專利名稱：天然氣汽車泄漏監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在線檢測裝置，特別涉及一種天然氣汽車漏氣在線監(jiān)測、報(bào)警以及安全保護(hù)裝置。
背景資料天然氣汽車是以壓縮天然氣汽車和液化天然氣汽車作為燃料的汽車。目前，全世界天然氣汽車共有600多萬輛，有40多個(gè)國家推廣應(yīng)用天然氣汽車。以天然氣代替汽車用油，具有價(jià)格低、污染少、安全等優(yōu)點(diǎn)。目前我國開始有計(jì)劃地加大天然氣汽車的發(fā)展力度，以節(jié)約用油和減少城市汽車尾氣污染。發(fā)展天然氣汽車取得了良好的環(huán)保效益，由于天然氣汽車比汽油、柴油車排放更少的有害污染物(如CO2可降低19～25％、CO可降低90～97％、NOx可降低30～50％、THC可降低75～80％、SO2可降低70～90％、微粒雜質(zhì)減少40％、無鉛化物和煙塵污染)，可以極大地改善大氣環(huán)境質(zhì)量，提高人民生活環(huán)境質(zhì)量。此外，我國是世界第二大能源消耗大國，石油供應(yīng)存在巨大缺口，與此同時(shí)，我國天然氣總資源約為38萬億立方米，已探明的儲量達(dá)1.53萬億立方米，大力發(fā)展天然氣汽車還可以緩解能源壓力，促進(jìn)我國汽車工業(yè)超越式的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
天然氣的主要成份是甲烷(CH4)，一般含量在95％以上，熱值高(平均熱值為8000千卡/立方米)，燃爆濃度范圍為5％～15％，最小點(diǎn)火能量僅為0.28毫焦耳，對空氣的比重為0.55，擴(kuò)散系數(shù)為0.196，極易燃燒、爆炸并且擴(kuò)散能力強(qiáng)，火勢蔓延快，屬一級可燃?xì)怏w，甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性。天然氣加氣站、天然氣汽車存儲的是高壓氣體，稍有不慎，導(dǎo)致泄漏或管道破裂，天然氣就會(huì)逸散到空氣中，遇到火源就可能發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，甚至造成重大傷亡。國內(nèi)已經(jīng)發(fā)生多起天然氣加氣站事故。
天然氣汽車是對安全性要求極高的汽車，尤其現(xiàn)階段又主要是在城市道路中運(yùn)行，安全性就更顯重要。在行駛過程中，由于道路狀況和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)容易引起車內(nèi)天然氣管道連接處松動(dòng)，導(dǎo)致天然氣泄漏，如果泄漏量大，就容易導(dǎo)致爆炸事故。此外在天然氣汽車停泊過程中，如果附近空氣流通速度慢，天然氣泄漏后會(huì)在局部范圍內(nèi)達(dá)到很高的濃度，達(dá)到爆炸范圍內(nèi)，如果這時(shí)候汽車突然打火，產(chǎn)生的電火花極容易引起天然氣爆炸。目前已發(fā)生多起天然氣汽車在停泊中“自燃”事故，主要是長時(shí)間緩慢釋放的天然氣在局部范圍內(nèi)達(dá)到很高的濃度，突然產(chǎn)生的火花引起爆炸。
國內(nèi)對天然氣汽車安全保護(hù)有兩個(gè)專利液化天然氣汽車安全裝置(申請?zhí)?0223646.X)和天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)供氣安全保護(hù)裝置(申請?zhí)?1228833.0)，均沒有對泄漏天然氣濃度進(jìn)行監(jiān)測，無法對發(fā)生泄漏的天然氣汽車發(fā)出警報(bào)和進(jìn)行安全保護(hù)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種天然氣汽車泄漏在線監(jiān)測裝置?？梢栽诰€監(jiān)測天然氣泄漏濃度，發(fā)出警報(bào)并對汽車進(jìn)行安全保護(hù)，可以有效的防止火災(zāi)爆炸事故發(fā)生。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的天然氣汽車泄漏監(jiān)測裝置，由智能甲烷監(jiān)測儀器、中央控制器、聲光報(bào)警器、電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置、天然氣管路切斷保護(hù)裝置組成；智能甲烷監(jiān)測儀器連接在中央控制器上，中央控制器與聲光報(bào)警器相連，中央控制器與電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置相連，中央控制器與天然氣管路切斷保護(hù)裝置相連。
智能甲烷監(jiān)測儀器由探頭連接變送器、變送器連接A/D轉(zhuǎn)換器組成，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接在單片機(jī)的控制線上。
中央控制器由電源模塊、單片機(jī)組成，電源模塊輸入端連接汽車蓄電池電路上，輸出端連接在單片機(jī)的電源線上。
