CN115184557A - 一种氢气浓度检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢气浓度检测装置及检测方法，其中检测装置包括箱体和机盖；箱体上设有外部供电模块接口和若干通风口，箱体上安装有与外部供电模块接口电连接的中央控制器、通讯模块、显示模块、报警模块、氢气浓度采集模块、温湿度采集模块，通讯模块、显示模块、报警模块、氢气浓度采集模块和温湿度采集模块均与中央控制器电连接；机盖安装在箱体上，机盖上设有散热接口，机盖内安装有外部供电模块，外部供电模块电连接外部供电模块接口。本发明所述的氢气浓度检测装置，结构紧凑、便于携带，可实现氢气浓度的实时监测、显示、报警和远距离数据传输的功能。
Description
技术领域
本发明属于气体检测技术领域，尤其涉及一种氢气浓度检测装置及检测方法。
背景技术
电解水制氢是达到“双碳”目标的重要途径，也是未来能源改革的重中之重。发展大规模可再生能源制氢是将来一段时间能源领域的重要趋势，可以预见在不久的将来，制氢、储氢装置及氢燃料汽车将越来越多。但是，氢气是一种易燃易爆气体，其爆炸极限范围远大于天然气，因此，测量氢气浓度，防止氢气泄露是保证氢能安全利用的重点问题。
目前，氢气的检测装置主要分为大型的实验室装置及便携式装置两大类。实验室装置测试精度高，但往往投资巨大，且体积较大，适用于实验室研究而不适用于商业化装置和氢燃料汽车内。而目前的便携式设备价格依然昂贵，通常至少需要5000-10000元，这对于将来大规模氢能利用显然增加了非常多的成本，因此有必要设计一种低成本、便携式的氢气浓度检测及报警装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种氢气浓度检测装置，由于在箱体上集中设置了中央控制器、通讯模块、显示模块、报警模块、氢气浓度采集模块、温湿度采集模块，结构紧凑、便于携带，可实现氢气浓度的实时监测、显示、报警和远距离数据传输的功能；同时在箱体上设置了外部供电模块接口，机盖含外部供电模块，可直接为检测装置供电。
本发明的第二个目的在于提出一种氢气浓度检测方法。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种氢气浓度检测装置，包括：
箱体，所述箱体上设有外部供电模块接口和若干通风口，所述箱体上安装有与所述外部供电模块接口电连接的中央控制器、通讯模块、显示模块、报警模块、氢气浓度采集模块、温湿度采集模块，所述通讯模块、所述显示模块、所述报警模块、所述氢气浓度采集模块和所述温湿度采集模块均与所述中央控制器电连接；
机盖，所述机盖安装在所述箱体上，所述机盖上设有散热接口，所述机盖内安装有外部供电模块，外部供电模块电连接所述外部供电模块接口。
在本发明的一些实施例中，所述中央控制器和所述通讯模块安装在所述箱体内底部；所述显示模块、所述报警模块、所述氢气浓度采集模块、所述温湿度采集模块、所述外部供电模块接口和所述通风口均设在所述箱体的侧壁上。
在本发明的一些实施例中，所述氢气浓度采集模块和所述温湿度采集模块相对设置。
在本发明的一些实施例中，若干通风口部分设置在所述氢气浓度采集模块和所述温湿度采集模块之间。
在本发明的一些实施例中，所述氢气浓度采集模块采用具有微泵模块的氢气浓度传感器；所述温湿度采集模块采用温湿度传感器。
在本发明的一些实施例中，所述箱体包括依次设置且相互连接的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁；所述第一侧壁上安装有所述显示模块和所述报警模块，所述第二侧壁上安装有所述氢气浓度采集模块，所述第三侧壁上设有若干通风口，所述第四侧壁上设有所述温湿度采集模块和所述外部供电模块接口。
