CN110285930B - 单一组分连续检漏系统及其检漏方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单一组分连续检漏系统及其检漏方法。单一组分连续检漏系统包括采样检测探头、连接器、三通电磁阀、流量传感器、缓冲罐、采样气泵和反吹气泵及主控电路，采样检测探头、连接器、三通电磁阀、流量传感器、缓冲罐和采样气泵依次相连构成测量气路，反吹气泵、三通电磁阀、连接器和采样检测探头构成反吹清洗气路。采样检测探头的信号输出端经连接器和主控电路相连，流量传感器、三通电磁阀、采样气泵及反吹气泵分别和主控电路相连。本发明利用测量气路和反吹清洗气路，通过浓度和噪声自动判断开启反吹清洗气路，环境抗干扰能力强。通过移动手柄式采样检测探头，利用气敏薄膜对氢气泄漏浓度进行测量，灵敏度高，响应速度快。

Description

单一组分连续检漏系统及其检漏方法

技术领域

本发明涉及一种气体检漏设备，尤其涉及一种检测灵敏高的单一组分连续检漏系统及其检漏方法。

背景技术

随着制造技术的发展，各类精密器件如发动机、压力容器、阀门、管道等的性能要求越来越高，而器件的气密性是影响产品性能和寿命的关键要素之一。因此，在生产制造及检测维修领域，检漏技术十分关键。

检漏技术主要分为嗅探式和扩散式，由于扩散式检漏方法响应速度较慢、效率低，因此在工业自动化生产中应用较少。嗅探式检漏技术能够及时准确地检测出采样气体中敏感气份的含量，应用到实际检漏作业中，当存在泄漏时，示踪气体会从漏孔或漏缝中溢出，从而影响周边的气体组分。气体检测器通过对采集样气进行检测并分析检测结果。

传统的嗅探式检漏技术使用氦作为示踪气体，以质谱仪作为检测器。氦检方法存在示踪气体昂贵以及需要在被检物体内创造真空以允许操作质谱仪的缺点。因此，近年来氢检技术逐渐被广泛应用到工业自动化生产中，以5％的氮氢混合气作为示踪气体性价比比较高，能有效节约成本。但是目前的氢检方法相对于氦检技术灵敏度较低，且在工业现场中环境本底成分比较复杂且不稳定，导致检测误差大、稳定性差、易受环境干扰。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种单一组分连续检漏系统及其检漏方法，以氮氢混合气体作为示踪气体，对单一组分氢具有高灵敏响应，检测响应快，能实现连续自动检测，操作简便，不易受环境干扰，检测精确，漏点分析定位准确。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的单一组分连续检漏系统，包括采样检测探头、连接器、流量传感器、缓冲罐、采样气泵和主控电路，采样检测探头的出气口、连接器、流量传感器、缓冲罐和采样气泵依次相连构成测量气路，采样检测探头的信号输出端经连接器和所述的主控电路相连，流量传感器、采样气泵分别和主控电路相连。主控电路控制流量传感器、采样气泵的运行。采样检测探头、连接器、流量传感器、缓冲罐和采样气泵依次相连构成测量气路，采样气泵工作，流量传感器控制采样流量稳定，气体进入采样检测探头，采样检测探头内有只对氢敏感的传感器，获得的传感信号输送给连接器，经连接器转接输送给主控电路进行处理，最后由显示屏显示被检气体浓度及是否泄漏的检测结果。本发明以氮氢混合气体作为示踪气体，对单一组分氢具有高灵敏响应，检测响应快，能实现连续自动检测，操作简便，不易受环境干扰，检测精确，漏点分析定位准确。

作为优选，所述的单一组分连续检漏系统包括三通电磁阀和反吹气泵，三通电磁阀设在所述的连接器和流量传感器之间，三通电磁阀的公共口及常开口分别和连接器、流量传感器相连，三通电磁阀的常闭口和反吹气泵相连，三通电磁阀、反吹气泵分别和主控电路相连。主控电路控制三通电磁阀、反吹气泵的运行，通过三通电磁阀改变气路导通方向。测量时，三通电磁阀连通连接器和流量传感器；清洗时，三通电磁阀连通连接器和反吹气泵，反吹气泵、三通电磁阀、连接器和采样检测探头构成反吹清洗气路，反吹气泵工作，气体由反吹气泵通过连接器进入采样检测探头内再从采样检测探头的前端吹出，达到清洗气路的目的，也加快采样检测探头中气敏传感器的恢复，提高后续检测的准确性和抗干扰性。

