CN107560786B - 真空度在线检测及其补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空度在线检测及其补偿系统，包括真空度检测系统以及真空度补偿装置，所述真空度检测系统包括数据采集终端、真空度在线检测模块、真空在线检测密封塞、历史数据曲线生成模拟器、历史数据曲线分析处理器；通过检测模块实时检测真空设备的真空度，历史数据曲线生成模拟器生成真空度的实时曲线，历史数据曲线分析处理器根据曲线的走势分析该设备是否已经出现密封性能下降的问题，并计算出该设备的真空度何时会出现真空度不达标，从而做出相应的解决措施；为了解决真空度随时间下降的问题，通过控制电机调节真空度补偿腔内的活塞，对该设备进行抽真空操作，解决了真空设备真空度随时间衰减的问题，这里的衰减是指正常衰减。

Description

真空度在线检测及其补偿系统

技术领域

本发明涉及技术领域，具体涉及一种真空度在线检测及其补偿系统。

背景技术

真空管或真空容器经过生产工艺环节对真空夹层完成抽真空后，在产品保存以及使用过程中，由于材料本身放气或则由于加工工艺过程中除气不充分、安装不当等问题都会导致真空层真空度降低。真空层降低后直接影响真空管道的隔热保温性能，隔热保温性能的降低直接导致真空管道内能源消耗，在使用中真空度会由于材料本身问题或者由于加工工艺、安装工艺等问题导致不能长期的保存，真空度会逐渐的下降，如果真空度下降到一定程度后就失去了隔热保温作用，导致渗漏，就会引起能源不必要的消耗并带来安全隐患。

目前真空管或真空容器在使用过程中不能在线检测真空层的真空度变化以及对真空层的真空度提前预警、报警等信息。只能通过肉眼观察经验判断真空层真空度，或则通过管道表面或储存罐表面是否结霜以及挂水等自然现象来判断当前真空层真空度是否已经下降，不能准确获取真空层的真空度的值。

除此之外，当真空度下降以后，目前常规的操作手段是采用更换新设备或采用真空泵进行补偿，这些操作均需要人工操作才能实现，目前还不具备能够同时实现真空度检测以及补偿的设备，以此降低更换设备造成的成本增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种真空度在线检测及其补偿系统，能够同时实现真空设备的真空度检测，并提供真空度补偿，从而保证设备的真空度符合标准，降低设备更换率节约成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

真空度在线检测及其补偿系统，包括真空度检测系统以及真空度补偿装置，所述真空度检测系统包括数据采集终端、真空度在线检测模块、真空在线检测密封塞、历史数据曲线生成模拟器、历史数据曲线分析处理器；

所述数据采集终端连接至少一个真空度在线检测模块，所述真空度在线检测模块连接真空在线检测密封塞；其中，所述真空在线检测密封塞安装在真空设备上用于获取真空设备内的真空数据；所述真空度在线检测模块用于对真空在线检测密封塞获取的真空数据进行处理得到真空设备真空层的真空度；所述数据采集终端用于获取至少一个真空度在线检测模块送来的真空度数据，并将数据发送给历史数据曲线生成模拟器生成模拟数据曲线并实时更新，历史数据曲线分析处理器分析历史数据曲线并根据曲线走势进行报警提示和/或输出控制真空设备关闭信号；

所述真空度补偿装置包括安装在真空在线检测密封塞或真空设备上的真空度补偿腔，所述真空度补偿腔与真空在线检测密封塞和真空设备之间设置有单向阀，真空度补偿腔内安装活塞，所述活塞连接有活塞推杆，所述活塞推杆由电机提供动力，所述电机与历史数据曲线分析处理器连接。

进一步的，所述真空设备设置有用于真空度补充的补偿孔，所述真空度补偿装置的真空度补偿腔安装在该补偿孔上，所述真空度补偿装置的单向阀安装在补偿孔内。

进一步的，所述真空设备根据其真空腔体积的大小分段设置有多个补偿孔，每一个补偿孔均安装真空度补偿装置。

进一步的，所述真空在线检测的密封塞包括陶瓷基体，所述陶瓷基体下方连接热电偶规管以及用于检测真空装置内的温度的温度传感器，所述热电偶规管与内嵌于所述陶瓷基体内的第一导线连接，所述第一导线两端伸出于所述陶瓷基体上下两端；所述第一导线连接所述真空度在线检测模块，所述温度传感器与内嵌于所述陶瓷基体内的第二导线连接；所述第二导线连接所述真空度在线检测模块。

