CN112206451B - 一种智能型感温自启动灭火系统和容量感知方法 - Google Patents

一种智能型感温自启动灭火系统和容量感知方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及消防灭火装置技术领域，尤其涉及一种智能型感温自启动灭火系统，包括带有传感器的多个灭火装置和智能芯片。智能芯片对传感器采集的数据进行分析计算后，通过通讯模块上报至运行在云平台上的在线监控后台。在线监控后台监测灭火装置的状态。本发明还包含一种对灭火系统中的灭火装置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，然后根据不同的状态分别计算灭火材料的当前容量。本发明可以在线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；本发明在线监测灭火设备工作温度和灭火设备状态，保证灭火设备处于可靠的状态并能及时发出火灾警报。

Description

一种智能型感温自启动灭火系统和容量感知方法
技术领域
本发明涉及消防灭火装置技术领域，尤其涉及一种智能型感温自启动灭火系统和容量感知方法。
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，需要进行现场设备维护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能型感温自启动灭火系统和容量感知方法，主要解决上述现有技术存在的问题，可以实时监测灭火装置的状态。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种智能型感温自启动灭火系统，其特征在于，包括多个带有传感器的灭火装置和智能芯片；所述智能芯片对所述传感器采集的数据进行分析计算后，通过通讯模块上报至运行在云平台上的在线监控后台；所述在线监控后台根据所述智能芯片上报的信息，监测所述灭火装置的状态。
进一步地，所述在线监控后台通过所述通讯模块持续向所述智能芯片发送数据，所述智能芯片收到后立即通过所述通讯模块回复所述在线监控后台；当所述在线监控后台监测不到回复，或者回复错误时，发出设备异常通信中断警报。
进一步地，所述灭火装置包括填充二氧化碳的钢瓶，所述钢瓶上设置有用于输出灭火材料的智能气阀，所述智能气阀受到所述智能芯片的控制；
在所述钢瓶上端连接有探火管，在所述探火管和所述钢瓶的连接处，设置有用于探测探火管气压的第一气压传感器；在所述钢瓶内具有探测钢瓶内温度的温度传感器、探测钢瓶内气压的第二气压传感器和探测钢瓶内灭火材料液位的液位传感器；
所述第一气压传感器、所述温度传感器、所述第二气压传感器和所述液位传感器的输出均连接到所述智能芯片；所述智能芯片向所述在线监控后台上报所述探火管气压和所述钢瓶内温度；
进一步地，所述在线监控后台监测所述探火管气压，当所述探火管气压低于P1兆帕或在Twait秒内所述探火管气压与初始气压相比，差值大于P2兆帕时，发出火灾报警。
进一步地，所述在线监控后台监测所述钢瓶内温度，当所述钢瓶内温度低于T1摄氏度或高于T2摄氏度时，发出设备异常温度报警；所述T1摄氏度小于等于所述T2摄氏度。
进一步地，所述智能芯片依据所述钢瓶内气压和所述灭火材料液位，计算所述钢瓶内的灭火材料百分比，并向所述在线监控后台上报所述灭火材料百分比。
进一步地，所述智能芯片向所述在线监控后台上报所述钢瓶内气压和所述灭火材料液位；所述在线监控后台依据所述钢瓶内气压和所述灭火材料液位，计算所述钢瓶内的灭火材料百分比。
进一步地，所述在线监控后台监测所述灭火材料百分比，当所述灭火材料百分比低于A1％，发出可以由所述在线监控后台远程消除的设备异常漏气报警；当所述灭火材料百分比低于A2％，发出只能到所述灭火装置的现场进行消除的设备异常严重漏气报警。
本发明还包含一种对智能型感温自启动灭火系统中的灭火装置进行容量感知方法，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，二氧化碳的压力Y与温度X的所述变化曲线使用曲线：Y＝mX+n；其中，m＝0.135,n＝3.15；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，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 BDA0002744074540000041
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 BDA0002744074540000042
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 BDA0002744074540000051
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 BDA0002744074540000052
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 BDA0002744074540000061
鉴于上述技术特征，本发明智能型感温自启动灭火系统结合传感器、利用传感器监测的数据在线监控灭火装置，具有如下优点：
1、在线计算出多个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。
2、在线监测灭火设备工作温度，保证灭火设备处于可靠的状态。
3、在线监测灭火设备状态，及时发出火灾警报。
附图说明
图1是本发明智能型感温自启动灭火系统一个较佳实施例的结构示意图。
图2是本发明方法流程示意图。
图3是二氧化碳相区和压力随温度临界的关系图。
图中：1-通讯模块，2-第一气压传感器，3-智能芯片，4-智能气阀，5-温度传感器，6-第二气压传感器，7-液位传感器，8-钢瓶，9-云平台，10-在线监控后台。
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，本发明一种智能型感温自启动灭火系统的一个较佳实施例，包括带有传感器的灭火装置(填充灭火材料的钢瓶8)和智能芯片3。在钢瓶8上设置有用于输出灭火材料的智能气阀4，智能气阀智能芯片3的控制。钢瓶8上端连接探火管，探火管和钢瓶8的连接处，设置有用于探测探火管气压的第一气压传感器2。在钢瓶8内具有探测钢瓶内温度的温度传感器5、探测钢瓶内气压的第二气压传感器6和探测钢瓶内灭火材料液位的液位传感器7；
第一气压传感器2、温度传感器5、第二气压传感器6和液位传感器7的输出，均连接到智能芯片3。智能芯片3对第一气压传感器2、温度传感器5、第二气压传感器6和液位传感器7采集的数据进行分析计算后，然后通过通讯模块1上报至运行在云平台9上的在线监控后台10。
通讯模块1是物联网通信NB-iot模块。智能芯片3和在线监控后台10以NB-iot无线网络连接。
智能芯片3依据第二气压传感器6采集的钢瓶内气压和液位传感器7采集的灭火材料液位，计算钢瓶8内的灭火材料百分比，然后向在线监控后台10上报灭火材料百分比。
也可以是，智能芯片3直接上报第二气压传感器6采集的钢瓶内气压和液位传感器7采集的灭火材料液位给在线监控后台10，在线监控后台10依据钢瓶内气压和灭火材料液位，计算钢瓶8内的灭火材料百分比。
在线监控后台10根据智能芯片3上报的信息或者自行计算的信息，监测灭火装置的状态，具体包含：
在线监控后台监测探火管气压，当探火管气压低于0.7兆帕或在100秒内探火管气压与初始气压相比的差值大于0.5兆帕时，发出火灾报警。
在线监控后台10监测所述钢瓶内温度，当所述钢瓶内温度低于0摄氏度或高于50摄氏度时，发出设备异常温度报警。
在线监控后台10监测灭火材料百分比(智能芯片3计算后上传，或者在线监控后台10自行计算得出)，当灭火材料百分比低于90％，发出设备异常漏气报警。设备异常漏气报警可以通过在线监控后台10远程消除。当灭火材料百分比低于60％，发出设备异常严重漏气报警。设备异常严重漏气报警是声光报警，且只能由工作人员抵达灭火装置的现场才能进行消除。
智能芯片3通过通讯模块1与在线监控后台10保持心跳连接，当在线监控后台10监测到无法与智能芯片3通信时，发出设备异常通信中断警报。心跳连接的具体做法是，在线监控后台10通过通讯模块1持续向智能芯片3发送数据，智能芯片3收到后立即通过通讯模块1回复在线监控后台10。当在线监控后台10监测不到回复，或者回复错误时，发出设备异常通信中断警报。
请参阅图2和图3，在本实施例中还包含了一种对智能型感温自启动灭火系统中的灭火装置进行容量感知方法，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 BDA0002744074540000101
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 BDA0002744074540000102
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 BDA0002744074540000111
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 BDA0002744074540000112
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 BDA0002744074540000113
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 (8)

