新型通用式民用燃?xì)鈭?bào)警器的研究

宋春福

（大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰?，黑龍?大慶 163453）

新型通用式民用燃?xì)鈭?bào)警器的研究

宋春福

（大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰?，黑龍?大慶 163453）

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)燃料，相較煤炭、石油等能源有使用安全、熱值高、潔凈、易輸送等優(yōu)勢(shì)。但天然氣本身的燃點(diǎn)較低，在空氣中的濃度達(dá)到5%就會(huì)達(dá)到爆炸點(diǎn)，遇明火便會(huì)發(fā)生爆炸，造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為此，用戶在使用天然氣作為燃料時(shí)，都會(huì)懸掛能夠與電磁閥門(mén)聯(lián)動(dòng)的可燃?xì)怏w報(bào)警器，以預(yù)防事故的發(fā)生。但現(xiàn)有的家用可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警器種類繁多，穩(wěn)定性差，經(jīng)常誤報(bào)警，且一種報(bào)警器僅能連接幾種電磁閥門(mén)，無(wú)法做到通用。本文針對(duì)現(xiàn)有可燃?xì)怏w報(bào)警存在的不足，研究出一種新型通用式民用燃?xì)鈭?bào)警器，并通過(guò)實(shí)踐，體現(xiàn)出該系統(tǒng)的優(yōu)越性。

安全；通用；精準(zhǔn)；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸

1.設(shè)計(jì)思路

通過(guò)對(duì)大慶地區(qū)的民用燃?xì)鈶魞?nèi)設(shè)施進(jìn)行調(diào)查，研究人員認(rèn)為想要成功研制新型通用式燃?xì)鈭?bào)警器，需要從5個(gè)關(guān)鍵技術(shù)入手進(jìn)行研究：

第一，工作電壓。各種電磁閥門(mén)所對(duì)應(yīng)的燃?xì)鈭?bào)警器工作電壓不同，現(xiàn)階段有8V/12V/24V三種工作電壓，這意味著新型報(bào)警器必須可以分別輸出這3種工作電壓，且在每種電壓下都能夠令電磁閥穩(wěn)定工作。

第二，可更換傳感器。新型通用民用燃?xì)鈭?bào)警器要能夠更換傳感器以達(dá)到減少使用成本，延長(zhǎng)報(bào)警器使用壽命的目的，且更換傳感器時(shí)操作步驟不能夠過(guò)于復(fù)雜，且更換傳感器后燃?xì)鈭?bào)警器的精度及工作穩(wěn)定性不能夠下降。

第三，接口通用。因?yàn)椴煌細(xì)獗硭秒姶砰y接口并不完全相同，新型民用報(bào)警器要能夠連接所有型號(hào)的電磁閥。

第四，體積控制。在實(shí)現(xiàn)通用功能的同時(shí)，新型通用民用燃?xì)鈭?bào)警器的體積不能夠有明顯的增大，要保持安裝簡(jiǎn)單，小巧靈便等現(xiàn)有報(bào)警器所具備的優(yōu)點(diǎn)。

第五，成本控制。在增加新功能前提下，新型報(bào)警器的成本不能過(guò)高，如果超過(guò)現(xiàn)有燃?xì)鈭?bào)警器太多，將不利于大面積推廣。

第六，無(wú)線傳輸。新型報(bào)警器要能夠?qū)崿F(xiàn)信息無(wú)線傳輸。

2.主要研究?jī)?nèi)容

2.1關(guān)鍵技術(shù)的解決方案

2.1.1不同工作電壓的解決方案

如果新型報(bào)警器想要做到通用，就需要先解決不同電磁閥所對(duì)應(yīng)的不同工作電壓這一問(wèn)題，所以在研制過(guò)程中，研究人員將解決工作電壓的問(wèn)題放在了首位。為攻克這一難題，研究人員與燃?xì)鈭?bào)警器生產(chǎn)廠家結(jié)合，在新型報(bào)警器加裝電壓線圈，使新型民用燃?xì)鈭?bào)警器可以通過(guò)新加裝的電壓線圈輸出3種不同的工作電壓，以適應(yīng)各種型號(hào)的電磁閥門(mén)。

2.1.2可拆卸傳感器的解決方案

為了解決現(xiàn)有可燃?xì)怏w報(bào)警器測(cè)量精度不高，針對(duì)性不強(qiáng)這一問(wèn)題，研究人員在多款傳感器之間進(jìn)行對(duì)比，最終選用日本根本公司生產(chǎn)的55A型傳感器。該傳感器針對(duì)天然氣探測(cè)進(jìn)行了優(yōu)化，測(cè)量準(zhǔn)確，且價(jià)格適中，不會(huì)大幅度提高生產(chǎn)成本。