作为优选，所述的连接器是个既带有气体管路转接头又带有电极转接头的气路航空接头。连接器既能连接气体管路又能连接电极和导线。

作为优选，所述的采样检测探头包括内设空腔的手柄及分别设于手柄前端、后端的探头管和探头线，手柄空腔的前端设有滤尘器，手柄的空腔内设有气敏传感器，探头线包括套管及设于套管内的气管和导线，气管的一端和手柄空腔的后端相连，导线的一端和气敏传感器相连，气管的另一端及导线的另一端分别和所述的连接器相连。滤尘器用于过滤气体中的灰尘颗粒物，避免进入气敏传感器，对气敏传感器起到保护作用。气敏传感器是只对氢气敏感的传感器。探头线长度可依据使用需求调整，便于测量时移动采样检测探头，有利于采样检测探头接近检测工件。

作为优选，所述的气敏传感器包括壳体及设于壳体内的气敏薄膜，壳体的前端、后端分别设有和气敏薄膜垂直的进气管和出气管，气敏薄膜为单晶硅表面镀制的钯-镍合金薄膜并且呈栅格感应图形，气敏薄膜的厚度为300～400nm，气敏薄膜引出的引脚上连接测量电极，测量电极和所述的探头线内的导线相连。气敏传感器是一种仅对氢气敏感的单一组分气敏传感器，气敏薄膜利用钯合金的氢敏特性，氢气附着于气敏薄膜表面时，与钯发生反应使薄膜晶格发生畸变，导致气敏薄膜的电子迁移率发生变化，通过测量气敏薄膜的电子迁移率即可感应气体中的氢气浓度。气敏薄膜采用气相沉积法在单晶硅表面镀制钯-镍合金薄膜，通过纳米光刻法制备形成栅格感应图形。气敏薄膜引脚处连接银丝测量电极，用于检测气敏薄膜的物理变化量，测量电极与探头线内的导线相连，用于传输感应信号。

作为优选，所述的探头管的前端为锥形管，探头管是一根可任意转向弯曲的波纹管。探头管可任意角度弯曲，扩大了可检测范围，便于操作，有利于探头管的进气口接近检测工件，对准检测位置。

作为优选，所述的手柄上嵌装有一圈报警指示灯带，报警指示灯带和所述的探头线内的导线相连。报警指示灯通过探头线和主控电路相连，当检测到泄漏时，主控电路发出信号点亮报警指示灯带，及时提醒检测人员。

作为优选，所述的主控电路包括中央处理单元、驱动单元、信号处理单元和人机互话单元，驱动单元、信号处理单元及人机互话单元分别和中央处理单元相连，信号处理单元经所述的连接器和所述的采样检测探头的信号输出端相连，驱动单元分别和所述的流量传感器、采样气泵、三通电磁阀及反吹气泵相连。中央处理单元是主控电路的核心，通过驱动单元控制流量传感器、采样气泵、三通电磁阀及反吹气泵的运行。人机互话单元采用触摸式液晶显示屏。信号处理单元包括信号多级放大电路和本底噪声消除电路，信号多级放大电路是将探头线传送来的气敏传感器的感应信号进行三级放大、滤波，并将信号传送至中央处理单元中的阈值判定模块；本底噪声消除电路是以跟随检测的方式实时跟踪检测气敏传感器的本底信号，并在气敏传感器检测前以跟随信号作为基值，消除环境背景中的噪声。阈值判定模块根据放大信号和本底信号，经过处理分析输出检测结果值给显示屏进行显示。当检测结果超过设定的限值时，中央处理单元发出信号点亮报警指示灯带，并在显示屏上显示报警信息和报警图案，提醒检测工作人员发生泄漏。

本发明的单一组分连续检漏系统的检漏方法为：所述的采样检测探头、连接器、流量传感器、缓冲罐和采样气泵依次相连构成测量气路，所述的主控电路分别控制流量传感器、采样气泵的运行，测量时，采样气泵工作，通过流量传感器控制采样流量稳定，气体进入采样检测探头，采样检测探头内的气敏传感器与气体附着接触产生感应信号，由采样检测探头的信号输出端通过所述的连接器输送给所述的主控电路进行处理和显示，一旦检测到有气体泄漏，主控电路通过显示屏显示报警信息。本发明以氮氢混合气体作为示踪气体，对单一组分氢具有高灵敏响应，检测响应快，能实现连续自动检测，操作简便，不易受环境干扰，检测精确，漏点分析定位准确。

