CN112190863B - 一种容量感知智能型灭火器和容量感知方法 - Google Patents

一种容量感知智能型灭火器和容量感知方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及消防灭火装置技术领域，尤其涉及一种容量感知智能型灭火器，在钢瓶内具有探测钢瓶内温度的温度传感器、探测钢瓶内气压的气压传感器、探测钢瓶内灭火材料液位的液位传感器，气压传感器、温度传感器和液位传感器的探测信号连接到智能芯片，智能芯片通过通讯模块连接到控制中心。本发明还包含一种使用容量感知智能型灭火器进行容量感知的计算方法，根据当前钢瓶的温度和压力，判断当前钢瓶内灭火材料的状态，包含纯液态、液气混合态、纯气态和其他状态，然后根据不同的状态分别计算灭火材料的当前容量。本发明利用传感器监测的数据计算出灭火设备的剩余容量，无需拆卸钢瓶称重，提高了灭火设备的可靠性。

Description

一种容量感知智能型灭火器和容量感知方法
技术领域
本发明涉及消防灭火装置技术领域，尤其涉及一种容量感知智能型灭火器和容量感知方法。
背景技术
目前市面上产品为离线类灭火设备，无法感知灭火设备本身的运行状态信息，必须通过钢瓶拆卸称重才能计算出灭火设备的剩余容量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种容量感知智能型灭火器和容量感知方法，主要解决上述现有技术存在的问题，可以在线计算出灭火设备的剩余容量。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种容量感知智能型灭火器，包括用于填充灭火材料的钢瓶，所述钢瓶上设置有用于输出灭火材料的气阀，其特征在于，所述钢瓶内具有探测钢瓶内温度的温度传感器、探测钢瓶内气压的气压传感器、探测钢瓶内灭火材料液位的液位传感器；所述气压传感器、所述温度传感器和所述液位传感器的探测信号输出端连接智能芯片。
进一步地，所述智能芯片通过通讯模块连接控制中心。
进一步地，所述智能芯片利用所述气压传感器、所述温度传感器和所述液位传感器感测到的信号，计算出灭火材料的量值，并通过所述通讯模块输送到所述控制中心。
进一步地，所述智能芯片将所述气压传感器、所述温度传感器和所述液位传感器感测到的信号，通过所述通讯模块输送到所述控制中心；所述控制中心计算出灭火材料的量值。
进一步地，其特征在于，其特征在于，所述灭火材料是二氧化碳。
本发明还包含一种利用容量感知智能型灭火器进行容量感知方法，其特征在于，包含步骤：
S101、从所述气压传感器得到所述钢瓶内二氧化碳的当前压力Y1，从所述温度传感器得到所述钢瓶内二氧化碳的当前温度X1；
S102、根据二氧化碳的压力与温度的变化曲线，得到在所述当前压力Y1和所述当前温度X1下的二氧化碳的状态；
如果X1小于0℃，则为其他状态；
如果X1在0℃至31℃之间，那么：如果当前坐标(X1，Y1)在所述变化曲线的上方区域，则为纯液态；如果当前坐标(X1，Y1)落在所述变化曲线上，则为液气混合态；如果当前坐标(X1，Y1)在所述变化曲线的下方区域，则为纯气态；
如果X1大于31℃，则为纯气态。
S103、如果二氧化碳的状态是所述纯液态，则进入步骤S104；如果二氧化碳的状态是所述液气混合态，则进入步骤S105；如果二氧化碳的状态是所述纯气态，则进入步骤S106；如果二氧化碳的状态是所述其他状态，则进入步骤S107；
S104、从所述液位传感器得到当前液位，利用所述当前液位和初始液位的比值，得到当前容量，进入步骤108；
S105、分别计算当前液态分子数量和当前气态分子数量，然后将所述当前液态分子数量和所述当前气态分子数量之和，与初始分子数量求比值，得到所述当前容量，进入步骤108；
S106、计算所述当前气态分子数量和所述初始分子数量的比值，得到所述当前容量，进入步骤108；
S107、报告错误，完成；
S108、上报所述当前容量，完成。
进一步地，在步骤S102中，当温度X在0℃至31℃之间时，二氧化碳的压力Y与温度X的所述变化曲线是：Y＝mX+n；其中，m＝0.135,n＝3.15。
进一步地，步骤S104具体包含步骤：
S1041、从所述液位传感器得到所述当前液位L1；
S1042、利用所述当前液位L1和所述初始液位L0，计算比值得到所述当前容量K：
Figure BDA0002744061420000031
进一步地，步骤S105具体包含步骤：
S1051、从所述液位传感器得到所述当前液位L1，并根据所述钢瓶的内空间横截面S，进一步得到当前液体体积V11：V11＝S×L1；
