CN104197204A - 一种燃气系统的泄漏检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种燃气系统的泄漏检测装置及其检测方法，包括泄漏检测部分和控制盒部分，泄漏检测部分设有一个供气阀门、一个控制系统Ⅰ，供气阀门的进气口侧和出气口侧均设有取压口，且通过管道连接有压力传感器，泄漏检测部分还设有用于检测供气阀门中启闭件运动位置的旋转编码器，旋转编码器和压力传感器均与控制系统Ⅰ电连接；控制系统Ⅰ中存储有预先标定的旋转编码器位置和压力差值，控制盒部分包括控制盒和控制系统Ⅱ，控制系统Ⅱ和控制系统Ⅰ通过有线或无线的方式进行通讯连接。本发明的检测范围可涵盖本检测装置之后的燃气系统，全天候的实时检测；压力传感器不受燃气系统外部环境的影响，不易污染，使用寿命长。

Description

一种燃气系统的泄漏检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种泄漏检测装置及其检测方法，尤其是涉及一种燃气系统的泄漏检测装置及其检测方法。

背景技术

目前，对使用燃气的餐厅、家庭或户外使用燃气设备的地方（如；燃气车辆的车厢内）等相对封闭的空间进行燃气泄漏检测普遍采用的是燃气报警器。

燃气报警器采用的是气敏型传感器，其通过检测空气中的燃气浓度，从而判别燃气是否有泄漏。这种检测方式存在如下问题：

首先是检测范围有限：目前市场的燃气报警器只能检测该报警器安装位置附近几平方米的范围内的燃气浓度是否超出报警浓度。对于在同一个燃气系统下多处使用燃气器具（比如：燃气燃具与燃气热水器或燃气壁挂炉不在同一房间）的空间内或者采用通体厅堂的大面积房屋（比如：厨房、餐厅及客厅为一体的厅堂），安装一只燃气报警器显然是不够的。理论上，需要安装多个燃气报警器以扩大检测范围，从而涵盖整个室内受燃气系统影响的空间，才能可保证室内的燃气安全。

其次是不环保——现有的燃气报警器由于所采用的气敏型传感器本身的特点，在对相对封闭的燃气系统空间进行燃气泄漏检测时，只有当燃气泄漏量足够的多，达到足够高的燃气浓度时，该燃气报警器才能报警，而此刻，这个浓度的燃气已经对该空间造成空气污染和发生燃气爆炸的隐患。另外，对于较敞开的空间（比如燃气汽车的“车用燃气报警器”安装在驾驶室或车厢内），即便有燃气泄漏，燃气报警器也难于检测到该泄漏，这将造成一定量的燃气损失并污染环境。

第三是燃气报警器采用的气敏传感器经常“不定期失效”：由于燃气报警器所要检测的燃气系统空间（如；厨房）经常会有水蒸气、油烟等不洁气体产生，从而使燃气报警器中的关键部件即气敏型传感器极容易受到污染，而产生“不定期失效”的现象，用户需要经常检修才能保证其正常使用，这为使用者带来很多不便，并为安全埋下隐患。

专利号为ZL 2010 1 0246533.X的发明专利公开了一种主动检测燃气系统的泄漏与保护的装置与方法，虽然在一定程度上解决了上述问题，但是在硬件方面，由于没有采用 旋转编码器，该装置的供气阀门的“启闭件”不能保证每次要求“定位”的位置一致——“重复定位精度不高”，而影响检测结果；在检测方法方面，其中所述的：“未使用燃具时”的检漏方法中， “快速检漏方法”难于检测到较小的泄漏；“余压检漏方法”，对于使用液化气的管道进行检测时，当“供气阀门”关闭后，难于判别“供气阀门”之后的管道是究竟泄漏还是该管道中液化气产生的正常“液化”现象而致使该段管道的压力下降，从而导致检侧结果不够准确。

发明内容

本发明的目的是，提供一种燃气系统的泄漏检测装置及其检测方法  ，以克服背景技术中所述发明专利在未使用燃具时，即静态检测时对泄漏检测技术上的不足，使检测结果更准确。