在確定所選用傳感器后，研究人員設(shè)計(jì)了一塊小電路板，將傳感器焊接固定在該電路板上，形成傳感器單元，并設(shè)計(jì)成可拆卸結(jié)構(gòu)。在傳感器老化或損壞后，只需將原有傳感器單元拔出，更換上新的傳感器，燃?xì)鈭?bào)警器便可繼續(xù)正常使用，延長(zhǎng)了非易損件的使用時(shí)間，降低了用戶的使用成本。

2.1.3不同插口的解決方案

如果想要燃?xì)鈭?bào)警器與電磁閥聯(lián)動(dòng)，就必須讓報(bào)警器與電磁閥相連接。在解決了報(bào)警器工作電壓的問(wèn)題之后，接下來(lái)研究人員著手解決報(bào)警器與電磁閥連接的問(wèn)題。電磁閥與報(bào)警器的連接口存在多種型號(hào)，而且有的燃?xì)獗黼姶砰y是內(nèi)置的，有的燃?xì)獗頌橥庵秒姶砰y。為此，研究人員通過(guò)對(duì)不同型號(hào)的電磁閥接頭進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將所有種類的電磁閥接口歸類，然后設(shè)計(jì)出相應(yīng)的可拆裝子母頭，在使用不同種類電磁閥時(shí)，只要找出相應(yīng)的子頭插于母頭之上便可與電磁閥連接。

2.1.4體積與造價(jià)問(wèn)題的解決方案

為了控制新型報(bào)警器的體積，研究人員采用外置萬(wàn)能接線盒的方式，使新型報(bào)警器與現(xiàn)有報(bào)警器體積相當(dāng)。在增加通用功能的同時(shí)，研究人員會(huì)盡量選用價(jià)格較低、體積較小的原件，這樣做不僅能夠降低單個(gè)報(bào)警器的體積，而且能夠有效地控制新型民用報(bào)警器的生產(chǎn)成本，使用戶能夠更加容易的接受。為了延長(zhǎng)民用燃?xì)鈭?bào)警器的使用時(shí)間和降低報(bào)警器的使用成本，研究人員在研制新型民用報(bào)警器時(shí)將報(bào)警器中最易老化、損壞的傳感器部分設(shè)計(jì)為可拆卸模式，而更換傳感器的費(fèi)用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于更換整機(jī)，這樣一來(lái)用戶雖然初次購(gòu)買新型報(bào)警器的費(fèi)用提高了，但新型報(bào)警器在更換探頭的情況下，能夠安全平穩(wěn)的運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間，單位時(shí)間內(nèi)的使用成本反而下降。

2.1.5實(shí)現(xiàn)信息無(wú)線傳輸

為了實(shí)現(xiàn)信息無(wú)線傳輸，研究人員在萬(wàn)能接線盒上預(yù)留了一個(gè)無(wú)源觸點(diǎn)輸出接口。次接口可以連接無(wú)線傳輸模塊，在報(bào)警器探測(cè)到燃?xì)庑孤┎l(fā)出報(bào)警時(shí)，向相應(yīng)設(shè)備（手機(jī)、電腦等）發(fā)送報(bào)警信息，提示用戶家中燃?xì)庠O(shè)施存在異常現(xiàn)象。

2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1系統(tǒng)原理

系統(tǒng)由電源部分，傳感器部分，信號(hào)放大部分，撥碼選擇部分，測(cè)試功能部分，中央控制器部分，聲光報(bào)警部件，控制接口部分等組成。CPU內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器，用于采集放大后的傳感器電壓信號(hào)成數(shù)字量，程序邏輯運(yùn)算分析數(shù)字量信號(hào)，在氣體濃度超出報(bào)警范圍時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并且啟動(dòng)輸出接口電路，控制燃?xì)馇袛嚅y。

故障檢測(cè)電路檢測(cè)傳感器是否發(fā)生故障，輸出故障信號(hào)給CPU供檢測(cè)。測(cè)試按鈕用來(lái)啟動(dòng)測(cè)試操作，可人工測(cè)試聲光報(bào)警設(shè)備是否能正常工作。

2.2.2關(guān)鍵器件選擇與硬件電路設(shè)計(jì)