作为优选，所述的单一组分连续检漏系统包括三通电磁阀和反吹气泵，三通电磁阀设在所述的连接器和流量传感器之间，三通电磁阀的公共口及常开口分别和连接器、流量传感器相连，三通电磁阀的常闭口和反吹气泵相连，三通电磁阀、反吹气泵分别和主控电路相连；所述的反吹气泵、三通电磁阀、连接器和采样检测探头构成反吹清洗气路；需要清洗时，所述的主控电路发出信号改变三通电磁阀的导通方向，使三通电磁阀连通反吹气泵和连接器，主控电路启动反吹气泵工作，气体由反吹气泵经三通电磁阀和连接器进入采样检测探头并吹出，完成对采样检测探头的清洗。达到清洗气路的目的，也加快采样检测探头中气敏传感器的恢复，提高后续检测的准确性和抗干扰性。

本发明的有益效果是：通过移动内置气敏传感器的手柄式采样检测探头，利用气敏薄膜对单一组分氢气的选择性，对氢气泄漏浓度进行测量，具有检测角度广、移动方便、灵敏度高、响应速度快的特点。利用测量气路和反吹清洗气路，通过浓度和噪声自动判断开启反吹清洗气路，自动化程度高，环境抗干扰能力强，提高检测效率，满足工业现场连续快速检测的需求。

附图说明

图1是本发明的一种系统连接结构框图。

图2是本发明中采样检测探头的一种立体结构示意图。

图3是本发明中气敏传感器的一种立体结构示意图。

图4是本发明中主控电路的一种电路原理连接结构框图。

图中1.采样检测探头，2.连接器，3.流量传感器，4.缓冲罐，5.采样气泵，6.三通电磁阀，7.反吹气泵，11.手柄，12.探头管，13.探头线，14.滤尘器，15.气敏传感器，16.壳体，17.气敏薄膜，18.进气管，19.出气管，20.测量电极，21.报警指示灯带，81.中央处理单元，82.驱动单元，83.信号处理单元，84.人机互话单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的单一组分连续检漏系统，如图1所示，包括采样检测探头1、连接器2、流量传感器3、缓冲罐4、采样气泵5、三通电磁阀6、反吹气泵7和主控电路。采样检测探头、连接器、三通电磁阀、流量传感器、缓冲罐和采样气泵依次相连构成测量气路，三通电磁阀的公共口及常开口分别和连接器、流量传感器相连，测量时，三通电磁阀连通连接器和流量传感器；三通电磁阀的常闭口和反吹气泵相连，当三通电磁阀连通反吹气泵和连接器时，反吹气泵、三通电磁阀、连接器和采样检测探头构成反吹清洗气路，反吹气泵开启，反吹清洗气路工作，以净化测量气路，加快气敏传感器恢复，流量为300～400ml/min。采样检测探头的信号输出端经连接器和主控电路相连，流量传感器、三通电磁阀、采样气泵、反吹气泵分别和主控电路相连。

连接器2是个既带有气体管路转接头又带有电极转接头的气路航空接头，本实施例中连接器是个既能连接气体管路又能连接电极的四芯航空接头。如图2、图3所示，采样检测探头1包括内部有圆柱体形空腔的手柄11，手柄的直径30mm、长度300～400mm，手柄前端连接有探头管12，探头管是一根直径10mm、长度为250～300mm的可任意角度转向弯曲的波纹管，探头管的前端为锥形管，探头管和手柄空腔之间装有滤尘器14，用于过滤气体中的灰尘颗粒物，材料为孔径0.22～0.45μm、直径8mm的聚酯素纤维滤膜，手柄后端连接有探头线13，探头线长度一般为1～3米，可依据使用需求调整，便于移动采样检测探头，确保采样检测探头接近检测工件。手柄空腔的前部安装有只对氢气敏感的气敏传感器15，气敏传感器包括壳体16及安装于壳体内的气敏薄膜17，壳体的前端、后端分别连有和气敏薄膜垂直的进气管18和出气管19，气敏薄膜为采用气相沉积法在单晶硅表面镀制的钯-镍合金薄膜，气敏薄膜的厚度为300～400nm，通过纳米光刻法制备形成单根线条宽度为0.7mm的栅格感应图形。气敏薄膜引出的两个引脚上连接测量电极20。探头线13包括套管及设于套管内的气管和导线，气管的一端和手柄空腔的后端相连，导线的一端伸入手柄空腔中并和气敏薄膜上的两个测量电极相连，气管的另一端及导线的另一端分别和连接器上的气管转接头、电极转接头相连，连接器上的气管转接头再和三通电磁阀的公共口相连，连接器上的电极转接头再和主控电路相连。手柄上靠近气敏传感器处还嵌装有一圈透明环，内装一圈报警指示灯带21，报警指示灯带和通过探头线内的导线引出到采样检测探头外，并和主控电路相连。