在本发明的一些实施例中，所述温湿度采集模块位于所述外部供电模块接口的上方；若干通风口布满整个所述第三侧壁，且若干通风口均匀分布。
在本发明的一些实施例中，所述中央控制器为树莓派、Arduino、51单片机中的一种；所述通讯模块采用通讯控制器。
在本发明的一些实施例中，所述箱体和机盖均为3D打印的箱体和机盖。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种氢气浓度检测方法，应用于本发明实施例所述的氢气浓度检测装置，所述方法包括
获取氢气浓度采集模块所采集的第一氢气浓度；
获取温湿度采集模块所采集的环境温度和湿度，并基于所述环境温度和湿度对所述氢气浓度进行校正，获得第二氢气浓度；
将所述第二氢气浓度传递给显示模块用于实时显示第二氢气浓度；
将所述第二氢气浓度传递给通讯模块用于将第二氢气浓度传递至终端；
当所述第二氢气浓度大于等于预设阈值时，控制报警模块发出报警声。
本发明实施例的氢气浓度检测装置可以带来的有益效果为：
(1)由于在箱体上集中设置了中央控制器、通讯模块、显示模块、报警模块、氢气浓度采集模块、温湿度采集模块，结构紧凑、便于携带，可实现氢气浓度的实时监测、显示、报警和远距离数据传输的功能；同时在箱体上设置了外部供电模块接口，机盖含外部供电模块，可直接为检测装置供电。
(2)各模块控制逻辑简单高效，控制原件成本低。
(3)箱体和机盖可采用3D打印加工而成，成本低廉，整个装置预计成本<1000元，可实现低成本、便携式的氢气测量与检测，非常适用于大规模制氢、储氢、用氢场景及未来面向个人用户的氢燃料电池汽车上。
本发明实施例的氢气浓度检测方法的有益效果与本发明实施例的氢气浓度检测装置的有益效果基本相同，在此不再赘述。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的氢气浓度检测装置的一个角度的立体图。
图2为根据本发明一个实施例的氢气浓度检测装置的另一个角度的立体图。
图3为根据本发明一个实施例的氢气浓度检测装置的又一个角度的立体图。
图4为根据本发明一个实施例的氢气浓度检测装置中箱体的立体图。
图5为根据本发明一个实施例的氢气浓度检测装置中机盖的立体图。
图6为根据本发明一个实施例的氢气浓度检测装置中机盖的俯视图。
图7为图6中A-A面的剖视图。
图8为图6中B-B面的剖视图。
图9为是根据本发明一个实施例的氢气浓度检测装置的控制逻辑图。
图10是根据一示例性实施例示出的氢气浓度检测方法的流程图。
附图标记：
1-箱体；101-第一侧壁；102-第二侧壁；103-第三侧壁；104-第四侧壁；2-外部供电模块接口；105-显示模块和报警模块安装孔；106-氢气浓度采集模块安装孔；107-温湿度采集模块安装孔；3-通风口；4-显示模块；5-报警模块；6-氢气浓度采集模块；7-温湿度采集模块；8-机盖；801-隔板；802-外部供电模块储存盒；9-散热接口；10-外部供电模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的氢气浓度检测装置、氢气浓度检测方法。
图1是根据本发明一个实施例的氢气浓度检测装置的一个角度的立体图。
如图1所示，本发明实施例的氢气浓度检测装置，包括箱体1和机盖8；箱体1上设有外部供电模块接口2和若干通风口3，箱体1上安装有与外部供电模块接口2电连接的中央控制器、通讯模块、显示模块4、报警模块5、氢气浓度采集模块6、温湿度采集模块7，通讯模块、显示模块4、报警模块5、氢气浓度采集模块6和温湿度采集模块7均与中央控制器电连接；机盖8安装在箱体1上，机盖8上设有散热接口9，机盖8内安装有外部供电模块10，外部供电模块10电连接外部供电模块接口2。
