统在厨房相对狭小的位置中占用的位置较大，在安装上来说也不方便，而且在安装时需要专业的工具。

本发明产品内置了切断功能，集检测与控制阀门于一体，可以在最短的时间内检测到燃气泄漏或者使用中的不安全的情况，并关闭阀门15，切断用户用气，保证用户在使用燃气时的安全。产品采用流量检测的手段，时刻采集管道中的流量信息，能够检测到微小流量的泄漏和大流量的泄漏。当用户使用恒定流量达到一定时间之后，系统也将产生报警关闭阀门，防止用户忘记关阀。产品使用流量检测手段解决了浓度检测报警装置的滞后性，同时丰富了以往报警方式的多样性。产品整合最新的电动阀门，关阀电流小，关阀时间快仅需20ms。将检测装置与报警装置整合成一体后，有效降低了设备的成本，大大减小了产品的体积，免除了分离式设备在安装时的连线。一体化的产品结构也方便了用户的安装，只需将设备串入燃气表后端的管道中就可以完成安装。产品安装的位置不在受到燃气种类的限制，有效解决了浓度检测设备需要根据燃气种类选择安装位置的问题。将检测与控制设备合成一体之后，在燃气泄露报警发生时，能够及时切断关闭阀，加快了对燃气泄漏处理的响应速度，且本项目产品减少了检测与控制设备之间的连线，避免了因鼠患或者意外因素使连线中断的问题，提高了产品的可靠性和安全性。

另外是省电：传统的安全装置中浓度检测报警设备通常采用交流220V供电或者采用干电池进行，阀门依靠浓度检测报警设备进行供电的控制。整套设备需要消耗比较多的电能，交流220V在燃气泄漏的情况下，由于电流比较大，设备容易产生火花引起爆燃。交流供电不能避免停电或者跳闸的情况，特别在现在用电紧张的情况下，停电的可能性非常大。一旦停电之后将不能很好地保证浓度检测报警装置和阀门控制装置的正常工作。如果采用电池供电，那么将要需要频繁地更换电池，一旦电池电量耗尽，用户忘记更换电池，那么报警系统将瘫痪，泄漏报警失效，将不再能保护用户生命财产。

本发明采用的锂电池供电，采用低功耗的解决方案，设计工作年限达到十年。在十年的时间内，控制器将持续正常地工作而不需要更换电池，电池寿命将尽时系统将关闭燃气阀门并向用户报警，避免了交流供电带来的潜在危险和电池更换带来麻烦与危害。

本产品采用最新科技低功耗的器件，使用低功耗的控制和检测方案，既保证了泄漏检测、报警、控制的功能，另外还降低了电池的损耗，增加了产品工作的年限。本产品使用的元器件为低功耗器件，在低功耗的状态下，产品的整体电流仅2.5uA，而在检测状态下仅5mA。低功耗的设计方案，让设备进行定时检测，每两秒执行一次检测，每次检测耗时10mS，计算上使用次数不多的关阀显示等功能的电流，产品的平均电流仅10uA。2200mAh的锂电池在10uA的电流持续工作下，使用年限将达到10年的时间。

低功耗的控制方案，实现周期检测，唤醒状态持续10mS，睡眠状态持续1990mS，相对来说，这样的控制方案保证了流量监控，也降低了产品的功耗。

Claims (10)

1.一种燃气安全控制装置，它包括：阀体(4)、阀门执行机构、燃气管(17)、中央处理器(16)、流量传感器(8)，其特征在于阀体执行机构包括阀门(15)、驱动杆(5)、阀门磁系统(3)，阀门(15)位于燃气管(17)内，阀门(15)与驱动杆(5)连接，驱动杆(5)与阀门磁系统连接；流量传感器(8)的一端位于燃气管(17)，另一端与中央处理器(16)连接；中央处理器(16)与阀门磁系统(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃气安全控制装置，其特征在于阀门磁系统(3)固定于阀体(4)上，驱动杆(5)穿出阀体(4)底面与阀门(15)连接。

3.根据权利要求2所述的一种燃气安全控制装置，其特征在于阀门磁系统(3)上有一个拉柄(2)，通过阀门磁系统(3)与驱动杆(5)连接，与阀门(15)联动。

4.根据权利要求1所述的一种燃气安全控制装置，其特征在于中央处理器(16)内有检测控制模块(11)、预设数值模块、温度测试模块、数值比较模块；

其中温度测试模块与流量传感器(8)连接，再与数值比较模块连接；

数值比较模块还与预设数值模块连接；

检测控制模块(11)分别与预设数值模块、温度测试模块、数值比较模块连接。

5.根据权利要求4所述的一种燃气安全控制装置，其特征在于流量传感器(8)与温度测试模块连接处有一个数据接口封头(9)，温度测试模块与数值比较模块之间有一个信号转换模块；预设数值模块中设置持续时间模块、泄露燃气数值模块，以及持续时间和泄露燃气数据乘积模块。

6.根据权利要求1所述的一种燃气安全控制装置，其特征在于燃气管(17)上有一个阀座(6)，阀门(15)通过阀座(6)固定于燃气管(17)内，流量传感器(8)通过阀座(6)上的一开孔固定于燃气管(17)内，流量传感器(8)与阀座(6)的连接处有密封头(7)，以及密封压环(10)。

7.根据权利要求1所述的一种燃气安全控制装置，其特征在于流量传感器(8)为采用MEMS技术的流量传感器，流量传感器(8)上至少有两个感应芯片，在感应芯片之间有热源，与相邻两个感应芯片的距离相等。

8.根据权利要求7所述的一种燃气安全控制装置，其特征在于采用MEMS技术的每个流量传感器(8)上有两个感应芯片，在两个感应芯片中间位置有一个热源；两个感应芯片放置于燃气管(17)的中心线位置，且两个感应芯片的连线与燃气流经方向平行。

9.根据权利要求7所述的一种燃气安全控制装置，其特征在于流量传感器(8)是MCU控制的周期性检测的传感器。

10.根据权利要求1所述的一种燃气安全控制装置，其特征在于与中央处理器(16)连接有地震传感器、报警器、压力传感器；

中央处理器(16)上面有一个阀盖(13)，及在阀盖(13)的外表面连接一个显示装置(14)；

在检测控制模块(11)上设置有按键(12)；

在拉柄(2)上有一个保护盖。

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