本发明为了实现上述发明目的所采用的技术方案是：一种燃气系统的泄漏检测装置，包括泄漏检测部分和控制盒部分，所述的泄漏检测部分设有一个处于燃气系统供气端与燃具之间的供气阀门、一个用于驱动供气阀门启闭件的控制电机、一个用于控制控制电机并判断是否泄漏的控制系统Ⅰ和两只压力传感器，所述的两只压力传感器为分别接在供气阀门进气口侧取压口和出气口侧取压口的两个表压式压力传感器，或者其中一个为接在供气阀门一侧取压口的表压式压力传感器，另一个为同时连接供气阀门两侧取压口的差压式压力传感器，泄漏检测部分还设有用于检测供气阀门中启闭件运动位置的旋转编码器，旋转编码器和压力传感器均与控制系统Ⅰ电连接；所述的控制系统Ⅰ中存储有预先标定的旋转编码器位置和压力差值，所述预先标定的旋转编码器位置和压力差值为供气阀门处于某一开启位置，且燃气系统处于允许漏率的状态下，对应的旋转编码器位置和供气阀门两侧的压差值；所述的控制盒部分包括控制盒和控制系统Ⅱ，控制系统Ⅱ和控制系统Ⅰ通过无线或有线的方式进行通讯连接。

进一步地，在与启闭件的 “全开启”和“全关闭”相应的位置，各安装一只行程开关，行程开关与控制系统Ⅰ电连接。

进一步地，还包括减速器，减速器的输入轴与电机的电机轴一端相连接，减速器的输出轴与供气阀门的启闭件固定连接，旋转编码器连接在减速器输出轴的另一端或电机的电机轴上。 

进一步地，所述的供气阀门为球阀或旋塞阀。

进一步地，所述的供气阀门的启闭件为陶瓷片阀芯。

一种利用上述燃气系统的泄漏检测装置进行静态检测燃气系统泄漏的方法，包括以下步骤：

开启燃气系统供气端的阀门，使燃气通至本泄漏检测装置供气阀门的进气口侧；

启动泄漏检测装置，控制系统Ⅰ调出已经储存的“允许漏率”所对应的“旋转编码器位置”和 “压力差值”数据；

控制系统Ⅰ启动控制电机，驱动供气阀门的启闭件，使启闭件运行至全开启的位置，然后使控制电机反向驱动启闭件，同时由控制系统Ⅰ检测旋转编码器检测到的位置信号，直至启闭件运动到与储存的“旋转编码器位置”相同的位置；

控制系统Ⅰ检测两个压力传感器的测量值，并计算其差值，将该差值与调出的“压力差值”相比较，如小于或等于储存的“压力差值”，则本燃气系统没有必要检修；如大于储存的“压力差值”，则控制系统Ⅰ输送信息给控制系统Ⅱ，控制系统Ⅱ发出信号提醒用户检修本燃气系统。

 有益效果：

1、本发明的检测范围涵盖本检测装置之后的燃气系统，与空间是否封闭无关；全天候的实时检测；由于是仅仅通过检测燃气系统内部的燃气压力变化来确定流经本装置的燃气流量，故该气体压力传感器不受燃气系统外部环境的影响，不易污染；传感器工作寿命一般就是其设计寿命——检修期可控。 

2、本发明所述的泄漏检测装置，在没有使用燃具情况下的检漏方法中，由于可以标定微小的额定流量， 具有“微量流量计”的功能，对流经此处的流量，实时检测，属于“在线检测”技术，可确保燃气系统在没有使用燃具时的安全。

附图说明

图1为本发明第一种具体实施方式的结构示意图。

图2为本发明第二种具体实施方式的结构示意图。

图3为本发明第三种具体实施方式的结构示意图。

    图中，1、旋转编码器，2、联轴器Ⅰ，3、控制电机，4、联轴器Ⅱ，5、减速器，6、联轴器Ⅲ，7、供气阀门，8、进气口，9、第一表压式压力传感器，10、第二表压式压力传感器，11、出气口，12、控制系统Ⅰ，13、旋转操作杆。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步具体详细的说明。

