CN206946680U - 主动式可燃性气体远程检测报警系统 - Google Patents

主动式可燃性气体远程检测报警系统 Download PDF

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李永鑫
刘俊杰
蔡志远
王红岩
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主动式可燃性气体远程检测报警系统,属于可燃气体检测领域,为了解决主动式可燃气体检测的问题,技术要点是:气体采集管道遍布于整个工业现场,空气采集管道的前端安装有抽取区域内空气样本的第一插入式文丘里管,气体采集管道的后端安装有第二插入式文丘里管,第二插入式文丘里管的气体出口对应的上方区域安装有可燃性气体传感器,可燃性气体传感器连接于单片机,所述的单片机分别连接于远程通信模块、声光报警模块及实时显示模块,效果是:加快待测气体样本与可燃性气体传感器的接触速度,缩短可燃性气体传感器对危险气体的预警反应时间。

Description

主动式可燃性气体远程检测报警系统
技术领域
[0001]本实用新型属于可燃气体检测领域,涉及一种主动式可燃性气体远程检测报警系 统。
背景技术
[0002]不具备工作人员测量值守条件或对工作人员具有危害但仍然要求长时间实时测 量并与外界通信的环境中,现有的如手持式可燃气体检测仪器,不具有适应自动化获取并 远程传输数据的能力;而在各种规模大小不定、可燃性气体泄漏点不可知、监测难度大、探 测时间长、需要布置大量监测点的危险环境中,对于可燃性气体的检测难度较大。 实用新型内容
[0003] 为了解决主动式可燃气体检测的问题,本实用新型提出如下方案:一种主动式可 燃性气体远程检测报警系统,包括气体采集管道、插入式文丘里管、鼓风机、气体传感器、单 片机、远程通信模块、声光报警模块及实时显示模块;所述气体采集管道遍布于整个工业现 场,各监控区域的气体采集管道内部联通,外部互相隔离;空气采集管道的前端安装有抽取 区域内空气样本的第一插入式文丘里管,气体采集管道的后端安装有第二插入式文丘里 管,第二插入式文丘里管的气体出口对应的上方区域安装有可燃性气体传感器,所述的第 二插入式文丘里管的气体出口被限定在封闭或半封闭空间内,且该区域与鼓风机连通,所 述的可燃性气体传感器连接于单片机,所述的单片机分别连接于远程通信模块、声光报警 模块及实时显示模块。
[0004] 进一步的,用于可燃性气体的信号采集的MQ-2烟雾气敏传感器为所述气体传感 器,其采集到的模拟电压量由ADC0S09模/数转换器转换为数字信号,由其输出通道传送至 单片机,所述单片机对其接收的数字信号进行计算以得到每个探测点气体的浓度并与标准 值比对以确定输出状态,所述输出状态信号被输出值显示模块显示,并由远程通信模块传 输至远程平台,输出状态信号为报警信号时由声光报警模块接收并发出报警。
[0005] 进一步的,所述显示模块的共阳极数码管的8个发光二极管的阳极连接在一起形 成公共阳极,所述公共阳极接高电平,8个段码端和4个位码端的管脚接驱动电路的输出端。 [0006]进一步的,所述远程通信模块是HC〇5蓝牙模块,其使用串口通讯,该模块有一个 KEY脚以进入AT状态,单片机P3.0 口和P3 • 1 口分别和HC05蓝牙模块的TXD、RXD连接。
[0007]进一步的,气体传感器输出端接到ADC0809模/数转换器的IN0口,单片机的A、B、C 口全部接地,单片机的CLK引脚和ALE引脚由单片机控制输出频率为5〇〇〇hz的8位输出信号 并传输给单片机的Pin。
[0008] 进一步的,所述的鼓风机是三叶罗茨鼓风机。
[0009] 有益效果:本实用新型的气体采集管道遍布于整个工业现场,各监控区域的气体 采集管道内部联通,外部互相隔离,该手段能够对各监控区域的气体采集,适用于各种规模 大小的现场,提高监测的兼容性及可靠性,降低泄漏点监测盲区。
[0010] 本实用新型的空气采集管道的前端安装有抽取区域内空气样本的第一插入式文 丘里管,气体采集管道的后端安装有第二插入式文丘里管,第二插入式文丘里管的气体出 口对应的上方区域安装有可燃性气体传感器,该手段中第一插入式文丘里管利用管道内有 限的负压加速抽取区域内空气样本,且第二插入式文丘里管再次加速管道内的待测空气样 本的流速,以加快待测气体样本与可燃性气体传感器的接触速度,缩短可燃性气体传感器 对危险气体的预警反应时间。
