CN105259327A - 一种可燃气体检测仪及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可燃气体检测仪，包括传感器模块、微处理电路和声光报警电路，其特征在于：它还包括显示模块、数据存储模块、供电电路、数据输出电路，其中，传感器模块包括可燃气体检测传感器、温度传感器和湿度传感器；微处理电路模块包括微处理器和A/D转换电路。该可燃性其他检测仪可以随可燃气体检测进行校准，提高可燃气体检测的准确性以及可燃气体危险性判断的科学合理性。
Description
技术领域：
本发明涉及气体检测领域，具体讲是一种可燃气体检测仪及其检测方法。
背景技术：
可燃性气体包括天然气、煤气、液化石油气、甲烷、乙炔、氢气、一氧化碳，以及一些可燃性液体的蒸气，如乙醇、甲醇、甲苯、丙酮等。这些气体在空气中达到一定浓度后遇到火化会发生爆炸、燃烧，存在于城市地下管网、污水处理厂、化粪池、工矿企业、化工企业、加油站、危化品仓库等，使得每年都会发生很多的爆炸，造成人员伤亡事故。为避免此类事故的发生，进行可燃气体检测仪器的开发，为事故预防和处理提供技术依据，是检测仪表开发的一个重要方向。
虽然目前已经有很多的可燃性气体检测仪在使用，但是普遍存在的问题是仪器只能进行气体浓度的检测，并把它作为唯一的可燃气体危险性的判断依据，进行报警设计。而可燃性气体的浓度以及可燃性气体的危险往往受所处环境的影响，比如温度、湿度、气压以及其他惰性气体含量的影响等，这些因素往往对气体浓度检测的准确性和气体爆炸极限范围造成干扰。如温度的升高会使可燃气体的爆炸下限降低，爆炸上限升高，扩大了可燃气体的爆炸范围，增加了可燃气体的危险性；湿度低，环境干燥也会增加可燃性气体的爆炸范围，相对湿度的增加，对可燃气体爆炸范围变小，对一些产生水的爆炸反应还能起到一定的抑制作用(如甲烷、乙烷、氢气等)；增加压力，通常会使可燃气体的爆炸上限显著提高，爆炸范围扩大，还能降低混合气的自燃点，使得可燃气体在较低的着火温度下能够发生燃烧，加大了可燃性气体的风险；惰性气体(氮气、氦气等)浓度的增加，对可燃气体爆炸极限起到了稀释的作用，还能起到隔离、冷却的作用，降低了可燃气体爆炸的风险。因此仅仅依靠检测可燃气体的浓度进行可燃气体危险性的判断，不仅不准确，也不够合理科学，必需要综合考虑可燃性气体所在环境的影响。
本发明针对现有可燃性检测仪器的上述的不足和缺陷，同时考虑到环境中气压、惰性气体相对比较稳定，设计了一种结合温度、湿度传感器的可燃气体检测仪，以此对可燃性气体检测进行校准，提高可燃性气体检测的准确性以及可燃性气体危险判断的科学合理性，防止仪器的对可燃性气体危险报警的误报、乱报。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可燃气体检测仪，该可燃气体检测仪可以随可燃气体检测进行校准，提高可燃气体检测的准确性以及可燃气体危险性判断的科学合理性。
本发明的技术解决方案是，提供一种可燃气体检测仪，包括传感器模块、微处理电路和声光报警电路，其特征在于：它还包括显示模块、数据存储模块、供电电路、数据输出电路，其中，传感器模块包括可燃气体检测传感器、温度传感器和湿度传感器；微处理电路模块包括微处理器和A/D转换电路。
作为优选，它还包括RS485通讯模块，能方便实现组网和远程监测。
作为优选，可燃气体传感器为催化燃烧式传感器；温度传感器为温敏电子元件，湿度传感器为湿敏元件。
本发明采用电子集成技术，将温度、湿度传感器与可燃气体传感器结合，使可燃气体传感器不仅能够检测到环境中可燃气体的浓度变化，同时还能观察到温度、湿度等环境参数的变化，不仅能有效的校准可燃性气体浓度，也为可燃性气体的爆炸风险进行科学判定和识别。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种可燃气体检测仪的检测方法，该检测方法可以随可燃气体检测进行校准，提高可燃气体检测的准确性以及可燃气体危险判断的科学合理性，防止仪器对可燃气体危险的误报、乱报。
本发明的技术解决方案是，提供一种可燃气体检测仪的检测方法，它由温度、湿度对气体浓度影响的处理方法和可燃气体风险的判定处理两部分组成，其中，
