CN109506855A - 一种pe球阀微渗漏快速检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PE球阀微渗漏快速检测系统，其包括信号检测和发送模块、无线信号收发模块、上位机；信号检测和发送模块包括绝对气压及温度测量模块、相对气压测量机构、微控制器一、无线发送模块、电池电路模块，微控制器一接收绝对气压及温度测量模块检测的绝对气压数据、相对气压测量机构检测的相对气压差数据后通过无线发送模块传输到无线信号收发模块，无线信号接收模块接收后，传输至微控制器二，微控制器二接收由无线信号接收模块传输的绝对气压数据、温度数据和相对气压差数据后通过数据上传接口输出至上位机。该检测系统在检测球阀内部绝对气压的同时，还可以检测气压的微小变化，具有检测时间短、准确度高、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于球阀气密性检测技术领域，尤其是一种PE球阀微渗漏快速检测系统及方法。
背景技术
目前，当工业用聚乙烯（PE）球阀应用于易燃易爆流体的传输管路时，PE球阀的密封性能需符合严格的技术要求标准。由于PE球阀部件特殊的成型和装配工艺，其内部的结构件密度不均匀，结构件相互之间有微小间隙存在的现象具有一定普遍性。传输管路中高压气体介质则可能从这些间隙中缓慢溢出，从而可能造成球阀出现微渗漏现象。
在PE阀门技术标准中，密封性能主要是通过高压和低压加压试验的方法进行检验，并且以人工观察方法来定性判断结论。但鉴于PE球阀体积较大，微小渗漏难于观测。通过监测球阀内部压力变化可以有效的判别微渗漏的存在，但是单个大量程的压力传感器，由于其分辨力的局限，需要长时间的累积才能够给出准确判定。故此，需要开发新的检测系统来提高PE球阀微渗漏检测的精度和速度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种PE球阀微渗漏快速检测系统，该检测系统在检测球阀内部绝对气压的同时，还可以检测气压的微小变化。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种PE球阀微渗漏快速检测系统，其特征在于：包括信号检测和发送模块、无线信号收发模块、上位机，信号检测和发送模块与无线信号收发模块通过无线信号进行通信，无线信号收发模块与上位机通过有线或者无线方式进行通信；
信号检测和发送模块包括绝对气压及温度测量模块、相对气压测量机构、微控制器一、无线发送模块、电池电路模块，
绝对气压及温度测量模块，用于检测PE球阀内密闭压力腔的绝对气压数据和温度数据，并发送至微控制器一，
相对气压测量机构，用于检测PE球阀内密闭压力腔与相对气压测量机构中密封参考腔之间的相对压力差数据，并发送至微控制器一，
微控制器一，用于接收绝对气压及温度测量模块检测的绝对气压数据、相对气压测量机构检测的相对气压差数据，并将绝对气压数据、温度数据和相对气压差数据通过无线发送模块传输到无线信号收发模块，
无线发送模块，用于与无线信号收发模块进行通信连接，
电池电路模块，用于给绝对气压及温度测量模块、相对气压测量机构、微控制器一、无线发送模块供电；
无线信号收发模块包括无线信号接收模块、数据上传接口、微控制器二，
无线信号接收模块，用于接收由无线发送模块传输的绝对气压数据、温度数据和相对气压差数据，并传输至微控制器二，
微控制器二，用于接收由无线信号接收模块传输的绝对气压数据、温度数据和相对气压差数据并通过数据上传接口输出至上位机。
进一步的，所述相对气压测量机构包括相对气压传感器及其检测电路、微型阀门及其驱动机构、密封参考腔，微型阀门及其驱动机构，用于导通或切断PE球阀的密闭压力腔与密封参考腔之间的气路连接，相对气压传感器通过基准接口和测试接口分别与密封参考腔、PE球阀的密闭压力腔连接。
进一步的，所述绝对气压及温度测量模块包括压力温度传感器芯片，压力温度传感器芯片采用SP370芯片。
进一步的，所述相对气压传感器及其检测电路包括相对气压传感器，相对气压传感器采用MP3V5050GP传感器。
进一步的，所述微控制器一采用STM32L051K8T6芯片。
进一步的，所述微控制器二采用STM32F103C8T6芯片。
进一步的，所述无线发送模块采用芯片CC1101，其发射频率设定为433MH。
进一步的，所述电池电路模块包括锂电池、电压转换电路和电池充电电路，锂电池的电压为3.7～4.2V，电压转换电路将锂电池电压降低并稳压在3.3V。