聲光報(bào)警器由甲烷濃度指示燈、電源指示燈、揚(yáng)聲器和三極管放大電路組成，三極管放大電路的輸入電壓連接電源模塊的輸出電源線上，輸入信號連接在單片機(jī)的控制線上，輸出信號分別連接在甲烷濃度指示燈、電源指示燈、揚(yáng)聲器上。
電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置的電子開關(guān)串連在電子打火開關(guān)電源線上，它的控制線連接在單片機(jī)的控制線上。
天然氣管路切斷保護(hù)裝置由常開電磁閥和電子開關(guān)組成，電子開關(guān)連接在單片機(jī)的控制線上，而且電子開關(guān)還串連在常開電磁閥的電源線上，常開電磁閥串連在供氣管路上。
采用本實(shí)用新型裝置安裝在天然氣汽車上后，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測關(guān)鍵點(diǎn)的甲烷濃度，如果天然氣發(fā)生泄漏，在線監(jiān)測裝置測量泄漏濃度，發(fā)出聲光報(bào)警，如果天然氣濃度達(dá)到其爆炸極限，則切斷電子打火裝置電源，并自動(dòng)切斷天然氣汽車供氣管路，防止電打火花或者發(fā)動(dòng)機(jī)明火引起的火災(zāi)或者爆炸。
本實(shí)用新型可以連續(xù)的檢測天然氣是否泄漏和泄漏濃度，為發(fā)生泄漏的汽車提供報(bào)警信號，在可能發(fā)生爆炸的情況下采取安全保護(hù)措施，防止事故發(fā)生。


圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實(shí)用新型的智能甲烷監(jiān)測儀器結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實(shí)用新型的中央控制器結(jié)構(gòu)示意圖圖4是本實(shí)用新型的聲光報(bào)警器結(jié)構(gòu)示意圖圖5是本實(shí)用新型的電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖6是本實(shí)用新型的天然氣管路切斷保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
附圖是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例；
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明參照圖1所示，本實(shí)用新型包括一智能式甲烷監(jiān)測儀器1，智能式甲烷監(jiān)測儀器1用控制線連接在中央控制器2上，中央控制器2用控制線和電源線與聲光報(bào)警器3相連，中央控制器2用控制線與電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置4相連，中央控制器2用控制線與天然氣管路切斷保護(hù)裝置5相連。此外，中央控制器2并聯(lián)接在汽車蓄電池的供電線路上。汽車的電子打火器由汽車蓄電池供電，電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置4串連在汽車電子打火器的供電線路上。汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)由天然氣儲氣罐通過供氣管道供氣，天然氣管路切斷保護(hù)裝置5串連接在供氣管路上，天然氣管路切斷保護(hù)裝置5的正負(fù)電源線并聯(lián)接在汽車蓄電池供電線路的正負(fù)線路上。
參照圖2所示，智能甲烷監(jiān)測儀器1由甲烷濃度監(jiān)測探頭6、變送器7、A/D轉(zhuǎn)換器8組成。監(jiān)測空氣中甲烷含量，監(jiān)測值經(jīng)過變送器調(diào)理后，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)化成數(shù)字型號，通過控制線向中央控制器2傳輸數(shù)據(jù)。
參照圖3所示，中央控制器2由電源模塊9、單片機(jī)10組成。電源模塊9是獨(dú)立的供電單元，負(fù)責(zé)給各監(jiān)測器、報(bào)警器、電子打火開關(guān)切斷保護(hù)器供電，而且在在電源模塊9電量不足時(shí)可以自動(dòng)從蓄電池給電源模塊充電，此外，電源模塊9還連接到聲光報(bào)警器3上，給其三極管放大電路14供電。單片機(jī)10是中央控制單元，檢測多個(gè)甲烷監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)和電源電壓信號，通過分析后，通過控制線向聲光報(bào)警器3、電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置4、天然氣管路切斷保護(hù)裝置5發(fā)出控制信號，信號包括故障信號(包括警告和危險(xiǎn)信號)和復(fù)位信號。電源模塊可以采用成品，參數(shù)為DC/DC(直流轉(zhuǎn)換成直流)、輸入電壓12V、輸出電壓3～5V、自帶電池可自動(dòng)充電。單片機(jī)可采用Philips P89LPC904型或類似單片機(jī)，其主要參數(shù)為自帶2路ADC、自帶2個(gè)16位定時(shí)器、1Kb Flash程序存儲器、操作電壓2.4～3.6V、I/O口驅(qū)動(dòng)電流20mA，可以滿足本系統(tǒng)的要求。