温度、湿度对气体浓度影响的处理方法采用试验确定，试验分三个步骤，首先将同一批次的气体传感器，在恒温恒湿箱中将传感器密闭放置在一个已知体积的封闭容器中，在封闭容器中通入不同量的可燃气体，形成不同浓度的可燃气体浓度，控制恒温恒湿箱的温度x℃，相对湿度为y％,进行至少5个不同浓度梯度的测定并记录气体传感器输出的电压信号值；其次将相对湿度控制在y％，选定上述浓度值中的一个，测定该选定的可燃气体浓度值在不同温度下的电压信号值，最后温度控制在x℃，在不同湿度条件下测定选定的可燃气体浓度值的电压信号值，将这些电压信号值回归温度x℃、相对湿度y％电压信号值，建立校准调试方程C＝a·(U/(f1·f2))，式中C为可燃气体浓度，f1为温度校准因子，f2为湿度校准因子，其中，温度校准因子f1与温度(t)之间的关系f1＝mt+n，f1＝Ut/Ux℃，湿度校准因子f2与相对湿度()之间的关系f2＝URH/Uy％并将校准调试方程烧录至检测仪的微处理器；
可燃气体风险的判定处理通过可燃气体爆炸极限进行判定，爆炸极限的与温湿度之间的关系通过理论计算，并将计算处理过程烧录至微处理器，作为微处理器进行爆炸极限融合分析处理的模型，处理过程分三步，首先通过公式Lt＝[1-0.000721(t-25)]×L25计算出当前温度下的爆炸下限，式中Lt为温度t时的下限，L25为25℃时的下限，其次通过公式计算出当前温湿度下的爆炸下限(LEL)，最后将爆炸下限(LEL)与当前温湿度条件下检测到的气体浓度进行比较，进行风险判定，当气体浓度达到25％LEL就实施声光报警。
作为优选，不同浓度可燃气体的选择区间为0-5％。
进一步的，温度、湿度对气体浓度影响的处理方法采用试验确定，试验分三个步骤，首先将同一批次的气体传感器，在恒温恒湿箱中将传感器密闭放置在一个已知体积的封闭容器中，在封闭容器中通入不同量的甲烷气体，形成不同浓度的甲烷气体浓度，控制恒温恒湿箱的温度20℃，相对适度为65％,进行5个不同浓度梯度的测定：0，0.625％，1.25％,2.5％,5％，并记录气体传感器输出的电压信号值；其次将相对湿度控制在65％，测定甲烷浓度1.25％在不同温度下(0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃)的电压信号值，最后温度控制在20℃，在不同湿度条件下测定在不同湿度条件下(0％，15％，30％，45％，65％，75％，80％)测定甲烷浓度1.25％的电压信号值，将测定结果进行回归模拟分析，将结果回归至标准状况下(温度20℃，相对湿度65％)，将气体浓度与电压信号之间的关系建立校准调试方程，校准调试方程的建立步骤如下：先测试标准状况下(20℃，RH65％)的不同浓度的电压信号值,建立标准曲线C0＝aU0；然后在RH65％条件下测试不同温度下1.25％浓度的电压信号值并建立温度校准因子f1与温度(t)之间的关系f1＝mt+n，f1＝Ut/U20℃；接着在20℃条件下测试不同湿度1.25％浓度的电压信号值，湿度校准因子f2与相对湿度()之间的关系f2＝URH/U65％；最后建立温湿度校准的调试方程并将调试方程烧录至检测仪的微处理器；
可燃气体风险的判定处理通过可燃气体爆炸极限进行判定，爆炸极限的与温湿度之间的关系通过理论计算，并将计算处理过程烧录至微处理器，作为微处理器进行爆炸极限融合分析处理的模型，处理过程分三步，首先通过公式Lt＝[1-0.000721(t-25)]×L25计算出当前温度下的爆炸下限，式中Lt为温度t时的下限，L25为25℃时的下限，其次通过公式计算出当前温湿度下的爆炸下限(LEL)，最后将爆炸下限(LEL)与当前温湿度条件下检测到的气体浓度进行比较，进行风险判定，当气体浓度达到25％LEL就实施声光报警。
具体实施方式：
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明：
实施例