另一发明目的：本发明还提供了一种PE球阀微渗漏快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：①信号检测和发送模块置于被测PE球阀内部，将PE球阀两端密闭使得PE球阀阀体内腔形成密闭压力腔，②安装好相对气压检测机构，相对气压检测机构中的相对气压传感器通过两个接口分别与密封参考腔以及PE球阀的密闭压力腔连接，打开相对气压检测机构中的微型阀门使得PE球阀的密闭压力腔与相对气压检测机构中的密封参考腔导通，③向PE球阀的密闭压力腔中充入压缩空气至指定气压值，指定气压值高于大气压，并由信号检测和发送模块读取气压值P0或由外部气压计读取气压值P0，信号检测和发送模块将读取的气压值P0发送至无线信号收发模块并上传到上位机，然后，停止加压并断开加压气路与PE球阀的连接，④稳定一段时间后，由信号检测和发送模块检测密闭压力腔中的绝对气压值P1，同时，信号检测和发送模块将读取的气压值P1发送至无线信号收发模块并上传到上位机，然后，根据P1和P0的压力大小比较，判断被测PE球阀是否有泄露情况，若P1等于或约等于P0，继续相对气压差检测，⑤将相对气压检测机构中的微型阀门关闭使得PE球阀的密闭压力腔与相对气压检测机构中的密封参考腔关闭联通结构，密封参考腔维持固定的气压不变，由相对气压检测机构中的相对气压传感器检测出密闭压力腔与密封参考腔之间的相对压力差△P变化情况，同时，信号检测和发送模块将读取的相对压力差△P发送至无线信号收发模块并上传到上位机，然后，根据相对压力差△P变化梯度计算出被检测PE球阀微渗漏情况。
进一步的，所述步骤③中，向PE球阀中充气时间不大于60秒，步骤④中，稳定时间为30～60秒，步骤⑤中相对气压的检测时间不超过3分钟。
采用上述方案，本发明克服了常规检测设备在检测判别微小渗漏的不足，解决了单纯气压法测量时间过长的问题，且采用绝对气压和相对气压差同时检测，提高了检测精度，实现了对PE球阀微小渗漏的快速检测和快速判定；首先对PE球阀进行绝对气压检测，如果检测的绝对气压有较大的气压下降（该判断根据本领域技术人员所具备的专业知识可以完成），则直接判定PE球阀泄露，停止相对气压差的检测；如果无法判断出PE球阀是否有泄露，则继续进行相对气压差的检测，根据相对气压差的变化梯度来计算被测球阀微渗漏情况，在检测过程中，充气时间由被测PE球阀的规格以及气源充气流速决定，一般在60秒以内，充气结束，稳定时间依据被测PE球阀规格，一般可以设定在30秒~60秒，绝对气压实时检测，而相对气压差的检测依据被测PE球阀规格，一般可在3分以内进行渗漏判定，因此，整个测试时间基本控制在5分钟左右。本发明检测系统和方法所达到的气压分辨力远高于采用单个绝对气压测量方法的气压分辨力，采用本发明系统和方法可以很大程度地缩短判定时间，提高检测效率，降低时间成本。另外，由于检测时间很大程度地缩短，也可以减小温度变化对气压的影响，提高判定的准确性。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明具体实施例系统框图；
附图2为本发明具体实施例绝对气压及温度测量模块的电路图；
附图3为本发明具体实施例相对气压检测模块，图3-1为相对气压检测电路图；图3-2为相对气压测量机构的结构示意图；
附图4为本发明具体实施例无线发送电路/无线接收电路的结构示意图；
附图5为本发明具体实施例电池电路模块，图5-1为电压转换电路；图5-2为电池充电电路；
附图6为本发明具体实施例通信模块，图6-1为RS232模块；图6-2为WIFI模块。
具体实施方式
本发明的具体实施例如图1所示是PE球阀微渗漏快速检测系统，其包括信号检测和发送模块、无线信号收发模块、上位机，信号检测和发送模块与无线信号收发模块通过433MHz无线信号进行通信，无线信号收发模块与上位机通过RS232或者WIFI方式进行通信，如图6-1、图6-2所示；上位机可以是计算机，当通信方式为WIFI时，上位机也可以是智能手机。
信号检测和发送模块包括绝对气压及温度测量模块、相对气压测量机构、微控制器一、无线发送模块、电池电路模块。
电池电路模块给上述绝对气压及温度测量模块、相对气压测量机构、微控制器一、无线发送模块供电。电池电路模块包括锂电池、电压转换电路（如图5-1）和电池充电电路（如图5-2），锂电池的电压为3.7～4.2V，电压转换电路将锂电池电压降低并稳压在3.3V。