进一步的，所述陶瓷基体设置有贯穿其上下两端的通孔，所述真空度补偿装置的真空度补偿腔与通孔对接安装，所述真空度补偿装置的单向阀安装在通孔内。

进一步的，所述真空度在线检测模块包括微控制器，所述微控制器连接有通讯电路和电源电路；所述真空在线检测密封塞通过定流电路与所述微控制器连接；所述真空在线检测密封塞依次通过电流采样电路、第一A/D转换电路与所述微控制器连接；所述真空在线检测密封塞还依次通过差分放大电路、第二A/D转换电路与微控制器连接。

进一步的，所述陶瓷基体为圆柱状，其外侧表面设有密封槽，所述密封槽内安装密封胶圈，所述密封胶圈是中空胶圈，所述中空夹层内放置的是固态或液态挥发性有机物。传统的活塞类产品安装在空腔内受空腔的挤压会发生形变，时间越长其形变则变得不可逆，因此会造成密闭性能降低，在本方案中将活塞的密封槽设计为中空结构，内置具有挥发性气体的物质，随着时间的推移产生气体以此弥补形变不可逆转造成的气密性下降的问题。

进一步的，所述挥发性有机物是干冰、樟脑丸中的一种或两种的结合；或液态芳香烃中的一种。

进一步的，所述真空度在线检测模块和数据采集终端通过各自内部的通讯电路和通讯模块通信连接。

进一步的，还包括数据显示模块，所述数据显示模块用于显示数据采集终端的数据以及历史数据曲线生成模拟器生成的历史曲线。

本发明的有益效果是：在本发明中，通过检测模块实时检测真空设备的真空度，历史数据曲线生成模拟器生成真空度的实时曲线，历史数据曲线分析处理器根据曲线的走势分析该设备是否已经出现密封性能下降的问题，如果真空度曲线呈下降趋势，且曲线斜率超过临界值，即表示该设备已经发生泄漏，并计算出该设备的真空度何时会出现真空度不达标，从而做出相应的解决措施；如果设备的曲线斜率未超过临界点则表明该设备正常，其真空度的下降是正常变化，为了解决真空度随时间下降的问题，通过控制电机调节真空度补偿腔内的活塞，对该设备进行抽真空操作，解决了真空设备真空度随时间衰减的问题，这里的衰减是指正常衰减。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明真空度在线检测模块的电路框图；

图3是本发明真空度在线检测真空塞的结构示意图；

图4是本发明中的真空度在线检测真空塞的的安装示意图；

图5是本发明中真空度补偿装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1-5所示：

【实施例1】

真空度在线检测及其补偿系统，包括真空度检测系统以及真空度补偿装置，所述真空度检测系统包括数据采集终端、真空度在线检测模块、真空在线检测密封塞、历史数据曲线生成模拟器、历史数据曲线分析处理器；

所述数据采集终端连接至少一个真空度在线检测模块，所述真空度在线检测模块连接真空在线检测密封塞；其中，所述真空在线检测密封塞安装在真空设备上用于获取真空设备内的真空数据；所述真空度在线检测模块用于对真空在线检测密封塞获取的真空数据进行处理得到真空设备真空层的真空度；所述数据采集终端用于获取至少一个真空度在线检测模块送来的真空度数据，并将数据发送给历史数据曲线生成模拟器生成模拟数据曲线并实时更新，历史数据曲线分析处理器分析历史数据曲线并根据曲线走势进行报警提示和/或输出控制真空设备关闭信号；进一步的，还包括数据显示模块，所述数据显示模块用于显示数据采集终端的数据以及历史数据曲线生成模拟器生成的历史曲线。