參照圖4所示，聲光報(bào)警器3由甲烷濃度指示燈11、電源指示燈12、揚(yáng)聲器13和三極管放大電路14組成。三極管放大電路14由一組NPN型三極管和電阻組成，采用共射放大電路，其基極連接在單片機(jī)對應(yīng)的控制線上，集電極和發(fā)射極分別連接在中央控制器2輸出電源的正負(fù)極上。放大后的信號分別連接在對應(yīng)的甲烷濃度指示燈11、電源指示燈12、揚(yáng)聲器13上。由中央控制器2發(fā)出的控制信號經(jīng)過三極管放大電路14后，再控制甲烷濃度指示燈11、電源指示燈12和揚(yáng)聲器13向駕駛員發(fā)出各種信號。如果電源不足，則電源指示燈會(huì)發(fā)出紅色燈光，電源充足時(shí)發(fā)出綠色燈光。甲烷濃度指示燈11可以發(fā)出紅、黃、綠三種不同意義燈光。其中紅色燈光表示濃度到達(dá)爆炸極限，必須切斷電子打火開光和供氣管路；黃色表示有氣體泄漏，未達(dá)到爆炸極限；綠色表示沒有氣體泄漏或者氣體泄漏可以忽略。揚(yáng)聲器在有天然氣泄漏時(shí)發(fā)出報(bào)警聲，其中有泄漏但沒有達(dá)到爆炸極限時(shí)是緩和的報(bào)警聲，如果達(dá)到爆炸極限，則發(fā)出急促的報(bào)警聲。
參照圖5所示，電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置4由電子開關(guān)15一個(gè)部件組成，電子開關(guān)連接在單片機(jī)的控制線上。電子開關(guān)15串連在汽車電子打火開關(guān)電路上，正常狀態(tài)下是閉合的。當(dāng)電子開關(guān)接收到中央控制器2的故障指令時(shí)，電子開關(guān)斷開，這樣就切斷電子打火開關(guān)的電源線路，保證汽車不能再次打火。如果接收到復(fù)位信號，則電子開關(guān)閉合，汽車電子打火開關(guān)電路接通，可以再次打火。
參照圖6所示，天然氣管路切斷保護(hù)裝置5由常開電磁閥16、電子開關(guān)17組成。常開電磁閥16串連在供氣管路上。常開電磁閥16的電源線和電子開關(guān)17串連在汽車蓄電池上。正常情況下，電子開關(guān)17是斷開的，常開電磁閥16也是開通的，天然氣管路可以正常供氣。如果單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出故障信號，則驅(qū)動(dòng)電路使電子開關(guān)閉合，則常開電磁閥16電路接通，蓄電池給電磁閥供電，常開電磁閥16關(guān)閉，使供氣管路斷開。如果當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路接收到復(fù)位信號，則使電子開關(guān)斷開，切斷電磁閥電路，使電磁閥打開，恢復(fù)管路供氣。
在天然氣汽車上安裝本裝置，智能甲烷監(jiān)測儀器1應(yīng)該安裝在天然氣易泄漏和易產(chǎn)生明火的地方，如氣路閥門附近，汽車電子打火開關(guān)附近，發(fā)動(dòng)機(jī)附近，聲光報(bào)警器3、中央控制器2可以安裝在駕駛室，其他部件按圖串接在管路、電源線路中。當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，各智能甲烷監(jiān)測儀器1測量各關(guān)鍵點(diǎn)的甲烷濃度，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。中央控制單元實(shí)時(shí)檢測甲烷濃度數(shù)據(jù)，進(jìn)行判斷分析，如果沒有泄漏或者泄漏濃度可以忽略，則向聲光報(bào)警器3發(fā)出復(fù)位信號，聲光報(bào)警器發(fā)出綠色燈光，表示系統(tǒng)處在安全狀態(tài)，也向電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置4、天然氣管路切斷保護(hù)裝置發(fā)出復(fù)位信號，保證汽車電子打火開關(guān)電路和天然氣供氣管路暢通；如果泄漏濃度比較高，但達(dá)不到爆炸火災(zāi)狀態(tài)，則向聲光報(bào)警器發(fā)出警告信號(故障信號之一)，聲光報(bào)警器3發(fā)出黃色燈光，揚(yáng)聲器13發(fā)出每隔一段時(shí)間發(fā)出報(bào)警聲音(10分鐘或者半小時(shí)，可以關(guān)閉聲音)，表示系統(tǒng)處在不安全狀態(tài)，有氣體泄漏；如果泄漏濃度達(dá)到爆炸極限，則向聲光報(bào)警器3發(fā)出危險(xiǎn)信號(故障信號之一)，聲光報(bào)警器3發(fā)出紅色燈光，同時(shí)揚(yáng)聲器13發(fā)出持續(xù)刺耳的警報(bào)聲，提示情況非常危機(jī)，要馬上停車疏散。而且也向電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置4發(fā)出故障信號，切斷汽車電子打火開關(guān)的電源，使汽車不能再打火。此外也向天然氣管路切斷保護(hù)裝置發(fā)出故障信號，使其電子開關(guān)閉合，給電磁閥供電，切斷供氣管路，從而保證汽車安全。此外，如果系統(tǒng)電源電壓不足，則中央控制單元會(huì)給充電電路發(fā)出故障信號，使其給電源充電，保證系統(tǒng)在任何時(shí)候都能對天然氣泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
