CN114046939A - 一种低温冷库液氨泄露检测系统及其方法 - Google Patents

一种低温冷库液氨泄露检测系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低温冷库液氨泄露检测系统及其方法，包括：抽风采样装置，包括采样管道和微型真空泵；气体加热装置，安装在采样管道上且位于冷库外；检测装置，包括氨气传感器、嵌入式处理器、无线收发器、电源模块和显示屏，所述氨气传感器、无线收发器、电源模块和显示屏均与嵌入式处理器电连接；环境监控平台，与氨气传感器和嵌入式处理器通信连接；移动智能终端，通过串口Wi‑Fi模块将环境监控平台上的氨气浓度数据信息发送到Internet网络，获取氨气浓度数据信息。本发明采用抽样检测与氨气传感器相结合，通过内外胆双重加热将所抽样气体加热到氨气传感器适宜的检测范围内，利用串口Wifi模块将检测数据信息发送到Internet网络，远程实现对环境参数的远程控制。

Description

一种低温冷库液氨泄露检测系统及其方法
技术领域
本发明涉及氨气检测技术领域，具体而言，涉及一种低温冷库液氨泄露检测系统及其方法。
背景技术
针对国内冷库氨气所引发的问题，目前主要从装置本身考虑，在冷库内直接安装氨气检测器，在冷库中长时间的检测氨气浓度，实现实时监测。
然而，国内研究主要针对冷库外输氨管道泄露进行检测或者针对冷库内的氨泵温度变化情况进行检测，从而得知冷库内部的情况，但是对于冷库的内部管道，在低温下出现损坏时，液氨泄露的情况不能很好地进行检测。
另外，由于液氨冷库库房的种类多样，针对-30℃以下的速冻库、-25℃至-22℃的低温库以及零下40度以下的超低温库，目前的安全监测手段存在不足，且大多数现有的氨气传感器的工作温度范围在-20℃到+70℃，若长时间直接安装在超出量程的冷库库房环境中，极易发生失稳、失效。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种低温冷库液氨泄露检测系统及方法，以解决现有冷库的内部管道，在低温下出现损坏时，液氨泄露情况不能很好地进行检测，以及氨气传感器在冷库内易发生失稳、失效的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种低温冷库液氨泄露检测系统，包括：
抽风采样装置，包括设置在冷库内的采样管道和设置在冷库外的微型真空泵，所述微型真空泵沿气体流动方向设在所述采样管道的末端；
气体加热装置，安装在所述采样管道上且位于冷库外；
检测装置，包括氨气传感器、嵌入式处理器、无线收发器、电源模块和显示屏，所述氨气传感器、所述无线收发器、所述电源模块和所述显示屏均与所述嵌入式处理器电性连接；
环境监控平台，通过串口Wi-Fi模块与所述氨气传感器和所述嵌入式处理器通信连接；
移动智能终端，将所述环境监控平台上的氨气浓度数据信息发送到Internet网络，使所述移动智能终端获取氨气浓度数据信息。
可选的，所述采样管道的材质为16MnDG。
可选的，所述气体加热装置包括容器外壳体、适于安装在所述容器外壳体内的U形加热管以及安装在所述容器外壳体底部的电加热丝，所述U形加热管的入气口和出气口伸出所述容器外壳体的顶部。
可选的，所述检测装置包括声光报警器，所述声光报警器与所述嵌入式处理器电性连接，所述声光报警器的型号为QT41-KS-110SG。
可选的，所述嵌入式处理器为型号为STM32F407VET6的单片机。
可选的，所述串口Wi-Fi模块为ESP8266模块。
可选的，还包括废气处理箱，所述废气处理箱连接在所述检测装置的末端。
可选的，所述环境监控平台包括：
参数设置模块，用于根据需要设置氨气报警参数；
查询模块，存储采集的氨气浓度数据；
显示模块，实时显示所采集的氨气浓度数据；
判断模块，比较判断所采集的氨气浓度实时检测值与报警设定值的大小；
报警模块，当所采集的氨气浓度实时检测值大于报警设定值时，由警示灯发出警示信号。
本发明还提供了一种低温冷库液氨泄露检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