[0011] 本实用新型的所述的第二插入式文丘里管的气体出口被限定在封闭或半封闭空 间内,且该区域与鼓风机连通,能够有效的提供管道负压产生能力,提高待测气体样本与可 燃性气体传感器的接触速度。而本实用新型的可燃性气体传感器连接于单片机,所述的单 片机分别连接于远程通信模块、声光报警模块及实时显示模块,该手段使得监测难度大、探 测时间长的现场能够自动化获取并远程传输数据的能力。
附图说明
[0012] 图1为气体采集管道、插入式文丘里管、鼓风机、气体传感器安装的示意图;
[0013] 图2为插入式文丘里管安装在空气采集管道的示意图;
[0014] 图3为控制部分的系统结构示意图;
[0015] 图4为控制部分的电路连接示意图;
[0016] 图5为蓝牙接收模块示意图;
[0017] 其中:1.气体采集管道、2.插入式文丘里管、3.鼓风机、4.气体传感。
具体实施方式
[0018] 一种主动式可燃性气体远程检测报警系统该系统,主要由三个部分组成:
[0019] 一、气体循环系统
[0020]以往的可燃性气体检测系统,针对不同规模的现场,往往使用大量的传感器模块 分布在检测现场各个监测点,成本极高,而且现场对监测点的布置选定工作十分困难,很容 易出现疏漏的地方,而且可燃性气体可能的泄漏点并不能完全的被预测到从而提前布置传 感器,现场对可燃性气体传感器的大量布置使用,增加了不确定因素,加剧现场施工的危险 性。大部分可燃性气体都极易被超过20MA的电流引爆,引发连续的爆炸,导致不可挽回的灾 难性后果。针对这一问题,通过流体力学实验,我们选用了文丘里管以及其他空气流动加速 部件设计了工业现场的流体循环系统,以达到仅实用廉价便利的管道铺设来快速汇总工业 现场所有区域的气体标本,加快检测气体与传感器的反应速度,在可燃性气体扩散以及到 达爆炸浓度上限之前,关停所有可能会点燃危险气体的设施,开启强制排风。
[0021]文丘里管按结构分为内藏式文丘里管和插入式文丘里管。在钢铁厂热风炉的助燃 风、冷风、煤气计量(高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气)及热电厂的锅炉一次风、二次风大管 径、低流速管道计测量中收到了良好的效果。解决现行工业企业中低压、大管径,低流速各 类气体流量精确测量。测量范围宽、安装方便的流体测量装置。独特的结构设计及数据处理 方法具有严格的流体力学依据,并在国家大型重点风洞实验室进行实流标定。
[0022]气体循环系统设计由三部分组成,
[0023]第一部分:遍布整个工业现场的基础空气采集管道,单个传感器有限范围内联通, 各监控区域气体采集管道内部联通,外部互相隔离,杜绝交叉干扰。
[0024] 第二部分:空气动力学部件
[0025] 插入式文丘里管安装在空气采集管道的两端,前端利用管道内有限的负压加速抽 取区域内空气样本,经过管道循环后到达管道后端,再由第二个插入式文丘里管再次加速 管道内的待测空气样本的流速,以加快待测气体样本与可燃性气体传感器的接触速度,缩 短可燃性气体传感器对危险气体的预警反应时间。
[0026] 第三部分:管道负压产生风机
[0027] 经过综合考虑和验证。管道负压产生风机选用三叶罗茨鼓风机,三叶罗茨鼓风机 为容积式风机,亦可做为吸气用的真空栗。输送的风量与转数成比例,三叶型叶轮每转动一 次由2个叶轮进行3次吸气。
[0028] 三叶罗茨鼓风机采用了三叶转子结构形式及合理的壳体内进出风口处的结构,风 机振动小,噪声低。叶轮和轴为整体结构且叶轮无磨损,风机性能持久不变,可以长期连续 运转。风机容积利用率大,容积效率高,且结构紧凑,安装方式灵活多变。综合效能和成本考 虑三叶罗茨鼓风机是管道负压产生风机的最优选择。
[0029] 二、气体检测系统
[0030]根据系统的要求,在故障、报警发生的时候,应该发出故障、报警的声光信号并产 生相应的联动输出,因此系统采用采用Risym STC89C52RC-40I-roiP40工业级单片机芯片 配合ADC0809模/数转换芯片构成可燃气体检测报警系统。在现场每个探测器中,采用高灵 敏度MQ-2烟雾气敏传感器模块检测气体浓度,显示部分选用数码管进行实时显示可燃气体 的浓度级别。该电路通过MQ-2传感器检测可燃气体并发出0-5V的电压信号并输入到 ADC0809芯片采样模拟量电压,经过模/数转换后,产生相应的数字量经过其输出通道DB0〜 DB7传送给Risym STC89C52RC-40I-PDIP40单片机。
