專利名稱：一種液化石油氣罐箱/槽罐車運(yùn)輸泄漏實(shí)時(shí)探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體檢測(cè)分析技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種具有溫濕補(bǔ)償功能的氣體檢測(cè)分析儀，特別適用于液化石油氣(LPG)安全運(yùn)輸過程中的泄漏實(shí)時(shí)探測(cè)。
背景技術(shù)：
近年來液化石油氣槽車的泄漏事故時(shí)有發(fā)生，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來威脅。液化石油氣的飽和蒸氣壓高(50℃時(shí)為116MPa)，閃點(diǎn)、燃點(diǎn)低，爆炸極限范圍大約為2％～10％。一旦發(fā)生泄漏事故，泄漏的液化氣沿地面迅速擴(kuò)散，在大范圍內(nèi)形成爆炸性混合物，1千克液化氣全部氣化后體積可達(dá)5000升，若以2％濃度計(jì)算可組成25立方米爆炸性氣體，其爆炸威力相當(dāng)于10千克TNT炸藥的爆炸當(dāng)量。爆炸形成的沖擊波不僅會(huì)使建筑物倒塌，而且瞬間形成大體積空間火焰，破壞力極強(qiáng)。目前的液化石油氣罐箱/槽罐車上僅安裝有機(jī)械式的壓力表和液位裝置，沒有任何的泄漏監(jiān)測(cè)設(shè)備。由于罐箱內(nèi)液化石油氣壓力高(一般高于2Mpa)，易汽化，只有發(fā)生嚴(yán)重的泄漏事故時(shí)才可能觀察到壓力和液位的變化，事故危險(xiǎn)性高。部分液化石油氣運(yùn)輸車輛上安裝了GPS/GPRS終端系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)向控制中心發(fā)送車輛位置和速度信息，但是當(dāng)發(fā)生事故時(shí)只能由司機(jī)或押運(yùn)員通知相關(guān)部門到現(xiàn)場(chǎng)處理，降低了事故處理和及時(shí)防范的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠適用于液化石油氣運(yùn)輸過程的具有溫濕補(bǔ)償功能的液化石油氣實(shí)時(shí)泄漏探測(cè)器，充分利用車載的GPS/GPRS終端，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息隨時(shí)通過GPS/GPRS通訊終端發(fā)送給主控中心，并且啟動(dòng)報(bào)警裝置警示司機(jī)和周圍人員。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，對(duì)液化石油氣罐箱容易泄漏的各個(gè)口安裝環(huán)境敏感探頭，通過單片機(jī)信息處理中心檢測(cè)探頭的信息并對(duì)檢測(cè)到的信息進(jìn)行處理、溫濕度補(bǔ)償以及劃分等級(jí)，并將處理后的信息通過串口發(fā)送給GPS/GPRS終端，根據(jù)泄漏等級(jí)啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。運(yùn)輸過程中液化石油氣罐箱容易泄露的部位主要是三個(gè)腔口，即裝卸料口、進(jìn)出氣口和人口，因此探測(cè)器包括一個(gè)主探測(cè)器和兩個(gè)副探測(cè)器，分別對(duì)應(yīng)安裝在三個(gè)腔口附近。主探測(cè)器主要由信息控制處理單元和由一個(gè)氣敏元件、一個(gè)濕敏元件和溫敏元件組成的環(huán)境敏感探頭組成。環(huán)境敏感探頭外接相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路然后連接信息控制和處理單元，由信息處理單元完成對(duì)環(huán)境溫度濕度的量化和對(duì)氣體傳感器信號(hào)的溫濕度補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為監(jiān)測(cè)環(huán)境中LPG氣體的濃度，根據(jù)預(yù)設(shè)泄漏等級(jí)對(duì)泄漏情況進(jìn)行劃分和定義，最后將溫濕度、泄漏等級(jí)以及時(shí)間等信息通過串口傳送到GPS/GPRS終端，根據(jù)泄漏等級(jí)判斷是否啟動(dòng)聲光報(bào)警電路報(bào)警，并由該終端將信息發(fā)送到主控中心。