S1:系统工作时，由抽风取样装置从冷库各处抽出适量的冷空气；
S2:在气体加热装置中对抽入的冷空气进行加热；
S3:将经加热的冷空气送入到检测装置中，各节点的氨气传感器采集各区域内的氨气浓度数据；
S4:对检测完的废气通入到废气处理箱进行净化处理。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、通过将抽风采样装置与与氨气传感器相结合，并通过串口wifi模块连接手机APP，与物联网相结合，通过利用氨气传感器以及无线通信技术，可以实时检测冷库内的氨气浓度并通过手机APP显示实时曲线、自动报警等，实现低温冷库的智能化防护监测；
2、针对低温液氨冷库气体泄露检测，本发明采用抽样检测技术与氨气传感器相结合，通过内外胆双重加热的方式将所抽样的气体加热到氨气传感器适宜的检测范围内，并结合物联网技术，利用串口Wifi模块将环境监控平台的数据信息发送到Internet网络，同时通过移动智能终端利用APP对应窗口接受与处理数据信息，使得操作人员能够利用移动智能终端APP远程实现对本装置的氨气传感器开关、冷库内环境参数监测实时显示与统计图表显示、冷库内环境参数阈值设定与修改、报警信号接收等远程控制。
附图说明
图1是本发明实施例中的低温冷库液氨泄露检测系统的流程示意图；
图2是本发明实施例中气体加热装置的结构示意图；
图3是本发明实施例中检测装置的结构示意图；
图4是本发明实施例中环境监控平台的结构示意图；
图5是本发明实施例中低温冷库液氨泄露检测方法的详细流程示意图。
附图标记说明：
1-抽风采样装置；11-采样管道；12-微型真空泵；2-气体加热装置；21-外壳体；22-U形加热管；23-电加热丝；3-检测装置；31-氨气传感器；32-嵌入式处理器；33-无线收发器；34-电源模块；35-显示屏；36-声光报警器；4-环境监控平台；41-参数设置模块；42-查询模块；43-显示模块；44-判断模块；45-报警模块；5-移动智能终端；6-串口Wi-Fi模块；7-废气处理箱。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参考图1-4所示，本发明实施例提供了一种低温冷库液氨泄露检测系统，该低温冷库液氨泄露检测系统包括：
抽风采样装置1，其中抽风采样装置1包括设置在冷库内的采样管道11和设置在冷库外的微型真空泵12，
气体加热装置2，安装在采样管道11上且位于冷库外；
检测装置3，包括氨气传感器31、嵌入式处理器32、无线收发器33、电源模块34和显示屏35，氨气传感器31、无线收发器33、电源模块34和显示屏35均与嵌入式处理器32电性连接；
环境监控平台4，与氨气传感器31和嵌入式处理器32通信连接；
移动智能终端5，通过串口Wi-Fi模块6将环境监控平台4上的氨气浓度数据信息发送到Internet网络，使移动智能终端5获取氨气浓度数据信息。
具体地，在本发明的实施例中，采样管道11的材质为16MnDG。
在本实施例中，由于采样管道11设置在冷库内，冷库主要由如下几种类型,其中速冻库的温度为-25℃、低温冷库的温度为30℃以及超低温冷库的温度为-40℃。因此，采样管道11使用16MnDG或A333GR.6等耐低温材料，其中16MnDG是一种适用于-45℃～195℃级低温压力容器管道以及低温热交换器管道用无缝钢管，A333GR.6的最低冲击试验温度-45～-50℃。
具体地，请参阅图2所示，气体加热装置2包括容器外壳体21、U形加热管22和电加热丝23，其中电加热丝23适于安装在容器外壳体21的底部，U形加热管22的入气口和出气口伸出容器外壳体21的顶部。
气体加热装置2采用储水热水器内胆加热的设计，通过U形加热管22的入气口将取样气体存储在16MnDG等材料制成容器内，U形加热管22设置为扁形，通过采用扁形的U形加热管22的方式，可对电加热丝23内的气体进行控温加热至2℃左右，再通过电加热丝23的出气口输送至传感器进行检测。