所述真空在线检测的密封塞包括陶瓷基体1，所述陶瓷基体1下方连接所述热电偶规管4，所述热电偶规管4与内嵌于所述陶瓷基体1内的第一导线连接，所述第一导线两端伸出于所述陶瓷基体1上下两端。具体的，所述第一导线共有四根，四根导线2伸出于所述陶瓷基体1下端的部分连接所述热电偶规管4。所述陶瓷基体1下方还设有用于检测真空装置内的温度的温度传感器3，本实施例中温度传感器3采用热敏电阻。所述温度传感器3（热敏电阻）与内嵌于所述陶瓷基体1内的第二导线连接。所述第二导线共有两根，两根导线2伸出于所述陶瓷基体1下端的部分连接所述温度传感器3。优选的，所述陶瓷基体1为圆柱状，其外侧表面设有密封槽5。所述陶瓷基体1上部设有圆形凸台11，所述第一导线和第二导线位于所述圆形凸台11内并伸出于该圆形凸台11。所述圆形凸台11上嵌设有接线保护罩（图未示）。具体的，陶瓷基体1作为真空检测的载体，能适应高、低温环境，且在检测数据传输过程中是绝缘的，对数据信号无干扰。圆形凸台11作为真空检测的密封塞工作时安装、拆卸连接件，内嵌的第一导线和第二导线用作检测数据传输的导体，通过第一导线将真空装置内部真空数据导出，通过第二导线将真空装置内部温度数据导出，由所述真空度在线检测模块对导出数据进行处理获得真空值，采集的温度数据可以用来修正真空值。陶瓷基体1与内嵌的第一导线和第二导线采用现有的陶瓷与金属融合技术密封处理，使两材质间无漏气现象，确保真空塞的气密性。热电偶规管4为检测真空值的检测元件，处于真空装置真空层中，用作检测真空值，并通过内嵌的第一导线将真空值数据导出。温度传感器3（热敏电阻）为检测温度的检测元件，处于真空层中，用作检测真空装置真空层温度，并通过内嵌的第二导线将检测温度数据导出，进而获得真空层温度数据。处于真空层中的热电偶规管4和热敏电阻3上均设有元件保护罩（图未示）。密封塞的主体采用陶瓷材料，以适应超低温、高温的工作环境，并对信号实现无干扰采集和导出。

具体的，所述真空度在线检测模块包括微控制器，所述微控制器连接有通讯电路和电源电路；所述真空在线检测密封塞通过定流电路与所述微控制器连接；所述真空在线检测密封塞依次通过电流采样电路、第一A/D转换电路与所述微控制器连接；所述真空在线检测密封塞还依次通过差分放大电路、第二A/D转换电路与微控制器连接。所述真空度在线检测模块和数据采集终端通过各自内部的通讯电路和通讯模块通信连接（可以为无线或有线通信方式）。其中，所述电源电路为DC/DC电源，提供5V的工作电压。所述通讯电路与微控制器之间连接有通讯隔离电路，，提高抗干扰性能。所述通讯电路为数据通讯总线，优选常用的数据工业通讯总线。所述微控制器还连接有系统指示灯，当真空度低于设定值时，可以提示报警。所述定流电路连接有电压基准电路，为定流电路提供工作所需的2.5V基准电压，保证定流电路工作的稳定性可靠性。所述微控制器还连接有报警开关。其中，所述各个电路模块均为现有的成熟电路元件、芯片或集成电路构成。

所述真空度补偿装置包括安装在真空在线检测密封塞或真空设备上的真空度补偿腔，所述真空度补偿腔与真空在线检测密封塞和真空设备之间设置有单向阀，真空度补偿腔内安装活塞，所述活塞连接有活塞推杆，所述活塞推杆由电机提供动力，所述电机与历史数据曲线分析处理器连接。

进一步的，所述真空设备设置有用于真空度补充的补偿孔，所述真空度补偿装置的真空度补偿腔安装在该补偿孔上，所述真空度补偿装置的单向阀安装在补偿孔内。

进一步的，所述真空设备根据其真空腔体积的大小分段设置有多个补偿孔，每一个补偿孔均安装真空度补偿装置。

如图5所示，真空度补偿装置具体包括底板27、真空度补偿腔21、活塞23、活塞推杆22、电机一25、电机二26；底板27固定在真空设备上或者单独设计支撑架，真空度补偿腔21固定在底板27上，真空度补偿腔21的出气孔24对接真空设备上的补偿孔，电机一25、电机二26安装在活塞推杆22的两侧，活塞推杆22两侧设计为齿状，电机一25、电机二26转轴安装齿轮，两齿轮分别咬合，活塞推杆22两侧；电机转动带动活塞推杆22前后移动实现真空度补偿。