缓冲罐是一个体积200ml的长方体，两侧分别有进气口和出气口，用于减缓较长较细气管中的气流旋涡，避免气流引起的传感器漂移。流量传感器精确测量流过气管内的流量，并控制流量稳定在99.0～101.0ml/min，保证气体与气敏传感器内的气敏薄膜充分接触反应。

如图4所示，主控电路包括中央处理单元81、驱动单元82、信号处理单元83和人机互话单元84，驱动单元、信号处理单元及人机互话单元分别和中央处理单元相连，信号处理单元和连接器上的电极转接头相连，驱动单元分别和流量传感器、采样气泵、三通电磁阀及反吹气泵相连。人机互话单元采用触摸式液晶显示屏。信号处理单元包括信号多级放大电路和本底噪声消除电路，信号多级放大电路是将探头线传送来的气敏传感器的感应信号进行三级放大、滤波，并将信号传送至中央处理单元中的阈值判定模块；本底噪声消除电路是以跟随检测的方式实时跟踪检测气敏传感器的本底信号，并在气敏传感器检测前以跟随信号作为基值，消除环境背景中的噪声。阈值判定模块根据放大信号和本底信号，经过处理分析输出检测结果值给显示屏进行显示。当检测结果超过设定的限值时，中央处理单元发出信号点亮报警指示灯带，并在显示屏上显示报警信息和报警图案，提醒检测工作人员发生泄漏。

上述单一组分连续检漏系统的检漏方法为：中央处理单元发出信号给驱动单元，由驱动单元分别控制流量传感器、采样气泵、三通电磁阀及反吹气泵的工作；

测量时，三通电磁阀连通连接器和流量传感器，采样检测探头、连接器、流量传感器、缓冲罐和采样气泵依次相连构成测量气路，采样气泵工作，通过流量传感器控制采样流量稳定，气体进入采样检测探头，并进入气敏传感器，气敏薄膜与气体附着接触产生感应信号，通过测量电极及探头线输送给连接器，经连接器转接再输送给信号处理单元，经处理后送中央处理单元进行处理，最后检测结果送显示屏显示，一旦检测到有气体泄漏，中央处理单元发出信号点亮报警指示灯带，并在显示屏上显示报警信息和报警图案，提醒检测工作人员发生泄漏；

清洗时，三通电磁阀连通反吹气泵和连接器时，反吹气泵、三通电磁阀、连接器和采样检测探头构成反吹清洗气路；若中央处理单元分析后获知检测到的氢气浓度较高或者本底噪声消除电路的信噪比较小，则启动反吹清洗气路进行气路清洗，反吹气泵工作，气体由反吹气泵通过连接器进入采样检测探头内再从采样检测探头的前端吹出，达到清洗气路的目的，加快气敏传感器恢复，流量为300～400ml/min；信号处理单元的本底噪声消除电路跟踪检测，当信噪比达到一定值时，反吹清洗气路停止工作。

本发明采用高灵敏氢敏薄膜传感器作为检漏传感器，对氢气的灵敏度较高，且对烷类、烃类气体不响应，使得系统具有较强的抗干扰性，利用稳流模块控制采集气体的流速，使得气体与气敏传感器充分接触，提高了响应时间，利用反吹清洗气路快速清洗测量气路，实现气敏传感器的快速恢复，极大提高检测效率，同时延长气敏传感器的寿命，满足工业现场中环境抗干扰力强、检测快速的需求。

Claims (7)