S1052、利用所述钢瓶的内空间高度L2，所述内空间横截面S，得到所述钢瓶的内体积V2：V2＝S×L2；
S1053、得到所述钢瓶的瓶内气体体积V12：V12＝V2-V11；
S1054、利用气体状态方程，计算出气态二氧化碳的摩尔量Z：
Figure BDA0002744061420000041
其中，p为所述当前压力、T为所述当前温度、R为普适气体常数，取值为8.3145、a为二氧化碳分子间引力参数，取值为3.592、b为二氧化碳每个分子平均占有的空间大小，取值为0.04267；
S1055、利用所述摩尔量Z和二氧化碳气态的摩尔密度ρa，得到所述当前气态分子数量Q1；利用所述当前液体体积V11和二氧化碳液体密度ρb,得到所述当前液态分子数量Q2，最后利用所述当前气态分子数量Q1和所述当前液态分子数量Q2得到当前分子数量Q3：
Q3＝Q1+Q2＝ρa×Z+ρb×V11
其中，ρa为二氧化碳气态的摩尔密度，ρb为二氧化碳液体密度；
S1056、由所述初始液位L0、所述内空间横截面S以及二氧化碳液体密度ρb得到所述初始分子数量Q0，然后计算所述当前分子数量Q3和所述初始分子数量Q0的比值，作为所述当前容量K：
Figure BDA0002744061420000042
进一步地，步骤S106具体包含：
S1061、利用所述钢瓶的内空间高度L2和所述内空间横截面S，得到所述钢瓶的内体积V2＝S×L2；
S1062、利用气体状态方程，计算出气态二氧化碳的摩尔量Z：
Figure BDA0002744061420000043
其中，p为所述当前压力、T为所述当前温度、R为普适气体常数，取值为8.3145、a为二氧化碳分子间引力参数，取值为3.592、b为二氧化碳每个分子平均占有的空间大小，取值为0.04267；
S1063、利用所述摩尔量Z和二氧化碳气态的摩尔密度ρa，计算出所述当前气态分子数量Q1：Q1＝ρa×Z。
S1064、由所述初始液位L0、所述内空间横截面S和二氧化碳液体密度ρb,得到所述初始分子数量Q0，然后计算所述当前气态分子数量Q1和初始分子数量Q0的比值，作为所述当前容量K：
Figure BDA0002744061420000051
鉴于上述技术特征，本发明具有如下优点：
1、本发明容量感知智能型灭火器结合传感器、利用传感器监测的数据计算出灭火设备的剩余容量，无需拆卸钢瓶称重，提高了灭火设备的可靠性。
附图说明
图1是本发明容量感知智能型灭火器一个较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明容量感知智能型灭火器一个较佳实施例的原理示意图；
图3是二氧化碳相区和压力随温度临界的关系图；
图4是本发明容量感知智能型灭火器一个较佳实施例的容量感知方法的流程图。
图中：1-气压传感器，2-智能芯片，3-智能气阀，4-温度传感器，5-液位传感器，6-钢瓶。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
请参阅图1，本发明一种容量感知智能型灭火器的一个较佳实施例，包括用于填充灭火材料的钢瓶6，在钢瓶6上设置有用于输出灭火材料的智能气阀3。在钢瓶6内具有探测钢瓶内温度的温度传感器4、探测钢瓶内气压的气压传感器1、探测钢瓶内灭火材料液位的液位传感器5。气压传感器1、温度传感器4和液位传感器5的探测信号输出端均连接到智能芯片2，智能芯片2则进一步通过通讯模块连接控制中心。
在本实施例中，智能芯片2利用气压传感器1、温度传感器4和液位传感器5感测到的信号，计算出灭火材料的量值，并通过通讯模块输送到控制中心。智能芯片2还可以将气压传感器1、温度传感器4和液位传感器5感测到的信号，通过通讯模块输送到控制中心，由控制中心计算出灭火材料的量值。
请参阅图2和图3，二氧化碳的临界温度是31℃，临界压力为7.3MP，因此容易在室温下加压液化。本实施例中的容量感知智能型灭火器的钢瓶为标准圆柱体，正常工作温度范围是0到50℃。在20℃时将二氧化碳注入钢瓶，加压到5.2MP，此时钢瓶内的二氧化碳为纯液态。记录此时钢瓶内二氧化碳的初始液位L0为灭火材料满额度为100％的状态，记录钢瓶的其内空间横截面积S和钢瓶的内空间高度L2。当灭火材料被消耗后，当前的液位高度则为L1。在本实施例中，容量感知智能型灭火器的灭火材料是二氧化碳。
请参阅图2和图4，在本实施例中还包含了一种利用容量感知智能型灭火器进行容量感知方法，包含步骤：
S101、从气压传感器得到钢瓶内二氧化碳的当前压力，从温度传感器得到钢瓶内二氧化碳的当前温度，记录为坐标(X1，Y1)；