由此，在本实施例当中，在采样管道11离开冷库的位置，安装一个气体加热装置2，不仅能给采样后气体加热，以达到传感器正常的工作温度，还可保证低温状态的采样管道11不会暴露在冷库外的高温空气中。如果暴露在空气中，则会产生大量的凝露，特别是在湿润的环境中，这样会形成一个冷冻/融化的循环，如果不认真处理，则会存在安全隐患。气体加热装置2会提高采样气体及管道温度，以及防止表面凝露。
具体地，请参阅图2所示，在本实施例当中，气体加热装置2还包括微型真空泵24，微型真空泵24沿气体流动方向设在气体加热装置2的末端。
微型真空泵24的工作原理：利用电机的圆周运动，通过机械装置使泵内部的隔膜做往复式运动，从而压缩、拉伸泵腔内的空气形成负压，在抽气口处与外界大气压产生压力差，在压力差的作用下，将气体吸入泵腔，再从排气口排出。
由此，通过微型真空泵24与气体加热装置2的组合，可将气体加热装置2的U形加热管22内的气压降至低于冷库设定气压值，利用气压差迫使冷库气体通过采样管道11输送至U形加热管22内，对采样后的气体进行加热，以达到传感器工作温度。
具体地，检测装置3包括声光报警器36，声光报警器36的型号为QT41-KS-110SG。
在本实施例中，声光报警器36采用以红色明暗闪光的方式进行示警，闪光频率在1Hz～2Hz左右，对光强要求为光信号在100lx～500lx环境光线下的25m远处能清晰可见。优选的，声光报警器36的型号选用为QT41-KS-110SG。
具体地，在本实施例当中，嵌入式处理器32的型号为STM32F407VET6的单片机。
在本实施例中，STM32系列单片机价格低廉、开发环境完备、市场应用成熟，用此类单片机已经可以完全满足本作品的功能要求。在考虑能充分满足其功能的前提下，应当尽量采用成本较低的方式进行产品的系统设计，因此，本实施例优选基于STM32F407VET6进行设计嵌入式处理器32。
需要说明的是，STM32F407VET6集成了高速嵌入式存储器(闪存最高可达1兆字节，最高可达192千字节的SRAM)，最多可达4千字节的备份SRAM，以及连接到两个APB总线、两个AHB总线和一个32位多AHB总线矩阵上的大量增强I/O和外围设备。
另外，STM32F407VET6型号的嵌入式处理器32提供3个12位ADC，2个DAC，1个低功耗RTC，12个通用16位定时器，包括2个用于电机控制的PWM定时器，2个通用32位定时器以及一个随机数发生器(RNG)，它们还具有标准的高级通信接口。
具体地，请参阅图1所示，串口Wi-Fi模块6为ESP8266模块。
在本实施例当中，嵌入式处理器32使用的串口Wi-Fi模块6，串口Wi-Fi模块6的功能是将串口或TTL电平转为符合Wi-Fi无线网络通信标准，模块一般在其固件中烧写了编码802.11b.g.n协议栈以及TCP/IP协议栈的程序。
优选的，ESP8266模块作为串口Wi-Fi模块。它是专为移动设备、可穿戴电子产品和物联应用而设计，实现最低能耗。为满足移动设备和可穿戴性电子产品的功率需求，ESP8266在近距离时，可以通过软件编程减少PA的输出功率来降低整体功耗，以适应不同的应用方案。
另外，ESP8266上烧写GAgent固件，即可快速实现设备M2M接入、数据统计分析、远程控制、OTA升级、第三方接口等功能服务。该固件支持SoC方案及二次开发，大大降低开发成本，缩短研发周期。
通过ESP8266模块，可将环境监控平台4的数据信息发送到Internet网络，移动智能终端利用环境监控平台的APP登录对应端口，即可获取数据信息。同理，可将数据信息发送至ESP8266模块，实现对远程控制，ESP8266模块的电路原理图见图3所示。
具体地，请参阅图4所示，在本实施例当中，环境监控平台4包括：
参数设置模块41，用于根据需要设置氨气报警参数；
查询模块42，存储采集的氨气浓度数据；
显示模块43，实时显示所采集的氨气浓度数据；
判断模块44，比较判断所采集的氨气浓度实时检测值与报警设定值的大小；
报警模块45，当所采集的氨气浓度实时检测值大于报警设定值时，由警示灯发出警示信号。