进一步的，所述陶瓷基体1为圆柱状，其外侧表面设有密封槽5，所述密封槽5内安装密封胶圈，所述密封胶圈是中空胶圈，所述中空夹层内放置的是固态或液态挥发性有机物。传统的活塞类产品安装在空腔内受空腔的挤压会发生形变，时间越长其形变则变得不可逆，因此会造成密闭性能降低，在本方案中将活塞的密封槽设计为中空结构，内置具有挥发性气体的物质，随着时间的推移产生气体以此弥补形变不可逆转造成的气密性下降的问题。

该密封塞是安装在预先焊接到真空装置10外壁上的真空抽口9上的。抽完真空后在真空环境下利用圆形凸台将该密封塞安装到真空抽口9上，抽完真空后真空装置10内外形成负压差，利用空气对密封塞施加的大气压力，使密封塞密封安装于真空抽口9上。安装时通过在陶瓷基体1上的密封槽5内分别安装密封胶圈6和密封胶圈7及在陶瓷基体1法兰边下设置密封胶圈8进行三层加强密封。所述密封胶圈采用为“O”形硅橡胶密封胶圈，所有的密封胶圈均为中空结构，夹层内放置樟脑丸或干冰，其中樟脑丸或干冰挥发后的体积不大于中空夹层体积的二分之一。

具体的，所述真空层在线检测模块直接安装于密封塞顶端。该密封塞上真空检测元件位于真空设备真空层内，真空在线检测模块直接与密封塞进行一体式安装。工作时，真空层在线检测模块中的微控制器通过定流电路校准密封塞中热电 偶规管4的工作电流。热电 偶规管4利用气体分子的热传导现象获取当前真空层的热电势，微控制器通过热电势与真空度之间的正比关系算法获取当前真空层的真空度。所述定流电路与所述热电 偶规管4相连的导线连接，所述电流采样电路通过第一A/D采样转换电路与所述微控制器连接，用于实时检测密封塞加热电流。所述差分放大电路连接密封塞中的热电偶规管检测端及温度传感器端（通过导线2分别连接），差分放大电路通过第二A/D采样转换电路与所述微控制器连接，用于检测热电偶规管所获取的热电势和真空装置内的温度值，即通过密封塞内部的热电偶规管进行数据采集。所述检测数据经差分放大电路放大后由第二A/D转换电路转换为微控制器可识别的数字信号，微控制器通过检测数据与真空度之间的关系算法计算真空度值，采集的温度数据可以用来修正真空度值。微控制器可将计算的真空度数据直接通过数据线进行远程传输，便于实时检测。在真空在线检测模块安装外壳内设置报警开关，真空设备（真空管或真空容器）破裂后将直接触发所述报警开关，真空在线检测模块获取该报警状态直接进行远程传输，并显示报警指示灯。

另，该数据采集终端的开关量输出端口与用于管道设备控制的PLC控制柜连接。该数据采集终端通过其通讯模块与多个真空度在线检测模块通讯连接。该系统工作时，数据采集终端内的微处理器通过通讯模块接收多个真空度在线检测模块传输的真空度数据并存储在存储模块中，若某一个真空度在线检测模块传输的真空度低于预警值，可通过报警指示模块报警，并通过显示键盘接口输出显示，便于对有问题的真空管进行处理，自动化程度高。若输送低温液体的真空管发生破裂或者泄漏，密封塞触发在线检测模块报警开关。微处理器接收到在线检测模块送来的报警信号时，从开关量输出端口输出开关量信号到用于管道设备控制的PLC控制柜，报警并关闭阀门停止输送液体，提高低温液体输送管道的安全性、可靠性和稳定性。

其中，数据采集终端以轮询的方式访问各个真空度在线检测模块，实时刷新各个真空度在线检测模块的真空度数值，与数据采集终端连接的数据显示模块（LCD显示器）实时显示真空度数值等信息。数据采集终端将各个模块真空度与预先设定的真空度下降值进行比较，如果满足要求，则提示报警。如果检测到真空度在线检测模块输出报警信号，这时数据采集终端将输出开关量信号到用于管道设备控制的PLC控制柜，报警并关闭阀门停止输送液体，数据采集终端可通过外部键盘按键实时的采样所有真空度在线检测模块信息或者某个真空度在线检测模块的相关信息。