本发明实施例的氢气浓度检测装置，由于在箱体上集中设置了中央控制器、通讯模块、显示模块、报警模块、氢气浓度采集模块、温湿度采集模块，结构紧凑、便于携带，可实现氢气浓度的实时监测、显示、报警和远距离数据传输的功能；同时在箱体上设置了外部供电模块接口，机盖含外部供电模块，可直接为检测装置供电。
在本发明实施例的氢气浓度检测装置中，中央控制器作为主控板，通过逻辑编程实现数据采集、处理功能；氢气浓度采集模块用于采集氢气浓度信息；温湿度传感器可实时监测环境温湿度，用来校正氢气浓度，使其测量更加准确；显示模块用于实时显示氢气浓度；报警模块用于当氢气浓度超出阈值时发出报警声；通讯模块用来将氢气浓度信号传递至终端。通风口可主动增加空气流动，使得温湿度及氢气浓度测量更为准确。
本发明的实施例中，中央控制器、通讯模块、显示模块、报警模块、氢气浓度采集模块、温湿度采集模块均为现有市售产品，作为一种可能的示例，中央控制器作为本发明实施例的氢气浓度检测装置的核心部件可以选择树莓派、Arduino、51单片机中的一种；通讯模块可以采用通讯控制器，例如ESP8266等。氢气浓度采集模块6采用具有微泵模块的氢气浓度传感器，其中传感器可选化学传感器等，可将氢气浓度信号转化为电信号或数字信号，发送至中央控制器，微泵模块有扇片，可将空气吸入，可增加测量的准确性，例如Risym(深圳市科比电子科技有限公司)生产的MQ-8氢气传感器检测报警模块等；温湿度采集模块7采用温湿度传感器，例如Elecfans(科彦立)的DHT22高精度单总线数字温湿度传感器模块AM2302温度湿度检测板等；显示模块可以采用显示屏等；报警模块可以选择喇叭控制的电路，当浓度数值高于阈值时，控制喇叭发出声音。
可选的，中央控制器和通讯模块均可通过螺栓连接、卡扣连接、焊接等方式安装在箱体1内底部；显示模块4、报警模块5、氢气浓度采集模块6、温湿度采集模块7、外部供电模块接口2和通风口3均设在箱体1的侧壁上。在一些实施例中，为了减小氢气浓度采集和环境温湿度采集的相互干扰，须保证氢气浓度采集模块6和温湿度采集模块7具有相对较远的距离，因此将氢气浓度采集模块6和温湿度采集模块7相对设置。同时，为了保证氢气浓度采集模块和温湿度采集模块的测量结果均更为准确，若干通风口3部分设置在氢气浓度采集模块6和温湿度采集模块7之间。
需要说明的是，本发明实施例的箱体和机盖形状不限，只要可以满足各功能模块的安装需求即可。作为一种可能的示例，如图1-3所示，箱体为长方体状或正方体状，箱体1包括依次设置且相互连接的第一侧壁101、第二侧壁102、第三侧壁103和第四侧壁104；第一侧壁101上安装有显示模块4和报警模块5，第二侧壁102上安装有氢气浓度采集模块6，第三侧壁103上设有若干通风口3，第四侧壁104上设有温湿度采集模块7和外部供电模块接口2，其中温湿度采集模块7位于外部供电模块接口2的上方。同时，为了提高透气能力，若干通风口3布满整个第三侧壁103，且若干通风口3均匀分布在第三侧壁103上。
需要说明的是，为了方便安装，如图4所示，箱体上与各功能模块安装位置相对应的地方均设有安装孔，例如显示模块和报警模块安装孔105、氢气浓度采集模块安装孔106、温湿度采集模块安装孔107，安装时只需将对应的功能模块嵌入响应的安装孔中，并通过螺栓连接、焊接等形式将它们与箱体固定在一起，同时将各功能模块通过线缆等方式与中央控制器电连接即可。
可选的，机盖通过螺栓连接、卡口连接等方式可拆卸安装在箱体的上方。