兩個(gè)副探測(cè)器各包括一個(gè)氣體傳感器及其信號(hào)調(diào)理電路和電壓-電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，將傳感器上的信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號(hào)，通過導(dǎo)線與主探測(cè)器相連。主、副探測(cè)器所用電路均為目前現(xiàn)有技術(shù)，容易實(shí)現(xiàn)。根據(jù)氣體擴(kuò)散速度慢的特點(diǎn)，通過多次檢測(cè)取平均，前后數(shù)據(jù)變化綜合分析來判斷是否有液化石油氣泄漏，能夠避免由于震動(dòng)、酒氣以及煙氣等的干擾，因而該氣體檢測(cè)分析儀具有較強(qiáng)的泄漏識(shí)別和分析以及抗干擾能力。整個(gè)系統(tǒng)包括環(huán)境敏感探頭、采樣電路、信息處理和控制中心、對(duì)氣體傳感器的加熱控制單元、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的E2PROM、RS232接口、超限報(bào)警的報(bào)警電路以及電源電路。本發(fā)明中，環(huán)境敏感探頭包括氣體傳感器、濕度傳感器和溫度傳感器。控制中心由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，主要包括A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)預(yù)處理、信息融合及溫濕補(bǔ)償技術(shù)。
本發(fā)明的效果和益處是為液化石油氣運(yùn)輸用的罐箱/槽罐車設(shè)計(jì)了科學(xué)的、有效的泄漏實(shí)時(shí)探測(cè)器，通過不間斷的檢測(cè)液化石油氣的泄漏情況，發(fā)現(xiàn)泄漏后通過聲光報(bào)警通知周圍人群疏散，通知汽車司機(jī)和押運(yùn)員及時(shí)采取措施堵漏并報(bào)告給控制中心，控制中心根據(jù)情況對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，可以最大程度的減小生命財(cái)產(chǎn)方面的損失，降低事故危險(xiǎn)性，提高防范措施，實(shí)現(xiàn)液化石油氣的安全運(yùn)輸。


圖1是本發(fā)明的液化石油氣泄漏探測(cè)器原理框圖。
其中(I)為主探測(cè)器環(huán)境敏感探頭，(II)(III)為副探測(cè)器，(IV)為報(bào)警單元，(V)為電源模塊和(VI)為主探測(cè)器主板。
圖2是本發(fā)明的主探測(cè)器的環(huán)境敏感探頭電路原理圖。
圖3是本發(fā)明的副探測(cè)器電路原理圖。
圖4是本發(fā)明的電源電路原理圖。
圖5是本發(fā)明的主探測(cè)器的主板電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖，從硬件和軟件兩個(gè)方面詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。根據(jù)原理框圖，硬件部分各個(gè)單元的具體實(shí)施方式
如下(I)主探測(cè)器環(huán)境敏感探頭本發(fā)明以日本Figaro公司的TGS2611型傳感器作為液化石油氣體敏感探頭，溫度和濕度檢測(cè)分別采用Pt1000和HIH3610型號(hào)的傳感器。采用霍爾傳感器監(jiān)測(cè)封閉腔的開狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到封閉腔未關(guān)合時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，警示司機(jī)和押運(yùn)員關(guān)閉腔蓋。當(dāng)非法打開腔時(shí)也啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。主探測(cè)器的環(huán)境敏感探頭電路原理圖見圖2。
(II)(III)副探測(cè)器該部分主要包括氣體傳感器的加熱控制單元和氣體傳感器信號(hào)的電壓-電流轉(zhuǎn)換模塊。副探測(cè)器安裝在LPG罐箱的頂部人口和進(jìn)出氣口，由于LPG罐箱尺寸較大，主副探測(cè)器之間的距離約10米左右，將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA之間的電流信號(hào)，然后通過導(dǎo)線連接到主探測(cè)器，可以減少線路上的電壓損失。副探測(cè)器的電路原理圖見圖3。