绝对气压及温度测量模块，如图2所示，其用于检测PE球阀内密闭压力腔的绝对气压数据和温度数据，并发送至微控制器一，该微控制器一，可选用低功耗控制器STM32L051K8T芯片。绝对气压及温度测量模块包括压力温度传感器芯片，压力温度传感器芯片采用SP370芯片。SP370芯片集成了绝对气压和温度测量的功能，具有极低功耗和高可靠性等优点。
相对气压测量机构，如图3所示，其用于检测PE球阀内密闭压力腔与相对气压测量机构中密封参考腔之间的相对压力差数据，并发送至微控制器一。
微控制器一将接收到的绝对气压及温度测量模块检测的绝对气压数据、相对气压测量机构检测的相对气压差数据，通过无线发送模块传输到无线信号收发模块，无线发送模块（图4）使用芯片CC1101，其发射频率设定为433MHz，其具有灵敏度高，功耗低，性能稳定等优点。
无线发送模块与无线信号收发模块中的无线信号接收模块进行通讯，接收由无线发送模块传输的绝对气压数据、温度数据和相对气压差数据，并传输至微控制器二；微控制器二可以采用低功耗的STM32F103C8T6芯片。而该无线信号接收模块与信号检测和发送模块中的无线发送模块的电路图一致。无线信号收发模块可接收一定区域内多个信号检测和发送模块的数据，构成星形连接，实现对多个PE阀门微渗漏的同时监测功能。
微控制器二将接收到的绝对气压数据、温度数据和相对气压差数据通过数据上传接口输出至上位机。数据上传接口可选多种方式，有线的如RS232（图6-1），无线的如WIFI（图6-2）等。
进一步的，相对气压测量机构包括相对气压传感器及其检测电路、微型阀门及其驱动机构、密封参考腔，如图3-1、3-2所示，
相对气压传感器及其检测电路包括相对气压传感器，相对气压传感器采用MP3V5050GP传感器。
微型阀门及其驱动机构，用于导通或切断PE球阀的密闭压力腔与密封参考腔之间的气路连接。相对气压传感器通过基准接口和测试接口分别与密封参考腔、PE球阀的密闭压力腔连接。
相对气压测量机构通过微型阀门及其驱动机构可以有2种状态：气路导通待机状态、气路断开测量状态。气路导通待机状态时，微型阀门导通，此时相对气压传感器读取的相对气压数据为零；气路断开测量状态时，微型阀门断开，此时相对气压传感器读取被测PE球阀内部气压和密封参考腔内部气压之差。密封参考腔内部气压维持不变，当被测PE球阀存在渗漏时，相对气压传感器读取的气压差将逐渐变大。
PE球阀微渗漏快速检测方法的具体步骤如下：①信号检测和发送模块置于被测PE球阀内部，将PE球阀两端密闭使得PE球阀阀体内腔形成密闭压力腔，②安装好相对气压检测机构，相对气压检测机构中的相对气压传感器通过两个接口分别与密封参考腔以及PE球阀的密闭压力腔连接，打开相对气压检测机构中的微型阀门使得PE球阀的密闭压力腔与相对气压检测机构中的密封参考腔导通，③向PE球阀的密闭压力腔中充入压缩空气至指定气压值，指定气压值高于大气压，并由信号检测和发送模块读取气压值P0或由外部气压计读取气压值P0，信号检测和发送模块将读取的气压值P0发送至无线信号收发模块并上传到上位机，然后，停止加压并断开加压气路与PE球阀的连接，向PE球阀中充气时间不大于60秒，④稳定30～60秒后，由信号检测和发送模块检测密闭压力腔中的绝对气压值P1，同时，信号检测和发送模块将读取的气压值P1发送至无线信号收发模块并上传到上位机，然后，根据P1和P0的压力大小比较，判断被测PE球阀是否有泄露情况，若P1等于或约等于P0，继续相对气压差检测，⑤将相对气压检测机构中的微型阀门关闭使得PE球阀的密闭压力腔与相对气压检测机构中的密封参考腔关闭联通结构，密封参考腔维持固定的气压不变，由相对气压检测机构中的相对气压传感器检测出密闭压力腔与密封参考腔之间的相对压力差△P变化情况，该检测时间不超过3分钟，检测的同时，信号检测和发送模块将读取的相对压力差△P发送至无线信号收发模块并上传到上位机，然后，根据相对压力差△P变化梯度计算出被检测PE球阀微渗漏情况。
本发明采用微小压力变化实时测漏的方法，评估阀门产品微渗漏的状况，一方面解决了单绝对气压测量，长时间累积判定的方法带来的时间成本过高问题，另一方面，这种方法具有低成本易实现的特点，可大量用于企业生产现场，有利于企业完善产品质量控制体系。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种PE球阀微渗漏快速检测系统，其特征在于：包括信号检测和发送模块、无线信号收发模块、上位机，信号检测和发送模块与无线信号收发模块通过无线信号进行通信，无线信号收发模块与上位机通过有线或者无线方式进行通信；
