CN219141892U - 一种用于密闭空间作业的通风装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于密闭空间作业的通风装置，包括环境监测装置、控制器和通风系统；环境监测装置包括气敏传感器、热敏传感器和湿敏传感器；控制器包括A/D转换模块、数据比较模块、数据处理模块和通讯模块，A/D转换模块与气敏传感器、热敏传感器和湿敏传感器、数据比较模块和数据处理模块相连，数据比较模块与数据处理模块相连，数据处理模块与通讯模块相连，控制器通过通讯模块与通风系统通信连接。与现有技术相比，本实用新型通过控制器联动环境监测装置和通风系统，控制器接收环境监测装置测量的环境数据，实现作业全过程实时监测，控制通风系统的启停时机和动作方式，及时进行通风，可以保障现场作业人员生命安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及流体输送技术领域，尤其是涉及一种用于密闭空间作业的通风装置。
背景技术
在野外抢修作业中，尤其是阀门井内对输水管线涉及焊接作业时，按照制度要求，首先进行有害气体检测，若环境不符合安全要求，则通过风机进行通风，在进行焊接作业的同时，还需要连续或定时监测环境情况，并及时进行通风，以保障现场作业人员生命安全。
目前，现场环境检测和通风是两套完全独立的系统，需要分别进行操作，二者缺乏联动性，安全可靠性差、操作效率低、舒适性差等问题突出。气体检测仪需手动启动检测，不能实现作业全过程实时监测，且气体检测仪与风机是相互独立的设备，两者之间不存在任何数据通讯和联动控制。有限空间外部监护人员无法实时掌握内部环境状况，从而无法正确判断风机的启停时机和风机的正确动作方式。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于密闭空间作业的通风装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于密闭空间作业的通风装置，包括环境监测装置、控制器和通风系统；
所述环境监测装置包括气敏传感器、热敏传感器和湿敏传感器；
所述控制器包括A/D转换模块、数据比较模块、数据处理模块和通讯模块，所述A/D转换模块的输入端与气敏传感器、热敏传感器和湿敏传感器相连，A/D转换模块的输出端与数据比较模块的输入端和数据处理模块的输入端相连，所述数据比较模块的输出端与数据处理模块的输入端相连，所述数据处理模块的输出端与通讯模块相连，控制器通过所述通讯模块与通风系统通信连接。
进一步地，所述气敏传感器为电化学气敏传感器。
进一步地，所述数据比较模块包括限值存储单元和数值比较电路，所述控制器还包括输入模块，所述输入模块与限值存储单元相连。
进一步地，所述控制器还包括报警模块，所述报警模块与数据比较模块的输出端相连，用于发出报警信息。
进一步地，所述报警模块包括LED指示灯和蜂鸣器。
进一步地，所述控制器还包括显示模块，所述显示模块与A/D转换模块的输出端和通讯模块相连。
进一步地，所述显示模块为LED数码管。
进一步地，所述通讯模块为串行通讯模块。
进一步地，所述通风系统包括风机、连接头、风管和卷盘，所述风管通过连接头与风机相连，风管盘旋绕卷在所述卷盘上。
进一步地，还包括智能终端，所述智能终端与环境监测装置和通风系统通信连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)通过控制器联动环境监测装置和通风系统，控制器接收环境监测装置测量的环境数据，实现作业全过程实时监测，控制通风系统的启停时机和动作方式，及时进行通风，可以保障现场作业人员生命安全。
(2)通风系统设计了风机、风管和卷盘，风管通过连接头与风机相连，风管绕盘在卷盘上，使用时只需要拖出风管牵引至阀井等空间即可，风机不需要移动，减少工作人员的操作，而且，风机和风管选型可以灵活调整，满足现场精细化管理要求。
(3)气敏传感器选择电化学气敏传感器，响应快、能耗低、不受湿度的影响，可靠性高。
(4)增设了智能终端，在控制器故障时，智能终端能进行参数显示和报警，提示外部监护人员手动操作，进一步提升安全性。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为QM-NG1型广谱气敏传感器的测试电路图；
附图标记：1、环境监测装置，2、控制器，3、通风系统；
1-1、气敏传感器，1-2、热敏传感器，1-3、湿敏传感器；
2-1、A/D转换模块，2-2、数据比较模块，221、数值比较电路，222、限值存储单元，2-3、数据处理模块，2-4、通讯模块，2-5、输入模块，2-6、显示模块，2-7、报警模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。
实施例1：