(IV)報(bào)警電路該部分電路主要包括聲音報(bào)警(大分貝警笛報(bào)警)和光報(bào)警(通過LED指示燈顯示氣體泄漏程度)電路，可由GPS/GPRS終端供電和控制，當(dāng)接收到探測(cè)器串口發(fā)送過來的報(bào)警信息時(shí)，根據(jù)泄漏等級(jí)啟動(dòng)。該部分安裝在運(yùn)輸車輛的駕駛室內(nèi)，及時(shí)通知司機(jī)和押運(yùn)員。
(V)電源部分電路探測(cè)器采用汽車電源供電(24V)，主要包括低壓和過壓保護(hù)電路，電源電壓監(jiān)測(cè)電路和DC-DC轉(zhuǎn)換模塊。當(dāng)電源電壓低于正常工作電壓時(shí)發(fā)送低壓報(bào)警信息。該部分的電路原理圖見圖4。
(VI)主探測(cè)器主板主探測(cè)器主板是系統(tǒng)控制中心，主要包括單片機(jī)及其外圍電路，完成氣體傳感器工作模式的控制，對(duì)氣體、溫度、濕度傳感器的采樣控制，控制系統(tǒng)的計(jì)時(shí)，串口通訊等。單片機(jī)的典型外圍電路主要包括存儲(chǔ)器(用于存儲(chǔ)傳感器的標(biāo)定值和各種補(bǔ)償參數(shù)、報(bào)警限度等常數(shù)值)和串口(用于連接GPS/GPRS通訊模塊，傳輸探測(cè)信息)。根據(jù)信息傳輸距離，當(dāng)主探測(cè)器和GPS/GPRS模塊之間的距離超過15米時(shí)，通訊線路中加入RS232長(zhǎng)線接受/發(fā)送器，拓寬信號(hào)的傳輸距離。主探測(cè)器主板的電路原理圖見圖5。
軟件部分是探測(cè)器的核心部分，主要是嵌入單片機(jī)內(nèi)的控制和信息處理單元。檢測(cè)控制、A/D轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、計(jì)時(shí)等都是一般的單片機(jī)程序，易于編程。針對(duì)本探測(cè)器，氣體傳感器的溫濕度補(bǔ)償和濃度轉(zhuǎn)換方法是軟件的核心。本發(fā)明的具體檢測(cè)方法如下調(diào)整傳感器的匹配電阻，使得傳感器電阻上的電壓約為3V，也就是匹配電阻上的電壓信號(hào)約為0.3V，Vcc＝3.3V。此時(shí)匹配電阻約為5Kohm。
多次檢測(cè)環(huán)境溫度、濕度和氣體傳感器的信號(hào)，取平均值。按照溫濕度傳感器的轉(zhuǎn)換表，求出當(dāng)前的環(huán)境溫度和環(huán)境相對(duì)濕度。
測(cè)得環(huán)境溫度T(℃)，相對(duì)濕度RH(％)，計(jì)算溫濕度補(bǔ)償系數(shù)a當(dāng)RH＜40％時(shí)， a＝-0.027*T+2.0533；當(dāng)40％＜RH＜55％時(shí)，a＝-0.025*T+1.72；當(dāng)55％＜RH＜80％時(shí)，a＝-0.022*T+1.47；當(dāng)80％＜RH時(shí)， a＝-0.0217*T+1.34。
根據(jù)溫濕度補(bǔ)償系數(shù)，補(bǔ)償AD轉(zhuǎn)換得到的氣體傳感器電壓信號(hào)VLs；補(bǔ)償后的信號(hào)VL0為VL0＝a*VLs根據(jù)補(bǔ)償后的匹配電壓信號(hào)VL0，計(jì)算氣體濃度Conclog10Conc＝2.3767*log10VL0+2.9289兩邊反對(duì)數(shù)，求得氣體濃度Conc(ppm)。
分出泄漏等級(jí)當(dāng)Conc＜LEVEL1時(shí)，沒有泄漏；當(dāng)LEVEL1＜Conc＜LEVEL2時(shí)，微量泄漏；當(dāng)LEVEL2＜Conc時(shí)，劇烈泄漏。
其中LEVEL1和LEVEL2根據(jù)實(shí)際情況確定。(初始設(shè)置為L(zhǎng)EVEL1＝3000ppm，LEVEL2＝8000ppm)
權(quán)利要求