本實(shí)用新型可以應(yīng)用在所有的天然氣汽車上，特別是那些改造后易泄漏的汽車。由于本系統(tǒng)有自備電源，所以無論汽車蓄電池是否有電，都可以監(jiān)控泄漏濃度，如果發(fā)生泄漏，就會(huì)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號。只有在蓄電池沒有電而且汽車發(fā)電機(jī)不能發(fā)電的情況下的情況下，無法切斷供氣管路。本實(shí)用新型可以防止汽車在行駛中發(fā)生嚴(yán)重泄漏而引起火災(zāi)爆炸事故，也可以防止汽車在停泊狀態(tài)下緩慢釋放天然氣遇明火后爆炸事故，由于是實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對汽車安全進(jìn)行監(jiān)控，適合夜間無人值守的情況下對汽車進(jìn)行安全保護(hù)。
權(quán)利要求1.天然氣汽車泄漏監(jiān)測裝置，其特征在于，智能甲烷監(jiān)測儀器(1)連接在中央控制器(2)上，中央控制器(2)與聲光報(bào)警器(3)相連，中央控制器(2)與電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置(4)相連，中央控制器(2)與天然氣管路切斷保護(hù)裝置(5)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣汽車泄漏監(jiān)測裝置，其特征在于，智能甲烷監(jiān)測儀器(1)由甲烷濃度監(jiān)測探頭(6)、變送器(7)、A/D轉(zhuǎn)換器(8)組成，甲烷濃度監(jiān)測探頭(6)的輸出端連接變送器(7)、變送器(7)的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器(8)，A/D轉(zhuǎn)換器(8)的輸出端連接在單片機(jī)(10)的控制線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣汽車泄漏監(jiān)測裝置，其特征在于，中央控制器(2)由電源模塊(9)、單片機(jī)(10)組成，電源模塊(9)輸入端連接汽車蓄電池電路上，輸出端連接在單片機(jī)(10)的電源線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣汽車泄漏監(jiān)測裝置，其特征在于，聲光報(bào)警器(3)由甲烷濃度指示燈(11)、電源指示燈(12)、揚(yáng)聲器(13)和三極管放大電路(14)組成，三極管放大電路(14)的輸入電壓連接電源模塊的輸出電源線上，輸入信號連接在單片機(jī)(10)的控制線上，輸出信號分別連接在甲烷濃度指示燈(11)、電源指示燈(12)、揚(yáng)聲器(13)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣汽車泄漏監(jiān)測裝置，其特征在于，電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置(4)的電子開關(guān)(15)串連在電子打火開關(guān)電源線上，它的控制線連接在單片機(jī)(10)的控制線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣汽車泄漏監(jiān)測裝置，其特征在于，天然氣管路切斷保護(hù)裝置(5)由常開電磁閥(16)和電子開關(guān)(17)組成，電子開關(guān)(17)連接在單片機(jī)(10)的控制線上，而且電子開關(guān)(17)還串連在常開電磁閥(16)的電源線上，常開電磁閥(16)串連在供氣管路上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種天然氣汽車泄漏監(jiān)測裝置，由智能甲烷監(jiān)測儀器、中央控制器、聲光報(bào)警器、電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置、天然氣管路切斷保護(hù)裝置組成；智能甲烷監(jiān)測儀器連接在中央控制器上，中央控制器與聲光報(bào)警器相連，中央控制器與電子打火開關(guān)切斷保護(hù)裝置相連，中央控制器與天然氣管路切斷保護(hù)裝置相連。本實(shí)用新型可以連續(xù)的檢測天然氣是否泄漏和泄漏濃度，為發(fā)生泄漏的汽車提供報(bào)警信號，在可能發(fā)生爆炸的情況下采取安全保護(hù)措施，防止事故發(fā)生。
文檔編號G01M3/18GK2751291SQ200420086189
公開日2006年1月11日 申請日期2004年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者胡海軍, 段權(quán), 程光旭, 王毅, 曹銀強(qiáng) 申請人:西安交通大學(xué)