实施例1：

如图1所示，一种燃气系统的泄漏检测装置，包括泄漏检测部分和控制盒部分（注：控制盒部分没有画出），泄漏检测部分包括供气阀门7、第一表压式压力传感器9和第二表压式压力传感器10、用于驱动供气阀门启闭件的控制电机、旋转编码器1、控制系统Ⅰ（12）和模块电源Ⅰ，第一表压式压力传感器9与供气阀门的进气口8侧取压口用管道连通，第二表压式压力传感器10与供气阀门的出气口11侧取压口也用一根管道相连通。

本实施例设有减速器5（实际应用中也可根据情况不要减速器），旋转编码器1通过联轴器Ⅰ2与控制电机的电机轴一端相连接，其对电机轴的位置信号进行检测并将检测信号传递给控制系统Ⅰ12，构成半闭环控制。控制电机3的电机轴另一端与减速器5的输入轴相连接，减速器5的输出轴与旋转操作杆13固定连接，旋转操作杆13与供气阀门的启闭件固定连接。

第一表压式压力传感器9、第二表压式压力传感器10、控制电机3和旋转编码器1均与控制系统Ⅰ12电连接。

泄漏检测部分外接“市电（220伏交流电）” ，故采用模块电源Ⅰ，供本部分所有的电气元件使用。

控制盒部分设有控制盒、控制系统Ⅱ和可充电电池等。

本实施例所述的泄漏检测部分和控制盒部分采用无线通讯连接，因此在泄漏检测部分还设有无线通讯模块Ⅰ或 通讯接口Ⅰ，用于本部分的数控系统Ⅰ与“控制盒部分”的数控系统Ⅱ的无线通讯，在控制盒部分还设有无线通讯模块Ⅱ或 通讯接口Ⅱ用于与泄漏检测部分的数控系统Ⅰ进行通讯。

控制盒部分还设有扬声器、语音模块以及可充电电池，在控制盒上设有供气阀门开启键、供气阀门关闭键、检漏键等等功能键。

控制盒部分可外接“市电（220伏交流电）”，故还设有模块电源Ⅱ，供本部分所有的电气元件以及可充电电池使用，因为有可充电电池，故本部分亦可脱离“市电”类似于“遥控器”一样，完成各项功能。

作为泄漏检测部分和控制盒部分之间电连接的另一种实施方式，泄漏检测部分的数控系统Ⅰ也可以与控制盒部分的数控系统Ⅱ 进行有线通讯连接。

为了保证启闭件任意时间处于某一位置时，都能满足“理论设计要求”，即开口的形状和尺寸是一定的这个条件，供气阀门7优选球形阀、旋塞阀、陶瓷阀芯等等“启闭件”刚性好的阀门。 适当延长阀门两端的长度（比如以启闭件为参考点，进气口方向的长度，为进气口侧内径的十倍，出气口方向的长度为出气口侧内径四倍），在长度方向上，启闭件的两侧的适当的距离（比如以启闭件为参考点，进气口方向该距离小于或等于进气口侧内径，出气口方向该距离小于或等于出气口侧内径的 1/2），各布置一个“取压”口，连接两只表压式压力传感器。

由于采用了旋转编码器——进行半闭环的控制，启闭件可以保证极高的“重复定位精度”。

为了进一步对旋转编码器定位，并避免控制电机过载，在供气阀门的阀座上，与启闭件的 “全开启”和“全关闭”相应的位置，各安装一只行程开关。

本实施例中所述的控制电机使用步进电机。当然也可以直接使用伺服电机来替代本实施例中的步进电机和旋转编码器。

文中提到的控制系统Ⅱ和控制系统Ⅰ12均指由单片机（如MCU即微软控制器，SoC嵌入式系统或ARM）制作而成的具有处理传感器信号和输出执行指令的控制系统。

以上装置制作完毕，在出厂前，要先对其进行额定流量的“标定”，标定方法如下：

根据制定的燃气系统的“允许漏率（单位时间的泄漏量）” 即“额定流量”，使用“标准表法”。即：将流量调节阀、标准表和本装置串联连接在气路上，调整“流量调节阀”，使得流量等于给定的“允许漏率”即“额定流量”（“流量”值可通过观察标准表确认）；

