CN107976381A - 一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，包括：取样单元，通过真空泵抽取待测环境中因泄漏或燃烧产生的气体试样，经由取样末端过滤网、干燥剂，通过取样管依次进入流速控制单元、恒温控制单元；流速控制单元，由限流阀和流量计组成，可实现对流经气体流速的精确调节，确保待测气体流动速度满足探测需要；恒温控制单元，由温度调节部件和电热线圈构成，能够将流经气体快速加热至设定温度；探测识别单元，由柱状多孔介质及套管构成，在单元两端设置微压差传感器，获取分析气体流经多孔介质后的压力损失；数据记录与分析单元，可以采集并记录微压差传感器信号响应，并通过与标准气样的特征压差进行对比，进而识别气体类型。

Description

一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置

技术领域

本发明属于火灾消防技术领域，具体涉及一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，适用于在可燃物泄漏或燃烧初期用于火灾气体探测识别。

背景技术

火灾气体探测作为一种有效的火灾探测技术手段，能够在可燃物(气体、蒸汽等)泄漏或燃烧初期对潜在的火灾爆炸风险进行探测识别，从而有效防范严重事故灾害后果。传统火灾探测技术一般基于燃烧过程产生的烟气、温度变化及火焰形貌特征等，一般需空气中烟颗粒、热量等积聚到一定程度时才能报警。而燃烧作为一种化学反应，其持续进行会改变周围环境成分，导致气体浓度变化始终贯穿火灾全过程。通过分析燃烧过程特征气体含量变化，能够对火灾行为尤其是放热少、产烟低的初期火灾进行识别与探测。

现有火灾探测技术多基于选择性探测原理，即探测传感器对目标气体具有单一选择性。当环境中待测气体种类较多时，需独立设置多个探测器。此外，对于某些化学性质相近的气体，由于会引起同一传感器报警，难以精准识别泄漏气体类型。

本发明提出一种非选择性火灾气体探测与识别方法，利用待测气体粘度性质，未知气体探测与识别过程中不涉及化学反应，具有非选择性、响应快速以及识别精准等优点。

发明内容

为克服传统气体探测器识别对象单一的特点，本发明提出一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，针对给出的不同气体类型，装置能够分辨并识别出待测气体。

本发明采用的技术方案为：基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，包括取样单元、流速控制单元、恒温控制单元、探测识别单元以及数据记录与分析单元5个单元。

所述取样单元通过真空泵抽取待测环境中因泄漏或燃烧产生的气体试样，经由取样末端过滤网、干燥剂，通过取样管依次进入流速控制单元、恒温控制单元；

所述流速控制单元由限流阀和流量计组成，可实现对流经气体流速的精确调节，确保待测气体流动速度满足探测需要；

所述恒温控制单元由温度调节部件和电热线圈构成，能够将流经气体快速加热至设定温度。

所述探测识别单元由柱状多孔介质(如石英砂、毛细管束等)及套管构成，在单元两端设置微压差传感器，获取分析气体流经多孔介质后的压力损失。

所述数据记录与分析单元可以采集并记录微压差传感器信号响应，并通过与标准气样的特征压差进行对比，进而识别气体类型。

本发明的原理在于：气体流动过程中，黏性使其黏附于它所接触的固体表面。气体在本发明所述柱状多孔介质中流动过程中，由于内摩擦阻力的作用将出现一定的压降。根据泊肃叶定律，该压力损失和体积流率、动力粘度以及管长的乘积成正比，和管径的四次方成反比。在所述探测识别单元确定条件下，体积流率(即流速)、管长及管径为常数。因此，可将探测识别单元两端压差ΔP表示为：

ΔP＝k_instμ

其中k_inst为测量系统的仪器参数，μ为待测气体粘度。

由于气体的粘度与温度和压强有关，在温度、压力不变的条件下，气体粘度也保持恒定。对于常见气体，由于分子结构差异，其粘度值也存在差别(见附表1)，也即不同气体具有其自身的特征粘度。因此，可以通过测量探测识别单元两端压差，反演获取待测气体粘度，进而识别待测气体。

本发明的优点在于：

(1)本发明提出的探测技术基于气体粘度差异，利用气体的物理性质分析未知气体类型。套管封装的柱状多孔介质能够实现对不同类型气体的差异化信号反馈及表征，类似实现宏观意义上的微观“分子筛”，从而能够对不同种类气体进行有效识别。探测原理不涉及化学反应，识别过程快速、高效。

