CN112785820A - 用于复杂气氛的可燃气体报警器及报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于复杂气氛的可燃气体报警器，其包括：检测腔，其一端设有进气管，另一端设有排气管，检测腔设有压力传感器；自吸泵，其与进气管相连接，该自吸泵用待测空间的气体置换检测腔中的气体；点火电极，其设置在检测腔内；报警指示元件；以及PLC控制器，其控制点火电极点火，并且根据压力传感器所采集的压力数据触发报警指示元件。本发明还公开了一种用于复杂气氛的可燃气体报警方法。本发明的用于复杂气氛的可燃气体报警器及报警方法适用于复杂气氛，其检测报警准确度受周围环境影响较小。

Description

用于复杂气氛的可燃气体报警器及报警方法

技术领域

本发明涉及可燃气体检测领域，特别涉及一种用于复杂气氛的可燃气体报警器。

背景技术

石油化工行业中受限空间较多，例如，反应器、塔器等需要人员进入维修的场所。为保证人员在受限空间内工作的安全需要开展可燃气体浓度检测、氧含量检测和有毒气体检测，受限空间内气氛除色谱检测外，施工人员现场作业时也需要一直佩戴可燃气体报警器，目前，常用的可燃气体报警器主要有催化燃烧型、半导体型、红外线吸收型、热导型等，其中催化燃烧型、半导体型是利用化学特性，而红外线吸收型是利用物理特性。

催化燃烧型可燃气体检测报警器是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。当可燃气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应(无焰燃烧)，其产生的热量使铂丝的温度升高，进而电阻率发生变化，产生报警信号。催化燃烧型报警器在使用前一般以甲烷或丁烷进行校对，以校准气体的爆炸下限LEL浓度的燃烧热导致的电信号变化值作为100％LEL。热导型可燃气体检测报警器的工作原理与催化燃烧型相类似，不同的是利用可燃气体与空气的热导率之差来检测气体浓度。上面两种方法的缺点是难以应对复杂环境，当环境气氛发生变化后测量数据将不准确。

红外型可燃气体检测报警器是利用红外线对每一种气体都有特定的吸收光谱，通过测量待测气体对红外线的吸收强度来实现气体浓度的检测。该方法的缺点是容易受各种光源和热源干扰，尤其是当环境温度和人体温度接近时传感器的灵敏度会明显下降。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种能够适用于复杂气氛的可燃气体报警器，从而克服现有技术中可燃气体报警器无法应对复杂环境和/或容易受周围环境干扰的缺陷。

本发明的另一目的在于，提供一种用于复杂气氛的可燃气体报警器，从而提高对于复杂气氛的检测报警准确度。

本发明的再一目的在于，提供一种用于复杂气氛的可燃气体报警器，从而提高装置的便携性，并且更加适用于受限空间。

为实现上述一个或多个目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于复杂气氛的可燃气体报警器，其包括：检测腔，其一端设有进气管，另一端设有排气管，检测腔设有压力传感器；自吸泵，其与进气管相连接，该自吸泵用待测空间的气体置换检测腔中的气体；点火电极，其设置在检测腔内；报警指示元件；以及PLC控制器，其控制点火电极点火，并且根据压力传感器所采集的压力数据触发报警指示元件。

进一步，上述技术方案中，检测腔包括球状部和位于球状部两端的圆柱部。

进一步，上述技术方案中，球状部的半径为30mm～35mm，圆柱部的内径为DN20或DN25，长度为20～30mm。

进一步，上述技术方案中，点火电极的点火位置与检测腔的内壁面的最小距离大于等于30mm。

进一步，上述技术方案中，点火电极产生的电火花为10mJ。

进一步，上述技术方案中，进气管的管口与排气管的管口相对设置。

进一步，上述技术方案中，进气管上设有进气阀，排气管上设有排气阀。

进一步，上述技术方案中，进气阀和排气阀为电磁阀。

进一步，上述技术方案中，报警指示元件为灯光元件和/或声音元件。

进一步，上述技术方案中，进气管和排气管处设有阻隔防爆材料，检测腔设有温度传感器。

进一步，上述技术方案中，可燃气体报警器还包括外壳，该外壳设有显示屏和提手。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种用于复杂气氛的可燃气体报警方法，其利用上述技术方案中任意一种的用于复杂气氛的可燃气体报警器，该可燃气体报警方法至少包括如下步骤：用待测空间的气体置换检测腔中的气体；将检测腔密封，获取检测腔中的初始压力值P₀；打开点火电极产生电火花；获取检测腔中的最大压力值P_M；以及根据P_M与P₀的比值判断是否触发报警指示元件：当P_M/P₀≥1.07时，触发报警指示元件；当P_M/P₀＜1.07时，重复上述步骤。