然后启动控制电机，使本装置的启闭件由“全开启”逐渐向着开启口“关小”的方向运动，直至两个“取压”口的压力差为大于“零”的一个具体的、稳定的压力差值（优选30-60pa之间的一个数值）。

令控制系统Ⅰ12记录此“额定流量”在该压力差值下“旋转编码器位置”和该“压力差值”， 并储存在控制系统的数据库中。

本实施例使用的是“标准表法”来进行标定，也可以使用别的标定方法来标定。

其它方面，如：温度变化（可以用温度传感器进行检测），引起密度的变化以及介质变换（引起的密度变化）的数据处理等，均同一般的差压式流量计的处理方法。

利用以上装置对燃气系统进行静态（即燃具不使用时的状态）泄漏检测的步骤如下：

将本装置安装在“罐装”燃气系统的供气端阀门（比如有些气罐用的减压阀）与燃具之间的燃气管道中，或安装在“管道”燃气系统的手动阀门与燃具之间的燃气管道中；具体地，本装置的供气阀门7的进气口一侧为减压阀或手动阀门，供气阀门7的出口一侧为燃具；

开启“罐装”燃气系统的阀门或“管道”燃气系统的手动阀门，使燃气通至供气阀门7进气口侧；

按下控制盒上的“检漏键”，启动泄漏检测装置，控制系统Ⅱ将该指令传送给控制系统Ⅰ，控制系统Ⅰ调出已经储存的“额定流量”（即允许漏率）所对应的“旋转编码器位置”和 “压力差值”数据；

控制电机先将启闭件开至到全开启的位置，触碰到该处行程开关，然后反向向着开启口“关小”的方向运动，此过程中控制系统Ⅰ检测旋转编码器检测到的“位置”信号——直至启闭件运动到与储存的“旋转编码器位置”相同的位置；

控制系统Ⅰ检测两个压力传感器的测量值，并计算其差值，将该差值与调出的“压力差值”相比较，如小于或等于该“压力差值”，则本燃气系统没有必要检修；反之，控制系统则首先关闭供气阀门7，并且将该信息输送给控制系统Ⅱ，然后由控制盒部分的控制系统Ⅱ，通过“语音模块”和“扬声器”播报以提醒用户检修本燃气系统。

当然也可以使用别的提醒方式，比如蜂鸣器。

产生泄漏检修时，可以使用“涂刷皂液”法。这时需要供给燃气，以便于观察、查找由泄漏口处产生的“气泡”，从而确定泄漏口，方便下一步的检修。因为检测到泄漏后，系统是不会自动开启供气阀门的，这时需要按下控制盒上的“阀门开启键”，则供气阀门7无条件的开启，查到泄漏口后，按下“阀门关闭键”，供气阀门7才会关闭。然后对泄漏口进行修复处理后，为了确认检修的效果（即是否消除了泄漏），按下“检漏键”，控制系统再次进入静态检漏程序。

  控制盒部分使用时可根据用户习惯，放置在方便的位置。

 特别需要说明的是：对“使用燃具时”的泄漏检测，仍采用专利号为ZL 2010 1 0246533.X的发明专利所述的方法。

实施例2：

如图2所示：本实施例中，旋转编码器1通过联轴器Ⅰ2固定连接在减速器输出轴的一端，减速器输出轴的另一端通过联轴器Ⅲ与旋转操作杆13固定连接，这种连接方式使得旋转编码器1直接检测启闭件的位置信号，构成闭环控制。其余部分本实施例与实施例1大致相同。

实施例3：

如图3所示，本实施例与实施例1相比，除了两只压力传感器分别为表压式压力传感器9′和差压式压力传感器10′以外，其余部分都与实施例一相同，差压式压力传感器10′同时与供气阀门7的两侧取压口相连接。