一种可燃气体检测仪，包括传感器模块、微处理电路和声光报警电路，其特征在于：它还包括显示模块、数据存储模块、供电电路、数据输出电路，其中，传感器模块包括可燃气体检测传感器、温度传感器和湿度传感器；微处理电路模块包括微处理器和A/D转换电路。为更好进行组装使用，将上述电路模块和电路通过集成电路板封装与铝合金外壳。其中，可燃气体传感器采用日本根本特殊化学株式会社催化燃烧式可燃气体传感器，温湿度传感器采用瑞士盛士瑞恩传感器公司的SHT10温湿度传感器；处理器采用挪威EnergyMicro的超低功耗ARMEFM32，实现信息的融合分析处理，显示模块的显示器采用TM023KDZ06LCD显示屏，实现气体浓度以及当前温度、湿度、时间信息的显示；通讯模块采用MAX3485实现信号的RS485输出；并且，供电电路的供电电源为24V。
气体浓度检测的温湿度校准则采用试验进行确定，试验分三个步骤，首先是采购同一批次的气体传感器，在恒温恒湿箱中，将传感器密闭放置在一个已知体积的封闭容器中，在封闭容器中通入不同量的标准甲烷气体，形成不同浓度的甲烷气体浓度，控制恒温恒湿箱的温度20℃，相对适度为65％,进行5个不同浓度梯度的测定0,0.625％，1.25％，2.5％，5％,记录气体传感器输出的电压信号值；其次将相对湿度控制在65％，测定甲烷浓度1.25％在不同温度下(0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃)的电压信号值；最后温度控制在20℃，在不同湿度条件下(0％，15％，30％45％，65％，75％，80％)测定甲烷浓度1.25％的电压信号值。最后将测定结果进行回归模拟分析，将结果回归至标准状况下(温度20℃，相对湿度65％)，将气体浓度与电压信号之间的关系建立校准调试方程，并将调试方程烧录至检测仪的微处理器。校准调试方程的建立步骤如下:
1.测试标准状况下(20℃，RH65％)的不同浓度的电压信号值,建立标准曲线C0＝aU0。
| 浓度(C0) | 输出电压(U0，mV) |
| 0 | 0 |
| 0.625％ | 48 |
| 1.25％ | 95 |
| 2.5％ | 190 |
| 5％ | 385 |
得到标准曲线：C0＝1.3×10-4U0
2.在RH65％,测试不同温度下1.25％浓度的电压信号值(mV)。建立温度校准因子f1与温度(t)之间的关系f1＝mt+n，f1＝Ut/U20℃。
| 温度(t) | 输出电压(U0，mV) | f1 |
| 0℃ | 51 | 0.5368 |
| 10℃ | 73 | 0.7684 |
| 20℃ | 95 | 1 |
| 30℃ | 117 | 1.2316 |
| 40℃ | 139 | 1.4632 |
| 50℃ | 161 | 1.6947 |
得到f1＝0.023t+0.536
3.在20℃，测试不同湿度1.25％浓度的电压信号值。湿度校准因子f2与相对湿度()之间的关系f2＝URH/U65％。
得到
4.建立温湿度校准的调试方程
C＝1.3×10-4·(U/(f1·f2))，f1＝0.023t+0.536，将三个方程烧录至微处理器。
可燃气体风险报警判断则通过可燃气体爆炸极限进行判定，爆炸极限的与温湿度之间的关系通过理论计算，并将计算处理过程烧录至微处理器，作为微处理器进行爆炸极限融合分析处理的模型，处理过程分三步，首先是通过公式Lt＝[1-0.000721(t-25)]×L25计算出当前温度下的爆炸下限，其次通过公式计算出当前温湿度下的爆炸下限(LEL)，最后将爆炸下限(LEL)与当前温湿度条件下检测到的气体浓度进行比较，进行风险判定，当气体浓度达到25％LEL就实施声光报警。
以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。
Claims (6)
1.一种可燃气体检测仪，包括传感器模块、微处理电路和声光报警电路，其特征在于：它还包括显示模块、数据存储模块、供电电路、数据输出电路，其中，传感器模块包括可燃气体检测传感器、温度传感器和湿度传感器；微处理电路模块包括微处理器和A/D转换电路。
2.根据权利要求1所述的可燃气体检测仪，其特征在于：它还包括RS485通讯模块。
3.根据权利要求1所述的可燃气体检测仪，其特征在于：可燃气体传感器为催化燃烧式传感器；温度传感器为温敏电子元件，湿度传感器为湿敏元件。