1.一種液化石油氣罐箱/槽罐車運(yùn)輸泄漏實(shí)時(shí)探測(cè)器，包括一個(gè)主探測(cè)器和兩個(gè)副探測(cè)器，主探測(cè)器安裝在液化石油氣罐箱底部的進(jìn)料出料口，兩個(gè)副探測(cè)器分別安裝在罐箱頂部的人口和進(jìn)氣出氣口，報(bào)警單元安裝在汽車駕駛室內(nèi)，其特征在于，主探測(cè)器內(nèi)包括環(huán)境敏感探頭、控制和信息融合中心及與之相連的氣體傳感器檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、濕度檢測(cè)電路、腔蓋開關(guān)檢測(cè)電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、通信接口電路、加熱控制電路及電源電路；副探測(cè)器內(nèi)包括氣體傳感器及其加熱電壓轉(zhuǎn)換電路、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路；主探測(cè)器內(nèi)嵌入了氣體傳感器的溫濕補(bǔ)償和濃度轉(zhuǎn)換算法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液化石油氣罐箱/槽罐車運(yùn)輸泄漏實(shí)時(shí)探測(cè)器，其特征在于，所述的控制和信息融合中心由MSP430F149單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，氣體傳感器的加熱電路部分采用穩(wěn)壓控制模塊LM2576實(shí)現(xiàn)2V-15V之間的直流電壓轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)器使用256K容量的EEPROM，采用MAX3221實(shí)現(xiàn)單片機(jī)RS232口的電平轉(zhuǎn)換，氣體傳感器和溫度檢測(cè)電路采用單臂電橋?qū)崿F(xiàn)，采用AD694實(shí)現(xiàn)將傳感器電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA電流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液化石油氣罐箱/槽罐車運(yùn)輸泄漏實(shí)時(shí)探測(cè)器，其特征在于，氣體泄漏的有無和泄露程度使用多次檢測(cè)綜合評(píng)定的方法得到，檢測(cè)信號(hào)使用所述的溫濕度補(bǔ)償算法和濃度轉(zhuǎn)換算法轉(zhuǎn)換成泄漏程度信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種液化石油氣罐箱/槽罐車運(yùn)輸泄漏實(shí)時(shí)探測(cè)器，其特征在于，探測(cè)器檢測(cè)到泄漏信息以及腔蓋開啟信息后，通過串口發(fā)送報(bào)警信息至GPS/GPRS終端模塊，根據(jù)泄漏等級(jí)啟動(dòng)報(bào)警模塊，并將泄漏信息發(fā)送給主控中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種液化石油氣罐箱/槽罐車運(yùn)輸泄漏實(shí)時(shí)探測(cè)器，其特征在于，使用車載蓄電池供電，供電部分增加低壓/過壓保護(hù)電路和電源低壓報(bào)警點(diǎn)路。
全文摘要
一種液化石油氣罐箱/槽罐車運(yùn)輸?shù)男孤?shí)時(shí)探測(cè)器屬于氣體檢測(cè)分析技術(shù)領(lǐng)域。公開了一種具有溫濕補(bǔ)償功能的適用于液化石油氣罐箱/槽罐車運(yùn)輸過程監(jiān)測(cè)的泄漏實(shí)時(shí)探測(cè)器，包括一個(gè)主探測(cè)器和兩個(gè)副探測(cè)器，主探測(cè)器內(nèi)包括環(huán)境敏感探頭、嵌入了溫濕補(bǔ)償和濃度轉(zhuǎn)換算法的控制和信息融合中心及與之相連的氣體傳感器、溫度濕度和腔蓋開關(guān)檢測(cè)電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、通信接口電路、加熱控制電路及電源電路；副探測(cè)器內(nèi)包括氣體傳感器及其加熱電壓轉(zhuǎn)換、電壓－電流轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明的效果和益處是該探測(cè)器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)液化石油氣的泄漏狀況，及時(shí)將泄漏信息發(fā)送到主控中心并啟動(dòng)報(bào)警裝置警示司機(jī)和周圍人群，可以降低事故危險(xiǎn)性和隱患的發(fā)生。
文檔編號(hào)G01M3/00GK1822065SQ20051020075
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者唐禎安, 魏廣芬, 孫代平, 劉一瑋 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)