可选的，为了方便外部供电模块安装，机盖设有集成式电源模块仓。作为一种可能的示例，如图5-8所示，机盖为中空壳体，机盖顶部设有散热接口9，机盖内设有隔板801，隔板底部与机盖底部之间留有间距，用于将机盖和箱体安装在一起。隔板801与机盖顶部平行设置，两者之间构成外部供电模块储存盒(也即电源模块仓)，用于放置安装外部供电模块6。可选的，为了方便外部供电模块，在一些实施例中，可以在机盖侧壁上与外部供电模块储存盒相对应的部位开设外部供电模块安装孔，此外，为了安装更为牢固，还可以在外部供电模块安装孔处设置可打开和闭合小门，小门上设有电源线出口，将外部供电模块封装在外部供电模块储存盒内的同时，可保证外部供电模块与外部供电模块接口电连接。在另一些实施例中，为了提高散热性能，小门可以采用网孔板。
可选的，外部供电模块6可以根据电路板规格，可采用相应电压的电池或电源等，例如5V1A的电源。
可选的，为了降低成本，箱体1和机盖8均采用3D打印方式加工而成。箱体和机盖的材质均可采用PLA塑料、亚克力等适用于3D打印加工的材料。
本发明实施例的氢气浓度检测装置的工作原理为：
如图9所示，氢气浓度采集模块6采集实时氢气浓度信号，并将所采集的氢气浓度信号反馈给中央控制器，于此同时，温湿度采集模块7实时监测环境温度和湿度，将环境温度和湿度信息反馈给中央控制器，中央控制器对氢气浓度进行校正，使其更为准确；随后中央控制器将氢气浓度数据传递给显示模块4，显示模块4显示实时氢气浓度，通讯模块将氢气浓度信号传递至终端；当氢气浓度超出阈值时，中央控制器控制报警模块5发出报警声。整个工作过程中，外部供电模块10给氢气浓度检测装置供电。
图10是本发明一示例性的氢气浓度检测方法。需要说明的是，本发明实施例的氢气浓度检测方法可应用于本发明实施例的氢气浓度检测装置。如图10所示，该氢气浓度检测方法可以包括如下步骤。
S101:获取氢气浓度采集模块所采集的第一氢气浓度。
这里氢气浓度采集模块可以采用现有具有微泵模块的氢气浓度传感器，其中传感器可选化学传感器等，可将氢气浓度信号转化为电信号或数字信号，发送至中央控制器，微泵模块有扇片，可将空气吸入，可增加测量的准确性，例如Risym(深圳市科比电子科技有限公司)生产的MQ-8氢气传感器检测报警模块等。
需要说明的是，这里第一氢气浓度可能是氢气浓度采集模块在任何环境条件下采集的氢气浓度，如果定义某一环境条件下(比如温度25℃、湿度60％rh)的第一氢气浓度为标准值，则在不同温度和湿度环境条件下所测得的第一氢气浓度可能存在偏差，需要后续校正到标准值。
中央控制器可以选择树莓派、Arduino、51单片机中的一种。
S102:获取温湿度采集模块所采集的环境温度和湿度，并基于环境温度和湿度对氢气浓度进行校正，获得第二氢气浓度。
这里温湿度采集模块采用温湿度传感器，例如Elecfans(科彦立)的DHT22高精度单总线数字温湿度传感器模块AM2302温度湿度检测板等。
温湿度采集模块将采集到的环境温度和湿度信息反归给中央处理器，中央处理器会根据响应的环境温度和湿度信息对第一氢气浓度进行校正，获得标准的氢气浓度，也即第二氢气浓度。
需要说明的是，这里“温湿度采集模块将采集到的环境温度和湿度信息反归给中央处理器，中央处理器会根据响应的环境温度和湿度信息对第一氢气浓度进行校正”在技术实现上属于现有技术，在此不再赘述。
S103:将第二氢气浓度传递给显示模块用于实时显示第二氢气浓度。
中央控制器将第二氢气浓度传递给显示模块用于实时显示第二氢气浓度。显示模块可以采用显示屏等。
S104:将第二氢气浓度传递给通讯模块用于将第二氢气浓度传递至终端。
中央控制器将第二氢气浓度传递给通讯模块用于将第二氢气浓度传递终端，这里终端可以是计算机等固定浓度显示设备终端，也可以是手机等移动平台终端。
S105:当第二氢气浓度大于等于预设阈值时，控制报警模块发出报警声。
这里，报警模块可以选择喇叭控制的电路，当浓度数值高于阈值时，中央控制器控制喇叭发出声音。