1.一种智能型感温自启动灭火系统的容量感知方法，其特征在于，
该智能型感温自启动灭火系统包括多个带有传感器的灭火装置和智能芯片；所述智能芯片对所述传感器采集的数据进行分析计算后，通过通讯模块上报至运行在云平台上的在线监控后台；所述在线监控后台根据所述智能芯片上报的信息，监测所述灭火装置的状态；
所述灭火装置包括填充二氧化碳的钢瓶，所述钢瓶上设置有用于输出灭火材料的智能气阀，所述智能气阀受到所述智能芯片的控制；
在所述钢瓶上端连接有探火管，在所述探火管和所述钢瓶的连接处，设置有用于探测探火管气压的第一气压传感器；在所述钢瓶内具有探测钢瓶内温度的温度传感器、探测钢瓶内气压的第二气压传感器和探测钢瓶内灭火材料液位的液位传感器；
所述第一气压传感器、所述温度传感器、所述第二气压传感器和所述液位传感器的输出均连接到所述智能芯片；所述智能芯片向所述在线监控后台上报所述探火管气压和所述钢瓶内温度；
所述智能芯片依据所述钢瓶内气压和所述灭火材料液位，计算所述钢瓶内的灭火材料百分比，并向所述在线监控后台上报所述灭火材料百分比；或者，所述智能芯片向所述在线监控后台上报所述钢瓶内气压和所述灭火材料液位；所述在线监控后台依据所述钢瓶内气压和所述灭火材料液位，计算所述钢瓶内的灭火材料百分比；
对系统中的灭火装置进行容量感知的方法包含步骤是：
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，二氧化碳的压力Y与温度X的所述变化曲线使用曲线：Y＝mX+n；其中，m＝0.135，n＝3.15；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，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 FDA0003197394300000031
3.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 FDA0003197394300000032
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 FDA0003197394300000041
4.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 FDA0003197394300000042
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 FDA0003197394300000051
5.根据权利要求1所述的容量感知方法，其特征在于，所述在线监控后台通过所述通讯模块持续向所述智能芯片发送数据，所述智能芯片收到后立即通过所述通讯模块回复所述在线监控后台；当所述在线监控后台监测不到回复，或者回复错误时，发出设备异常通信中断警报。
6.根据权利要求1所述的容量感知方法，其特征在于，所述在线监控后台监测所述探火管气压，当所述探火管气压低于P1兆帕或在Twait秒内所述探火管气压与初始气压相比，差值大于P2兆帕时，发出火灾报警。
7.根据权利要求1所述的容量感知方法，其特征在于，所述在线监控后台监测所述钢瓶内温度，当所述钢瓶内温度低于T1摄氏度或高于T2摄氏度时，发出设备异常温度报警；所述T1摄氏度小于等于所述T2摄氏度。
8.根据权利要求1所述的容量感知方法，其特征在于，所述在线监控后台监测所述灭火材料百分比，当所述灭火材料百分比低于A1％，发出可以由所述在线监控后台远程消除的设备异常漏气报警；当所述灭火材料百分比低于A2％，发出只能到所述灭火装置的现场进行消除的设备异常严重漏气报警。
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