[0031] 三.无人值守及远程通讯系统
[0032]由于监控现场多为密闭空间且不适合人体长期停留值守。当空气中有被测气体或 液体挥发时,探测器即产生与空气中被测气体浓度成正比的数字信号,为简化系统配置,降 低系统施工难度,气体收集管道内探测器所产生的气体浓度信号通过无线通讯模块传送给 具有无线通讯功能的个人手持设备或固定设备,处理探测器的故障、报警信号,并采集各点 的气体浓度,在经过数据处理后,根据报警状况发出相应的指令,自动开起排风机或关闭管 道电磁阀,从而实现对外围设备的控制;在系统工作时,个人设备与测控设备进行通信,在 个人设备上显示各管道内传感器的浓度以及相应的状态;同时操作者通过人机界面将各种 参数设置传送到测控设备中,用以控制程序的运行。
[0033] Risym STC89C52RC-40I-PDIP40单片机负责把接收到的数字量经过数据处理,计 算出可燃气体浓度级别并进行判断,报警处理子程序根据浓度值分正常、预警、报警。当待 检气体的浓度达到报警浓度的80%时,程序发出预警指示;当达到报警以上浓度时,即发出 声光报警,当某一区域报警个数超过限度时,发出指令关断电磁气阀,以切断事发区域的气 源。电磁阀与主控制器之间通过RS485总线传输信号。
[0034]主动式可燃性气体远程检测报警系统,固定监控网络为基础的危险气体监测系统 在矿山井下,石油化工等危险工作环境有着举足轻重的作用。就目前市场状况而言,便携式 危险气体检测仪一直为国外公司产品所主导,国内产品相对落后,一般只能检测单一气体, 体积也相对较大,性能较国外产品也有所差距。成本高,架设使用要求较高,可维护性差。以 往的可燃性气体检测系统,针对不同规模的现场,往往使用大量的传感器模块分布在检测 现场各个监测点,成本极高,而且现场对监测点的布置选定工作十分困难,很容易出现疏漏 的地方,而且可燃性气体可能的泄漏点并不能完全的被预测到从而提前布置传感器,现场 对可燃性气体传感器的大量布置使用,增加了不确定因素,加剧现场施工的危险性。大部分 可燃性气体都极易被超过20MA的电流引爆,引发连续的爆炸,导致不可挽回的灾难性后果。 针对这一问题,通过流体力学实验,我们选用了文丘力管以及其他空气流动加速部件设计 了工业现场的流体循环系统,以达到仅实用廉价便利的管道铺设来快速汇总工业现场所有 区域的气体标本,加快检测气体与传感器的反应速度,在可燃性气体扩散以及到达爆炸浓 度上限之前,关停所有可能会点燃危险气体的设施,开启强制排风。
[0035]该系统相比较于目前工业上使用的可燃性检测系统,仅仅需要将施工现场按照现 场存在的可燃性气体种类扩散速度和工业设备布置综合判断,划分固定的有效区域,再铺 设管道,安装各区域总的气体传感器,利用流体力学装备加快监测点取样速度,缩短气体与 传感器反应时间,即可达到最优效果。因此,该设计总体设备铺设工序和工作大大减少,速 度快,架设难度低,依据不同规模,大量减少监测点传感器的安装,极大的降低监测设备成 本,可靠性和可维护性也得到提升。
[0036]将施工现场按照现场存在的可燃性气体种类的扩散速度和铺设管道的实际流速 相比较,得出单个监测点传感器的有效和安全范围,结合工业生产的规模,划定固定的监测 区域,架设传感器和配套组件
[0037] 每个监测点将传感器气体反应端利用带风机的文丘里管与该区域的气体采样管 道相连接,当气体或液体在文丘里管里面流动,在管道的最窄处,动态压力(速度头)达到最 大值,静态压力(静息压力)达到最小值.气体(液体)的速度因为通流横截面面积减小而上 升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程,因而压力也在同一时间减小。进而产生 压力差,这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力。利用文丘里管等流体力学装 备加快监测点取样速度,缩短气体与传感器反应时间,即可达到最优效果。
[0038]以上所述,仅为本发明创造较佳的具体实施方式,但本发明创造的保护范围并不 局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内,根据本发明 创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明创造的保护范围之 内。