进一步，上述技术方案中，用待测空间的气体置换检测腔中的气体的步骤中置换的次数为3～8次。

进一步，上述技术方案中，待测空间为受限空间。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的可燃气体报警器适用于复杂气氛，其检测报警准确度受周围环境影响较小。

2.本发明的可燃气体报警器可以对受限空间内部进行连续监测，从而有效保证作业全流程的安全。

3.本发明的可燃气体报警器结构简单、方便操作人员作业时随身携带。

4.通过检测腔的设计防止了循环换气过程中死体积的产生。

5.通过采用防爆措施，防止检测腔爆炸后引发环境爆炸，提高了受限空间中使用的安全性。

6.通过设置合适的点火位置，避免检测腔的器壁造成火焰的淬熄效应，确保检测报警的准确度。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明的用于复杂气氛的可燃气体报警器的结构示意图。

图2是根据本发明的用于复杂气氛的可燃气体报警器的外壳示意图。

主要附图标记说明：

10-检测腔，11-球状部，12-第一圆柱部，13-第二圆柱部，14-进气管，141-进气阀，15-排气管，151-排气阀，21-压力传感器，22-温度传感器，30-自吸泵，40-点火电极，50-外壳，51-显示屏，52-提手。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的用于复杂气氛的可燃气体报警器特别适用于受限空间(例如，反应器、塔器等需要人员进入维修的场所)的可燃气体的检测和报警。本发明的可燃气体报警器包括检测腔10，其一端设有进气管14，另一端设有排气管15。自吸泵30与进气管14相连接，自吸泵30能够将待测空间的气体吸入检测腔10中，检测腔10内的空气由排气管15排出，从而完成待测空间气体与检测腔10内的气体的置换。检测腔10内设有点火电极40。本发明的用于复杂气氛的可燃气体报警器通过PLC控制器(图中未示出)来控制，完成检测腔10内的气体的置换后，PLC控制器发出点火命令，点火电极40产生电火花。检测腔10内的压力传感器21采集压力数据，其中初始压力值为P₀，最大压力值为P_M。PLC控制器根据初始压力值P₀和最大压力值P_M触发报警指示元件(图中未示出)。示例性地，报警指示元件可以是灯光元件、声音元件和/或振动元件，如指示灯、蜂鸣器等，应了解的是，本发明并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的报警指示元件，并且可以同时使用多种报警指示元件，以确保报警信号能够及时有效地传达给使用者，便于使用者采取撤离等行动。

优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，待测空间气体与检测腔10内的气体的置换要进行3～8次，确保检测腔10内的气体能够真实反映待测空间的气体浓度。示例性地，置换次数可以通过自吸泵30的运行时间来计算，即自吸泵30的流量乘以时间再除以检测腔10的体积。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，检测腔10包括球状部11和位于球状部两端的第一圆柱部12和第二圆柱部13。优选而非限制性地，球状部11的半径为30mm～35mm，第一圆柱部12和第二圆柱部13的内径为DN20或DN25，长度为20～30mm。优选而非限制性地，进气管14的管口与排气管15的管口相对设置。优选而非限制性地，检测腔10采用304不锈钢，其耐压等级为可耐受1MPa压力，应了解的是，检测腔10的材质也可根据实际需要选择，本发明并不以此为限。例如，若需要便于观察，则可以选用耐压能力足够的透明材质制造检测腔。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，进气管14上设有进气阀141，排气管15上设有排气阀151。示例性地，进气阀141和排气阀151可以为电磁阀，由PLC控制器控制开关。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，点火电极40的点火位置与检测腔10的内壁面的最小距离大于等于30mm，从而避免火焰遇到检测腔10的壁面产生淬熄效应。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，点火电极40产生的电火花为10mJ，该值为工业环境中静电等点火源的最大产生值，从而确保判断报警的准确性。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，进气管14和排气管15处设有阻隔防爆材料(图中未示出)，例如，聚氨酯发泡类阻隔防爆材料，以防止检测腔10爆炸后引发待测空间(受限空间)爆炸。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，检测腔10还可以设有温度传感器22，以辅助判断检测腔10内是否发生爆炸或是否出现温度异常。温度传感器22可以为热电偶，压力传感器21可以为动压传感器，例如，由PCB、Kistler、Omega等公司生产的动压传感器，应了解的是，本发明并不以此为限。