综上所述，本发明实施例的氢气浓度检测装置，逻辑简单高效，控制原件成本低，可实现氢气浓度的实时监测、显示、报警和远距离数据传输的功能；同时采用便携式的结构设计，在实现氢气浓度检测功能的基础上尺寸小，全部外壳(箱体和机盖)可采用3D打印加工而成，成本低廉，机盖含集成式的外部电源仓，可直接为系统供电。整个装置预计成本<1000元，可实现低成本、便携式的氢气测量与检测，非常适用于大规模制氢、储氢、用氢场景及未来面向个人用户的氢燃料电池汽车上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种氢气浓度检测装置，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体上设有外部供电模块接口和若干通风口，所述箱体上安装有与所述外部供电模块接口电连接的中央控制器、通讯模块、显示模块、报警模块、氢气浓度采集模块、温湿度采集模块，所述通讯模块、所述显示模块、所述报警模块、所述氢气浓度采集模块和所述温湿度采集模块均与所述中央控制器电连接；
机盖，所述机盖安装在所述箱体上，所述机盖上设有散热接口，所述机盖内安装有外部供电模块，所述外部供电模块电连接所述外部供电模块接口。
2.根据权利要求1所述的氢气浓度检测装置，其特征在于，所述中央控制器和所述通讯模块安装在所述箱体内底部；所述显示模块、所述报警模块、所述氢气浓度采集模块、所述温湿度采集模块、所述外部供电模块接口和所述通风口均设在所述箱体的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的氢气浓度检测装置，其特征在于，所述氢气浓度采集模块和所述温湿度采集模块相对设置。
4.根据权利要求1所述的氢气浓度检测装置，其特征在于，若干通风口部分设置在所述氢气浓度采集模块和所述温湿度采集模块之间。
5.根据权利要求1所述的氢气浓度检测装置，其特征在于，所述氢气浓度采集模块采用具有微泵模块的氢气浓度传感器；所述温湿度采集模块采用温湿度传感器。
6.根据权利要求2所述的氢气浓度检测装置，其特征在于，所述箱体包括依次设置且相互连接的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁；所述第一侧壁上安装有所述显示模块和所述报警模块，所述第二侧壁上安装有所述氢气浓度采集模块，所述第三侧壁上设有若干通风口，所述第四侧壁上设有所述温湿度采集模块和所述外部供电模块接口。
7.根据权利要求6所述的氢气浓度检测装置，其特征在于，所述温湿度采集模块位于所述外部供电模块接口的上方；若干通风口布满整个所述第三侧壁，且若干通风口均匀分布。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的氢气浓度检测装置，其特征在于，所述中央控制器为树莓派、Arduino、51单片机中的一种；所述通讯模块采用通讯控制器。
9.根据权利要求1至7任意一项所述的氢气浓度检测装置，其特征在于，所述箱体和机盖均为3D打印的箱体和机盖。
10.一种氢气浓度检测方法，应用于权利要求1至9任意一项所述的氢气浓度检测装置，其特征在于，所述方法包括
获取氢气浓度采集模块所采集的第一氢气浓度；
获取温湿度采集模块所采集的环境温度和湿度，并基于所述环境温度和湿度对所述氢气浓度进行校正，获得第二氢气浓度；
将所述第二氢气浓度传递给显示模块用于实时显示第二氢气浓度；
将所述第二氢气浓度传递给通讯模块用于将第二氢气浓度传递至终端；
当所述第二氢气浓度大于等于预设阈值时，控制报警模块发出报警声。
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