(2)传统基于化学反应的气体探测技术通常具有较高的操作温度，如基于燃烧反应的探测器内部气相反应界面或高达600～800℃，具有较高的功耗。同时，环境湿度对探测器响应行为也有一定影响。本发明提出的探测技术操作条件温和，无需高温反应条件。取样过程中待测气体经过滤、干燥，能有效排除固体颗粒物及水蒸汽对测量精度的影响。

(3)本发明能实现对待测气体的非选择性识别。比如，对于给定的NH₃、CH₄、H₂、C₂H₄四种气体，传统探测技术需4种不同气体传感器才能实现完全探测。而本发明可利用同一套探测装置，通过四种气体的粘度特征响应差别实现对4种气体的精准探测与识别。

附图说明

图1为本发明装置非选择性探测原理示意图；

图2为本发明探测装置结构组成示意图；

图中附图标记含义为：1为待测试样储气袋，2为取样管，3为过滤及干燥器，4为流量调节阀，5为流量计，6为恒温加热器，7为套管，8为多孔介质，9为气体微压差传感器，10为数据采集器，11为微型计算机，12为防爆真空泵。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步详细说明。

参见图2所示，本发明的基于粘度性质非选择性火灾气体探测装置由取样、流速控制、恒温控制、探测识别以及数据记录与分析5个单元组成，具体包括：待测试样储气袋1、取样管2、过滤及干燥器3、流量调节阀4、流量计5、恒温加热器6、套管7、多孔介质8、气体微压差传感器9、数据采集器10、微型计算机11以及防爆真空泵12。其中，取样管2可选用内径6mm、外径8mm紫铜管，套管7可选用内径8mm、外径14mm硅胶管。

探测过程中，待测气样在防爆真空泵12驱动下自待测试样储气袋1中抽出，首先流经取样管2、过滤及干燥器3获取干燥清洁的待测气体，利用流量调节阀4和流量计5将气体流速调整至所需流量。如对于本示例所述内径6mm紫铜管，流量可调整为1.0m³/h。之后气样进入恒温加热器6，通过快速热交换使不同初始温度待测气体达到统一温度。如本示例将气体统一加热至110℃，以消除因待测气样初始温度不同导致的测量误差。所得流速、温度恒定的气流随即进入探测识别单元，该单元包括套管7、多孔介质8和微压差传感器9。多孔介质8由内径为1mm、壁厚0.1mm不锈钢毛细管束组成，毛细管束利用耐热粘合剂粘合并封装至内径为8mm的硅胶管套管7内，形成均匀多孔介质。为保证气流流动过程中流速保持不变，需保证流动横截面积保持恒定。因此，硅胶管套管内不锈钢毛细管数量为(π×6²/4)/(π×1²/4)＝36根。

为获取多孔介质两端压差信号，在硅胶管套管7两端末端开孔并植入微压差传感器9，所得压差信号由数据采集器10采集并进一步传输至微型计算机11。微型计算机11能够通过数据记录及分析软件实时显示测试结果(图1)，并根据所测得压差与气体特征微压信号进行对比，实现对未知待测气体的识别。表1为常见气体分子量、粘度。

表1 常见气体分子量、粘度(标准状态下)

综合上述实施例，一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，可用于气体泄漏及早期火灾气体探测。利用不同种类气体粘度差异，获取其在特定多孔介质分析单元内的微压差特征信号响应，从而实现对气体的探测、识别。

以上公开的仅仅是发明的实施例，但并非用来限制其本身，任何熟悉本领域的技术人员能根据其本质思想进行相关的设计、改进等，在不违背本发明精神的情况下，都应该落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，其特征在于：包括取样单元、流速控制单元、恒温控制单元、探测识别单元以及数据记录与分析单元5个单元，其中：

所述取样单元通过真空泵抽取待测环境中因泄漏或燃烧产生的气体试样，经由取样末端过滤网、干燥剂，通过取样管依次进入流速控制单元、恒温控制单元；

所述流速控制单元由限流阀和流量计组成，可实现对流经气体流速的精确调节，确保待测气体流动速度满足探测需要；

所述恒温控制单元由温度调节部件和电热线圈构成，能够将流经气体快速加热至设定温度；

所述探测识别单元由柱状多孔介质及套管构成，在单元两端设置微压差传感器，获取分析气体流经多孔介质后的压力损失；

所述数据记录与分析单元可以采集并记录微压差传感器信号响应，并通过与标准气样的特征压差进行对比，进而识别气体类型。

2.根据权利要求1所述的一种基于粘度性质的非选择性火灾气体探测装置，其特征在于：柱状多孔介质为石英砂或毛细管束。