结合图2所示，在本发明的一个或多个实施方式中，可燃气体报警器还包括外壳50，该外壳50设有显示屏51和提手52。优选而非限制性地，外壳50可以采用防爆材料制成。应了解的是，外壳50上还设有与内部结构相连接或控制内部结构的部件，如进气口、排气口、控制键等，本领域技术人员可以根据实际需要自行设计，在此不赘述，图中并未示出。

根据本发明具体实施方式的用于复杂气氛的可燃气体报警方法，其利用上述技术方案中任意一种的用于复杂气氛的可燃气体报警器。该可燃气体报警方法至少包括如下步骤：用待测空间的气体置换检测腔中的气体；将检测腔密封，获取检测腔中的初始压力值P₀；打开点火电极产生电火花；获取检测腔中的最大压力值P_M；根据P_M与P₀的比值判断是否触发报警指示元件：当P_M/P₀≥1.07时，触发报警指示元件；当P_M/P₀＜1.07时，重复上述步骤。若使用过程中报警指示元件发出报警信号，即判断为待测空间的环境气氛存在爆炸危险，人员需要撤离。应了解的是，本发明的方法中所设定的阈值1.07并非限制性的，其仅为优选值，本领域技术人员可以根据实际情况设定适合的阈值。

优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，用待测空间的气体置换检测腔中的气体的步骤中置换的次数为3～8次。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，待测空间为受限空间。

下面参考图1所示的用于复杂气氛的可燃气体报警器，以实施例更具体地说明本发明的内容，应了解的是，本发明并不以此为限。实施例1～5中相关参数列表如下。

应了解的是，本发明的各个实施例的适用场合仅为示例性的，本发明并不以此为限。本发明应用在受限空间内，例如，塔式反应器人孔进入维修、罐内施工动火作业、地沟内施工。受限空间是指工厂的各种设备内部(如，炉、塔釜、罐、仓、池、槽车、管道、烟道等)以及城市(包括工厂)的隧道、下水道、沟、坑、井、池、涵洞、阀门间、污水处理设施等封闭、半封闭的设施及场所。应了解的是，实施例中的电源类型仅为示例性，本领域技术人员可以根据实际需要选择，其中交流电可连续工作，适用于工作时间较长的作业。交流电源在插拔时可能产生火花，对此，可以根据实际情况将电源插座设置在受限空间外部，以避免安全事故。自吸泵的流量也可根据实际需要选择，本发明并不以此为限。

实施例1

根据本实施例的用于复杂气氛的可燃气体报警器中，检测腔10的球状部11的半径为30mm，第一圆柱部12和第二圆柱部13的内径为DN20，长度均为25mm。自吸泵30的流量为50ml/min，点火电极40产生的电火花为10mJ。报警指示元件同时包括指示灯和蜂鸣器。本实施例中采用内置的锂电池供电可持续工作2～6小时。工作人员携带本实施例的可燃气体报警器进入加热炉内部进行维修作业，加热炉内部为受限空间，并且可燃气体成分复杂，本实施例的可燃气体报警器能够为维修作业的整个过程提供持续的可燃气体报警。此外，在检测腔内部进行点火检测，不易受到外界环境的干扰，检测结果更加准确。

实施例2

根据本实施例的用于复杂气氛的可燃气体报警器中，检测腔10的球状部11的半径为35mm，第一圆柱部12和第二圆柱部13的内径为DN25，长度均为20mm。自吸泵30的流量为50ml/min，点火电极40产生的电火花为10mJ。报警指示元件同时包括指示灯和蜂鸣器。本实施例中采用内置的锂电池供电可持续工作2～6小时。工作人员携带本实施例的可燃气体报警器进入可燃烃储罐内部进行维修作业，可燃烃储罐内部为受限空间，其中的可燃气体成分复杂，本实施例的可燃气体报警器能够为维修作业的整个过程提供持续的可燃气体报警。此外，在检测腔内部进行点火检测，不易受到外界环境的干扰，检测结果更加准确。

实施例3

根据本实施例的用于复杂气氛的可燃气体报警器中，检测腔10的球状部11的半径为30mm，第一圆柱部12和第二圆柱部13的内径为DN20，长度均为25mm。自吸泵30的流量为50ml/min，点火电极40产生的电火花为10mJ。报警指示元件为蜂鸣器。本实施例中采用内置的锂电池供电可持续工作2～6小时。工作人员携带本实施例的可燃气体报警器进入槽车内部进行维修作业，槽车内部为受限空间，其中的可燃气体成分复杂，本实施例的可燃气体报警器能够为维修作业的整个过程提供持续的可燃气体报警。此外，在检测腔内部进行点火检测，不易受到外界环境的干扰，检测结果更加准确。