S102、根据二氧化碳的压力与温度的变化曲线，得到在当前压力Y1和当前温度X1下对应的坐标(X1，Y1),得到当前二氧化碳的状态，具体包含：
如果X1小于0℃，则为其他状态；
如果X1在0℃至31℃之间，那么：如果当前坐标(X1，Y1)在所述变化曲线的上方区域，则为纯液态；如果当前坐标(X1，Y1)落在所述变化曲线上，则为液气混合态；如果当前坐标(X1，Y1)在所述变化曲线的下方区域，则为纯气态；
如果X1大于31℃，则为纯气态。
依据图3中二氧化碳的相图，当温度X在0℃至31℃之间时，将二氧化碳的压力与温度的变化曲线近似简化为线性函数：Y＝mX+n；其中，m＝0.135,n＝3.15。
S103、如果是纯液态，则进入步骤S104；如果是液气混合态，则进入步骤S105；如果是纯气态，则进入步骤S106；如果是其他状态，则进入步骤S107；
S104、从液位传感器得到当前液位，利用当前液位和初始液位的比值，得到当前容量，具体包含：
从液位传感器得到当前液位L1，然后计算当前液位L1和初始液位L0的比值，计算得到当前容量为：
Figure BDA0002744061420000081
计算完成后，进入步骤108。
S105、分别计算当前液态分子数量和当前气态分子数量，然后与初始分子数量求比值，得到所述当前容量，具体包含：
从液位传感器得到当前液位L1，并根据钢瓶的内空间横截面S，进一步得到当前液体体积V11：V11＝S×L1；
利用钢瓶的内空间高度L2和内空间横截面S，得到钢瓶的内体积V2＝S×L2；
计算得到钢瓶的瓶内气体体积V12＝V2-V11；
利用气体状态方程，计算出气态二氧化碳的摩尔量Z：
Figure BDA0002744061420000082
其中，p为所述当前压力、T为所述当前温度、R为普适气体常数，取值为8.3145、a为二氧化碳分子间引力参数，取值为3.592、b为二氧化碳每个分子平均占有的空间大小，取值为0.04267；
得到摩尔量Z之后，就能通过ρa×Z得到当前气态分子数量Q1(ρa为二氧化碳气态的摩尔密度)；接着利用当前液体体积V11，通过ρb×V11得到当前液态分子数量Q2(ρb为二氧化碳液体密度)。
将当前气态分子数量Q1和当前液态分子数量Q2相加，得到当前分子数量Q3＝Q1+Q2＝ρa×Z+ρb×V11。其中，ρa为二氧化碳气态的摩尔密度,ρb为二氧化碳液体密度。
最后由初始液位L0、内空间横截面S以及二氧化碳液体密度ρb,得到初始分子数量Q0，然后计算当前分子数量Q3和初始分子数量Q0的比值，作为所述当前容量K：
Figure BDA0002744061420000091
计算完成后，进入步骤108；
S106、计算当前气态分子数量和初始分子数量的比值，得到当前容量，具体包含：
利用钢瓶的内空间高度L2和内空间横截面S，得到钢瓶的内体积V2＝S×L2；
利用气体状态方程，计算出气态二氧化碳的摩尔量Z：
Figure BDA0002744061420000092
其中，p为当前压力、T为当前温度、R为普适气体常数，取值为8.3145、a为二氧化碳分子间引力参数，取值为3.592、b为二氧化碳每个分子平均占有的空间大小，取值为0.04267；
然后利用摩尔量Z和二氧化碳气态的摩尔密度ρa，计算出当前气态分子数量Q1＝ρa×Z；
由初始液位L0、内空间横截面S和二氧化碳液体密度ρb，，得到初始分子数量Q0，然后计算当前气态分子数量Q1和初始分子数量Q0的比值，作为当前容量：
Figure BDA0002744061420000093
计算完成后，进入步骤108。
S107、报告错误，完成；
S108、上报所述当前容量，完成。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种容量感知智能型灭火器进行容量感知方法，其特征在于，
该容量感知智能型灭火器包括用于填充灭火材料的钢瓶，所述钢瓶上设置有用于输出灭火材料的气阀，其特征在于，所述钢瓶内具有探测钢瓶内温度的温度传感器、探测钢瓶内气压的气压传感器、探测钢瓶内灭火材料液位的液位传感器；所述气压传感器、所述温度传感器和所述液位传感器的探测信号输出端连接智能芯片；
所述智能芯片通过通讯模块连接控制中心；
所述智能芯片利用所述气压传感器、所述温度传感器和所述液位传感器感测到的信号，计算出灭火材料的量值，并通过所述通讯模块输送到所述控制中心；或者，所述智能芯片将所述气压传感器、所述温度传感器和所述液位传感器感测到的信号，通过所述通讯模块输送到所述控制中心；所述控制中心计算出灭火材料的量值；