4.一种可燃气体检测仪的检测方法，其特征在于：它包括温度、湿度对气体浓度影响的处理方法和可燃气体风险的判定处理两个部分，其中，温度、湿度对气体浓度影响的处理方法采用试验确定，试验分三个步骤，首先将同一批次的气体传感器，在恒温恒湿箱中将传感器密闭放置在一个已知体积的封闭容器中，在封闭容器中通入不同量的可燃气体，形成不同浓度的可燃气体浓度，控制恒温恒湿箱的温度为x℃，相对湿度为y％,进行至少5个不同浓度梯度的测定并记录气体传感器输出的电压信号值，其中，x、y为具体设定值；其次将相对湿度控制在y％，选定上述浓度值中的一个，测定该选定的可燃气体浓度值在不同温度下的电压信号值，最后温度控制在x℃，在不同湿度条件下测定选定的可燃气体浓度值的电压信号值，将这些电压信号值回归至温度x℃、相对湿度y％条件下的电压信号值，建立校准调试方程C＝a·(U/(f1·f2))，式中C为可燃气体浓度，f1为温度校准因子，f2为湿度校准因子，其中，温度校准因子f1与温度(t)之间的关系f1＝mt+n，f1＝Ut/Ux℃，湿度校准因子f2与相对湿度之间的关系f2＝URH/Uy％，并将校准调试方程烧录至检测仪的微处理器；
可燃气体风险的判定处理通过可燃气体爆炸极限进行判定，爆炸极限的与温湿度之间的关系通过理论计算，并将计算处理过程烧录至微处理器，作为微处理器进行爆炸极限融合分析处理的模型。处理过程分三步，首先通过公式Lt＝[1-0.000721(t-25)]×L25计算出当前温度下的爆炸下限，式中Lt为温度t时的下限，L25为25℃时的下限，其次通过公式计算出当前温湿度下的爆炸下限(LEL)，最后将爆炸下限(LEL)与当前温湿度条件下检测到的气体浓度进行比较，进行风险判定，当气体浓度达到25％LEL就实施声光报警。
5.根据权利要求4所述的一种可燃气体检测仪的检测方法，其特征在于：不同浓度可燃气体的选择区间为0-5％。
6.根据权利要求4所述的一种可燃气体检测仪的检测方法，其特征在于：温度、湿度对气体浓度影响的处理方法采用试验确定，试验分三个步骤，首先将同一批次的气体传感器，在恒温恒湿箱中将传感器密闭放置在一个已知体积的封闭容器中，在封闭容器中通入不同量的甲烷气体，形成不同浓度的甲烷气体浓度，控制恒温恒湿箱的温度20℃，相对适度为65％,进行5个不同浓度梯度的测定：0，0.625％，1.25％，2.5％，5％，并记录气体传感器输出的电压信号值；其次将相对湿度控制在65％，测定甲烷浓度1.25％在不同温度下(0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃)的电压信号值，最后温度控制在20℃，在不同湿度条件下测定在不同湿度条件下(0％，15％，30％45％，65％，75％，80％)测定甲烷浓度1.25％的电压信号值，将测定结果进行回归模拟分析，将结果回归至标准状况下(温度20℃，相对湿度65％)，将气体浓度与电压信号之间的关系建立校准调试方程，校准调试方程的建立步骤如下：先测试标准状况下(20℃，RH65％)的不同浓度的电压信号值,建立标准曲线C0＝aU0；然后在RH65％条件下测试不同温度下1.25％浓度的电压信号值并建立温度校准因子f1与温度(t)之间的关系f1＝mt+n，f1＝Ut/U20℃；接着在20℃条件下测试不同湿度1.25％浓度的电压信号值，湿度校准因子f2与相对湿度之间的关系f2＝URH/U65％；最后建立温湿度校准的调试方程并将调试方程烧录至检测仪的微处理器；
可燃气体风险的判定处理通过可燃气体爆炸极限进行判定，爆炸极限的与温湿度之间的关系通过理论计算，并将计算处理过程烧录至微处理器，作为微处理器进行爆炸极限融合分析处理的模型，处理过程分三步，首先通过公式Lt＝[1-0.000721(t-25)]×L25计算出当前温度下的爆炸下限，式中Lt为温度t时的下限，L25为25℃时的下限，其次通过公式计算出当前温湿度下的爆炸下限(LEL)，最后将爆炸下限(LEL)与当前温湿度条件下检测到的气体浓度进行比较，进行风险判定，当气体浓度达到25％LEL就实施声光报警。
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