1.一种单一组分连续检漏系统，其特征在于包括采样检测探头、连接器、流量传感器、缓冲罐、采样气泵和主控电路，采样检测探头的出气口、连接器、流量传感器、缓冲罐和采样气泵依次相连构成测量气路，采样检测探头的信号输出端经连接器和所述的主控电路相连，流量传感器、采样气泵分别和主控电路相连，还包括三通电磁阀和反吹气泵，三通电磁阀设在所述的连接器和流量传感器之间，三通电磁阀的公共口及常开口分别和连接器、流量传感器相连，三通电磁阀的常闭口和反吹气泵相连，三通电磁阀、反吹气泵分别和主控电路相连，所述采样检测探头包括内部有圆柱体形空腔的手柄，所述手柄前端连接有探头管，所述探头管是可任意角度转向弯曲的波纹管，所述探头管的前端为锥形管；

所述的主控电路包括中央处理单元、驱动单元、信号处理单元和人机互话单元，驱动单元、信号处理单元及人机互话单元分别和中央处理单元相连，信号处理单元经所述的连接器和所述的采样检测探头的信号输出端相连，驱动单元分别和所述的流量传感器、采样气泵、三通电磁阀及反吹气泵相连；

信号处理单元包括信号多级放大电路和本底噪声消除电路，信号多级放大电路是将探头线传送来的气敏传感器的感应信号进行三级放大、滤波，并将信号传送至中央处理单元中的阈值判定模块，本底噪声消除电路是以跟随检测的方式实时跟踪检测气敏传感器的本底信号，并在气敏传感器检测前以跟随信号作为基值，消除环境背景中的噪声；阈值判定模块根据放大信号和本底信号，经过处理分析输出检测结果值给显示屏进行显示。

2.根据权利要求1所述的单一组分连续检漏系统，其特征在于所述的连接器是个既带有气体管路转接头又带有电极转接头的气路航空接头。

3.根据权利要求1或2所述的单一组分连续检漏系统，其特征在于所述手柄后端连接有探头线，手柄空腔的前端设有滤尘器，手柄的空腔内设有气敏传感器，探头线包括套管及设于套管内的气管和导线，气管的一端和手柄空腔的后端相连，导线的一端和气敏传感器相连，气管的另一端及导线的另一端分别和所述的连接器相连。

4.根据权利要求3所述的单一组分连续检漏系统，其特征在于所述的气敏传感器包括壳体及设于壳体内的气敏薄膜，壳体的前端、后端分别设有和气敏薄膜垂直的进气管和出气管，气敏薄膜为单晶硅表面镀制的钯-镍合金薄膜并且呈栅格感应图形，气敏薄膜的厚度为300～400nm，气敏薄膜引出的引脚上连接测量电极，测量电极和所述的探头线内的导线相连。

5.根据权利要求3所述的单一组分连续检漏系统，其特征在于所述的手柄上嵌装有一圈报警指示灯带，报警指示灯带和所述的探头线内的导线相连。

6.一种如权利要求1所述的单一组分连续检漏系统的检漏方法，其特征在于所述的采样检测探头、连接器、流量传感器、缓冲罐和采样气泵依次相连构成测量气路，所述的主控电路分别控制流量传感器、采样气泵的运行，测量时，采样气泵工作，通过流量传感器控制采样流量稳定，气体进入采样检测探头，采样检测探头内的气敏传感器与气体附着接触产生感应信号，由采样检测探头的信号输出端通过所述的连接器输送给所述的主控电路进行处理和显示，一旦检测到有气体泄漏，主控电路通过显示屏显示报警信息。

7.根据权利要求6所述的单一组分连续检漏系统的检漏方法，其特征在于所述的单一组分连续检漏系统包括三通电磁阀和反吹气泵，三通电磁阀设在所述的连接器和流量传感器之间，三通电磁阀的公共口及常开口分别和连接器、流量传感器相连，三通电磁阀的常闭口和反吹气泵相连，三通电磁阀、反吹气泵分别和主控电路相连；所述的反吹气泵、三通电磁阀、连接器和采样检测探头构成反吹清洗气路；需要清洗时，所述的主控电路发出信号改变三通电磁阀的导通方向，使三通电磁阀连通反吹气泵和连接器，主控电路启动反吹气泵工作，气体由反吹气泵经三通电磁阀和连接器进入采样检测探头并吹出，完成对采样检测探头的清洗。

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