信号检测和发送模块包括绝对气压及温度测量模块、相对气压测量机构、微控制器一、无线发送模块、电池电路模块，
绝对气压及温度测量模块，用于检测PE球阀内密闭压力腔的绝对气压数据和温度数据，并发送至微控制器一，
相对气压测量机构，用于检测PE球阀内密闭压力腔与相对气压测量机构中密封参考腔之间的相对压力差数据，并发送至微控制器一，
微控制器一，用于接收绝对气压及温度测量模块检测的绝对气压数据、相对气压测量机构检测的相对气压差数据，并将绝对气压数据、温度数据和相对气压差数据通过无线发送模块传输到无线信号收发模块，
无线发送模块，用于与无线信号收发模块进行通信连接，
电池电路模块，用于给绝对气压及温度测量模块、相对气压测量机构、微控制器一、无线发送模块供电；
无线信号收发模块包括无线信号接收模块、数据上传接口、微控制器二，
无线信号接收模块，用于接收由无线发送模块传输的绝对气压数据、温度数据和相对气压差数据，并传输至微控制器二，
微控制器二，用于接收由无线信号接收模块传输的绝对气压数据、温度数据和相对气压差数据并通过数据上传接口输出至上位机。
2.根据权利要求1所述的PE球阀微渗漏快速检测系统，其特征在于：所述相对气压测量机构包括相对气压传感器及其检测电路、微型阀门及其驱动机构、密封参考腔，
微型阀门及其驱动机构，用于导通或切断PE球阀的密闭压力腔与密封参考腔之间的气路连接，
相对气压传感器通过基准接口和测试接口分别与密封参考腔、PE球阀的密闭压力腔连接。
3.根据权利要求1或2所述的PE球阀微渗漏快速检测系统，其特征在于：所述绝对气压及温度测量模块包括压力温度传感器芯片，压力温度传感器芯片采用SP370芯片。
4.根据权利要求2所述的PE球阀微渗漏快速检测系统，其特征在于：所述相对气压传感器及其检测电路包括相对气压传感器，相对气压传感器采用MP3V5050GP传感器。
5.根据权利要求1或2所述的PE球阀微渗漏快速检测系统，其特征在于：所述微控制器一采用STM32L051K8T6芯片。
6.根据权利要求1或2所述的PE球阀微渗漏快速检测系统，其特征在于：所述微控制器二采用STM32F103C8T6芯片。
7.根据权利要求1或2所述的PE球阀微渗漏快速检测系统，其特征在于：所述无线发送模块采用芯片CC1101，其发射频率设定为433MH。
8.根据权利要求1或2所述的PE球阀微渗漏快速检测系统，其特征在于：所述电池电路模块包括锂电池、电压转换电路和电池充电电路，锂电池的电压为3.7～4.2V，电压转换电路将锂电池电压降低并稳压在3.3V。
9.一种PE球阀微渗漏快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：①信号检测和发送模块置于被测PE球阀内部，将PE球阀两端密闭使得PE球阀阀体内腔形成密闭压力腔，②安装好相对气压检测机构，相对气压检测机构中的相对气压传感器通过两个接口分别与密封参考腔以及PE球阀的密闭压力腔连接，打开相对气压检测机构中的微型阀门使得PE球阀的密闭压力腔与相对气压检测机构中的密封参考腔导通，③向PE球阀的密闭压力腔中充入压缩空气至指定气压值，指定气压值高于大气压，并由信号检测和发送模块读取气压值P0或由外部气压计读取气压值P0，信号检测和发送模块将读取的气压值P0发送至无线信号收发模块并上传到上位机，然后，停止加压并断开加压气路与PE球阀的连接，④稳定一段时间后，由信号检测和发送模块检测密闭压力腔中的绝对气压值P1，同时，信号检测和发送模块将读取的气压值P1发送至无线信号收发模块并上传到上位机，然后，根据P1和P0的压力大小比较，判断被测PE球阀是否有泄露情况，若P1等于或约等于P0，继续相对气压差检测，⑤将相对气压检测机构中的微型阀门关闭使得PE球阀的密闭压力腔与相对气压检测机构中的密封参考腔关闭联通结构，密封参考腔维持固定的气压不变，由相对气压检测机构中的相对气压传感器检测出密闭压力腔与密封参考腔之间的相对压力差△P变化情况，同时，信号检测和发送模块将读取的相对压力差△P发送至无线信号收发模块并上传到上位机，然后，根据相对压力差△P变化梯度计算出被检测PE球阀微渗漏情况。
10.根据权利要求9所述的PE球阀微渗漏快速检测方法，其特征在于：所述步骤③中，向PE球阀中充气时间不大于60秒，步骤④中，稳定时间为30～60秒，步骤⑤中相对气压的检测时间不超过3分钟。
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