【实施例2】

如图3所示：

与实施例1相比，本实施例的区别在于真空度补偿装置位置设计不同，所述陶瓷基体设置有贯穿其上下两端的通孔12，所述真空度补偿装置的真空度补偿腔21的出气孔24与通孔12对接安装，所述真空度补偿装置的单向阀安装在通孔12内，其中出气孔24与通孔12之间利用玻璃胶粘结。

除此之外，在本实施例中密封胶圈6、密封胶圈7、密封胶圈8的中空夹层内放置的是液态芳香烃，液态芳香烃挥发产生的气体体积不超过密封胶圈中空夹层体积的三分之一。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.真空度在线检测及其补偿系统，其特征在于：包括真空度检测系统以及真空度补偿装置，所述真空度检测系统包括数据采集终端、真空度在线检测模块、真空在线检测密封塞、历史数据曲线生成模拟器、历史数据曲线分析处理器；

所述数据采集终端连接至少一个真空度在线检测模块，所述真空度在线检测模块连接真空在线检测密封塞；其中，所述真空在线检测密封塞安装在真空设备上用于获取真空设备内的真空数据；所述真空度在线检测模块用于对真空在线检测密封塞获取的真空数据进行处理得到真空设备真空层的真空度；所述数据采集终端用于获取至少一个真空度在线检测模块送来的真空度数据，并将数据发送给历史数据曲线生成模拟器生成模拟数据曲线并实时更新，历史数据曲线分析处理器分析历史数据曲线并根据曲线走势进行报警提示和/或输出控制真空设备关闭信号；

所述真空度补偿装置包括安装在真空在线检测密封塞或真空设备上的真空度补偿腔，所述真空度补偿腔与真空在线检测密封塞和真空设备之间设置有单向阀，真空度补偿腔内安装活塞，所述活塞连接有活塞推杆，所述活塞推杆由电机提供动力，所述电机与历史数据曲线分析处理器连接;

所述真空在线检测的密封塞包括陶瓷基体，所述陶瓷基体下方连接热电偶规管以及用于检测真空装置内的温度的温度传感器，所述热电偶规管与内嵌于所述陶瓷基体内的第一导线连接，所述第一导线两端伸出于所述陶瓷基体上下两端；所述第一导线连接所述真空度在线检测模块，所述温度传感器与内嵌于所述陶瓷基体内的第二导线连接；所述第二导线连接所述真空度在线检测模块；

所述陶瓷基体为圆柱状，其外侧表面设有密封槽，所述密封槽内安装密封胶圈，所述密封胶圈是中空胶圈，其中空夹层内放置的是固态或液态挥发性有机物；

所述挥发性有机物是干冰、樟脑丸中的一种或两种的结合；或液态芳香烃中的一种。

2.根据权利要求1所述的真空度在线检测及其补偿系统，其特征在于：所述真空设备设置有用于真空度补充的补偿孔，所述真空度补偿装置的真空度补偿腔安装在该补偿孔上，所述真空度补偿装置的单向阀安装在补偿孔内。

3.根据权利要求2所述的真空度在线检测及其补偿系统，其特征在于：所述真空设备根据其真空腔体积的大小分段设置有多个补偿孔，每一个补偿孔均安装真空度补偿装置。

4.根据权利要求1所述的真空度在线检测及其补偿系统，其特征在于：所述陶瓷基体设置有贯穿其上下两端的通孔，所述真空度补偿装置的真空度补偿腔与通孔对接安装，所述真空度补偿装置的单向阀安装在通孔内。

5.根据权利要求1所述的真空度在线检测及其补偿系统，其特征在于：所述真空度在线检测模块包括微控制器，所述微控制器连接有通讯电路和电源电路；所述真空在线检测密封塞通过定流电路与所述微控制器连接；所述真空在线检测密封塞依次通过电流采样电路、第一A/D转换电路与所述微控制器连接；所述真空在线检测密封塞还依次通过差分放大电路、第二A/D转换电路与微控制器连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的真空度在线检测及其补偿系统，其特征在于：所述真空度在线检测模块和数据采集终端通过各自内部的通讯电路和通讯模块通信连接。

7.根据权利要求1所述的真空度在线检测及其补偿系统，其征在于：还包括数据显示模块，所述数据显示模块用于显示数据采集终端的数据以及历史数据曲线生成模拟器生成的历史曲线。