Claims (6)

1. 一种主动式可燃性气体远程检测报警系统,其特征在于,包括气体采集管道、插入式 文丘里管、鼓风机、气体传感器、单片机、远程通信模块、声光报警模块及实时显示模块;所 述气体采集管道遍布于整个工业现场,各监控区域的气体采集管道内部联通,外部互相隔 离;空气采集管道的前端安装有抽取区域内空气样本的第一插入式文丘里管,气体采集管 道的后端安装有第二插入式文丘里管,第二插入式文丘里管的气体出口对应的上方区域安 装有可燃性气体传感器,所述的第二插入式文丘里管的气体出口被限定在封闭或半封闭空 间内,且该区域与鼓风机连通,所述的可燃性气体传感器连接于单片机,所述的单片机分别 连接于远程通信模块、声光报警模块及实时显示模块。
2.如权利要求1所述的主动式可燃性气体远程检测报警系统,其特征在于,用于可燃性 气体的信号采集的MQ-2烟雾气敏传感器为所述气体传感器,其采集到的模拟电压量由 ADC0S09模/数转换器转换为数字信号,由其输出通道传送至单片机,所述单片机对其接收 的数字信号进行计算以得到每个探测点气体的浓度并与标准值比对以确定输出状态,所述 输出状态信号被输出值显示模块显示,并由远程通信模块传输至远程平台,输出状态信号 为报警信号时由声光报警模块接收并发出报警。
3.如权利要求1所述的主动式可燃性气体远程检测报警系统,其特征在于,所述显示模 块的共阳极数码管的8个发光二极管的阳极连接在一起形成公共阳极,所述公共阳极接高 电平,8个段码端和4个位码端的管脚接段驱动电路的输出端。
4.如权利要求1所述的主动式可燃性气体远程检测报警系统,其特征在于,所述远程通 信模块是HC〇5蓝牙模块,其使用串口通讯,该模块有一个KEY脚以进入AT状态,单片机P3.0 口和P3 • 1 口分别和HC05蓝牙模块的TXD、RXD连接。
5.如权利要求1所述的主动式可燃性气体远程检测报警系统,其特征在于,气体传感器 输出端接到ADC〇8〇9模/数转换器的INO □,单片机的A、B、C 口全部接地,单片机的CLK引脚和 ALE引脚由单片机控制输出频率为5〇00抱的8位输出信号并传输给单片机的?1 口。
6.如权利要求1所述的主动式可燃性气体远程检测报警系统,其特征在于,所述的鼓风 机是三叶罗茨鼓风机。
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CN110853304A (zh) * 2019-11-11 2020-02-28 山东凤祥股份有限公司 一种燃气锅炉泄露检测报警系统及方法
CN111028964A (zh) * 2019-11-26 2020-04-17 中广核研究院有限公司 用于蒸汽发生器的测量管结构及蒸汽发生器装置

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