一种用于密闭空间作业的通风装置，包括环境监测装置1、控制器2和通风系统3；环境监测装置1包括气敏传感器1-1、热敏传感器1-2和湿敏传感器1-3；控制器2包括A/D转换模块2-1、数据比较模块2-2、数据处理模块2-3和通讯模块2-4，A/D转换模块2-1的输入端与气敏传感器1-1、热敏传感器1-2和湿敏传感器1-3相连，A/D转换模块2-1的输出端与数据比较模块2-2的输入端和数据处理模块2-3的输入端相连，数据比较模块2-2的输出端与数据处理模块2-3的输入端相连，数据处理模块2-3的输出端与通讯模块2-4相连，控制器2通过通讯模块2-4与通风系统3通信连接。通风系统3包括风机、连接头、风管和卷盘，风管通过连接头与风机相连，风管盘旋绕卷在卷盘上，风机由电机驱动，电机的正转和反转带动风机工作。在作业时，可以将风机放置在车辆上，风机连接风管，风机未启动时风管盘旋在卷盘上，风机使用时先将风管直接拖出，牵引至阀井等空间，接着接通电源，启动电机，使用完毕后，将风管拖出，转动摇柄将风管回收绕卷到卷盘上并固定风管。
在进行作业时，根据《工贸企业受限空间作业安全管理与监督暂行规定》等标准的要求，作业现场需要进行温度检测、湿度检测、有害气体浓度检测等，并保证温度、湿度、有害气体浓度、压力等数据在安全范围内。据此，设计了环境监测装置1，随作业人员一起进入作业现场，对作业现场进行环境监测。发明人发现，目前工业用气体检测仪种类繁多，型号各异，大多不能很好地满足于现场实际环境监测要求，因此，需要优化气敏传感器1-1的选型。
对此，热敏传感器1-2和湿敏传感器1-3可以选择常用的传感器，在选择气敏传感器1-1时，主要考虑其测量精确度、可靠性、防爆性能、复杂环境下的选择性等进行选型。工业上常用的气敏传感器1-1有电化学气敏传感器、催化燃烧气敏传感器、半导体气敏传感器、红外气敏传感器等，不同类型的传感器由于原理和结构不同，性能、使用方法、适用气体、适用场合也不尽相同。工业上常见的气敏传感器1-1性能对比如表1所示：
表1常见工业用气敏传感器性能对比表
考虑到主要有害气体有一氧化碳、臭氧、氮氧化物、氟化氢等，宜采用电化学气敏传感器，其响应快、能耗低、不受湿度的影响。经过对比，本实施例中气敏传感器1-1选用QM-NG1型广谱气敏传感器(电化学气敏传感器)，其采用目前国际上工艺最成熟、生产规模最大的SnO2材料作为敏感基体制作，最大特点是对各种可燃性气体(如氢气、一氧化碳、液化石油气、烷烃类等气体)以及酒精、乙醚、汽油、烟雾等有毒气体具有高度的敏感性。常用于排风扇和广泛污染上的检验、提醒和报警。其测试电路如图2所示：
其测试电压值VL与器件的电阻值R0之间的关系如下：
上式中，VC为测量电压，一般为5V，为负载电压，随着已知气体浓度的不同变化R0发生变化，使得负载RL上的电压VL发生变化，再根据不同气体环境下传感元件电阻的阻值就可判断出该传感器的指标。
在选择控制器2时，考虑到外部的环境监测装置1的传感器所采集到的信号为模拟信号，因此，选择HT46R35型单片机作为控制器2。HT46R35型单片机可实现A/D转换功能，包含一个集成的多通道A/D转换器和一个或多个脉冲宽度调制输出，即A/D转换模块2-1，可直接接入外部传感器的模拟信号，并转化为9或10位的数字量，是一种典型的A/D型八位单片机。气敏传感器1-1、热敏传感器1-2和湿敏传感器1-3的输出送入A/D转换模块2-1，由A/D转换模块2-1进行模数转换。
数据比较模块2-2包括限值存储单元222和数值比较电路221，控制器2还包括输入模块2-5，输入模块2-5与限值存储单元222相连，通过输入模块2-5可以设定有毒有害气体含量和温湿度的限值，限值可以根据《工贸企业受限空间作业安全管理与监督暂行规定》或自行设定的限值进行确定，并灵活修改调整，本实施例中，输入模块2-5为接口电路。环境监测装置1的传感器信号经过A/D转换模块2-1进行转换后送入数据比较模块2-2，在数值比较电路221中与有毒有害气体含量和温湿度的限值进行比较。本实施例中，设计了有毒有害气体含量比较电路、温度比较电路和湿度比较电路，分别进行有毒有害气体含量比较、温度比较和湿度比较。
A/D转换模块2-1的输出以及数据比较模块2-2的输出送入数据处理模块2-3，数据处理模块2-3内置有计算芯片，能够根据有毒有害气体含量、温湿度等的测量值以及设定值等进行计算，从而输出风机的开关信号以及功率信号，由通讯模块2-4发送至通风系统3，控制风机工作。可以理解的是，数据处理模块2-3中的芯片以及所涉及的计算程序均可采用现有技术实现，只需根据安全要求确定公式，再将计算公式转换为程序语言即可。
通讯模块2-4为串行通讯(RS-232C)模块，实现控制器2与通风系统3的通信连接。由于野外环境中，无线网、蓝牙等无线通信易受障碍物等干扰，可靠性低，本申请的RS-232C通信可靠性更高，保证了作业的安全性。
控制器2还包括显示模块2-6，显示模块2-6与A/D转换模块2-1的输出端和通讯模块2-4相连。一方面，环境监测装置1的传感器信号经过A/D转换模块2-1进行转换后，送入显示模块2-6进行显示，显示出有毒有害气体含量测量值、温度测量值、湿度测量值等，同时，还可以显示设定的限值；另一方面，为了便于作业现场的工作人员了解通风系统3的工作状况，通讯模块2-4发送信号控制通风系统3工作时，同时在显示模块2-6上显示通风系统3的工作状态，如开、关、功率等。本实施例中，显示模块2-6为LED数码管，和HT46R23通过引脚连接，分别显示有毒有害气体含量测量值、温度测量值、湿度测量值。