系统在工作时，由抽风采样装置1从冷库各处抽出适量的空气，并在气体加热装置2中对抽入的冷空气进行加热，然后通入检测装置3中的氨气传感器31，氨气传感器31的各节点采集各区域内的氨气浓度数据，经嵌入式处理器32简单处理后，通过无线收发器33传送给显示屏35进行实时显示，并且利用声光报警器的蜂鸣器以及LED灯进行闪光报警，环境监控平台4上运行已经制作好的监测软件，可以实时监测冷库内的氨气浓度信息，用户可以通过Internet网络发送信号给移动智能终端，根据氨气浓度变化采取适当的措施。
请参阅图5所示，本发明实施例中还提供了一种低温冷库液氨泄露检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
S1:系统工作时，由抽风取样装置1从冷库各处抽出适量的冷空气；
S2:在气体加热装置2中对抽入的冷空气进行加热；
S3:将经加热的冷空气送入到检测装置3中，各节点的氨气传感器31采集各区域内的氨气浓度数据；
S4:对检测完的废气通入到废气处理箱7进行净化处理。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种低温冷库液氨泄露检测系统，其特征在于，包括：
抽风采样装置(1)，包括设置在冷库内的采样管道(11)和设置在冷库外的微型真空泵(12)，所述微型真空泵(12)沿气体流动方向设在所述采样管道(11)的末端；
气体加热装置(2)，安装在所述采样管道(11)上且位于冷库外；
检测装置(3)，包括氨气传感器(31)、嵌入式处理器(32)、无线收发器(33)、电源模块(34)和显示屏(35)，所述氨气传感器(31)、所述无线收发器(33)、所述电源模块(34)和所述显示屏(35)均与所述嵌入式处理器(32)电性连接；
环境监控平台(4)，通过串口Wi-Fi模块(6)与所述氨气传感器(31)和所述嵌入式处理器(32)通信连接；
移动智能终端(5)，将所述环境监控平台(4)上的氨气浓度数据信息发送到Internet网络，使所述移动智能终端(5)获取氨气浓度数据信息。
2.根据权利要求1所述的低温冷库液氨泄露检测系统，其特征在于，所述采样管道(11)的材质为16MnDG。
3.根据权利要求1所述的低温冷库液氨泄露检测系统，其特征在于，所述气体加热装置(2)包括容器外壳体(21)、适于安装在所述容器外壳体(21)内的U形加热管(22)以及安装在所述容器外壳体(21)底部的电加热丝(23)，所述电加热丝(23)的入气口和出气口伸出所述容器外壳体(21)的顶部。
4.根据权利要求1所述的低温冷库液氨泄露检测系统，其特征在于，所述检测装置(3)还包括声光报警器(36)，所述声光报警器(36)与所述嵌入式处理器(32)电性连接，所述声光报警器(36)的型号为QT41-KS-110SG。
5.根据权利要求1所述的低温冷库液氨泄露检测系统，其特征在于，所述嵌入式处理器(32)为型号为STM32F407VET6的单片机。
6.根据权利要求1所述的低温冷库液氨泄露检测系统，其特征在于，所述串口Wi-Fi模块(6)为ESP8266模块。
7.根据权利要求1所述的低温冷库液氨泄露检测系统，其特征在于，还包括废气处理箱(7)，所述废气处理箱(7)连接在所述检测装置(3)的末端。
8.根据权利要求1所述的低温冷库液氨泄露检测系统，其特征在于，所述环境监控平台(4)包括：
参数设置模块(41)，用于根据需要设置氨气报警参数；
查询模块(42)，存储采集的氨气浓度数据；
显示模块(43)，实时显示所采集的氨气浓度数据；
判断模块(44)，比较判断所采集的氨气浓度实时检测值与报警设定值的大小；
报警模块(45)，当所采集的氨气浓度实时检测值大于报警设定值时，由警示灯发出警示信号。
9.一种低温冷库液氨泄露检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：
S1:系统工作时，由抽风采样装置(1)从冷库各处抽出适量的冷空气；
S2:在气体加热装置(2)中对抽入的冷空气进行加热；
S3:将经加热的冷空气送入到检测装置(3)中，各节点的氨气传感器(31)采集各区域内的氨气浓度数据；
S4:对检测完的废气通入到废气处理箱(7)进行净化处理。
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