所述灭火材料是二氧化碳；
该方法包含步骤：
S101、从所述气压传感器得到所述钢瓶内二氧化碳的当前压力Y1，从所述温度传感器得到所述钢瓶内二氧化碳的当前温度X1；
S102、根据二氧化碳的压力与温度的变化曲线，得到在所述当前压力Y1和所述当前温度X1下的二氧化碳的状态；
如果X1小于0℃，则为其他状态；
如果X1在0℃至31℃之间，那么：如果当前坐标(X1，Y1)在所述变化曲线的上方区域，则为纯液态；如果当前坐标(X1，Y1)落在所述变化曲线上，则为液气混合态；如果当前坐标(X1，Y1)在所述变化曲线的下方区域，则为纯气态；
如果X1大于31℃，则为纯气态；
S103、如果二氧化碳的状态是所述纯液态，则进入步骤S104；如果二氧化碳的状态是所述液气混合态，则进入步骤S105；如果二氧化碳的状态是所述纯气态，则进入步骤S106；如果二氧化碳的状态是所述其他状态，则进入步骤S107；
S104、从所述液位传感器得到当前液位，利用所述当前液位和初始液位的比值，得到当前容量，进入步骤108；
S105、分别计算当前液态分子数量和当前气态分子数量，然后将所述当前液态分子数量和所述当前气态分子数量之和，与初始分子数量求比值，得到所述当前容量，进入步骤108；
S106、计算所述当前气态分子数量和所述初始分子数量的比值，得到所述当前容量，进入步骤108；
S107、报告错误，完成；
S108、上报所述当前容量，完成。
2.根据权利要求1所述的容量感知方法，其特征在于，在步骤S102中，当温度X在0℃至31℃之间时，二氧化碳的压力Y与温度X的所述变化曲线是：Y＝mX+n；其中，m＝0.135，n＝3.15。
3.根据权利要求1所述的容量感知方法，其特征在于，步骤S104具体包含步骤：
S1041、从所述液位传感器得到所述当前液位L1；
S1042、利用所述当前液位L1和所述初始液位L0，计算比值得到所述当前容量K：
Figure FDA0003197427270000031
4.根据权利要求1所述的容量感知方法，其特征在于，步骤S105具体包含步骤：
S1051、从所述液位传感器得到所述当前液位L1，并根据所述钢瓶的内空间横截面S，进一步得到当前液体体积V11：V11＝S×L1；
S1052、利用所述钢瓶的内空间高度L2，所述内空间横截面S，得到所述钢瓶的内体积V2：V2＝S×L2；
S1053、得到所述钢瓶的瓶内气体体积V12：V12＝V2-V11；
S1054、利用气体状态方程，计算出气态二氧化碳的摩尔量Z：
Figure FDA0003197427270000032
其中，p为所述当前压力、T为所述当前温度、R为普适气体常数，取值为8.3145、a为二氧化碳分子间引力参数，取值为3.592、b为二氧化碳每个分子平均占有的空间大小，取值为0.04267；
S1055、利用所述摩尔量Z和二氧化碳气态的摩尔密度ρa，得到所述当前气态分子数量Q1；利用所述当前液体体积V11和二氧化碳液体密度ρb，得到所述当前液态分子数量Q2，最后利用所述当前气态分子数量Q1和所述当前液态分子数量Q2得到当前分子数量Q3：
Q3＝Q1+Q2＝ρa×Z+ρb×V11
其中，ρa为二氧化碳气态的摩尔密度，ρb为二氧化碳液体密度；
S1056、由所述初始液位L0、所述内空间横截面S以及二氧化碳液体密度ρb得到所述初始分子数量Q0，然后计算所述当前分子数量Q3和所述初始分子数量Q0的比值，作为所述当前容量K：
Figure FDA0003197427270000041
5.根据权利要求1所述的容量感知方法，其特征在于，步骤S106具体包含：
S1061、利用所述钢瓶的内空间高度L2和所述内空间横截面S，得到所述钢瓶的内体积V2＝S×L2；
S1062、利用气体状态方程，计算出气态二氧化碳的摩尔量Z：
Figure FDA0003197427270000042
其中，p为所述当前压力、T为所述当前温度、R为普适气体常数，取值为8.3145、a为二氧化碳分子间引力参数，取值为3.592、b为二氧化碳每个分子平均占有的空间大小，取值为0.04267；
S1063、利用所述摩尔量Z和二氧化碳气态的摩尔密度ρa，计算出所述当前气态分子数量Q1：Q1＝ρa×Z；
S1064、由所述初始液位L0、所述内空间横截面S和二氧化碳液体密度ρb，得到所述初始分子数量Q0，然后计算所述当前气态分子数量Q1和初始分子数量Q0的比值，作为所述当前容量K：
Figure FDA0003197427270000051
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