控制器2还包括报警模块2-7，报警模块2-7与数据比较模块2-2的输出端相连，用于发出报警信息。数据比较模块2-2输出传感器检测数据与设定限值的比较结果，如果超出限值范围，则由报警模块2-7报警。本实施例中，报警模块2-7包括D0、D1、D2三个LED指示灯(LED发光二极管)和蜂鸣器，当传感器检测到的参数值超过设定限值时，经过74LS138编译器电路编译后驱动相应的LED指示灯点亮报警，并通过8550三极管驱动蜂鸣器发声报警。
可以理解的是，根据作业需要，还可以在环境监测装置1中增加压力传感器、风速传感器等等，对应的在数据比较模块2-2中进行限值设定和数值比较，对应的在报警模块2-7中进行声光报警，对应的显示模块2-6中进行测量值显示。
上述A/D转换模块2-1、数据比较模块2-2、数据处理模块2-3、报警模块2-7、显示模块2-6和通讯模块2-4均依托HT46R35型单片机实现，HT46R35型单片机中还包括内置电源、看门狗定时器、时钟电路等，不再一一赘述，相关从业人员可以理解。为便于进行数据追溯，还可以添加存储卡等作为存储模块，记录环境监测装置1、控制器2、通风系统3的相关工作参数。
在作业时，工作人员进入作业现场施工作业，控制器2自动接收环境监测装置1的测量数据，经过内部电路处理后控制通风系统3工作，实现环境监测装置1与通风系统3的联动，正确判断风机的启停时机和动作方式。
同时，为了避免逻辑故障威胁人员安全，一种用于密闭空间作业的通风装置还包括智能终端，工作人员和外部监护人员持有智能终端，智能终端与环境监测装置1和通风系统3通信连接，包括显示器和报警器，显示出有毒有害气体含量测量值、温度测量值、湿度测量值等，同时显示风机的工作状态。智能终端可以为手机、手表、手环等设备，通过软件或者小程序实现显示器和报警器，也可以为微处理器等设备，利用硬件设备实现显示器和报警器。在控制器2故障时，智能终端仍能进行参数显示和报警，提示外部监护人员手动操作，进一步提升安全性。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，包括环境监测装置、控制器和通风系统；
所述环境监测装置包括气敏传感器、热敏传感器和湿敏传感器；
所述控制器包括A/D转换模块、数据比较模块、数据处理模块和通讯模块，所述A/D转换模块的输入端与气敏传感器、热敏传感器和湿敏传感器相连，A/D转换模块的输出端与数据比较模块的输入端和数据处理模块的输入端相连，所述数据比较模块的输出端与数据处理模块的输入端相连，所述数据处理模块的输出端与通讯模块相连，控制器通过所述通讯模块与通风系统通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，所述气敏传感器为电化学气敏传感器。
3.根据权利要求1所述的一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，所述数据比较模块包括限值存储单元和数值比较电路，所述控制器还包括输入模块，所述输入模块与限值存储单元相连。
4.根据权利要求1所述的一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，所述控制器还包括报警模块，所述报警模块与数据比较模块的输出端相连，用于发出报警信息。
5.根据权利要求4所述的一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，所述报警模块包括LED指示灯和蜂鸣器。
6.根据权利要求1所述的一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，所述控制器还包括显示模块，所述显示模块与A/D转换模块的输出端和通讯模块相连。
7.根据权利要求6所述的一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，所述显示模块为LED数码管。
8.根据权利要求1所述的一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，所述通讯模块为串行通讯模块。
9.根据权利要求1所述的一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，所述通风系统包括风机、连接头、风管和卷盘，所述风管通过连接头与风机相连，风管盘旋绕卷在所述卷盘上。
10.根据权利要求1所述的一种用于密闭空间作业的通风装置，其特征在于，还包括智能终端，所述智能终端与环境监测装置和通风系统通信连接，包括显示器和报警器。
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