实施例4

根据本实施例的用于复杂气氛的可燃气体报警器中，检测腔10的球状部11的半径为30mm，第一圆柱部12和第二圆柱部13的内径为DN20，长度均为25mm。自吸泵30的流量为50ml/min，点火电极40产生的电火花为10mJ。报警指示元件同时包括指示灯和蜂鸣器。本实施例中采用外接220V交流电供电，可连续使用。工作人员携带本实施例的可燃气体报警器进入料仓内部进行维修作业，作业前需先连接交流电。料仓内部为受限空间，其中的可燃气体成分复杂，本实施例的可燃气体报警器能够为维修作业的整个过程提供持续的可燃气体报警。此外，在检测腔内部进行点火检测，不易受到外界环境的干扰，检测结果更加准确。在本实施例中需注意的是，设备插拔外接电源时要小心可能产生的电火花。

实施例5

根据本实施例的用于复杂气氛的可燃气体报警器中，检测腔10的球状部11的半径为35mm，第一圆柱部12和第二圆柱部13的内径为DN25，长度均为20mm。自吸泵30的流量为50ml/min，点火电极40产生的电火花为10mJ。报警指示元件同时包括指示灯和蜂鸣器。本实施例中采用外接220V交流电供电，可连续使用。工作人员携带本实施例的可燃气体报警器进入液硫池进行维修作业，作业前需先连接交流电。液硫池为受限空间，其中的可燃气体成分复杂，本实施例的可燃气体报警器能够为维修作业的整个过程提供持续的可燃气体报警。此外，在检测腔内部进行点火检测，不易受到外界环境的干扰，检测结果更加准确。在本实施例中需注意的是，设备插拔外接电源时要小心可能产生的电火花。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，包括：

检测腔，其一端设有进气管，另一端设有排气管，所述检测腔设有压力传感器；

自吸泵，其与所述进气管相连接，该自吸泵用待测空间的气体置换所述检测腔中的气体；

点火电极，其设置在所述检测腔内；

报警指示元件；以及

PLC控制器，其控制所述点火电极点火，并且根据所述压力传感器所采集的压力数据触发所述报警指示元件。

2.根据权利要求1所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述检测腔包括球状部和位于所述球状部两端的圆柱部。

3.根据权利要求2所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述球状部的半径为30mm～35mm，所述圆柱部的内径为DN20或DN25，长度为20～30mm。

4.根据权利要求1所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述点火电极的点火位置与所述检测腔的内壁面的最小距离大于等于30mm。

5.根据权利要求1所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述点火电极产生的电火花为10mJ。

6.根据权利要求1所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述进气管的管口与所述排气管的管口相对设置。

7.根据权利要求1所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述进气管上设有进气阀，所述排气管上设有排气阀。

8.根据权利要求7所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述进气阀和所述排气阀为电磁阀。

9.根据权利要求1所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述报警指示元件为灯光元件和/或声音元件。

10.根据权利要求1所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述进气管和所述排气管处设有阻隔防爆材料，所述检测腔设有温度传感器。

11.根据权利要求1所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，其特征在于，所述可燃气体报警器还包括外壳，该外壳设有显示屏和提手。

12.一种用于复杂气氛的可燃气体报警方法，其特征在于，该可燃气体报警方法利用如权利要求1～11中任意一项所述的用于复杂气氛的可燃气体报警器，该可燃气体报警方法至少包括如下步骤：

用待测空间的气体置换所述检测腔中的气体；

将所述检测腔密封，获取所述检测腔中的初始压力值P₀；

打开所述点火电极产生电火花；

获取所述检测腔中的最大压力值P_M；以及

根据P_M与P₀的比值判断是否触发所述报警指示元件：

当P_M/P₀≥1.07时，触发报警指示元件；

当P_M/P₀＜1.07时，重复上述步骤。

13.根据权利要求12所述的用于复杂气氛的可燃气体报警方法，其特征在于，所述用待测空间的气体置换所述检测腔中的气体的步骤中置换的次数为3～8次。

14.根据权利要求12所述的用于复杂气氛的可燃气体报警方法，其特征在于，所述待测空间为受限空间。

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