本实施例中的旋转编码器1也可通过与减速器5的输出轴通过联轴器Ⅰ而固定连接，即旋转编码器1通过直接检测供气阀门7的启闭件的位置，并将该检测信号传递给控制系统11，从而构成闭环检测，如实施例二所示的那样。

本实施例中，所述的表压式压力传感器9′是安装在供气阀门7出气口11一侧的取压口，在这种安装方式中，则进气口一端的表压值等于该处表压值加上差压式压力传感器10′所测得的“差压值”，实际应用中，表压式压力传感器也可安装在截断阀门进气口8一侧的取压口，此时则出气口的表压值等于该处表压值减去“差压值”。

使用两只压力传感器可以保证本检测装置在燃具使用过程中也能采用专利号为ZL 2010 1 0246533.X的发明专利所述的方法对燃气系统进行动态检测。

Claims (6)

1.一种燃气系统的泄漏检测装置，包括泄漏检测部分和控制盒部分，所述的泄漏检测部分设有一个处于燃气系统供气端与燃具之间的供气阀门（7）、一个用于驱动供气阀门启闭件的控制电机、一个用于控制控制电机并判断是否泄漏的控制系统Ⅰ（12）和两只压力传感器，所述的两只压力传感器为分别接在供气阀门（7）进气口侧取压口和出气口侧取压口的两个表压式压力传感器，或者其中一个为接在供气阀门（7）一侧取压口的表压式压力传感器，另一个为同时连接供气阀门（7）两侧取压口的差压式压力传感器，其特征在于：泄漏检测部分还设有用于检测供气阀门（7）中启闭件运动位置的旋转编码器，旋转编码器和压力传感器均与控制系统Ⅰ（12）电连接；所述的控制系统Ⅰ（12）中存储有预先标定的旋转编码器位置和压力差值，所述预先标定的旋转编码器位置和压力差值为供气阀门（7）处于某一开启位置，且燃气系统处于允许漏率的状态下，对应的旋转编码器位置和供气阀门两侧的压差值；所述的控制盒部分包括控制盒和控制系统Ⅱ，控制系统Ⅱ与控制系统Ⅰ（12）通过无线或有线的方式进行通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃气系统的泄漏检测装置，其特征在于：在与启闭件的 “全开启”和“全关闭”相应的位置，各安装一只行程开关，行程开关与控制系统Ⅰ（12）电连接。

3.   根据权利要求1所述的一种燃气系统的泄漏检测装置，其特征在于：还包括减速器（5），减速器（5）的输入轴与电机（3）的电机轴一端相连接，减速器（5）的输出轴与供气阀门（7）的启闭件固定连接，旋转编码器（1）连接在减速器（5）输出轴的另一端或电机（3）的电机轴上。

4.根据权利要求1-3所述的一种燃气系统的泄漏检测装置，其特征在于：所述的供气阀门（7）为球阀或旋塞阀。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种燃气系统的泄漏检测装置，其特征在于：所述的供气阀门（7）的启闭件为陶瓷片阀芯。

6.利用权利要求1 所述的一种燃气系统的泄漏检测装置进行 静态检测燃气系统泄漏的方法，其特征在于，包括以下步骤：

开启燃气系统供气端的阀门，使燃气通至本泄漏检测装置供气阀门的进气口侧；

启动泄漏检测装置，控制系统Ⅰ调出已经储存的“允许漏率”所对应的“旋转编码器位置”和 “压力差值”数据；

控制系统Ⅰ启动控制电机，驱动供气阀门的启闭件，使启闭件运行至全开启的位置，然后使控制电机反向驱动启闭件，同时由控制系统Ⅰ检测旋转编码器检测到的位置信号，直至启闭件运动到与储存的“旋转编码器位置”相同的位置；

控制系统Ⅰ检测两个压力传感器的测量值，并计算其差值，将该差值与调出的“压力差值”相比较，如小于或等于储存的“压力差值”，则本燃气系统没有必要检修；如大于储存的“压力差值”，则控制系统Ⅰ输送信息给控制系统Ⅱ，控制系统Ⅱ发出信号提醒用户检修本燃气系统。