（1）傳感器部分

傳感器選用線性較好的催化原理，在通恒壓工作情況下隨氣體濃度變化產(chǎn)生相應(yīng)的毫伏信號(hào)。傳感器選用特殊供電方式，提高工作的穩(wěn)定性，軟件采用補(bǔ)償修正算法，使測(cè)量結(jié)果更加線性化，傳感器參數(shù)一旦確定后，不可隨意更改，以免供電和補(bǔ)償參數(shù)不匹配。

傳感器分為敏感端和對(duì)比端兩部分，使用惠斯頓電橋方式獲取敏感端微小的電信號(hào)變化。

（2）電源設(shè)計(jì)

本裝置的電源供電總功耗小于5W，CPU使用5V供電，為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用9VDC輸出的AC/DC電路，然后通過(guò)專業(yè)芯片DC/DC變換，確保5VDC電壓不受外界供電變化或繼電器動(dòng)作影響。外部電源為交流220V。

3.技術(shù)參數(shù)

（1）工作電壓：AC220V/50Hz。

（2）功耗：正常監(jiān)視≤1.5W，報(bào)警狀態(tài)≤3.0W。

（3）報(bào)警音響：大于80dB。

（4）報(bào)警濃度設(shè)定：

天然氣報(bào)警濃度：≥10%LEL

城市煤氣報(bào)警濃度：≥10%LEL

液化石油氣報(bào)警濃度：≥15%LEL

（5）報(bào)警輸出信號(hào)：控制電磁閥或機(jī)械手。

（6）傳感器壽命：大于3年。

（7）使用環(huán)境：溫度：-100℃～+500℃，相對(duì)濕度≤90%，不凝露。

（8）外形尺寸：122mm×76mm× 38mm。

（9）殼體材料和顏色：ABS象牙白。

（10）傳感器結(jié)構(gòu)：可插拔式更換。

4.實(shí)際應(yīng)用情況

在完成新型報(bào)警器的研究后，研究人員制作了10臺(tái)樣機(jī)，用于驗(yàn)證新型報(bào)警器其各項(xiàng)功能指標(biāo)。

通過(guò)篩選，研究人員確定了5戶使用不同表型的民用用戶，將樣機(jī)懸掛于這些用戶家中，觀察報(bào)警器的日常使用狀態(tài)。通過(guò)6個(gè)月的跟蹤，我們對(duì)用戶進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)之前老式報(bào)警器存在的誤報(bào)問(wèn)題得到了根本的解決，避免了用戶在做飯時(shí)使用黃酒或烹飪魚(yú)類等因做飯?jiān)斐傻恼`報(bào)現(xiàn)象，并且在定期的聯(lián)動(dòng)性測(cè)試中，新型報(bào)警器都能夠切斷電磁閥門(mén)。6個(gè)月中5戶居民共出現(xiàn)2次報(bào)警，皆因用戶在使用過(guò)程中火焰熄滅，天然氣擴(kuò)散導(dǎo)致報(bào)警器報(bào)警。研究人員將剩余5臺(tái)新型報(bào)警器發(fā)放給龍鳳分公司轄區(qū)和東風(fēng)分公司轄區(qū)內(nèi)的維修人員，安排他們?cè)谌霊艟S修完畢后對(duì)新型報(bào)警器進(jìn)行測(cè)試。首先對(duì)聯(lián)動(dòng)性進(jìn)行測(cè)試，如果能夠聯(lián)動(dòng)，再用皮囊儲(chǔ)存天然氣，對(duì)報(bào)警器進(jìn)行實(shí)際報(bào)警測(cè)試。在測(cè)試的438家用戶中，新型報(bào)警器都能夠在檢測(cè)到天然氣成分后及時(shí)報(bào)警，并順利切斷電磁閥門(mén)。

結(jié)語(yǔ)

新型通用式民用燃?xì)鈭?bào)警器能夠有效地解決現(xiàn)有燃?xì)鈭?bào)警器存在的諸多缺陷，減少企業(yè)的庫(kù)房?jī)?chǔ)備數(shù)量，減少燃?xì)鈫T工的工作量，降低用戶端使用成本，并能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)傳功能，較好的保障用戶端安全，同時(shí)為燃?xì)夤镜男畔⒒峁┝肆己玫那腥肫鯔C(jī)。新型通用式民用燃?xì)鈭?bào)警器的推廣，會(huì)為燃?xì)馄髽I(yè)級(jí)居民用戶帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］于宏軍.智能與技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1997：4.

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